超級詳細(xì)天線基礎(chǔ)知識

天線基本知識及應(yīng)用

移動通信系統(tǒng)是有線與無線的綜合體，它是移動網(wǎng)絡(luò)在其覆蓋范圍內(nèi)，通過

空中接口（無線）將移動臺與基站聯(lián)系起來，

并進而與移動交換機相聯(lián)系（有線）的復(fù)合體。而在移動通信系統(tǒng)中，空間

無線信號的發(fā)射和接受都是依靠移動天線來實現(xiàn)的。

因此，天線對于移動通信網(wǎng)絡(luò)來說，舉著舉足輕重的作用，如果天線的選擇

（類型、位置）不好，或者天線的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，都會直接影響整個移動通信網(wǎng)

絡(luò)的運行質(zhì)量。尤其在基站數(shù)量多，站距小，載頻數(shù)量多的高話務(wù)量地區(qū)，天線

選擇及參數(shù)設(shè)置是否合適，

對移動通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，覆蓋率接通率及全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量都有很大影響。不同

的地理環(huán)境，不同服務(wù)要求需要選用不同類型，不同規(guī)格的天線。

天線調(diào)整在移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中有很大的作用。

為了幫助大家對天線的知識有一定的了解以及在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，推

出“天線基本知識及應(yīng)用”技術(shù)講座。

本講座由網(wǎng)友張守國撰寫提供，在此表示衷心的感謝！

第一講天線的基礎(chǔ)知識

1.1天線的輸入阻抗

1.2天線的極化方式

1.3天線的增益

1.4天線的波瓣寬度

1.5前后比（FRONT-BACKRATIO）

第二講天線的分類與選擇

2.1全向天線

2.2定向天線

2.3機械天線

2.4電調(diào)天線

2.5雙極化天線

第三講移動通信系統(tǒng)天線安裝規(guī)范

第四講移動通信系統(tǒng)天線參數(shù)調(diào)整

4.1天線高度的調(diào)整

4.2天線府仰角的調(diào)整

4.3天線方位角的調(diào)整

4.4天線位置的優(yōu)化調(diào)整

第五講鏈路及空間無線傳播損耗計算

5.1鏈路預(yù)算

5.2各類損耗的確定

5.3無線傳播特性

5.4常用的兩種電波傳播模型

5.5參考覆蓋標(biāo)準(zhǔn)

第六講補充：天線基本知識

6.1天線

6.2電波傳播的兒個基本概念

6.3傳輸線的幾個基本概念

第一講天線的基礎(chǔ)知識

表征天線性能的主要參數(shù)有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。

1.1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(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和

回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個純出于習(xí)慣。在我們?nèi)?/p>

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

50。。

駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，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。

過大的駐波比會減小基站

的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能。

回波損耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在

OdB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，?般要求回波損耗大

于14dBo

1.2天線的極化方式

所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當(dāng)電場強度方向

垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)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(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信

號迅速衰減,而垂直極化方式則不易產(chǎn)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，另外，

技術(shù)的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設(shè)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(shù)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。（其極化分集增益

約為5dB,比單極化天線提高約2dB0）

1.3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(shù)之一。

?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(zhì)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(wǎng)絡(luò)的覆蓋范

圍，或者在確定范圍內(nèi)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(yù)算余量。另外，表征天線增益的參數(shù)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dBi=dBd+2.15o相同的條件下，增益越高，電波傳播的距

一-般地，

1.4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(shù)，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(biāo)，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關(guān)系)。

天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應(yīng)方向上的覆蓋半徑有關(guān)。因此，在

一定范圍內(nèi)通過對天線垂直度(俯仰角)的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的

目的，這也是我們在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中經(jīng)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。

角度越大，在

扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當(dāng)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一定程度上改

善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產(chǎn)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(yīng)當(dāng)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-PlaneHalf

Powerbeamwidth):(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(diào)整天

線傾角準(zhǔn)確控制覆蓋范圍。

1.5'jif<1；Lt(Front-BackRatio)

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(chǎn)

生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在25—30dB之間，應(yīng)優(yōu)先選

用前后比為30的天線。

案例常見天線參數(shù)設(shè)置

電性能(Band1)

技術(shù)參數(shù)性能指標(biāo)

增益Gain16dBi

頻率范圍FrequencyRange870-960MHz

雙極化PolarisationDualSlant±45°

端口隔離度Isolationbetweenports330dB

水平平面-3dB功率角

HorizontalPlane-3dBPowerBeamwidth65°

垂直平面-3dB功率角

VerticalPlane-3dBPowerBeamwidth

8°

水平面-lOdBPowerBeamwidth

HorizontalPlane-lOdBPowerBeamwidth125°

阻抗Impedance50Ohm

回波損耗ReturnLoss870-960MHz316dB

前后比FronttoBackRatio325dB

端口最大輸入功率MaxInputPowerperport150W

ElectricalDowntilt1to10°

DowntiltSettingAccuracy±0.5°

電性能(Band2)

