天線基礎知識篇

天線基礎知識篇第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線基礎知識培訓交流內容提要

一、天線的原理二、天線的基本分類三、天線的基本指標四、表征天線性能的主要參數五、各類型天線特點及應用場景六、基站天線的選型七、基站天線的安裝規(guī)范八、需掌握的知識點歸結第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理？什么是天線：天線是無線電波的發(fā)射和接收裝置。？天線的作用是什么：把導線上傳來的電信號轉化為無線電波發(fā)射到空間。收集空間內的無線電波并將其轉化為電信號。將傳輸線中的高頻電磁能轉成為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉化為傳輸線中的高頻電磁能。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理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；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輻射的直導線稱為振子。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理1/2波長1/4波長1/4波長1/2波長波長對稱振子（半波振子）兩臂長度相等的振子叫做對稱振子，也叫半波振子。這種類型的振子在通信類基站天線中應用最為普遍。一個1/2波長的對稱振子在：800MHz約200mm長400MHz約400mm長雙極化對稱振子單極化對稱振子第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理天線工作帶寬無論是發(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，據此可定義天線的頻率帶寬。天線工作帶寬有幾種不同的定義：

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，就是當天線的輸入駐波比≤1.5時，天線的工作帶寬。天線的方向性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.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。天線方向圖第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向垂直極化水平極化+45度傾斜的極化-45度傾斜的極化天線的原理單極化第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的原理V/H(Vertical/Horizontal)Slant(+/-45°)我們常見的單極化天線都采用垂直極化，常見的雙極化天線都采用傾斜+/-45度極化。雙極化第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的基本分類圖：定向天線圖：全向天線按輻射方向劃分全向天線：即在水平方向圖上表現為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性。定向天線：即在水平方向圖上表現為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的基本分類板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線按外部形狀劃分八木天線第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的基本分類按極化方向劃分第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六天線的基本指標電性能指標頻帶(MHz)824～896增益(dBi)＞17電壓駐波比V.S.W.R＜1.35極化方式±45°水平面波束寬度(°)90垂直面波束寬度(°)6.5前后比(dB)≥25交叉極化比(dB)≥15預置電下傾角(°)3端口隔離度(dB)30三階無源交調IMD3(dBm)＜-107輸入阻抗(Ω)50最大功率(W)500接頭形式7/16DIN(F)雷電保護直流接地機械性能指標天線尺寸(mm)640×296×156天線重量(kg)20輻射材料鋁天線罩材料UPVC天線罩顏色灰色工作溫度(℃)-40～+70下傾角調整范圍(°)

0～-15儲藏溫度(℃)-55～+80最大風速(km/h)210第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數1.天線的輸入阻抗

天線的輸入阻抗：是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ω。2.天線的駐波比駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5，但實際應用中VSWR應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內干擾加大，影響基站的服務性能。3.天線的回波損耗

回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。

第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數4.天線的極化方向

天線的極化：就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。隨著新技術的發(fā)展，又出現了一種雙極化天線。就其設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天線數量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數5.天線的增益

天線增益：是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統(tǒng)增益預算余量。另外，表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益，所以dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。

天線增益也可以按波束寬度來估算，工程上有如下經驗公式：其中，θe和θh分別是天線水平面和垂直面的半功率波束寬度，單位是（°）如水平面波束65°，垂直面波束7°的定向天線，按上式計算增益為18dB。

由此可見天線的增益越高，天線波束的就越窄，或反之波束越窄，天線增益越高。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數6.前后比(Front-BackRatio)

前后比：表明了天線對后瓣抑制的好壞，選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區(qū)覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。一般在25－30dB之間，應優(yōu)先選用前后比為30db的天線。天線的前后比天線的前后比第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數7.天線的波瓣寬度

波瓣寬度：是定向天線常用的一個很重要的參數，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發(fā)信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，在一定范圍內通過對天線垂直度（俯仰角）的調節(jié)，可以達到改善小區(qū)覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優(yōu)化中經常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（H－PlaneHalfPowerbeamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時，也越容易發(fā)生波束畸變,形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產生對其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應當采用水平平面的半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（V－PlaneHalfPowerbeamwidth）:（48°,33°,15°,8°）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六表征天線性能的主要參數8.天線端口隔離度（極化隔離度）端口隔離度：指的是兩根或多根單極化天線或者一根雙極化天線兩個端口的的不相關性，隔離度指標保證了同扇區(qū)天線分集接收的性能。理想的極化完全隔離是沒有的，饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在

