移動通信基站天饋線系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)教材上冊

移動通信基站天饋線系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)教材上冊第1頁/共134頁

天線是發(fā)射接收機的耳朵，微弱的電波從天線經(jīng)過饋線進入發(fā)射端接收端，才能讓我們聽到遠方電臺的聲音。一個接收系統(tǒng)的好壞，天線占了一半。我們希望天線能有高的增益，把微弱的信號變得響亮，我們希望天線能有一定的選擇能力，把傳呼臺干擾和本地強臺擋在外面，我們希望天饋系統(tǒng)盡量減小損耗，把每一微伏的信號都送到接收機的前端。對于大多數(shù)使用便攜式收音機來收聽FMDX的人說，他們的天線也許只是收音機上的拉桿天線，這樣的天線雖然簡單方便，但是對于FMDX來說，無論如何是不夠的，盡管拜電離層的恩賜，這樣的天線系統(tǒng)也不是沒有可能接收到DX信號。我將介紹一些常見而且容易自制的天線，這些天線能夠用我們?nèi)粘Ｉ钪腥菀椎玫降牟牧现谱?。我會逐一制作這些天線，將制作的過程拍成照片，并給出盡可能詳細的尺寸數(shù)據(jù)。盡管我在制作過程中會動用天線分析儀甚至是綜合測試儀等設(shè)備，但是我將告訴讀者不使用這些昂貴儀器的調(diào)試方法。至少，完全按照我的材料、尺寸總不會錯。

電波在講天線之前，不能不先提一提電波。我們制作天線的目的是為了捕捉電波，因此，在考慮天線的問題之前，絕對有必要先研究一下電波的問題。

FM廣播波段，頻率上是從87.5MHz到108MHz，對應(yīng)的波長是3.4米到2.7米，一般稱做3米波段，是VHF（VeryHighFrequency）的一段。這個波段以下，54MHz到87.5MHz是電視廣播波段，以上，108MHz到136MHz是航空通訊波段。VHF波段的電波傳播，主要有三種途徑：

天線有關(guān)概念第2頁/共134頁

直接波

這是指從發(fā)射天線到接收天線之間，不經(jīng)過任何發(fā)射，直接到達，電波就象一束光一樣，所以有人稱它為視線傳播。視線傳播這個名字也表明了這種傳播方式能夠傳播的距離不遠。這有兩個原因，首先是電波從發(fā)射點出發(fā)，其能量是以冪級數(shù)遞減的，而接收機要能良好地解調(diào)出廣播，需要一定的信號強度。所以太遠的地方，信號太弱，不足以解調(diào)。如果只是這個原因，那么拼命提高發(fā)射功率或增加接收天線的增益，也許就可以擴大收聽的范圍了。但是，還有一個重要的問題是，地球是圓的，在地球上任何一點發(fā)出的電波，按直線前進的方向，最終將離開地球射向天空。主要是由于第二個原因，一般地講，地面上一個發(fā)射臺發(fā)出的直線波，只能傳播到70km遠處地面上的接收處。如果雙方的高度增加，那么這個距離還可以增加，但總是有限的。所以，70km，是本地收聽的極限，實際上，由于山脈、丘陵、房屋的阻擋、反射，這個距離還要大打折扣，一般可以估計的距離是35km。

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電離層發(fā)射波這是指電波通過電離層的發(fā)射達到接收方。這里面的名堂很多。電離層本身是有多個層次的，支持短波（1.8MHz到30MHz）反射的電離層是F1和F2層。F1和F2并不是甘心反射所有的無線電波，它們能反射的最高頻率是有限的，超過這個頻率的電波完全得不到反射，而是穿過電離層射向太空。如果沒有這個特性，那么通訊衛(wèi)星就不可能存在了，通訊衛(wèi)星就是在電離層外工作的。這個最高頻率叫作MUF（MaxUsableFrequency）。MUF與很多因素有關(guān)，主要是和太陽黑子活躍程度以及季節(jié)有關(guān)。太陽黑子活躍，MUF就高，天氣熱，MUF也高。MUF最高能高到多少呢？一般在太陽黑子活躍期的夏天，MUF在20MHz到40MHz之間，很少超過50MHz。在低的時候甚至?xí)偷?0MHz以下。但是在太陽黑子異常活躍的時候，MUF也有可能偶然達到100MHz。這時候，就有可能通過F層發(fā)射收到DXFM了。但是這不是FMDX的主要形式，F(xiàn)MDX主要是通過另外一個電離層E層。本來E層的出現(xiàn)是破壞F層，所以我們不妨記F層為Friend層，E層為Enemy層。但是Es層的出現(xiàn)，卻會形成一個短期內(nèi)密度極高的反射層。反射層的密度高，意味著能更好地反射電波。所以Es層開通的時候，DX電臺的信號會異常地強。在6米和10米業(yè)余波段工作的業(yè)余電臺都知道，Es層開通的時候，很小的功率，甚至5W，也有可能做DX聯(lián)絡(luò)。Es的開通，主要是提供了800km以內(nèi)電波的傳播路徑。由于信號很強，其實很多時候并不需要很好的設(shè)備就可以接收，需要的是耐心和運氣。除了這兩種反射，F(xiàn)MDX還有可能通過對流層反射和流星余跡到達你的接收機。

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地波和大氣波導(dǎo)

本來來說，理論上VHF是不存在地波的。但是無數(shù)的實踐表明，VHF也存在著某種程度的地波傳播。所以我們能穩(wěn)定地接收200km左右電臺的信號。江蘇和安徽兩省的業(yè)余電臺，每年國慶的時候都進行全省VHF移動通訊實驗，也證明了VHF電波可以在200km左右的距離得到傳播。大氣波導(dǎo)是另外一種可能傳播VHF電波的手段，不過人們研究得還不夠多。既然存在著這些可能，那么如何知道我收到的信號是以什么方式來的呢？一般來說，如果收到的信號來自70km以內(nèi)的電臺，基本上可以認(rèn)為是直接波；如果是200km以內(nèi)，而且信號穩(wěn)定（不一定強），那么大概是地波；如果是800km以內(nèi)，信號很強，但是極不穩(wěn)定，而且偶爾才出現(xiàn)，多半是Es層傳播；如果距離更遠，信號很弱，大概是F層或其他形式的電離層傳播了。