增益Gain16dBi

頻率范圍FrequencyRange1710-1880MHz

雙極化PolarisationDualSlant±45°

端口隔離度Isolationbetweenports330dB

水平平面-3dB功率角

HorizontalPlane-3dBPowerBeamwidth65°

垂直平面-3dB功率角

VerticalPlane-3dBPowerBeamwidth

8°

水平面-lOdBPowerBeamwidth

HorizontalPlane-lOdBPowerBeamwidth120°

阻抗Impedance50Ohm

回波損耗ReturnLoss870-960MHz314dB

前后比FronttoBackRatio325dB

端口最大輸入功率MaxInputPowerperport125W

電調(diào)下傾角度ElectricalDowntilt1to10°

電調(diào)下傾角度精確度DowntiltSettingAccuracy±0.5°

電性能（一般）

連接器類型ConnectorsType7/16DIN,Noptional

機械性能

高度Height2258mm

寬度Width400mm

深度Depth139mm

額定風(fēng)速度RatedWindSpeed200km/hr

ThrustatWindSpeedof160km/hrkgf175

重量（除安裝機架）

Weight（excludingmountingbrackets）TBOutlineDrawingNoMK105

kg

第二講天線的分類與選擇

移動通信天線的技術(shù)發(fā)展很快，最初中國主要使用普通的定向和全向型移動

天線，后來普遍使用機械天線，現(xiàn)在一些省市的移動網(wǎng)已經(jīng)開始使用電調(diào)天線和

雙極化移動天線。由于目前移動通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率，增益和

前后比等指標(biāo)差別不大，都符合網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求，我們將重點從移動天線下傾角度

改變對天線方向圖及無線網(wǎng)絡(luò)的影響方面，對上述幾種天線進行分析比較。

2.1全向天線

全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的

無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小,

增益越大。全向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用與郊縣大區(qū)制的站型，覆蓋范圍

大。

2.2定向天線

定向天線，在在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的

有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬

度越小，增益越大。定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于城區(qū)小區(qū)制的站型，

覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。

根據(jù)組網(wǎng)的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站可根據(jù)需要選擇不

同類型的天線。選擇的依據(jù)就是上述技術(shù)參數(shù)。比如全向站就是采用了各個水平

方向增益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化

的定向型天線。一般在市區(qū)選擇水平波束寬度B為65°的天線，在郊區(qū)可選擇

水平波束寬度B為65°、90°或120°的天線（按照站型配置和當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境

而定），而在鄉(xiāng)村選擇能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍覆蓋的全向天線則是最為經(jīng)濟的。

2.3機械天線

所謂機械天線，即指使用機械調(diào)整下傾角度的移動天線。

機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，需要調(diào)整天線背

面支架的位置改變天線的傾角來實現(xiàn)。在調(diào)整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋

距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變

形。

實踐證明：機械天線的最佳下傾角度為1°-5°；當(dāng)下傾角度在5°-10°

變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時，

其天線方向圖變化較大；當(dāng)機械天線下傾15°后，天線方向圖形狀改變很大，

從沒有下傾時的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是

整個天線方向圖不是都在本基站扇區(qū)內(nèi)，在相鄰基站扇區(qū)內(nèi)也會收到該基站的信

號，從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。

另外，在日常維護中，如果要調(diào)整機械天線下傾角度，整個系統(tǒng)要關(guān)機，不

能在調(diào)整天線傾角的同時進行監(jiān)測；機械天線調(diào)整天線下傾角度非常麻煩，一般

需要維護人員爬到天線安放處進行調(diào)整；機械天線的下傾角度是通過計算機模擬

分析軟件計算的理論值，同實際最佳下傾角度有-定的偏差；

的步進度數(shù)為1°，邛介互調(diào)指標(biāo)為-120dBc

2.4電調(diào)天線

所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動天線。

電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分

量的幅值大小，改變合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于

天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改變傾角后天線方向圖變化不

大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減小覆

蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。實踐證明，電調(diào)天線下傾角度在1°-5°變化時，其天

線方向圖與機械天線的大致相同；當(dāng)下傾角度在5°-10。變化時，其天線方向圖

較機械天線的稍有改善；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖較機械

天線的變化較大；當(dāng)機械天線下傾15°后，其天線方向圖較機械天線的明顯不

同，這時天線方向圖形狀改變不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，整個天線方向

圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)，增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產(chǎn)生干擾,

這樣的方向圖是我們需要的，因此采用電調(diào)天線能夠降低呼損，減小干擾。

另外，電調(diào)天線允許系統(tǒng)在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進行調(diào)

整，實時監(jiān)測調(diào)整的效果，調(diào)整傾角的步進精度也較高（為01°）,因此可以對

網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；電調(diào)天線的三階互調(diào)指標(biāo)為-150dBc,較機械天線相差

30dBc,有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。

2.5雙極化天線

雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，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，因此其最突出的優(yōu)點是節(jié)省單個定向基