另外一種極化的天線中出現。雙極化天線單極化天線單極化天線隔離度1000mW(1W)1mW10log(1000mW/1mW)=30dB對于多端口天線，端口隔離度是衡量各個端口之間互耦的重要指標，理論上要求各端口是獨立的即無互耦的，工程實際中要求隔離度大于30dB第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六各類型天線特點及應用場景板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線八木天線板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長。板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據作用扇形區(qū)的范圍大小，應選擇相應的天線型號。從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為1.5m的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達G=20dB.它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常采用6---12單元的八木定向天線，其增益可達10---15dB。室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網絡分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，故首選作為室內覆蓋用天線。鞭狀天線也是用得較為普遍的一類基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、密封性能可靠以及使用壽命長等特點，一般被使用在室外基站，但由于其覆蓋無方向性限制，出于性價比的考慮通常應用于覆蓋沒有明顯的方向性要求，基站周圍話務分布比較分散的區(qū)域。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的選型1、市區(qū)基站天線選擇應用環(huán)境特點：基站分布較密，要求單基站覆蓋范圍小，希望盡量減少越區(qū)覆蓋的現象，減少基站之間的干擾，提高頻率復用率。天線選用原則：極化方式選擇：由于市區(qū)基站站址選擇困難，天線安裝空間受限，建議選用雙極化天線；方向圖的選擇：在市區(qū)主要考慮提高頻率復用度，因此一般選用定向天線；半功率波束寬度的選擇：為了能更好地控制小區(qū)的覆蓋范圍來抑制干擾，市區(qū)天線水平半功率波束寬度選60~65°；天線增益的選擇：由于市區(qū)基站一般不要求大范圍的覆蓋距離，因此建議選用中等增益的天線。建議市區(qū)天線增益選用15-18dBi增益的天線。若市區(qū)內用作補盲的微蜂窩天線增益可選擇更低的天線；下傾角選擇：由于市區(qū)的天線傾角調整相對頻繁，且有的天線需要設置較大的傾角，而機械下傾不利于干擾控制，所以建議選用預置下傾角天線?？梢赃x擇具有固定電下傾角的天線，條件滿足時也可以選擇電調天線。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的選型2、郊區(qū)農村基站天線選擇應用環(huán)境特點：基站分布稀疏，話務量較小，要求廣覆蓋。有的地方周圍只有一個基站，覆蓋成為最為關注的對象，這時應結合基站周圍需覆蓋的區(qū)域來考慮天線的選型。

天線選用原則：方向圖選擇：如果要求基站覆蓋周圍的區(qū)域，且沒有明顯的方向性，基站周圍話務分布比較分散，此時建議采用全向基站覆蓋。同時需要注意的是：全向基站由于增益小，覆蓋距離不如定向基站遠。同時全向天線在安裝時要注意塔體對覆蓋的影響，并且天線一定要與地平面保持垂直。如果局方對基站的覆蓋距離有更遠的覆蓋要求，則需要用定向天線來實現。一般情況下，應當采用水平面半功率波束寬度為90°、105°、120°的定向天線；天線增益的選擇：視覆蓋要求選擇天線增益，建議在郊區(qū)農村地區(qū)選擇較高增益（16-18dBi）的定向天線或9－11dBi的全向天線；下傾方式的選擇：在郊區(qū)農村地區(qū)對天線的下傾調整不多，其下傾角的調整范圍及特性要求不高，建議選用機械下傾天線；同時，天線掛高在50米以上且近端有覆蓋要求時，可以優(yōu)先選用零點填充的天線來避免塔下黑問題。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的選型

