天線分集技術(shù)課件

2.3天線技術(shù)2.3天線技術(shù)天線的工作原理天線的基本功能是輻射和接收無線電波。發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線的工作原理天線的基本功能是輻射和接收無線電波。天線的工作原理

根據(jù)電磁場理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流時會在周圍空間產(chǎn)生電場和磁場。

當(dāng)導(dǎo)體長度足夠大（能夠與波長相比擬時），就能使電磁波有效輻射出去；天線的工作原理根據(jù)電磁場理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流天線的工作原理電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌?。在交變電磁場中放置一?dǎo)線，在電磁波的作用下，導(dǎo)線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。該導(dǎo)線與接收設(shè)備相連，在接收設(shè)備的輸入端就會產(chǎn)生高頻電流。天線的工作原理電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬商炀€的互易原理發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆性”；天線用作發(fā)信時的參數(shù)和收信時的參數(shù)保持不變，這就是天線的互易原理。天線的互易原理發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆天線參數(shù)移動通信中討論天線的性能主要關(guān)心其信號覆蓋范圍和輻射強度。決定天線性能因素有些與天線本身無關(guān)，如天線架設(shè)高度等。有些因素與天線的設(shè)計生產(chǎn)工藝相關(guān)，這些因素稱為天線參數(shù)。天線參數(shù)移動通信中討論天線的性能主要關(guān)心其信號覆蓋范圍和輻射主要的天線參數(shù)方向圖 效率增益 輸入阻抗工作頻帶 極化方式主要的天線參數(shù)方向圖 效率1、天線的方向性天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線，有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線。1、天線的方向性天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，天線方向圖用來表示天線的輻射或接收強度隨空間方向的對應(yīng)關(guān)系。天線方向圖用來表示天線的輻射或接收強度隨空間方向的對應(yīng)關(guān)系。全向天線全向天線由于其無方向性，所以常用在一點對多點通信的中心臺。全向天線全向天線由于其無方向性，所以常用在一點對多點通信的中定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對較高，適合于遠距離點對點通信。定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣，其余為副瓣；主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB的兩點間的夾角定義為波瓣寬度。波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣，其余為副水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度垂直波瓣基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右；對于同一種類的天線，增益相同時，水平波瓣越寬，垂直波瓣就越窄；較窄的垂直波瓣會在基站近端產(chǎn)生信號“死區(qū)”。垂直波瓣基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右；天線下傾調(diào)整限制信號在所服務(wù)的小區(qū)范圍內(nèi)，減小“死區(qū)”，降低對其它小區(qū)的干擾。機械下傾：小于10度電調(diào)下傾：角度可調(diào)，后瓣同時下傾天線下傾調(diào)整限制信號在所服務(wù)的小區(qū)2、天線效率天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率Pin之比；天線輻射功率與所消耗的功率Ps之和為輸入功率。2、天線效率天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率P3、天線的增益天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。在同等條件下，天線增益越高，電波傳播的距離越遠，一般基地臺天線都采用高增益天線，3、天線的增益天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖4、天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比。為使天線能獲得最大的功率，應(yīng)使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗匹配。4、天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比5、工作頻帶天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時，所對應(yīng)的工作頻率寬度即為天線工作頻帶。對頻分雙工的收發(fā)共用天線，必須考慮天線的工作頻帶寬度。5、工作頻帶天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時，所對應(yīng)的工6、天線極化方式分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；基站多采用線極化方式，又分為垂直極化和水平極化方式；6、天線極化方式分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；天線的種類按工作頻段分：短波、超短波、微波按用途分：基地臺、移動臺按方向性分：全向、定向按結(jié)構(gòu)分：線狀、面狀、天線陣列天線的種類按工作頻段分：短波、超短波、微波常用短波天線鞭天線（頂端加載）雙匝環(huán)天線三匝環(huán)天線斜天線雙極天線，籠形天線菱形天線行波天線常用短波天線鞭天線（頂端加載）基站常用天線基地固定式通信設(shè)備天線，主要有全向天線和定向天線兩種；受通信范圍要求，基地固定式天線一般采取高架。