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知道這些有什么用呢？用處在于幫助我們選擇對天線的要求。比如，F(xiàn)層的傳播有一個特點是越距，大約500km以內(nèi)的電臺是不可能通過F層的傳播來的，這個距離內(nèi)的電臺信號只能以Es層來。就象在杭州想要接收臺灣的FM電臺信號，只能PNP（Plugandpray），等Es層，那么天線就要考慮適合Es層的特點。還有一個很重要的因素是極化方式，這是很容易被很多愛好者忽略的問題。電波的極化方式有三種：水平極化、垂直極化和圓極化。不管理論上怎么計算，簡單的判斷方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平極化，垂直的就是垂直極化，圓極化不用在FM廣播，可以不管。極化方式之所以重要，是因為要求發(fā)射方與接收方的極化方式必須一致，才能有好的接收效果。我國廣播的極化方式是水平極化，所以，接收天線也應(yīng)水平架設(shè)。如果極化方式不一致，會有10dB到20dB的損失。可是，經(jīng)過電離層的反射過來的電波，早就被反射得七葷八素、顛三倒四，說不定是什么極化方式了。所以，接收DX信號，其實垂直極化也不錯，附帶的一個好處，就是可以削弱本地電臺的影響。第6頁/共134頁天線技術(shù)術(shù)語解釋

【天線及天線程式】天線是在無線電收發(fā)系統(tǒng)中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。是無線電通信系統(tǒng)中必不可少的部分。由于各種設(shè)備要求采用的波段不同，天線的設(shè)計也就不同，不同用途的天線需要設(shè)計成各種樣式，就是我們通常稱的天線程式。如在長、中、短波段，一般用導(dǎo)線構(gòu)成天線，有T形、倒L形、環(huán)形、菱形、魚骨形、籠形天線等。在微波波段，用金屬板或網(wǎng)制成喇叭天線，拋物面天線，金屬面上開槽的裂縫天線，金屬或介質(zhì)條排成的透鏡天線等。天線有五個基本參數(shù)：方向性系數(shù)、天線效率、增益系數(shù)、輻射電阻和天線有效高度。這些參數(shù)是衡量天線質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。

【天線的方向性】是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。它的這種能力可采用方向圖，方向圖主瓣的寬度，方向性系數(shù)等參數(shù)進行描述。所以方向性是衡量天線優(yōu)劣的重要因素之一。天線有了方向性，就能在某種程度上相當(dāng)于提高發(fā)射機或接收機的效率，并使之具有一定的保密性和抗干擾性。

【方向性圖】方向性圖是表示天線方向性的特性曲線，即天線在各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波能力的圖形。

實用天線處在三度幾何空間中，所以，它的方向性圖應(yīng)該是個立體圖。在這個立體圖中，由于所取的截面不同而有不同的方向性圖。最常用的是水平面內(nèi)的方向性圖（即和大地平行的平面內(nèi)的方向性圖）和垂直面內(nèi)的方向性圖（即垂直于大地的平面內(nèi)的方向性圖）。有的專業(yè)書籍上也稱赤道面方向性圖或子午面方向性圖。

【波瓣寬度】有時也稱波束寬度。系指方向性圖的主瓣寬度。一般是指半功率波瓣寬度。由圖（18）可以看出A、Aˊ點至O點間的夾角，稱主瓣角寬度。當(dāng)L/λ數(shù)值不同時，其波瓣寬度也不同。L/λ比值增加時，方向圖越尖銳，但當(dāng)（L/λ）＞0.5時，除了與振子軸垂直的方向有最大的主瓣外，還可能出現(xiàn)付瓣。因此，波瓣寬度越小，其方向性越強，保密性也強，干擾鄰臺的可能性小。所以，對于超短波，微波等所用的天線，登記主瓣寬度這一指標(biāo)，是十分重要的第7頁/共134頁

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【方向性系數(shù)】方向性系數(shù)是用來表示天線向某一個方向集中輻射電磁波程度（即方向性圖的尖銳程度）的一個參數(shù)。為了確定定向天線的方向性系數(shù)，通常以理想的非定向天線作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。任一定向天線的方向性系數(shù)是指在接收點產(chǎn)生相等電場強度的條件下，非定向天線的總輻射功率對該定向天線的總輻射功率之比。按照上面的定義，由于定向天線在各個方向上的輻射強度不等，故天線的方向性系數(shù)也隨著觀察點的位置而不同，在輻射電場最大的方向，方向性系數(shù)也最大。通常如果不特別指出，就以最大輻射方向的方向性系數(shù)作為定向天線的方向性系數(shù)。

在中波和短波波段，方向性系數(shù)約為幾到幾十；在米波范圍內(nèi)，約為幾十到幾百；而在厘米波波段，則可高達幾千，甚至幾萬。

【輻射電阻】發(fā)射天線的輻射功率與饋電點的有效電流平方之比，稱為天線的輻射電阻。輻射電阻是一個等效電阻，如果用它來代替天線，就能消耗天線實際輻射的功率。因此，采用輻射電阻這個概念，可以簡化天線的有關(guān)計算。

輻射電阻的大小取決于天線的尺寸、形狀以及饋電電流的波長。因為發(fā)射天線的任務(wù)是輻射電磁波，所以在裝置天線時總是適當(dāng)?shù)剡x擇其尺寸和形狀，使輻射電阻盡可能大一些。

【天線有效高度】小于四分之一波長的垂直天線：假定在一根垂直的天線上有均勻分布的電流。此均勻電流等于實際天線上的最大電流，且所產(chǎn)生的輻射場強與實際天線的輻射場強相同，該假設(shè)的垂直天線的長度即為實際天線有效高度。

【天線最大增益系數(shù)】平時也簡稱天線最大增益或天線增益。指在最大場強方向上某點產(chǎn)生相等電場強度的條件下，標(biāo)準(zhǔn)天線（無方向）的總輸入功率對定向天線總輸入功率的比值，稱該天線的最大增益系數(shù)。它是比天線方向性系數(shù)更全面的反映天線對總的射頻功率的有效利用程度。并用分貝數(shù)表示?？梢杂脭?shù)學(xué)推證，天線最大增益系數(shù)等于天線方向性系數(shù)和天線效率的乘積第8頁/共134頁

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【天線效率】它是指天線輻射出去的功率（即有效地轉(zhuǎn)換電磁波部分的功率）和輸入到天線的有功功率之比。是恒小于1的數(shù)值。

【天線極化波】電磁波在空間傳播時，若電場矢量的方向保持固定或按一定規(guī)律旋轉(zhuǎn)，這種電磁波便叫極化波，又稱天線極化波，或偏振波。通?？煞譃槠矫鏄O化（包括水平極化和垂直極化）、圓極化和橢圓極化。

