天線基本原理簡介

1、技術(shù)交流移動基站天線有關(guān)概念及選型原則目錄一一、無線通信組網(wǎng)中天線的作用、無線通信組網(wǎng)中天線的作用二、天線輻射二、天線輻射電磁波電磁波的基本原理的基本原理三、天線的極化三、天線的極化四四天線輻射的方向性天線輻射的方向性五、天線的增益五、天線的增益六、關(guān)于六、關(guān)于傳輸線傳輸線的幾個基本概念的幾個基本概念七、超短波的傳播七、超短波的傳播八、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線八、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線一一. .無線通信組網(wǎng)中天線的作無線通信組網(wǎng)中天線的作用用什么是天線什么是天線? ?把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間把從導(dǎo)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(chǎn)生電信號收集無線電波并產(chǎn)生電信號

2、B B l la ah h b la hb la hblah天線的作用天線的作用將傳輸線中的高頻電磁能將傳輸線中的高頻電磁能 轉(zhuǎn)成為自由空間的轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。因此，要了解天線的特性輸線中的高頻電磁能。因此，要了解天線的特性就必然需要了解自由空間中的就必然需要了解自由空間中的電磁波電磁波及高頻及高頻傳輸傳輸線線的一些相關(guān)的知識。的一些相關(guān)的知識。二二. .天線輻射電磁波的基本原天線輻射電磁波的基本原理理 導(dǎo)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(dǎo)線載有交變電流時，就可以形成電磁

3、波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān). .如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。當(dāng)導(dǎo)線的長度相同，因而輻射較強。當(dāng)導(dǎo)線的長度 L L遠(yuǎn)小于波長時，導(dǎo)線的電流很遠(yuǎn)小于波長時，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱小，輻射很微弱. . 當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增

4、當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)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(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。稱為振子。 無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場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，同時這兩者又都垂直于傳播和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。方向。無線電波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。無線電波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(zhì)有關(guān)。無線電波和光波一樣，它的傳播速度和

5、傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。而實際無線電波無線電波在真空中的傳播速度等于光速。而實際無線電波在空氣中的傳播速度由于存在媒質(zhì)略小于光速，通常我們在空氣中的傳播速度由于存在媒質(zhì)略小于光速，通常我們認(rèn)為它等于光速。認(rèn)為它等于光速。無線電波的極化無線電波的極化 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，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波的極化這種現(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，我們就稱它為方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱

6、它為垂直極化波垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波水平極化波。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三、天線的極化三、天線的極化 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收；垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收； 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一

7、致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失. . 當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。來波與接收天線極化是隔離的。極化接收、極化損失、極化隔離極化接收、極化損失、極化隔離兩個天線為一個整體，傳輸兩個獨立的波兩個天線為一個整體，傳輸兩個獨立的波V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45)雙極化天線雙極化天線天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能天線的方向性是指天線向一定方向輻射電

8、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。天線的方向性的特性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具有的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。發(fā)射或接收電磁波的能力?？v剖視縱剖視在地平面上的方向圖把在地平面上的方向圖把“面包圈面包圈”壓成扁平的看壓成扁平的看橫剖視橫剖視增益計算增益計算= 10log(4mW/1mW) = 6dBd= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個對稱

9、振子一個對稱振子假設(shè)在接收機中假設(shè)在接收機中有1 1mWmW功率功率 在陣中有在陣中有4 4個對稱振子個對稱振子 在接收機中就在接收機中就有4 4 mWmW功率功率“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ” ”將在接收機中有將在接收機中有8 8mWmW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機中為例如在接收機中為4 4mWmW功率功率 (頂視)天線天線 反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向中，反射面把功率聚焦到一個方向進(jìn)一步提高了增益。這里進(jìn)一步提高了增益。這里, , “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”

10、 與單個對稱振子與單個對稱振子相比的增益為相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd10log(8mW/1mW) = 9dBd2.2.形成定向輻射的原理形成定向輻射的原理前向功率前向功率后向功率后向功率以以dBdB表示的前后比表示的前后比 = 10 = 10 loglog 典型值為典型值為 25dB 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) ) 方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定方向圖中，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?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所