站的天線數(shù)量；一般GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)的定向基站（三扇區(qū)）要使用9根天

線，每個扇形使用3根天線（空間分集，一發(fā)兩收），如果使用雙極化天線，每

個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保

證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度的要求（2

30dB),因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有

電調(diào)天線的優(yōu)點，在移動通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調(diào)天線一樣，可以降低呼

損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對

架設(shè)安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極

化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節(jié)省基建投資，同時使基站布局

更加合理，基站站址的選定更加容易。

對于天線的選擇，我們應(yīng)根據(jù)自己移動網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)量，干擾和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

質(zhì)量等實際情況，選擇適合本地區(qū)移動網(wǎng)絡(luò)需要的移動天線：

-在基站密集的高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和電調(diào)天線；

-在邊、郊等話務(wù)量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的地區(qū)，可以使

用傳統(tǒng)的機械天線。

我國目前的移動通信網(wǎng)在高話務(wù)密度區(qū)的呼損較高，干擾較大，其中一個重

要原因是機械天線下傾角度過大，天線下傾角度過大，天線方向圖嚴(yán)重變形。要

解決高話務(wù)區(qū)的容量不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機械天

線，下傾角度大于5°時，天線方向圖就開始變形，超過10°時，天線方向圖嚴(yán)

重變形，因此采用機械天線，很難解決用戶高密度區(qū)呼損高、干擾大的問題。因

此建議在高話務(wù)密度區(qū)采用電調(diào)天線或雙極化天線替換機械天線，替換下來的機

械天線可以安裝在農(nóng)村，郊區(qū)等話務(wù)密度低的地區(qū)。

第三講移動通信系統(tǒng)天線安裝規(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(wǎng)并存的局面，即

A、B、G三網(wǎng)并存，其中有些地區(qū)的G網(wǎng)還包括GSM9000和GSM1800。為充

分利用資嫄，實現(xiàn)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-般用指標(biāo)來衡量，通常要求隔離度應(yīng)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。

總的來說，天線的安裝應(yīng)注意以下幾個問題:

（1）定向天線的塔側(cè)安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，

在安裝時應(yīng)注意：定向天線的中心至鐵塔的距離為入/4或3入/4時，可獲得塔外

的最大方向性。

（2）全向天線的塔側(cè)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(yīng)安裝于棱角上,

且使天線與鐵塔任一部位的最近距離大于人。

（3）多天線共塔：要盡量減少不同網(wǎng)收發(fā)信天線之間的耦合作用和相

互影響，設(shè)法增大天線相互之間的隔離度，最好的辦法是增大相互之間的距離。

天線共塔時，應(yīng)優(yōu)先采用垂直安裝。

（4）對于傳統(tǒng)的單極化天線（垂直極化），由于天線之間（RX-TX,TX-TX）

的隔離度（230dB）和空間分集技術(shù)的要求，要求天線之間有一定的水平和垂

直間隔距離，一般垂直距離約為50cm,水平距離約為4.5m,這時必須增加基建

投資，以擴大安裝天線的平臺，而對于雙極化天線（土45°極化），由于±45°

的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間

隔離度的要求（230dB）,因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm,移動

基站可以不必興建鐵塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)

覆蓋方向固定在鐵柱上即可。

小結(jié)

-離開鐵塔平臺距離：＞1M

-天線間距：

—同一小區(qū)分集接收天線：＞3M

—全向天線水平間距：＞4M

—定向天線水平間距：＞2.5M

-不同平臺天線垂直間距：＞1M

-收發(fā)天線除說明書特別指明不可倒置安置。

-處于避雷針保護范圍內(nèi)。

---天線方位：對于定向天線，第一扇區(qū)北偏東60度，第二扇區(qū)正南方向,

第三扇區(qū)北偏西60度。

-天線傾角：保證天線實際傾角符合SE設(shè)計要求，誤差小于2度。

一天線垂直度：除有天線傾角的基站外，保證天線的垂直度不大于2度。

第四講移動通信系統(tǒng)天線參數(shù)調(diào)整

4.1天線高度的調(diào)整

天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關(guān)。一般來說，我們用儀器測得的信號覆

蓋范圍受兩方向因素影響：

一是天線所發(fā)直射波所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離；

二是到達(dá)該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。

900MHz移動通信是近地表面視線通信，天線所發(fā)直射波所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距

離（S）直接與收發(fā)信天線的高度有關(guān)，具體關(guān)系式可簡化如下：

S=2R（H+h）

其中：R-地球半徑，約為6370km；

H-基站天線的中心點高度；

h-手機或測試儀表的天線高度。

由此可見，基站無線信號所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離（即基站的覆蓋范圍）是

由天線高度決定的。

GSM網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期，站點較少，為了保證覆蓋，基站天線一般架設(shè)得都