【極化方向】極化電磁波的電場方向稱為極化方向。

【極化面】極化電磁波的極化方向與傳播方向所構(gòu)成的平面稱為極化面。

【垂直極化】無線電波的極化，常以大地作為標(biāo)準(zhǔn)面。凡是極化面與大地法線面（垂直面）平行的極化波稱為垂直極化波。其電場方向與大地垂直。

【水平極化】凡是極化面與大地法線面垂直的極化波稱為水平極化波。其電場方向與大地相平行。

【平面極化】如果電磁波的極化方向保持在固定的方向上，稱為平面極化，也稱線極化。在電場平行于大地的分量（水平分量）和垂直于大地表面的分量，其空間振幅具有任意的相對大小，可以得到平面極化。垂直極化和水平極化都是平面極化的特例。

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【圓極化】當(dāng)無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0～360°周期的變化，即電場大小不變，方向隨時間變化，電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時，稱為圓極化。在電場的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°時，可以得到圓極化。圓極化，若極化面隨時間旋轉(zhuǎn)并與電磁波傳播方向成右螺旋關(guān)系，稱右圓極化；反之，若成左螺旋關(guān)系，稱左圓極化。

【橢圓極化】若無線電波極化面與大地法線面之間的夾角從0～2π周期地改變，且電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個橢圓時，稱為橢圓極化。當(dāng)電場垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值時（兩分量相等時例外），均可得到橢圓極化。

【長波天線、中波天線】是工作于長波及中波波段的發(fā)射天線或接收天線的統(tǒng)稱。長、中波是以地波和天波傳播的，而天波則連續(xù)反射于電離層和大地之間。根據(jù)此傳播特性，長、中波天線應(yīng)能產(chǎn)生垂直極化的電波。在長、中波天線中，應(yīng)用較廣的的有垂直型、倒L型、T型、傘型垂直接地天線。長、中波天線應(yīng)有良好的地網(wǎng)。長、中波天線存在著許多技術(shù)上的問題，如有效高度小、輻射電阻小、效率低、通頻帶窄、方向性系數(shù)小等。為了解決這些問題，天線結(jié)構(gòu)往往非常復(fù)雜，非常龐大。

【短波天線】工作于短波波段的發(fā)射或接收天線，統(tǒng)稱為短波天線。短波主要是借助于電離層反射的天波傳播的，是現(xiàn)代遠距離無線電通信的重要手段之一。短波天線形式很多，其中應(yīng)用最多的有對稱天線、同相水平天線、倍波天線、角型天線、V型天線、菱形天線、魚骨形天線等。和長波天線比較，短波天線的有效高度大，輻射電阻大，效率高，方向性良好，增益高，通頻帶寬。

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【超短波天線】工作于超短波波段的發(fā)射和接收天線稱為超短波天線。超短波主要靠空間波傳播。這種天線的形式很多，其中應(yīng)用最多的有八木天線、盤錐形天線、雙錐形天線、“蝙蝠翼”電視發(fā)射天線等。

【微波天線】工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發(fā)射或接收天線，統(tǒng)稱為微波天線。微波主要靠空間波傳播，為增大通信距離，天線架設(shè)較高。在微波天線中，應(yīng)用較廣的有拋物面天線、喇叭拋物面天線、喇叭天線、透鏡天線、開槽天線、介質(zhì)天線、潛望鏡天線等。

【定向天線】定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強，而在其它的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。

采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天線的主要目的是增加抗干擾能力。

【不定向天線】在各個方向上均勻輻射或接收電磁波的天線，稱為不定向天線，如小型通信機用的鞭狀天線等。

【寬頻帶天線】方向性、阻抗和極化特性在一個很寬的波段內(nèi)幾乎保持不變的天線，稱為寬頻帶天線。早期的寬頻帶天線有菱形天線、V形天線、倍波天線、盤錐形天線等，新的寬頻帶天線有對數(shù)周期天線等。

【調(diào)諧天線】僅在一個很窄的頻帶內(nèi)才具有預(yù)定方向性的天線，稱為調(diào)諧天線或稱調(diào)諧的定向天線。通常，調(diào)諧天線僅在它的調(diào)諧頻率附近5%的波段內(nèi)，其方向性才保持不變，而在其它頻率上，方向性變化非常厲害，以致使通信遭到破壞。調(diào)諧天線不適于頻率多變的短波通信。同相水平天線、折合天線、曲折天線等均屬于調(diào)諧天線。

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【垂直天線】垂直天線是指與地面垂直放置的天線。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有對稱與不對稱兩種形式，而后者應(yīng)用較廣。對稱垂直天線常常是中心饋電的。不對稱垂直天線則在天線底端與地面之間饋電，其最大輻射方向在高度小于1/2波長的情況下，集中在地面方向，故適應(yīng)于廣播。不對稱垂直天線又稱垂直接地天線。

【倒L天線】在單根水平導(dǎo)線的一端連接一根垂直引下線而構(gòu)成的天線。因其形狀象英文字母L倒過來，故稱倒L形天線。俄文字母的Γ字正好是英文字母L的倒寫。故稱Γ型天線更方便。它是垂直接地天線的一種形式。為了提高天線的效率，它的水平部分可用幾根導(dǎo)線排在同一水平面上組成，這部分產(chǎn)生的輻射可忽略，產(chǎn)生輻射的是垂直部分。

倒L天線一般用于長波通信。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、架設(shè)方便；缺點是占地面積大、耐久性差。

【T形天線】在水平導(dǎo)線的中央，接上一根垂直引下線，形狀象英文字母T，故稱T形天線。它是最常見的一種垂直接地的天線。它的水平部分輻射可忽略，產(chǎn)生輻射的是垂直部分。為了提高效率，水平部分也可用多根導(dǎo)線組成。T形天線的特點與倒L形天線相同。它一般用于長波和中波通信。

【傘形天線】在單根垂直導(dǎo)線的頂部，向各個方向引下幾根傾斜的導(dǎo)體，這樣構(gòu)成的天線形狀象張開的雨傘，故稱傘形天線。它也是垂直接地天線的一種形式。其特點和用途與倒L形、T形天線相同。

【鞭狀天線】鞭狀天線是一種可彎曲的垂直桿狀天線，其長度一般為1/4或1/2波長。大多數(shù)鞭狀天線都不用地線而用地網(wǎng)。小型鞭狀天線常利用小型電臺的金屬外殼作地網(wǎng)。有時為了增大鞭狀天線的有效高度，可在鞭狀天線的頂端加一些不大的輻狀葉片或在鞭狀天線的中端加電感等。

鞭狀天線可用于小型通信機、步談機、汽車收音機等。

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【對稱天線】兩部分長度相等而中心斷開并接以饋電的導(dǎo)線，可用作發(fā)射和接收天線，這樣構(gòu)成的天線叫做對稱天線。因為天線有時也稱為振子，所以對稱天線又叫對稱振子，或偶極天線。