11、以對來向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€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。3.3.前后比前后比方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點10dB 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

12、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，抗干擾能力越強。好，抗干擾能力越強。4.4.波束寬度波束寬度上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制方向圖方向圖旁瓣旁瓣顯示顯示五、天線的增益 1、增益的定義增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理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同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比，想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比，即功率之比。

13、增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。全向天線增益與垂直波瓣寬度全向天線增益與垂直波瓣寬度板狀天線增益與水平波瓣寬度板狀天線增益與水平波瓣寬度90 180 360 半功率波瓣寬度半功率波瓣寬度半波振子半波振子帶反射板的半波振子帶反射板的半波振子帶反射板的兩個半波振子帶反射板的兩個半波振子以半波振子以半波振子為參考的增益為參考的增益0dBd3dBd6dBd理論輻射圖理論輻射圖一個單一對稱振子具有面包一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射圈形的方向圖輻射 一個各向同性的輻射器在所一個各向

14、同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較的增益一個天線與對稱振子相比較的增益用用“dBd”表示表示一個天線與各向同性輻射器相比較的一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 對稱振子的增益為對稱振子的增益為2.17dB 3. 3. 天線增益與方向圖的關(guān)系天線增益與方向圖的關(guān)系 連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量。輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量。

15、因此它應(yīng)能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入因此它應(yīng)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?qū)l(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，端，或?qū)l(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(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必同時它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。須屏蔽或平衡。 當(dāng)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當(dāng)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。傳輸線，簡稱長線。 天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)的信號電天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)

16、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量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天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(jìn)入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡線進(jìn)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?？赡転榱悖固炀€的輸入阻抗為純電阻。 無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗，無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗， 由上式不難看出，饋線特性阻抗與導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體間距和導(dǎo)由上式不難看出，饋線特性阻抗與導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體間距和導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，與饋

17、線長短、工作頻率以及饋線體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗大小無關(guān)。終端所接負(fù)載阻抗大小無關(guān)。2 2、傳輸線的特性阻抗、傳輸線的特性阻抗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 當(dāng)饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上只有當(dāng)饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負(fù)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?，饋線上各處的電壓幅入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓

18、幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻而當(dāng)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(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收抗時，負(fù)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。部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。 頻率范圍頻率范圍MHzMHz820 - 890820 - 890 頻帶寬度頻帶寬度MHzMHz7070 增益增益dBidBi15.515.5 極化極化垂直極化垂直極化 阻抗阻抗

19、5050 駐波系數(shù)駐波系數(shù) 1.5 1.5 半功率半功率(3(3dB)dB) 方位方位64 64 俯仰俯仰1515 10 10分貝分貝 (10 (10dB)dB)波束寬度波束寬度 方位方位120 120 俯仰俯仰30 30 前后比前后比dBdB3030 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dBdB -12 -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dBdB -14 -14 機械下傾角機械下傾角( (推薦推薦) )6 6 基站天饋系統(tǒng)示意圖基站天饋系統(tǒng)示意圖8防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/8“）5饋線卡饋線卡6走線架走線架4接地裝置接地裝置3接頭密封件接頭密封件絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVC絕緣

20、膠帶絕緣膠帶1天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線板狀天線抱桿（抱桿（ 50114mm）2室外饋線室外饋線9室內(nèi)超柔饋線室內(nèi)超柔饋線7饋線過線窗饋線過線窗基站主設(shè)備基站主設(shè)備1 1天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架 用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：0 015 15 ；2 2 室外跳線室外跳線 用于天線與用于天線與7/87/8主饋線之間的連接。常用的跳線采用主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2 1/2 饋線，長度一般為饋線，長度一般為3 3米。米。3 3 接頭密封件接頭密封件 用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封。常用用于室外跳線兩端接頭（與天線和