較高。隨著近幾年移動通信的迅速發(fā)展，基站站點大量增多，在市區(qū)已經(jīng)達(dá)到大

約500m左右為一個站。在這種情況下，我們必須減小基站的覆蓋范圍，降低天

線的高度，否則會嚴(yán)重影響我們的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。其影響主要有以下兒個方面：

a.話務(wù)不均衡?；咎炀€過高，會造成該基站的覆蓋范圍過大，從而

造成該基站的話務(wù)量很大，而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且被該基站覆蓋，話

務(wù)量較小，不能發(fā)揮應(yīng)有作用，導(dǎo)致話務(wù)不均衡。

b.系統(tǒng)內(nèi)干擾?；咎炀€過高，會造成越站無線干擾（主要包括同頻

干擾及鄰頻干擾），引起掉話、串話和有較大雜音等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個無線通

信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量下降。

c.孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)是基站覆蓋性問題，當(dāng)基站覆蓋在大型水面或多山

地區(qū)等特殊地形時，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆蓋范圍不變的基礎(chǔ)上,

在很遠(yuǎn)處出現(xiàn)"飛地"，而與之有切換關(guān)系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到，

這樣就造成“飛地"與相鄰基站之間沒有切換關(guān)系，"飛地"因此成為一個孤島，當(dāng)

手機占用上"飛地"覆蓋區(qū)的信號時，很容易因沒有切換關(guān)系而引起掉話。

4.2天線俯仰角的調(diào)整

天線俯仰角的調(diào)整是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的■?個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角

可以使天線至本小區(qū)邊界的射線與天線至受干擾小區(qū)邊界的射線之間處于天線

垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分，從而使受干擾小區(qū)的同頻及鄰頻干擾減

至最?。涣硗?，選擇合適的覆蓋范圍，使基站實際覆蓋范圍與預(yù)期的設(shè)計范圍相

同，同時加強本覆蓋區(qū)的信號強度。

在目前的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，由于基站的站點的增多，使得我們在設(shè)計市

區(qū)基站的時候，一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右，而根據(jù)移動通信天線的

特性，如果不使天線有一定的俯仰角（或俯仰角偏?。┑脑?，則基站的覆蓋范圍

是會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于500M的，如此則會造成基站實際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏大，從而

導(dǎo)致小區(qū)與小區(qū)之間交叉覆蓋.，相鄰切換關(guān)系混亂，系統(tǒng)內(nèi)頻率干擾嚴(yán)重；另一

方面，如果天線的俯仰角偏大，則會造成基站實際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏小，導(dǎo)

致小區(qū)之間的信號盲區(qū)或弱區(qū)，同時易導(dǎo)致天線方向圖形狀的變化(如從鴨梨形

變?yōu)榧忓N形)，從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。因此，合理設(shè)置俯仰角是保證整個

移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基本保證。

一般來說，俯仰角的大小可以由以下公式推算：

0=arctg(h/R)+A/2

其中：天線的俯仰角

h-天線的高度

R-小區(qū)的覆蓋半徑

A-天線的垂直平面半功率角

上式是將天線的主瓣方向?qū)?zhǔn)小區(qū)邊緣時得出的，在實際的調(diào)整工作中，■

般在由此得出的俯仰角角度的基礎(chǔ)上再加上1-2度，使信號更有效地覆蓋在本小

區(qū)之內(nèi)。

4.3天線方位角的調(diào)整

天線方位角的調(diào)整對移動通信的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常重要。一方面，準(zhǔn)確的方位角

能保證基站的實際覆蓋與所預(yù)期的相同，保證整個網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量；另一方面，

依據(jù)話務(wù)量或網(wǎng)絡(luò)存在的具體情況對方位角進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以更好地優(yōu)化現(xiàn)

有的移動通信網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)理想的蜂窩移動通信模型,一個小區(qū)的交界處,這樣信號相對互補。

與此相對應(yīng)，在現(xiàn)行的GSM系統(tǒng)（主要指ERICSSON設(shè)備）中，定向站一般被

分為三個小區(qū)，即：

A小區(qū)：方位角度0度，天線指向正北；

B小區(qū)：方位角度120度，天線指向東南；

C小區(qū)：方位角度240度，天線指向西南。

在GSM建設(shè)及規(guī)劃中，我們一般嚴(yán)格按照上述的規(guī)定對天線的方位角

進行安裝及調(diào)整，這也是天線安裝的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，如果方位角設(shè)置與之存在偏

差，則易導(dǎo)致基站的實際覆蓋與所設(shè)計的不相符，導(dǎo)致基站的覆蓋范圍不合理，

從而導(dǎo)致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾。

但在實際的GSM網(wǎng)絡(luò)中，一方面，由于地形的原因，如大樓、高山、水面

等,往往引起信號的折射或反射，從而導(dǎo)致實際覆蓋與理想模型存在較大的出入,

造成一些區(qū)域信號較強，一些區(qū)域信號較弱，這時我們可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實際情況，