總長度為半個波長的對稱振子，叫做半波振子，也叫做半波偶極天線。它是最基本的單元天線，用得也最廣泛，很多復(fù)雜天線是由它組成的。半波振子結(jié)構(gòu)簡單，饋電方便，在近距離通信中應(yīng)用較多。

【籠形天線】是一種寬波段弱定向天線。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是把幾根導(dǎo)線圍成的空心圓柱體代替對稱天線中的單導(dǎo)線輻射體而成的，因其輻射體呈籠形，故稱籠形天線?；\形天線的工作波段寬，易于調(diào)諧。它適應(yīng)于近距離的干線通信。

【角形天線】屬于對稱天線的一類，但它的兩臂不排列在一條直線上，而成90°或120°角，故稱角形天線。這種天線一般是水平裝置的，它的方向性是不顯著的。為了得到寬波段特性，角形天線的雙臂也可采用籠形結(jié)構(gòu)，稱角籠形天線。

【折合天線】將振子彎折成相互平行的對稱天線稱為折合天線。有雙線折合天線、三線折合天線及多線折合天線幾種形式，圖3中所示的是雙線和三線折合天線。彎折時，應(yīng)使各線上各對應(yīng)點的電流同相，從遠處看，整個天線如同一對稱天線。但折合天線與對稱天線比較，輻射增強。輸入阻抗增大，便于與饋線耦合。折合天線是一種調(diào)諧天線，工作頻率較窄。它在短波和超短波波段獲得廣泛應(yīng)用第13頁/共134頁

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【V形天線】是由彼此成一角度的兩條導(dǎo)線組成，形狀象英文字母V的一種天線。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它的終端可以開路，也可以接有電阻，其電阻的大小等于天線的特性阻抗。V形天線具有單向性，最大發(fā)射方向在分角線方向的垂直平面內(nèi)。它的缺點是效率低、占地面積大。

【菱形天線】是一種寬頻帶天線。其結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由一個水平的菱形懸掛在四根支柱上構(gòu)成，菱形的一只銳角接在饋線上，另一只銳角接一與菱形天線特性阻抗相等的終端電阻。其最大發(fā)射方向如圖中箭頭所示，在指向終端電阻方向的垂直平面內(nèi)，具有單向性。菱形天線的優(yōu)點是增益高、方向性強、使用波段寬、易于架設(shè)和維護；缺點是占地面積大。菱形天線經(jīng)過變形之后，又有雙菱形天線、回授式菱形天線及折式菱形天線三種形式。

菱形天線一般用于大中型短波收信電臺。

【盤錐形天線】是一種超短波天線。其結(jié)構(gòu)如圖6所示，頂部為一圓盤（即輻射體），由同軸線的心線饋電，下面為一圓錐，接同軸線的外導(dǎo)體。圓錐的作用與無限大的地面相似，改變圓錐的傾斜角度，就能改變天線的最大輻射方向。它有極寬的頻帶。

【魚骨形天線】魚骨形天線又叫邊射天線，是一種專用短波接收天線。其結(jié)構(gòu)如圖7所示，由在兩根集合線上每隔一定距離連接一個對稱振子組成，這些對稱振子都是經(jīng)過一很小的電容器接到集合線上的。在集合線的末端，即對著通信方向的一端，接上一個與集合線特性阻抗相等的電阻，另一端則通過饋線接到接收機上。與菱形天線相比較，魚骨形天線的優(yōu)點是副瓣?。ㄒ簿褪侵靼攴较蚪邮漳芰?，在其它方向接收較弱），各天線之間相互影響小，占地較小；缺點是效率低，安裝和使用均較復(fù)雜。

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【八木天線】又叫引向天線。它有幾根金屬棒組成，結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中一根是輻射器，輻射器后面一根較長的為反射器，前面數(shù)根較短的是引向器。輻射器通常用折迭式半波振子。天線最大輻射方向與引向器的指向相同。八木天線的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、輕便堅固、饋電方便；缺點頻帶窄、抗干擾性差。在超短波通信和雷達中應(yīng)用。

【扇形天線】它有金屬板式和金屬導(dǎo)線式兩種形式。結(jié)構(gòu)如圖9所示，其中，圖（a）是扇形金屬板式，圖(b)是扇形金屬導(dǎo)線式。這種天線由于加大了天線斷面積，所以加寬了天線頻帶。線式扇形天線可以用三根、四根或五根金屬導(dǎo)線。扇形天線用于超短波接收。

【雙錐形天線】雙錐形天線由兩個錐頂相對的圓錐體組成，在錐頂饋電。其結(jié)構(gòu)如圖10所示，圓錐可以用金屬面、金屬線或金屬網(wǎng)構(gòu)成。正象籠形天線一樣，由于天線的斷面積增大，天線頻帶也隨之加寬。雙錐形天線主要用于超短波接收。

【拋物面天線】拋物面天線是一種定向微波天線，由拋物面反射器和輻射器組成，輻射器裝在拋物面反射器的焦點或焦軸上。其結(jié)構(gòu)如圖11所示，輻射器發(fā)出的電磁波經(jīng)過拋物面的反射，形成方向性很強的波束。拋物面反射器由導(dǎo)電性很好的金屬做成，主要有以下四種方式：旋轉(zhuǎn)拋物面、柱形拋物面、割截旋轉(zhuǎn)拋物面及橢圓形邊緣拋物面，最常用的是旋轉(zhuǎn)拋物面和柱形拋物面。輻射器一般采用半波振子、開口波導(dǎo)、開槽波導(dǎo)等。拋物面天線具有結(jié)構(gòu)簡單、方向性強、工作頻帶較寬等優(yōu)點。缺點是：由于輻射器位于拋物面反射器的電場中，因而反射器對輻射器的反作用大，天線與饋線很難得到良好匹配；背面輻射較大；防護度較差；制作精度高。在微波中繼通信、對流層散射通信、雷達及電視中廣泛應(yīng)用這種天線。第15頁/共134頁

【喇叭拋物面天線】喇叭拋物面天線由喇叭和拋物面兩部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖12所示，拋物面蓋在喇叭上，而喇叭的頂點位于拋物面的焦點上。喇叭是輻射器，它向拋物面輻射電磁波，電磁波經(jīng)過拋物面反射，聚焦成窄波束發(fā)射出去。

喇叭拋物面天線的優(yōu)點是：反射器對輻射器沒有反作用，輻射器對反射電波沒有遮擋作用，天線與饋電裝置匹配較好；背面輻射??；防護度較高；工作頻帶非常寬；結(jié)構(gòu)簡單。喇叭拋物面天線在干線中繼通信中用的很廣泛。