21、主饋線相接）的密封。常用的材料有絕緣防水膠帶（的材料有絕緣防水膠帶（3M22283M2228）和）和PVCPVC絕緣膠帶絕緣膠帶3M33+3M33+）。）。4 4 接地裝置（接地裝置（7/87/8饋線接地件饋線接地件 ） 主要是用來防雷和泄流，安裝時與主饋線的外導(dǎo)體直接連接在主要是用來防雷和泄流，安裝時與主饋線的外導(dǎo)體直接連接在一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下部位，一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下部位， 接地點方向必須順著電流方向。接地點方向必須順著電流方向。5 7/85 7/8饋線卡子饋線卡子 用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔用于固定主饋線，在垂直方向，

22、每間隔1 1。5 5米裝一個，米裝一個，水平方向每間隔水平方向每間隔1 1米安裝一個（在室內(nèi)的主饋線部分，不需要安裝米安裝一個（在室內(nèi)的主饋線部分，不需要安裝卡子，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）?？ㄗ?，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）。 常用的常用的7/87/8卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)?？ㄗ佑袃煞N；雙聯(lián)和三聯(lián)。 7/87/8雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。線。6 6 走線架走線架 用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。7 7 饋線過窗器饋線過窗器 主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、

23、鼠類主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、鼠類及灰塵的進(jìn)入。及灰塵的進(jìn)入。8 8 防雷保護器（避雷器）防雷保護器（避雷器） 主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內(nèi)超柔跳線之間，主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內(nèi)超柔跳線之間，其接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網(wǎng)。其接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網(wǎng)。9 9 室內(nèi)超柔跳線室內(nèi)超柔跳線 用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用的用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用的跳線采用跳線采用1/21/2超柔饋線，長度一般為超柔饋線，長度一般為2323米。米。 由于各公司基站主設(shè)備的接口及接口位置

24、有所不同，因此室由于各公司基站主設(shè)備的接口及接口位置有所不同，因此室內(nèi)超柔跳線與主設(shè)備連接的接頭規(guī)格亦有所不同，常用的接頭有內(nèi)超柔跳線與主設(shè)備連接的接頭規(guī)格亦有所不同，常用的接頭有7/16DIN7/16DIN型、有型、有N N型。有直頭、亦有彎頭。型。有直頭、亦有彎頭。10 10 尼龍黑扎帶尼龍黑扎帶 主要有兩個作用：主要有兩個作用：（1 1）安裝主饋線時，臨時捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后，）安裝主饋線時，臨時捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后， 再將尼龍扎帶剪斷去掉。再將尼龍扎帶剪斷去掉。（2 2）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子，故用尼龍扎帶）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子

25、，故用尼龍扎帶 固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。11 11 尼龍白扎帶尼龍白扎帶 用于捆扎固定室內(nèi)部分的主饋線及室內(nèi)超柔跳線。用于捆扎固定室內(nèi)部分的主饋線及室內(nèi)超柔跳線。 無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前GSMGSM和和CDMACDMA移動通信使用的頻段都屬于移動通信使用的頻段都屬于UHFUHF（特高頻）（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。超短波段，其高端屬于微波。 超短波和微波的視距傳播超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰超短波和微波的頻率很高，波長較短，

26、它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，減很快。因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明區(qū)照明區(qū)”。在直視距離內(nèi)超短。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。1 1、電波的多徑傳播、電波的多徑傳播 電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會

27、產(chǎn)生反射。因此林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的超短波不僅有，到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波直射波，還有，還有反射波反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號場強分布相當(dāng)復(fù)雜，波動很由于多途徑傳播使得信號場強分布相當(dāng)復(fù)雜，波動很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，會使電波的極化方向發(fā)大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀瑫闺姴ǖ臉O化方向發(fā)生變化，因此，有的地方信號場強增強，有的地方信生變化，因此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱。另外，不同的障礙物對電波的反射能力號場強減弱。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對

28、超短波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波的反射能力比磚墻強。我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響。同比磚墻強。我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響。同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應(yīng)。時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應(yīng)。2 2、多徑傳播與反射、多徑傳播與反射 電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的大建筑物后面會形成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號質(zhì)量受到影響的程。信號質(zhì)量受