對所地應(yīng)天線的方位角進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證信號較弱區(qū)域的信號強度，達(dá)到

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的；另一方面，由于實際存在的人口密度不同，導(dǎo)致各天線所對應(yīng)

小區(qū)的話務(wù)不均衡,這時我們可通過調(diào)整天線的方位角，達(dá)到均衡話務(wù)量的目的。

當(dāng)然，在一般情況下我們并不贊成對天線的方位角進行調(diào)整，因為這樣可能會造

成一定程度的系統(tǒng)內(nèi)干擾。但在某些特殊情況下，如當(dāng)?shù)鼐o急會議或大型公眾活

動等，導(dǎo)致某些小區(qū)話務(wù)量特別集中，這時我們可臨時對天線的方位角進行調(diào)整,

以達(dá)到均衡話務(wù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的；另外，針對郊區(qū)某些信號盲區(qū)或弱區(qū)，我們

亦可通過調(diào)整天線的方位角達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的，這時我們應(yīng)輔以場強測試車對

周圍信號進行測試，以保證網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量。

4.4天線位置的優(yōu)化調(diào)整

由于后期工程、話務(wù)分布以及無線傳播環(huán)境的變化，在優(yōu)化中我們曾遇到一

些基站很難通過天線方位角或傾角的調(diào)整達(dá)到改善局部區(qū)域覆蓋，提高基站利用

率。為此就需要進行基站搬遷，換句話說也就是基站重新選點過程。

下文摘錄了我們平時做規(guī)劃時的一些經(jīng)驗。

(1)基站初始布局

基站布局主要受場強覆蓋、話務(wù)密度分布和建站條件三方面因素的制約，對

于一般大中城市來說，場強覆蓋的制約因素已經(jīng)很小，主要受話務(wù)密度分布和建

站條件兩個因素的制約較大?；静季值氖杳芤獙?yīng)于話務(wù)密度分布情況。

但是，目前對大中城市市區(qū)還作不到按街區(qū)預(yù)測話務(wù)密度，因此，對市區(qū)可

按昭.

(a)繁華商業(yè)區(qū)；

(b)賓館、寫字樓、娛樂場所集中區(qū)；

(c)經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、住宅區(qū)；

(d)工業(yè)區(qū)及文教區(qū)；等進行分類。

一般來說：

(a)(b)類地區(qū)應(yīng)設(shè)最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站間距在0.6?1.6km；

(c)類地區(qū)也應(yīng)設(shè)較大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站

間距取1.6?3km；

(d)類地區(qū)一般可設(shè)小規(guī)模定向基站，如2/2/2站型，站間距為3?5km；若

基站位于城市邊緣或近郊區(qū)，且站間距在5km以上，可設(shè)以全向基站。

上兒類地區(qū)內(nèi)都按用戶均勻分布要求設(shè)站。郊縣和主要公路、鐵路覆蓋一般

可設(shè)全向或二小區(qū)基站，站間距離5km-20km左右。

結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦魏统鞘邪l(fā)展規(guī)劃進行基站布局：

a.基站布局要結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，可以適度超前；

b.有重要用戶的地方應(yīng)有基站覆蓋;

C.市內(nèi)話務(wù)量"熱點"地段增設(shè)微蜂窩站或增加載頻配置；

d.大型商場賓館、地鐵、地下商場、體育場館如有必要用微蜂窩或室內(nèi)分

布解決;

e.在基站容量飽和前，可考慮采用GSM900/1800雙頻解決方案。

(2)站址選擇與勘察

在完成基站初始布局以后，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師要與建設(shè)單位以及相關(guān)工程設(shè)計

單位一起，根據(jù)站點布局圖進行站址的選擇與勘察。市區(qū)站址在初選中應(yīng)作到房

主基本同意用作基站。初選完成之后，由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師、工程設(shè)計單位與建設(shè)

單位進行現(xiàn)場查勘，確定站址條件是否滿足建站要求，并確定站址方案，最后由

建設(shè)單位與房主落實站址。選址要求如下：

-交通方便、市電可靠、環(huán)境安全及占地面積小。

-在建網(wǎng)初期設(shè)站較少時，選擇的站址應(yīng)保證重要用戶和用戶密度大的市

區(qū)有良好的覆蓋。

-在不影響基站布局的前提下，應(yīng)盡量選擇現(xiàn)有電信樞紐樓、郵電局或微

波站作為站址，并利用其機房、電源及鐵塔等設(shè)施。

-避免在大功率無線發(fā)射臺附近設(shè)站，如雷達(dá)站、電視臺等，如要設(shè)站應(yīng)

核實是否存在相互干擾，并采取措施防止相互干擾。

-避免在高山上設(shè)站。高山站干擾范圍大，影響頻率復(fù)用。在農(nóng)村高山設(shè)