【喇叭天線】又稱號角天線。其結(jié)構(gòu)如圖13所示，它是由一段均勻波導(dǎo)和一段截面慢慢增大的喇叭狀波導(dǎo)組成。喇叭天線有三種形式：扇形喇叭天線、角錐形喇叭天線及圓錐形喇叭天線。

喇叭天線是最常用的微波天線之一，一般用作輻射器。其優(yōu)點是工作頻帶寬；缺點是體積較大，而且就同一口徑來說，它的方向性不及拋物面天線尖銳。

【喇叭透鏡天線】由喇叭及裝在喇叭口徑上的透鏡組成，故稱為喇叭透鏡天線。透鏡的原理參見透鏡天線，這種天線具有相當(dāng)寬的工作頻帶，而且比拋物面天線具有更高的防護度，它在波道數(shù)較多的微波干線通信中用得很廣泛。

【透鏡天線】在厘米波段，許多光學(xué)原理可以用于天線方面。在光學(xué)中，利用透鏡能使放在透鏡焦點上的點光源輻射出的球面波，經(jīng)過透鏡折射后變?yōu)槠矫娌?。透鏡天線就是利用這一原理制作而成的。它由透鏡和放在透鏡焦點上的輻射器組成。透鏡天線有介質(zhì)減速透鏡天線和金屬加速透鏡天線兩種。圖14的上圖是介質(zhì)減速透鏡天線的原理圖透鏡是用低損耗高頻介質(zhì)制成，中間厚，四周薄。從輻射源發(fā)出的球面波經(jīng)過介質(zhì)透鏡時受到減速。所以球面波在透鏡中間部分受到減速的路徑長，在四周部分受到減速的路徑短。因此，球面波經(jīng)過透鏡后就變成平面波，也就是說，輻射變成定向的。

圖14的下圖是金屬加速透鏡天線的原理圖。透鏡由許多塊長度不同的金屬板平行放置而成。金屬板垂直于地面，愈靠近中間的金屬板愈短第16頁/共134頁

。電波在平行金屬板中傳播時受到加速。從輻射源發(fā)出的球面波經(jīng)過金屬透鏡時，愈靠近透鏡邊緣，受到加速的路徑愈長，而在中間則受到加速的路徑就短。因此，經(jīng)過金屬透鏡后的球面波就變成平面波。透鏡天線具有下列優(yōu)點：1、旁瓣和后瓣小，因而方向圖較好；2、制造透鏡的精度不高，因而制造比較方便。其缺點是效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。透鏡天線用于微波中繼通信中。

【開槽天線】在一塊大的金屬板上開一個或幾個狹窄的槽，用同軸線或波導(dǎo)饋電，這樣構(gòu)成的天線叫做開槽天線，也稱裂縫天線。為了得到單向輻射，金屬板的后面制成空腔，開槽直接由波導(dǎo)饋電。開槽天線結(jié)構(gòu)簡單，沒有凸出部分，因此特別適合在高速飛機上使用。它的缺點是調(diào)諧困難。

【介質(zhì)天線】介質(zhì)天線是一根用低損耗高頻介質(zhì)材料（一般用聚苯乙烯）作成的圓棒，它的一端用同軸線或波導(dǎo)饋電。圖15所示的天線是用同軸線饋電的棒狀介質(zhì)天線。圖中1是介質(zhì)棒；2是同軸線的內(nèi)導(dǎo)體的延伸部分，形成一個振子，用以激發(fā)電磁波；3是同軸線；4是金屬套筒。套筒的作用除夾住介質(zhì)棒外，更主要的是反射電磁波，從而保證由同軸線的內(nèi)導(dǎo)體激勵電磁波，并向介質(zhì)棒的自由端傳播。

介質(zhì)天線的優(yōu)點是體積小，方向性尖銳；缺點是介質(zhì)有損耗，因而效率不高。

【潛望鏡天線】在微波中繼通信中，天線往往安置在很高的支架上，因此，給天線饋電就得用很長的饋線。饋線過長會產(chǎn)生許多困難，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量損耗大，由于在饋線接頭處的能量反射而引起天線的位置和輻射的經(jīng)典問題失真等。第17頁/共134頁

為了克服這些困難，可采用一種潛望鏡天線，結(jié)構(gòu)如圖16所示，潛望鏡天線由安置在地面上的下鏡輻射器和安裝在支架上的上鏡反射器組成。下鏡輻射器一般是拋物面天線，上鏡反射器為金屬平板。下鏡輻射器向上發(fā)射電磁波，經(jīng)過金屬平板反射出去。潛望鏡天線的優(yōu)點是能量損耗小、失真小、效率高。主要用于容量不大的微波中繼通信中。

【螺旋天線】是一種具有螺旋形狀的天線。它由導(dǎo)電性能良好的金屬螺旋線組成，通常用同軸線饋電，同軸線的心線和螺旋線的一端相連接，同軸線的外導(dǎo)體則和接地的金屬網(wǎng)（或板）相連接。螺旋天線的輻射方向與螺旋線圓周長有關(guān)。當(dāng)螺旋線的圓周長比一個波長小很多時，輻射最強的方向垂直于螺旋軸；當(dāng)螺旋線圓周長為一個波長的數(shù)量級時，最強輻射出現(xiàn)在螺旋旋軸方向上。

【天線調(diào)諧器】連接發(fā)射機與天線的一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，叫做天線調(diào)諧器。天線輸入阻抗隨頻率而發(fā)生很大的變化，而發(fā)射機輸出阻抗是一定的，若發(fā)射機與天線直接連接，當(dāng)發(fā)射機頻率改變時，發(fā)射機與天線之間阻抗不匹配，就會降低輻射功率。使用天線調(diào)諧器，就能使發(fā)射機與天線之間阻抗匹配，從而使天線在任何頻率上有最大的輻射功率。天線調(diào)諧器廣泛用于地面、車載、艦載及航空短波電臺中。

【對數(shù)周期天線】是一種寬頻帶天線，或者說是一種與頻率無關(guān)的天線。結(jié)構(gòu)如圖17所示，其中，圖1是一種簡單的對數(shù)周期天線，它的偶極子長度和間隔符合下列關(guān)系：τ

第18頁/共134頁

偶極子由一均勻雙線傳輸線來饋電，如圖2所示，傳輸線在相鄰偶極子之間要調(diào)換位置。這種天線有一個特點：凡在f頻率上具有的特性，在由τ?f給出的一切頻率上將重復(fù)出現(xiàn)，其中n為整數(shù)。這些頻率畫在對數(shù)尺上都是等間隔的，而周期等于τ的對數(shù)。對數(shù)周期天線之稱即由此而來。對數(shù)周期天線只是周期地重復(fù)輻射圖和阻抗特性。但是這樣結(jié)構(gòu)的天線，若τ不是遠小于1，則它的特性在一個周期內(nèi)的變化是十分小的，因而基本上是與頻率無關(guān)的。