29、到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。率有關(guān)。例如一個建筑物的高度為米，在距建筑物米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物米處，接收信號場強將比無高摟時明顯減弱。這時，如果接收的是兆赫的電視信號，接收信號場強比無高摟時減弱分貝，當(dāng)接收兆赫的電視信號時，接收信號場強將比無高摟時減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號的場強都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越

30、遠(yuǎn)，影響越小。越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。 因此，架設(shè)天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射因此，架設(shè)天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。1.) 1.) 方向圖方向圖 （1 1）水平方向圖的波束寬度與覆蓋區(qū)域面積有關(guān)）水平方向圖的波束寬度與覆蓋區(qū)域面積有關(guān) （2 2）垂直方向圖的波束寬度決定區(qū)域內(nèi)功率的分布）垂直方向圖的波束寬度決定區(qū)域內(nèi)功率的分布 2.)2.)通信方程式。通信方程式。 P PT T(dB(dB)=P)=PR R(dB)+20log4R(m)/(dB)

31、+20log4R(m)/minmin(m)-G(m)-GT T(dB(dBi i)-G)-GR R(dB(dBi i)+L)+Lc c(dB)+L(dB)+L0 0(dB) (dB) 式中式中 L Lc c是基站發(fā)射天線的饋線損耗是基站發(fā)射天線的饋線損耗 L L0 0是傳播途中的電波損耗是傳播途中的電波損耗 在系統(tǒng)設(shè)計時，對最后一項電波傳播損耗在系統(tǒng)設(shè)計時，對最后一項電波傳播損耗L L0 0要留有足夠的余量，一般電波要留有足夠的余量，一般電波傳播損耗與傳播途中自然條件有關(guān)如經(jīng)過樹林和土木建筑時有傳播損耗與傳播途中自然條件有關(guān)如經(jīng)過樹林和土木建筑時有1015dB1015dB損耗、經(jīng)損耗、經(jīng)過鋼筋

32、水泥墻時約有過鋼筋水泥墻時約有2530dB2530dB損耗。損耗。 對于對于800MHz800MHz、900MHz900MHz、的、的CDMACDMA和和GSMGSM、通常認(rèn)為手機的接收門限、通常認(rèn)為手機的接收門限-104dB-104dBm m, ,而實際接收的信號應(yīng)高出而實際接收的信號應(yīng)高出10dB10dB左右才能保證手機收到的信號達(dá)到要求得信噪左右才能保證手機收到的信號達(dá)到要求得信噪比、實際上，為了保持良好的通信往往按接收功率約比、實際上，為了保持良好的通信往往按接收功率約-70dB-70dBm m來計算。來計算。發(fā)射功率為發(fā)射功率為P PT T=20w=43dB=20w=43dBm m接

33、收功率為接收功率為P PR R=-70dB=-70dBm m饋線損耗為饋線損耗為L Lc c=2.4dB(=2.4dB(約約6060米長饋線）米長饋線）手機接收天線增益手機接收天線增益G Gr r=1.5dB=1.5dBi i工作波長工作波長=33.333cm(f=33.333cm(f0 0=900MHz)=900MHz)上述通信方程變?yōu)椋荷鲜鐾ㄐ欧匠套優(yōu)椋?3dBm-(-70dB43dBm-(-70dBm m)+G)+GT T+1.5dB+1.5dBm m=32dB+20logR(m)+2.4dB+L=32dB+20logR(m)+2.4dB+L0 0可得出可得出: 80.1dB+G: 80

34、.1dB+GT T(dB(dBi i)=20logR(m)+ L)=20logR(m)+ L0 0當(dāng)當(dāng)G GT T(dB(dBi i) )20logR(m)-80.1dB+ L20logR(m)-80.1dB+ L0 0時可認(rèn)為能保持系統(tǒng)良好通信時可認(rèn)為能保持系統(tǒng)良好通信 設(shè) 基站有如下常數(shù)在在1 1公里距離內(nèi)能保持良好的通信公里距離內(nèi)能保持良好的通信在上述同樣損耗條件下，如果發(fā)射天線增益在上述同樣損耗條件下，如果發(fā)射天線增益GT=17dBiGT=17dBi即提高即提高6dBi6dBi則通信則通信距離可增加一倍距離可增加一倍R=2kmR=2km另外另外 如果在上述計算中，保持如果在上述計算中，