站往往對處于小盆地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋不好。

-避免在樹林中設(shè)站。如要設(shè)站，應(yīng)保持天線高于樹頂。

-市區(qū)基站中，對于蜂窩區(qū)(R=l?3km)基站宜選高于建筑物平均高度但低

于最高建筑物的樓房作為站址，對于微蜂窩區(qū)基站則選低于建筑物平均高度的樓

房設(shè)站且四周建筑物屏蔽較好。

一市區(qū)基站應(yīng)避免天線前方近處有高大樓房而造成障礙或反射后干擾其后

方的同頻基站。

-避免選擇今后可能有新建筑物影響覆蓋區(qū)或同頻干擾的站址。

一市區(qū)兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基站盡量共址或靠近選址。

-選擇機房改造費低、租金少的樓房作為站址。如有可能應(yīng)選擇本部門的

局、站機房、辦公樓作為站址。

第五講鏈路及空間無線傳播損耗計算

5.1鏈路預(yù)算

上行和下行鏈路都有自己的發(fā)射功率損耗和路徑衰落。在蜂窩通信中，為了

確定有效覆蓋范圍，必須確定最大路徑衰落、或其他限制因數(shù)。在上行鏈路，從

移動臺到基站的限制因數(shù)是基站的接受靈敏度。對下行鏈路來說，從基站到移動

臺的主要限制因數(shù)是基站的發(fā)射功率。通過優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使

小區(qū)覆蓋半徑內(nèi)，有較好的通信質(zhì)量。

一般是通過利用基站資源，改善網(wǎng)絡(luò)中每個小區(qū)的鏈路平衡（上行或下行），

從而使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。最終也可以促使切換和呼叫建立期間，移動通話性

能更好。圖5-01是一基站鏈路損耗計算，可作為參考。

圖5-01

UStoEtons

ITSnP4MT42■snr—一30

CaabiaiyL?n30

Lm0T?ULKUP30

efc4biutR39

2?eeAarLess2

ITScatnLBITS10

T?t?lmr95

asK-100ITS■-104

KCUB0Birmitr?ua5

SF?4ia<B

UterEeraee3I>terfere*oe3

33

■AX.slidable143■AX.allowable143

pathlossdBapathloss值

LinkBalan.ceOovnLink-Uplink)=O

上下行鏈路平衡的計算。對于實現(xiàn)雙向通信的GSM系統(tǒng)來說，上下行鏈路平衡

是十分重要的，是保證在兩個方向上具有同等的話務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素,

也關(guān)系到小區(qū)的實際覆蓋范圍。

下行鏈路（DownLink）是指基站發(fā)，移動臺接收的鏈路。

上行鏈路（UpLink）是指移動臺發(fā)，基站接收的鏈路。

上下行鏈路平衡的算法如下：

下行鏈路（用dB值表示）：

PinMS=PoutBTS-LduplBTS-LpBTS+GaBTS+Cori+GaMS+GdMS-

LslantBTS-LPdown

式中：

PinMS為移動臺接收到的功率；

PoutBTS為BTS的輸出功率；

LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；

LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；

GaBTS為基站發(fā)射天線的增益；

Cori為基站天線的方向系數(shù)；

GaMS為移動臺接收天線的增益；

GdMS為移動臺接收天線的分集增益；

LslantBTS為雙極化天線的極化損耗；

LPdown為下行路徑損耗；

上行鏈路（用dB值表示）：

PinBTS=PoutMS-LduplBTS-LpBTS+GaBTS+Cori+GaMS+GdBTS

-LPup+[Gta]

式中：

PinBTS為基站接收到的功率；

PoutMS為移動臺的輸出功率；

LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；

LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；

GaBTS為基站接收天線的增益；

Cori為基站天線的方向系數(shù)；

GaMS為移動臺發(fā)射天線的增益；

GdBTS為基站接收天線的分集增益；

Gta為使用塔放的情況下，由此帶來的增益；

LPup為上行路徑損耗。

根據(jù)互易定理，即對于任一移動臺位置，上行路損等于下行路損，即：

LPdown=LPup

設(shè)系統(tǒng)余量為DL,移動臺的惡化量儲備為DNMS,基站的惡化量儲備為

DNBTS,移動臺的接收機靈敏度為MSsense,基站的接收機靈敏度為BTSsense,

Lother為其它損耗，如建筑物貫穿損耗、車內(nèi)損耗、人體損耗等。于是，對于覆

蓋區(qū)內(nèi)任一點，應(yīng)滿足：

PinMS-DL-DNMS-Lother>=MSsense

PinBTS-DL-DNMS-Lother>=BTSsense

上下行鏈路平衡的目的是調(diào)整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區(qū)邊界上的點（離