3、公路覆蓋基站天線選擇應用環(huán)境特點：該環(huán)境下話務量低、用戶高速移動、此時重點解決的是覆蓋問題。一般來說它要實現的是帶狀覆蓋，故公路的覆蓋多采用雙向小區(qū)；在穿過城鎮(zhèn)，旅游點的地區(qū)也綜合采用全向小區(qū)；再就是強調廣覆蓋，要結合站址及站型的選擇來決定采用的天線類型。不同的公路環(huán)境差別很大，一般來說有較為平直的公路，如高速公路、鐵路、國道、省道等等，推薦在公路旁建站，采用S1/1/1、或S1/1站型，配以高增益定向天線實現覆蓋。有蜿蜒起伏的公路如盤山公路、縣級自建的山區(qū)公路等等。得結合在公路附近的鄉(xiāng)村覆蓋，選擇高處建站。在初始規(guī)劃進行天線選型時，應盡量選擇覆蓋距離廣的高增益天線進行廣覆蓋。天線選型原則：方向圖的選擇：在以覆蓋鐵路、公路沿線為目標的基站，可以采用窄波束高增益的定向天線?？筛鶕颊军c的道路局部地形起伏和拐彎等因素來靈活選擇天線形式；天線增益的選擇，定向天線增益可選17dBi－22dBi的天線，全向天線的增益選擇11dBi；下傾方式的選擇：公路覆蓋一般不設下傾角，建議選用價格較便宜的機械下傾天線，在50米以上且近端有覆蓋要求時，可以優(yōu)先選用零點填充（大于15%）的天線來解決塔下黑問題；前后比：由于公路覆蓋大多數用戶都是快速移動用戶，所以為保證切換的正常進行，定向天線的前后比不宜太高。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的選型4、山區(qū)覆蓋基站天線選擇應用環(huán)境特點：在偏遠的丘陵山區(qū)，山體阻擋嚴重，電波的傳播衰落較大，覆蓋難度大。通常為廣覆蓋，在基站很廣的覆蓋半徑內分布零散用戶，話務量較小?；净蚪ㄔ谏巾斏?、山腰間、山腳下、或山區(qū)里的合適位置。需要區(qū)分不同的用戶分布、地形特點來進行基站選址、選型、選擇天線。以下這幾種情況比較常見的：盆地型山區(qū)建站、高山上建站、半山腰建站、普通山區(qū)建站等。天線選擇原則：方向圖的選擇：視基站的位置、站型及周邊覆蓋需求來決定方向圖的選擇，可以選擇全向天線，也可以選擇定向天線。對于建在山上的基站，若需要覆蓋的地方位置相對較低，則應選擇垂直半功率角較大的方向圖，更好地滿足垂直方向的覆蓋要求；天線增益選擇：視需覆蓋的區(qū)域的遠近選擇中等天線增益，全向天線（9-11dBi），定向天線（15-18dBi）；傾角選擇：在山上建站，需覆蓋的地方在山下時，要選用具有零點填充或預置下傾角的天線。對于預置下傾角的大小視基站與需覆蓋地方的相對高度作出選擇，相對高度越大預置下傾角也就應選擇更大一些的天線。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的安裝規(guī)范8防雷保護器主饋線（7/8“）5饋線卡6走線架4接地裝置3接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶1天線調節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線抱桿（50~114mm）2室外饋線（1/2“）9室內超柔饋線7饋線過線窗基站主設備典型基站天饋系統(tǒng)示意圖第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的安裝規(guī)范規(guī)范安裝圖例第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六基站天線的安裝規(guī)范由于移動通信的迅猛發(fā)展，目前全國許多地區(qū)存在多網并存的局面，即C、W、T、G四網并存。為充分利用資源，實現資源共享，我們一般采用天線共塔的形式。這就涉及到天線的正確安裝問題，即如何安裝才能盡可能地減少天線之間的相互影響。在工程中我們一般用隔離度指標來衡量，通常要求隔離度應至少大于30dB，為滿足該要求，常采用使天線在垂直方向隔開或在水平方向隔開的方法，實踐證明，在天線間距相同時，垂直安裝比水平安裝能獲得更大的隔離度?？偟膩碚f，天線的安裝應注意以下幾個問題：（1）定向天線的塔側安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，在安裝時應注意：定向天線的中心至鐵塔的距離為λ/4或3λ/4時，可獲得塔外的最大方向性。（2）全向天線的塔側安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，原則上天線鐵塔不能成為天線的反射器。因此在安裝中，天線總應安裝于棱角上，且使天線與鐵塔任一部位的最近距離大于λ。