35、保持GT=11dBGT=11dB不變，而是不變，而是L L0 0減少減少20dB20dB，則，則R R可可增加增加1010倍，即倍，即R=10km,R=10km,而傳播損耗與周圍的自然條件密切相關(guān)，在城區(qū)而傳播損耗與周圍的自然條件密切相關(guān)，在城區(qū)高層建筑高而密集，傳播損耗大、在郊區(qū)農(nóng)村、房屋低而稀疏傳播損耗高層建筑高而密集，傳播損耗大、在郊區(qū)農(nóng)村、房屋低而稀疏傳播損耗小，因此即使通信系統(tǒng)的設(shè)置完全相同、由于使用環(huán)境的不同也會使覆小，因此即使通信系統(tǒng)的設(shè)置完全相同、由于使用環(huán)境的不同也會使覆蓋的功率有不同的結(jié)果，從而影響通信效果蓋的功率有不同的結(jié)果，從而影響通信效果 所以在選擇基站天線時，必須根

36、據(jù)應(yīng)用環(huán)境來選擇不同類型、不同規(guī)所以在選擇基站天線時，必須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境來選擇不同類型、不同規(guī)格的基站天線格的基站天線如果基站采用全向天線如果基站采用全向天線G GT T=11dBi,=11dBi,收發(fā)天線距離收發(fā)天線距離R=1000mR=1000m 帶入上式得帶入上式得L L0 031.1dB31.1dB時時S40mSS18o 由于天線的垂直波束如圖所示，在前面的計算中，我們所給由于天線的垂直波束如圖所示，在前面的計算中，我們所給G GT T值值實際上是在波束的主軸線上的值。由于基站天線均架設(shè)于高塔上，這實際上是在波束的主軸線上的值。由于基站天線均架設(shè)于高塔上，這樣為保證處于地面上的接收者有足

37、夠的功率覆蓋，天線就必須傾斜，樣為保證處于地面上的接收者有足夠的功率覆蓋，天線就必須傾斜，具體傾斜角度由塔高和用戶與基站的距離具體傾斜角度由塔高和用戶與基站的距離d d來決定。來決定。 2 2、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線的作用、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線的作用 1 1）為達(dá)到無縫隙覆蓋，正確選擇基站天線的參數(shù)十分重要對于）為達(dá)到無縫隙覆蓋，正確選擇基站天線的參數(shù)十分重要對于800MHz800MHz和和900MHz900MHz頻段的頻段的GSMGSM、CDMACDMA數(shù)字移動通信網(wǎng)基站，我們選用國內(nèi)數(shù)字移動通信網(wǎng)基站，我們選用國內(nèi)現(xiàn)有基站天線有如下幾個一般原則建議：現(xiàn)有基站天線有如下幾個一般原則建議：根據(jù)天線高度、基站

38、距離，可由下式計算出天線傾角公式：根據(jù)天線高度、基站距離，可由下式計算出天線傾角公式： arcarch/ h/ （r/2r/2） （式中（式中 為波束傾角為天線高度，為站間距離）為波束傾角為天線高度，為站間距離）（a a）對話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離）對話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離300-500300-500米，計算得出米，計算得出 大約在大約在10101919之間。采用內(nèi)置電下傾之間。采用內(nèi)置電下傾9 9的的+ +4545雙極化水平半功率瓣寬雙極化水平半功率瓣寬6565定向天線定向天線 。再加上機械可變。再加上機械可變1515的傾角，可以保證方向圖水平半功率寬度的傾角，可以保證方向圖水平半功率

39、寬度在主瓣下傾在主瓣下傾10101919內(nèi)無變化。經(jīng)使用證明完全可滿足對高密集市區(qū)覆蓋內(nèi)無變化。經(jīng)使用證明完全可滿足對高密集市區(qū)覆蓋的要求。的要求。（b b）對話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于）對話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于500500米，米， 大約在大約在6 61616之間之間可選擇可選擇+ +4545雙極化，內(nèi)置電下傾雙極化，內(nèi)置電下傾6 6的水平半功率瓣寬的水平半功率瓣寬6565定向天線定向天線 ，可，可以保證主瓣在下傾的以保證主瓣在下傾的6 61616內(nèi)水平半功率寬度無變化?？蓾M足對中密度內(nèi)水平半功率寬度無變化。可滿足對中密度話區(qū)覆蓋的要求。話區(qū)覆蓋的要求。 （c c）對話務(wù)量低密集區(qū)