基站最遠(yuǎn)的點）滿足：

PinMS-DL-DNMS-Lother=MSsense

于是，得到了基站的最大發(fā)射功率的計算公式：

PoutBTS<=MSsense-BTSsense+PoutMS+GdBTS-GdMS+LslantBTS-

Gta+DNMS-DNBTS

5.2各類損耗的確定

?建筑物的貫穿損耗

建筑物的貫穿損耗是指電波通過建筑物的外層結(jié)構(gòu)時所受到的衰減，它等于建筑

物外與建筑物內(nèi)的場強中值之差。

建筑物的貫穿損耗與建筑物的結(jié)構(gòu)、門窗的種類和大小、樓層有很大關(guān)系。

貫穿損耗隨樓層高度的變化，一般為-2dB/層，因此，一般都考慮一層（底層）

的貫穿損耗。

下面是一組針對900MHz頻段，綜合國外測試結(jié)果的數(shù)據(jù)：

-中等城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB,標(biāo)準(zhǔn)偏差

7.3dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB,標(biāo)準(zhǔn)偏差8.7dB。

-大城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB,標(biāo)準(zhǔn)偏差

7.7dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為13.1dB,標(biāo)準(zhǔn)偏差9.5dB。

-大城市市區(qū)一金屬殼體結(jié)構(gòu)或特殊金屬框架結(jié)構(gòu)的建筑物，貫穿損耗中值為

27dBo

由于我國的城市環(huán)境與國外有很大的不同，一般比國外同類名稱要高8-10dBo

對于1800MHz,雖然其波長比900MHz短，貫穿能力更大，但繞射損耗更

大。因此，實際上，1800MHz的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規(guī)

范3.30中提到，城市環(huán)境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB,農(nóng)村為10dB。一

般取比同類地區(qū)900MHz的貫穿損耗大5—lOdBo

?人體損耗

對于手持機，當(dāng)位于使用者的腰部和肩部時，接收的信號場強比天線離開人體兒

個波長時將分別降低4—7dB和1—2dBo

一般人體損耗設(shè)為3dBo

?車內(nèi)損耗

金屬結(jié)構(gòu)的汽車帶來的車內(nèi)損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟發(fā)達(dá)的城市，人的?部分

時間是在汽車中度過的。

一般車內(nèi)損耗為8--10dBo

?饋線損耗

在GSM900中經(jīng)常使用的是7/8"的饋線，在1000MHz的情況下，每100米的損

耗是4.3dB；在2000MHz的情況下，每100米的損耗則為6.46dB,多了2.16個

dBo

5.3無線傳播特性

移動通信的傳播如圖5-02中的曲線所示，總體平均值隨距離減弱，但信號

電平經(jīng)歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點周圍地形地物對信號反射，使得信

號電平在兒十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若移動臺在沒有任何障礙物的環(huán)境下移

動，則信號電平只與發(fā)射機的距離有關(guān)。所以通常某點信號電平是指幾十米范圍

內(nèi)的平均信號電平。這個信號的變化呈正態(tài)分布。標(biāo)準(zhǔn)偏差對不同地形地物是不

一樣的，通常在6—8dB左右?？焖ヂ涫钳B加在慢衰落信號上的。這個衰落的速

度很快，每秒可達(dá)兒十次。除與地形地物有關(guān)，還與移動臺的速度和信號的波長

有關(guān)，并且幅度很大，可幾十個dB,信號的變化呈瑞利分布?？焖ヂ渫鶗?/p>

低話音質(zhì)量，所以要留快衰落的儲備。

圖5-02

無線電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡單的?種。自由

空間是滿足下述條件的一種理想空間：L均勻無損耗的無限大空間，2,各項同

性，3.電導(dǎo)率為零。應(yīng)用電磁場理論可以推出，在自由空間傳播條件下，傳輸

損耗Ls的表達(dá)式為：

Ls=32.45+201gf+201gd

自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關(guān)。當(dāng)f和d擴大一倍時,

Ls均增加6dB,由此我們可知GSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900

基站大6個dB,如圖5-03所示。

圖5-03

Slg?afS*Mgtt

陸地移動信道的主要特征是多徑傳播，實際多徑傳播環(huán)境是十分復(fù)雜的，在

研究傳播問題時往往將其簡化，并且是從最簡單的情況入手。僅考慮從基站至移

動臺的直射波以及地面反射波的兩徑模型是最簡單的傳播模型。兩徑模型如圖

5-04所示，應(yīng)用電磁場理論可以推出，傳輸損耗Lp的表達(dá)式為：

Lp=201g(d2/(hl*h2))

圖5-04

5.4常用的兩種電波傳播模型

?Okumura電波傳播衰減計算模式

GSM900MHZ主要采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計算模式。該模式是

以準(zhǔn)平坦地形大城市區(qū)的中值場強或路徑損耗作為參考，對其他傳播環(huán)境和地形

條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。不同地形上的基本傳輸損耗按下列

公式分別預(yù)測。

L(市區(qū))=69.55+26.161g任13.821ghl+(44.9-6.551ghl)lgd-a(h2)-s(a)

L(郊區(qū)戶64.15+26.161gf-2[lg(f728)]2-13.821ghl+(44.9-6.551ghl)lgd-a(h2)