對數(shù)周期天線種類很多，有對數(shù)周期偶極天線和單極天線、對數(shù)周期諧振V形天線、對數(shù)周期螺旋天線等形式，其中最普遍的是對數(shù)周期偶極天線。這些天線廣泛地用于短波及短波以上的波段。

【地波】沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波叫地波，又叫表面波。電波的波長越短，越容易被地面吸收，因此只有長波和中波能在地面?zhèn)鞑?。地波不受氣候影響，傳播比較穩(wěn)定可靠。但在傳播過程中，能量被大地不斷吸收，因而傳播距離不遠。所以地波適宜在較小范圍里的通信和廣播業(yè)務(wù)使用。

【天波】經(jīng)過空中電離層的反射或折射后返回地面的無線電波叫天波。所謂電離層，是地面上空40～800公里高度電離了的氣體層，包含有大量的自由電子和離子。這主要是由于大氣中的中性氣體分子和原子，受到太陽輻射出的紫外線和帶電微粒的作用所形成的。電離層能反射電波，也能吸收電波。對頻率很高的電波吸收的很少。短波（即高頻）是利用電離層反射傳播的最佳波段，它可以借助電離層這面“鏡子”反射傳播；被電離層反射到地面后，地面又把它反射到電離層，然后再被電離層反射到地面，經(jīng)過幾次反射，可以傳播很遠。

一年四季和晝夜的不同時間，電離層都有變化，影響電波的反射，因此天波傳播具有不穩(wěn)定的特點。白天電離作用強，中波無線電波幾乎全部被吸收掉，在收音機里難以收到遠地中波電臺播音；夜晚電離層對短波吸收的比較少，收聽到的廣播就比較多，聲音也比較清晰。第19頁/共134頁

由于電離層總處在變化之中，反射到地面的電波有強有弱，所以用短波收音時會出現(xiàn)忽大忽小的衰落現(xiàn)象。太陽黑子爆發(fā)會引起電離層的騷動，增加對電波的吸收，甚至?xí)斐啥滩ㄍㄐ诺臅簳r中斷。由于大地對短波吸收嚴(yán)重，所以短波沿地面只能傳播幾十公里。

【空間波】從發(fā)射點經(jīng)空間直線傳播到接收點的無線電波叫空間波，又叫直射波。空間波傳播距離一般限于視距范圍，因此又叫視距傳播。超短波和微波不能被電離層反射，主要是在空間直接傳播。其傳播距離很近，易受高山和高大建筑物阻擋，為了加大傳輸距離，必須架高天線，盡管這樣，一般的傳輸距離也不過50公里左右。微波接力通信是利用空間波傳輸?shù)囊环N通信。由于微波的頻率極高，頻帶很寬，能夠傳送大量的信息，微波通信已被廣泛應(yīng)用。為了加大傳輸距離，在傳送途中，每隔一定距離都要建一個接力站，象接力賽跑一樣，把信息傳到遠處。

【散射波】在無法建立微波接力的地區(qū)，如沙漠、海疆、島嶼之間的通信，可以利用散射波傳遞信息。電離層和比電離層低的對流層等，都能散射微波和超短波無線電波，并且可以把它們散射到很遠的地方去，從而實現(xiàn)超視距通信。散射信號一般很弱，進行散射通信要求使用大功率發(fā)射機，高靈敏度接收機和方向性很強的天線

第20頁/共134頁移動基站天線基本知識第21頁/共134頁無線通信組網(wǎng)中天線的作用把從導(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

什么是天線?第22頁/共134頁

將傳輸線中的高頻電磁能轉(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電磁波及高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識。天線的作用第23頁/共134頁

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)線的長短和形狀有關(guān).如果導(dǎo)線位置如由于兩導(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，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ｌ遠小于波長時，導(dǎo)線的電流很小，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。無線輻射電磁波的基本原理第24頁/共134頁

天線可視為一個四端網(wǎng)絡(luò)第25頁/共134頁

同軸線變化為天線第26頁/共134頁

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，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。1/2波長一個1/2波長的對稱振子

在

800MHz約200mm長

400MHz約400mm長1/4波長1/4波長1/2波長振子對稱振子波長第27頁/共134頁三.天線的工作頻率范圍(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(nèi)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(jù)此可定義天線的頻率帶寬。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(dāng)天線的輸入駐波比≤1.5時，天線的工作帶寬。第28頁/共134頁

半波振子上的場分布第29頁/共134頁在820MHz1/2波長為~180mm,在890MHz為~170mm175mm對~850MHz將是最佳的該天線的頻帶寬度=890-820=70MHz

當(dāng)天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降在850MHz1/2波長振子最佳在890MHz天線振子在820MHz

在天線工作頻帶內(nèi),天線性能下降不多,仍然是可以接受的。第30頁/共134頁自由空間中的電磁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，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方向。第31頁/共134頁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)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε為傳播媒質(zhì)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１。

因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認(rèn)為它等于光速。第32頁/共134頁電磁波的傳播電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場第33頁/共134頁

可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。式中，Ｖ為速度，單位為米/秒；ｆ為頻率，單位為赫茲；λ為波長，單位為米。由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數(shù)ε約為2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44，λε≈λ/1.44。波長無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系第34頁/共134頁

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。無線電波的極化第35頁/共134頁垂直極化水平極化+45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-45度傾斜的極化天線的極化第36頁/共134頁圓極化波

如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。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；右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用具有左旋圓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，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；第37頁/共134頁

兩個天線為一個整體V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)傳輸兩個獨立的波1.雙極化天線第38頁/共134頁2.極化損失

當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。

第39頁/共134頁

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1W)1mW在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW)=30dB極化隔離第40頁/共134頁

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。

天線輻射的方向性第41頁/共134頁頂視側(cè)視方向圖

在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要求把“面包圈”壓成扁平的

一個單一的對稱振子具有“面包圈”形的方向圖第42頁/共134頁在這兒增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一個對稱臺振子假設(shè)在接收機中有1mW功率在陣中有4個對稱振子

在接收機中就有4mW功率更加集中的信號對稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”第43頁/共134頁

在我們的“扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里,“扇形覆蓋天線”與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆蓋天線

”

將在接收機中有8mW功率

“全向陣”