40、，基站間距離可能更大一些，）對話務(wù)量低密集區(qū)，基站間距離可能更大一些， 大約在大約在3 31313之間。可選擇之間?？蛇x擇+ +4545雙極化，內(nèi)置電下傾雙極化，內(nèi)置電下傾3 3的水平半功率瓣寬的水平半功率瓣寬6565定向天定向天線線 ，可保證主瓣在下傾的，可保證主瓣在下傾的3 31313內(nèi)水平半功率寬度無變化，可滿足對低內(nèi)水平半功率寬度無變化，可滿足對低密話區(qū)覆蓋的要求。密話區(qū)覆蓋的要求。 話務(wù)量不大，主要考慮覆蓋大的要求，基站間距很大，可以選用單話務(wù)量不大，主要考慮覆蓋大的要求，基站間距很大，可以選用單極化，空間分集，增益較高的（極化，空間分集，增益較高的（17dB17dB）6565定向天

41、線定向天線 （三扇區(qū)）、或（三扇區(qū)）、或17dB9017dB90定向天線定向天線( (雙扇區(qū)，如下圖雙扇區(qū)，如下圖) )。 2 2） 在縣城及城鎮(zhèn)地區(qū)在縣城及城鎮(zhèn)地區(qū) 話務(wù)量很小，主要考慮覆蓋，基站大都為全向站，天線可選高增話務(wù)量很小，主要考慮覆蓋，基站大都為全向站，天線可選高增益全向天線益全向天線 HTQ-09-11HTQ-09-11。根據(jù)基站架設(shè)高度，可選擇主波束下。根據(jù)基站架設(shè)高度，可選擇主波束下 傾傾3 3 、5 5 、7 7 的全向天線。的全向天線。 3 3） 在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū) 4 4） 在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可選擇三種天線在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可選擇三種天線（1 1）雙扇區(qū)

42、型，兩個區(qū)）雙扇區(qū)型，兩個區(qū)180180劃分，可選擇單極化。劃分，可選擇單極化。3dB3dB波瓣寬度波瓣寬度為為9090最大增益為最大增益為1718dBi1718dBi的定向天線的定向天線 ，兩天線背向，最大輻射，兩天線背向，最大輻射方向各向高速路的一個方向。其合成方向圖為下頁左圖：方向各向高速路的一個方向。其合成方向圖為下頁左圖： （2 2）公路雙向天線：沿公路、鐵路，若話務(wù)量很小，采用全向站的配置，）公路雙向天線：沿公路、鐵路，若話務(wù)量很小，采用全向站的配置，天線可采用全向天線變形的雙向天線天線可采用全向天線變形的雙向天線 （例（例HTSX-09-14HTSX-09-14），它的雙向），它

43、的雙向3dB3dB波瓣波瓣寬度為寬度為7070，最大增益為，最大增益為14dBi14dBi。其方向圖為下右圖：。其方向圖為下右圖： （3 3）公路兼鎮(zhèn)天線：對于既要覆蓋鐵路、公路，又要覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小話務(wù)量）公路兼鎮(zhèn)天線：對于既要覆蓋鐵路、公路，又要覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小話務(wù)量地區(qū)，采用全向站的配置，天線采用地區(qū)，采用全向站的配置，天線采用210210、13dBi13dBi的的弱定向天線弱定向天線HTD0921013HTD0921013兼顧鐵路、公路和路邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的需要。其方向圖為：兼顧鐵路、公路和路邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的需要。其方向圖為： 5 5）嚴(yán)格控制天線輻射的方向圖）嚴(yán)格控制天線輻射的方向圖 (1) (1)水平波束水平波束 高前后