移動基站天線技術

1、移動基站天線有關概念B B l la ah h blahb l a hblah一一. .無線通信組網(wǎng)中天線的作用無線通信組網(wǎng)中天線的作用把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間.收集無線電波并產生電信號收集無線電波并產生電信號 什么是天線什么是天線? ? 將傳輸線中的高頻電磁能將傳輸線中的高頻電磁能 轉成為轉成為自由空間的電磁波，或反之將自由空自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉化為傳輸線中的高頻間中的電磁波轉化為傳輸線中的高頻電磁能。因此，要了解天線的特性就電磁能。因此，要了解天線的特性就必然需要了解自由空間中的電磁波及必然需要了

2、解自由空間中的電磁波及高頻傳輸線的一些相關的知識。高頻傳輸線的一些相關的知識。天線的作用天線的作用 導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有關輻射的能力與導線的長短和形狀有關. .如果導線位置如由于兩如果導線位置如由于兩導線的距離很近，且兩導線所產生的感應電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很導線的距離很近，且兩導線所產生的感應電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產生的感應電動勢方向相同，因而輻射較強。

3、當導線的長度遠小于波長時，生的感應電動勢方向相同，因而輻射較強。當導線的長度遠小于波長時，導線的電流很小，輻射很微弱導線的電流很小，輻射很微弱. . 當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導線上的電流當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子。輻射的直導線稱為振子。 二二.無線輻射電磁波的基本原理無線輻射電磁波的基本原理 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱

4、振子。將振子折合波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。起來的，稱為折合振子。1/2波長波長一個一個1/2波長的對稱振子波長的對稱振子 在在800MHz 約約 200mm長長 400MHz 約約 400mm 長長1/4波長波長1/4波長波長1/2波長波長振子振子波長波長 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能頻率范圍內工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小，據(jù)此

5、可定義天線的頻率帶寬。減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度；一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當天線的輸入駐波比就是當天線的輸入駐波比1.51.5時，天線的工作帶寬。時，天線的工作帶寬。在在 820 MHz 1/2 波長波長 為為 180mm, 在在890 MHz 為為 170mm 175mm對對 850MHz 將是最佳的將是最佳的該

6、天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降當天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降在在 850MHz 1/2 波長振子波長振子最佳最佳在在 890MHz天線振子天線振子在在820MHz 在天線工作頻帶內在天線工作頻帶內,天線性能下降不多天線性能下降不多,仍然是可以接受的。仍然是可以接受的。自由空間中的電磁波自由空間中的電磁波 . . 無線電波無線電波 什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直

7、的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。這兩者又都垂直于傳播方向。無線電波無線電波有點象一個池塘上的波紋，在傳播時波會減弱。有點象一個池塘上的波紋，在傳播時波會減弱。 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質有關。無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質有關。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質中的傳播速度為：公里秒表示。在媒質中的傳播速度為：/，式中，式中為傳播媒質的相對介電常數(shù)?？諝獾南鄬閭鞑ッ劫|的相對介電常數(shù)?？諝獾南鄬殡姵?shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于介電常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。 因此，無線電波在

8、空因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認為它等于光，通常我們就認為它等于光速。速。電磁波的傳播電磁波的傳播電場電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場 可用式可用式 / / 表示。表示。 式中，為速度，單位為米式中，為速度，單位為米/ /秒；秒； 為頻率，單位為赫茲；為頻率，單位為赫茲；為波長，單位為米。為波長，單位為米。 由上述關系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒由上述關系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。質中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。 我們通常使用的

9、聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數(shù)電常數(shù)約為約為2.12.1，因此，因此，/1.44 /1.44 ，/1.44 /1.44 。波長波長無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系 無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極

10、化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波化波。. . 無線電波的極化無線電波的極化垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向- 45度傾斜的極化度傾斜的極化五五. .天線的極化天線的極化 兩個天線為一個整體兩個天線為一個整體V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個獨立的波傳輸兩個獨立的波1. 雙極化天線雙極化天線 隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出現(xiàn)的比例 1000mW (即即

11、1W)1mW在這種情況下的隔離為在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW) = 30dB3.( (極化極化) )隔離隔離 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示. . 方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。 方向

12、圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好。基本半波振子天線的前后比為，所以對來定向接收性能就好。基本半波振子天線的前后比為，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值為典型值為 25dB 左右左右目的是有一個盡可能小的反向功率目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點10dB

13、波束寬度波束寬度60 (eg)峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖 在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越

14、強。好，抗干擾能力越強。上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制增益是指在輸入功率相等的條件下，增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的場強的平方之比，同一點處所產生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方向圖主瓣越窄，后瓣、圖有關，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。副瓣越小，增益越高。七七. .天線的增益天線的增益 1.增益的定義增益的定義 連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導線稱連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任

15、務是有效地傳輸信號能量。為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務是有效地傳輸信號能量。 因此它應能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸因此它應能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，或將發(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或將發(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號。這樣，就要求入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。傳輸線必須屏蔽或平衡。 當傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做當傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做長傳輸線，簡稱長線。長傳輸線，簡稱長線。

16、天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應的信號電壓與信號天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結構和工作波長有關，基本半波振子，即輸入阻抗與天線的結構和工作波長有關，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導線，其輸入阻抗為（由中

17、間對稱饋電的半波長導線，其輸入阻抗為（73.173.142.542.5）歐姆。當把振子長度縮短時，就可以消除其中的電抗歐姆。當把振子長度縮短時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.173.1歐（標稱歐（標稱7575歐）。歐）。 當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。電壓

18、幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能阻抗時，負載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。 9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前: 10W返回返回: 0.5W這里的反射損耗為這里的反射損耗為 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是是反射損耗的另一種計量反射損耗的另一種計量 在不匹配的情況下在

19、不匹配的情況下, ,饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。其它各點的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為駐波。其它各點的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。 反射波幅度反射波幅度 （。）。） 反射系數(shù)反射系數(shù) 入射波幅度入射波幅度 （。）。） 駐波

20、波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比駐波比(VSWR)(VSWR) 駐波波腹電壓幅度最大值駐波波腹電壓幅度最大值max max （1+1+） 駐波系數(shù)駐波系數(shù) 駐波波節(jié)電壓輻度最小值駐波波節(jié)電壓輻度最小值min min （1-1-） 終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)越接近于，匹配也就越好。越接近于，匹配也就越好。 頻率范圍頻率范圍MHz820 - 890 頻帶寬度頻帶寬度MHz70 增益增益dBi15 極化極化垂直極化垂直極化 阻抗阻抗 50 反射損耗反射損耗dB18 半功率半功率(3dB) 方位方位64 俯仰俯仰13 10分貝分貝 (10dB)波束寬度波束寬度 方位方位120 俯仰俯仰30 前后比前后比dB30 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dB -14 下傾角下傾角(可調可調)2 - 10 4 4 關于三階互調指標關于三階互調指標互調的定義互調的定義 互調是指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率混合后所產生的噪音信號。 互調產生的本來并不存在“錯誤”信號，此信號會被系統(tǒng)誤認為是真實的信號。 互調可由有源元件（無線電設備