例如在接收機中為4mW功率

(頂視)天線形成定向輻射的原理

反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線第44頁/共134頁3.前后比

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１，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。前向功率后向功率以dB表示的前后比=10log 典型值為25dB左右目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)第45頁/共134頁波束寬度方位即水平面方向圖120°(eg)峰值-10dB點-10dB點10dB波束寬度60°(eg)峰值-3dB點-3dB點3dB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，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，則方向性越好，抗干擾能力越強。第46頁/共134頁方向圖旁瓣顯示上旁瓣抑制下旁瓣抑制第47頁/共134頁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，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。七.天線的增益1.增益的定義第48頁/共134頁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，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。天線的增益1.增益的定義第49頁/共134頁

全向天線增益與垂直波瓣寬度第50頁/共134頁

9dBd全向天線第51頁/共134頁

板狀天線增益與水平波瓣寬度90180360半功率波瓣寬度半波振子帶反射板的半波振子帶反射板的兩個半波振子以半波振子為參考的增益0dBd3dBd6dBd理論輻射圖第52頁/共134頁一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射

一個各向同性的輻射器在所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用“dBd”表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.17dBidBd

和dBi的區(qū)別2.17dB

對稱振子的增益為2.17dB第53頁/共134頁天線增益與方向圖的關(guān)系

一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示,反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故第54頁/共134頁第55頁/共134頁關(guān)于傳輸線的幾個基本概念

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。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，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。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。第56頁/共134頁天線的輸入阻抗

天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)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。輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（73.1＋ｊ42.5）歐姆。當(dāng)把振子長度縮短３％～５％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73.1歐（標(biāo)稱75歐）。第57頁/共134頁傳輸線的特性阻抗

無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗，用符號Ｚ。表示。同軸電纜的特性阻抗Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)歐姆。通常Ｚ。=50歐姆/或75歐姆

式中，D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；

d為其芯線外徑；

εr為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。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)。第58頁/共134頁

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。9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W這里的反射損耗為10log(10/0.5)=13dBVSWR是反射損耗的另一種計量反射系數(shù)、駐波系數(shù)與回波損耗第59頁/共134頁

在不匹配的情況下,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；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。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。

反射波幅度

（Ｚ－Ｚ。）反射系數(shù)Γ＝─────＝───────

入射波幅度

（Ｚ＋Ｚ。）

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(VSWR)

駐波波腹電壓幅度最大值Ｖmax（1+Γ）駐波系數(shù)Ｓ＝──────────────＝────

駐波波節(jié)電壓輻度最小值Ｖmin（1-Γ）終端負(fù)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１，匹配也就越好。第60頁/共134頁

駐波比、反射損耗和反射系數(shù)

第61頁/共134頁典型的移動基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述

頻率范圍 MHz 820-890頻帶寬度 MHz 70增益 dBi 15極化 垂直極化阻抗 50反射損耗 dB >18半功率(3dB)

方位 64°

俯仰 13°10分貝(10dB)波束寬度方位 120°俯仰 30°前后比 dB >30俯仰上旁瓣抑制 dB <-12俯仰下旁瓣抑制 dB <-14下傾角(可調(diào)) 2-10°第62頁/共134頁基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)示意圖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(diào)節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線抱桿（50~114mm）2室外饋線9室內(nèi)超柔饋線7饋線過線窗基站主設(shè)備第63頁/共134頁1天線調(diào)節(jié)支架用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：0°~15°；2室外跳線用于天線與7/8〞主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2〞

饋線，長度一般為3米。3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。常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶3M33+）。4接地裝置（7/8〞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。GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)第64頁/共134頁GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)57/8〞饋線卡子用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔1。5米裝一個，水平方向每間隔1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）。常用的7/8〞卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)。

7/8〞雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。6走線架用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。7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、鼠類及灰塵的進入。8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，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)。第65頁/共134頁GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)9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，常用的跳線采用1/2〞超柔饋線，長度一般為2~3米。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7/16DIN型、有N型。有直頭、亦有彎頭。10尼龍黑扎帶主要有兩個作用：（1）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。（2）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子，故用尼龍扎帶固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。11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。第66頁/共134頁超短波的傳播

無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前GSM和CDMA移動通信使用的頻段都屬于UHF（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。超短波和微波的視距傳播

超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳播，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“照明區(qū)”。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。第67頁/共134頁

直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關(guān)系，并受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關(guān)系式可知AB＝3.57(√HT+√HR)(公里)

由于大氣層對超短波的折射作用，有效傳播直視距離為

AB＝4.12(√HT+√HR)(公里)BARTRRO'接收天線高HR發(fā)射天線高HT第68頁/共134頁電波的多徑傳播

電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，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。同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應(yīng)。第69頁/共134頁

多徑傳播與反射第70頁/共134頁

用分集接收改善信號電平第71頁/共134頁電波的繞射傳播

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，在高大建筑物后面會形成所謂的“陰影區(qū)”。信號質(zhì)量受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)，還和頻率有關(guān)。例如一個建筑物的高度為１０米，在距建筑物２００米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物１００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２１６～２２３兆赫的電視信號，接收信號場強比無高摟時減弱１６分貝，當(dāng)接收６７０兆赫的電視信號時，接收信號場強將比無高摟時減弱２０分貝。如果建筑物的高度增加到５０米時，則在距建筑物１０００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，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠，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傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。第72頁/共134頁網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線1.)方向圖

(1)水平方向圖的波束寬度與覆蓋區(qū)域面積有關(guān)

天線參數(shù)在移動組網(wǎng)中的應(yīng)用（2）垂直方向圖的波束寬度決定區(qū)域內(nèi)功率的分布第73頁/共134頁

2.)通信方程式。PT(dB)=PR(dB)+20log4πR(m)/λmin(m)-GT(dBi)-GR(dBi)-Lc(dB)-L0(dB)

式中Lc是基站發(fā)射天線的饋線損耗

L0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L0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10~15dB損耗、經(jīng)過鋼筋水泥墻時約有

25~30dB損耗,對于800MHz、900MHz、的CDMA和GSM、通常認(rèn)為手機的接收門限-104dBm,而實際接收的信號應(yīng)高出10dB左右才能保證手機收到的信號達到要求得信噪比、實際上，為了保持良好的通信往往按接收功率約-70dBm來計算。第74頁/共134頁發(fā)射功率為PT=20w=43dBm接收功率為PR=-70dBm饋線損耗為Lc=2.4dB(約60米長饋線）手機接收天線增益Gr=1.5dBi工作波長λ=33.333cm(f0=900MHz)上述通信方程變?yōu)椋?3dBm-(-70dBm)+GT+1.5dBm=32dB+20logR(m)+2.4dB+L0可得出:80.1dB+GT(dBi)=20logR(m)+L0當(dāng)GT(dBi)〉20logR(m)-80.1dB+L0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)第75頁/共134頁在1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GT=17dBi即提高6dBi則通信距離可增加一倍R=2km另外如果在上述計算中，保持GT=11dB不變，而是L0減少20dB，則R可增加10倍，即R=10km,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)格的基站天線如果基站采用全向天線GT=11dBi,收發(fā)天線距離R=1000m