基站常用天線基地固定式通信設(shè)備天線，主要有全向天線和定向天線1、高增益全向天線

半波偶極子天線：將半波振子垂直排列組成，水平方向圖不變，垂直方向性將增強；可以是二單元、四單元或六單元。

直立鞭天線同軸偶極天線布朗天線1、高增益全向天線

半波偶極子天線：將半波振子垂直排列組成2、定向天線用于扇形的信號覆蓋，在移動通信中也稱扇區(qū)天線；天線增益更高，有利于控制天線覆蓋范圍，減小對鄰近小區(qū)的影響。2、定向天線用于扇形的信號覆蓋，在移動通信中也稱扇區(qū)天線；角反射天線板式天線引向天線（八木天線）角反射天線泄漏同軸電纜用于隧道等特殊環(huán)境的覆蓋要求；場強分布均勻、可控性高，工作頻帶寬、兼容性好。泄漏同軸電纜用于隧道等特殊環(huán)境的覆蓋要求；終端天線車載臺天線：吸盤鞭天線手持臺天線：螺旋鞭天線、環(huán)形天線終端天線車載臺天線：吸盤鞭天線如何選擇天線架設(shè)地點？選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：1、天線的發(fā)射或接收方向應(yīng)避開障礙物（樓房、鐵塔、橋梁等）；2、天線架設(shè)地點應(yīng)盡量遠離干擾源（高壓線、航線、鐵塔、公路等）；3、天線應(yīng)盡量架設(shè)在附近的制高點：4、若幾付天線同時工作，應(yīng)特別注意左右和上下的間距，防止耦合干擾。如何選擇天線架設(shè)地點？選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：如何檢測天饋系統(tǒng)？在發(fā)射機和天饋系統(tǒng)之間串接通過式功率計，檢驗發(fā)射機功率和反射功率的大?。煌ㄟ^駐波比檢測來判斷天饋系統(tǒng)是否正常。如何檢測天饋系統(tǒng)？在發(fā)射機和天饋系統(tǒng)之間串接通過式功率計，檢天饋系統(tǒng)如何防水？天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用防水膠泥和防水膠帶進行密封饋線進入室內(nèi)處彎一個返水彎，避免雨水沿饋線進入室內(nèi)。天饋系統(tǒng)如何防水？天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用防水膠如何防雷基站天線附近要裝置避雷針。避雷針在可能條件下應(yīng)盡量遠離天線，以免影響天線方向性；保護角應(yīng)小于45o；避雷針一定要連接大地天饋線上串接防雷器。如何防雷基站天線附近要裝置避雷針。2.4分集接收技術(shù)掌握分集技術(shù)的基本概念；理解每一種不同的分集方式和合并方式；了解其它分集方式的含義。2.4分集接收技術(shù)掌握分集技術(shù)的基本概念；分集接收的概念

分集接收是指接收端對它收到的經(jīng)過多個相互獨立路徑傳輸?shù)男盘栠M行特定的處理來減小衰落的深度與持續(xù)時間的方法。分集接收的概念分集接收是指接收端對它獨立衰落信號的特點t如果一條無線傳播路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信號。獨立衰落信號的特點t如果一條無線傳播路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰分集接收的含義分散傳輸：使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號；集中處理：把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并以降低衰落的影響。分集接收的含義分散傳輸：使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同分集方式分類宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)；“多基站”分集

微分集：減小小尺度衰落影響的分集技術(shù)。分集方式分類宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)；微分集的種類空間分集時間分集頻率分集極化分集場分量分集角度分集微分集的種類空間分集2、空間分集空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性?？臻g分集的接收機至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關(guān)，在移動信道中，通常取：市區(qū)d=0.5λ郊區(qū)d=0.8λ2、空間分集空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性?？臻g分集工作示意圖天線切換邏輯或解調(diào)器輸出1G1G1G12m可變增益空間分集工作示意圖天線切換邏輯輸出1G1G1G12m可變增益2、頻率分集頻率分集方式是指用兩個或兩個以上的頻率來傳送相同的信息的方式。頻率分集的工作原理是基于在信道相干帶寬之外的頻率上不會出現(xiàn)同樣的衰落。