帶入上式得L0<31.1dB時第76頁/共134頁S’’40mS’S18o由于天線的垂直波束如圖所示，在前面的計算中，我們所給GT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第77頁/共134頁另外由天線垂直方向圖也可看出，當(dāng)?shù)孛嫔纤幍奈恢谜锰幱诓ㄊ牧阒迭c照射后則出現(xiàn)了塔下黑的現(xiàn)象，解決塔下黑的方法最好是采用零值填充天線，其次通過使波束下傾也可緩解塔下黑的區(qū)域。二、

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線

1、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的概念無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是指按照一定的準(zhǔn)則對通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計進行合理的調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)運行更加可靠與基站的距離d來決定第78頁/共134頁經(jīng)濟，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)良、無線資源利用率較高，這是對用戶及營運商都是十分重要的。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量ITU-T建議E?800對服務(wù)的質(zhì)量劃分為六項，內(nèi)容如下：業(yè)務(wù)質(zhì)量業(yè)務(wù)保障性能業(yè)務(wù)運用性能業(yè)務(wù)安全性能服務(wù)能力業(yè)務(wù)接入能力性能業(yè)務(wù)保持能力性能業(yè)務(wù)完善性能第79頁/共134頁

六項服務(wù)中與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有關(guān)的服務(wù)能力有三項。⑴業(yè)務(wù)接入能力。即在用戶請求時在一定的容量限制和其他給定條件內(nèi)，得到業(yè)務(wù)的能力，在移動通信中該項性能可看作呼損問題。⑵業(yè)務(wù)保持能力。即在一經(jīng)接通后就能在給定的時間及條件下，保持通信的能力，通常又稱掉話問題。⑶業(yè)務(wù)完善能力。即在通信中保證通話質(zhì)量、防止干擾的問題。第80頁/共134頁

2、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要內(nèi)容按照前面所說到的服務(wù)能力要求可歸結(jié)出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要內(nèi)容為：⑴力爭作到網(wǎng)絡(luò)的無縫隙覆蓋至少達到90%，覆蓋區(qū)無盲區(qū)，同時保證照射區(qū)內(nèi)達到最低接收電平；⑵無線資源的合理配置，提高頻率的復(fù)用系數(shù)，擴大網(wǎng)絡(luò)的容量；⑶減少干擾，降低掉話率，提高切換成功率。上述三項內(nèi)容集中起來就是網(wǎng)絡(luò)容量及網(wǎng)絡(luò)覆蓋兩個方面問題。這些都與基站天線參數(shù)的正確選擇與調(diào)整密切相關(guān)。第81頁/共134頁

3、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線的作用

1）

為達到無縫隙覆蓋，正確選擇基站天線的參數(shù)十分重要對于800MHz和900MHz頻段的GSM、CDMA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：根據(jù)天線高度、基站距離，可由下式計算出天線傾角公式：＝arcｔｇh/（r/2）（式中為波束傾角ｈ為天線高度，ｒ為站間距離）

第82頁/共134頁（a）對話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離300-500米，計算得出大約在10°～19°之間。采用內(nèi)置電下傾9°的+45°雙極化水平半功率瓣寬65°定向天線。再加上機械可變15°的傾角，可以保證方向圖水平半功率寬度在主瓣下傾10°～19°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。（b）對話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于500米，大約在6°～16°之間可選擇+45°雙極化，內(nèi)置電下傾6°的水平半功率瓣寬65°定向天線，可以保證主瓣在下傾的6°～16°內(nèi)水平半功率寬度無變化?？蓾M足對中密度話區(qū)覆蓋的要求。（c）對話務(wù)量低密集區(qū)，基站間距離可能更大一些，大約在3°～13°之間?？蛇x擇+45°雙極化，內(nèi)置電下傾3°的水平半功率瓣寬65°定向天線，可保證主瓣在下傾的3°～13°內(nèi)第83頁/共134頁

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（17dB）65°定向天線（三扇區(qū)）、或17dB90°定向天線(雙扇區(qū)，如下圖)。2）

在縣城及城鎮(zhèn)地區(qū)水平半功率寬度無變化，可滿足對低密話區(qū)覆蓋的要求。第84頁/共134頁

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HTQ-09-11。根據(jù)基站架設(shè)高度，可選擇主波束下傾3°、5°、7°的全向天線。3）

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)4）

在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可選擇三種天線（1）雙扇區(qū)型，兩個區(qū)180°劃分，可選擇單極化。3dB波瓣寬度為90°最大增益為17~18dBi的定向天線，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：第85頁/共134頁（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，天線可采用全向天線變形的雙向天線（例HTSX-09-14），它的雙向3dB波瓣寬度為70°，最大增益為14dBi。其方向圖為下右圖：

（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)量地區(qū)，采用全向站的配置，天線采用210°、13dBi的第86頁/共134頁弱定向天線HTD0921013兼顧鐵路、公路和路邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的需要。其方向圖為：5）嚴(yán)格控制天線輻射的方向圖第87頁/共134頁(1)水平波束高前后比整個頻段內(nèi)具有良好的副瓣抑制特性改變天線下傾角水平波束能保持不變的能力10dB點的波束寬度嚴(yán)格不變的特性(2)垂直波束整個頻段內(nèi)具有良好的副瓣抑制特性零點填充特性頻段的增益不變的特性雙極化天線應(yīng)有足夠的隔離度及空間極化鑒別率6）通過調(diào)整基站天線來提高基站的載干比7）通過調(diào)整基站天線的俯仰角改善覆蓋區(qū)內(nèi)話務(wù)量使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡提高網(wǎng)絡(luò)的營運效率第88頁/共134頁低上部旁瓣波形

來自鄰近蜂窩單元的干擾信號蜂窩單元內(nèi)的手提電話信號

低上旁瓣能減少干擾下旁瓣零值填充減小塔下黑

第89頁/共134頁

以上所介紹的僅是優(yōu)化過程中部分天線的有關(guān)問題。由此可看出天線雖然在整個天線組網(wǎng)中僅占經(jīng)費比例的1~2%，但它在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及維護工作中所占的工作量幾乎是50~60%?？梢哉f如果沒有好的天線，就不會有好的無線網(wǎng)絡(luò)，更不會有高質(zhì)量的無線移動通信服務(wù)。

第90頁/共134頁1、遙控電調(diào)電下傾天線前面我們已經(jīng)介紹了在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中需要不斷地