2、頻率分集頻率分集方式是指用兩個或兩個以上的頻率來傳送相同3、極化分集基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相關(guān)的。使用水平和垂直兩個正交的分集支路，也稱正交極化分集；可看作是一種特殊的空間分集方式，只使用兩副天線，且天線間距縮短。3、極化分集基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相4、場分量分集電磁波的E場和H場載有相同的消息，而反射機理不同，是互不相關(guān)的；場分量分集不要求天線間有實體上的間隔，可用于較低工作頻段，而當(dāng)工作頻率較高時，可以容易地實現(xiàn)空間分集。4、場分量分集電磁波的E場和H場載有相同的消息，而反射機理不5、角度分集使電波通過幾個不同路徑，并以不同角度到達接收端；而接收端利用多個方向性尖銳的接收天線分離出不同方向來的信號分量；這些分量具有互相獨立的衰落特性，因而可以實現(xiàn)角度分集。5、角度分集使電波通過幾個不同路徑，并以不同角度到達接收端；6、時間分集以超過信道相干時間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號的分集方式。工作原理：在相干時間之外的信號不會出現(xiàn)同樣的衰落，也就是說各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的；有利于克服移動信道中因多普勒效應(yīng)引起的衰落現(xiàn)象。6、時間分集以超過信道相干時間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號的分集合并方式對接收到的多個分集信號，進行合并處理，減小衰落對信號傳輸?shù)挠绊?；一般都使用線性合并器，其通用合并信號表達式為：合并方式對接收到的多個分集信號，進行合并處理，減小衰落對信號1、選擇式合并檢測所有分集支路的信號，選擇其中信噪比最高的那一個支路的信號作為合并器的輸出。信號表達式中的加權(quán)系數(shù)只有一項為1，其余均為0。1、選擇式合并檢測所有分集支路的信號，選擇其中信噪比最高的那二重分集選擇式合并

二重分集選擇式合并2、最大比值合并是最佳合并方式；每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即為：輸出信號包絡(luò)為2、最大比值合并是最佳合并方式；輸出信號包絡(luò)為最大比值合并示意圖最大比值合并示意圖等增益合并無需對信號加權(quán)，各支路的信號等增益相加，輸出的信號包絡(luò)為：等增益合并無需對信號加權(quán)，各支路的信號等增益相加，輸出的信號不同合并方式的性能對比在相同分集重數(shù)情況下，最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；在分集重數(shù)較小時，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一種較實用的合并方式；選擇式合并只利用了最強的一路信號，而其它各支路信號都沒有被利用，所得到的信噪比改善量最少。不同合并方式的性能對比在相同分集重數(shù)情況下，最大比值合并方式不同合并方式的性能對比不同合并方式的性能對比隱分集技術(shù)利用信號設(shè)計技術(shù)，將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘栔?，稱為隱分集；常見的隱分集方式：交織編碼

Rake接收技術(shù)：多徑分集（碼分集）隱分集技術(shù)利用信號設(shè)計技術(shù)，將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘栔校鄰椒旨母拍罨诙鄰叫盘柕臅r間延遲擴展；若接收的多徑信號可以分離，將其分別接收后再合并起來，可以增加有用信號的能量，減小碼間串?dāng)_；只有特定的信號才能夠?qū)崿F(xiàn)多徑信號的分離。擴頻信號分離方法：相關(guān)接收多徑分集的概念基于多徑信號的時間延遲擴展；擴頻信號分離方法：Rake接收技術(shù)在擴頻通信中，利用偽隨機碼的相關(guān)特性，對接收信號中可分辨的多徑分量分別進行跟蹤、接收，對輸出基帶信號進行合并，這種接收方式稱為Rake接收。Rake接收技術(shù)在擴頻通信中，利用