L(鄉(xiāng)村公

￡&)=46.38+35.331gf^[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.821ghH-(44.9-6.551ghl)lgd-a(h2)

L(開闊區(qū)尸28.6l+44.491gf-4.87(lgf)2-13.821ghl+(44.9-6.551ghl)lgd-a(h2)

L(#E)=69.55+26.161gf-13.821ghl+(44.9-6.551ghl)lgd-a(h2)

其中：

工作頻率，MHz

hl--基站天線高度，m

h2---移動臺天線IWJ度，m

d----到基站的距離，km

a(h2)--移動臺天線高度增益因子，dB

a(h2尸(1.1lg60.7)h2-1.561gfH).8(中,小城市)

=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)

s(a)—市區(qū)建筑物密度修正因子，dB;

s(a)=30-251ga(5%<a<50%)

=20+0.191ga-l5.6(lga)2(1%<a<5%)

=20(a<l%)

?Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計算模式

GSM1800MHz主要采用歐洲電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合推薦的"Cost-

2-Walfish-Ikegami"電波傳播衰減計算模式。該模式的特點是：從對眾多城市的電

波實測中得出的一種小區(qū)域覆蓋范圍內(nèi)的電波損耗模式。

分視距和非視距兩種情況：

(1)視距情況

基本傳輸損耗采用下式計算

L=42.6+261gd+201gf

(2)非視距情況

基本傳輸損耗由三項組成：

L—Lo+Lmsd+Lrts

Lo=32.4+201gd+201gf

a)Lo代表自由空間損耗

b)Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗

c)Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。

不管是用哪一種模式來預(yù)測無線覆蓋范圍，只是基于理論和測試結(jié)果統(tǒng)計的

近似計算由于實際地理環(huán)境千差萬別，很難用一種數(shù)學(xué)模型來精確地描述，特別

是城區(qū)街道中各種密集的、下規(guī)則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數(shù)學(xué)模型預(yù)測

帶來很大困難。因此。有一定精度的預(yù)測雖可起到指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)基站選點及布點的初

步設(shè)什，但是通過數(shù)學(xué)模型預(yù)測與實際信號場強值總是存在差別。由于移動環(huán)境

的復(fù)雜性和多變性，要對接受信號中值進行準(zhǔn)確計算是相當(dāng)困難的。無線通信工

程上的做法是，在大量場強測試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計處理，找出

各種地形地物下的傳播損耗(或接受信號場強)與距離、頻率以及天線高度的關(guān)

系，給出傳播特性的各種圖表和計算公式，建立傳播預(yù)測模型，從而能用較簡單

的方法預(yù)測接受信號的中值。

5.5參考覆蓋標(biāo)準(zhǔn)

大城市繁華市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平：-70dBm

一般市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平：-80dBm

市區(qū)室外覆蓋電平：-90dBm

鄉(xiāng)村：-94dBm

第六講補充：天線基本知識

6.1天線

6.1.1天線的作用與地位

無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線

以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小

很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢?，天線是發(fā)射和接收電

磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。

天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況

下使用。

對于眾多品種的天線，進行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模?/p>

按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分

為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向

天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。

6.1.2對稱振子

對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可

簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組

成天線陣。

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、全長為二分

之一波長的振子，稱半波對稱振子，見圖1.2a。

另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的

矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，

注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子，見圖1.2b。

“波長

1N波氏

耳波長

對稱畏子

圖I2圖1.2b

6.1.3天線方向性的討論

1天線方向性

發(fā)射天線的基本功能之?是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本

功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平

放的“面包圈”形的立體方向圖（圖1.3.1a）。立體方向圖雖然立體感強，但

繪制困難，圖131b與圖131c給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖

描述天線在某指定平面上的方向性。從圖131b可以看出，在振子的軸線方向

上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1c可以看出，在水平面上

各個方向上的輻射一樣大。

圖13.1a立體方向用H1.3.1b羲直面方向國H1.3.1c水平面方向RI

2天線方向性增強

若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號進一

步集中到在水平面方向上。下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直

四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。

立體方向圖垂直面方向圖

也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向

平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明

了反射面的作用-反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。天線的基本知

識全向陣（垂直陣列不帶平面反射板）。

拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集

中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括

兩個基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點上的輻射源。

全向陣

（垂直陣列不帶平面反射板）扇形區(qū)覆蓋

（垂直陣列帶平面反射板）

3增益

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

?點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述?個天線把輸入功率集中輻

射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，

增益越高?？梢赃@樣來理解增益的物理含義---為在一定的距離上的某點處產(chǎn)

生一定大小的信號。

如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增

益為G=13dB=20的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需100/20=

5W.換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向

性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。

半波對稱振子的增益為G=2.15dBi;4個半波對稱振子沿垂線上下排列，

構(gòu)成一個垂直四元陣，其增益約為G=8.15dBi（dBi這個單位表示比較對象是各

向均勻輻射的理想點源）。

如果以半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是dBd。

半波對稱振子的增益為G=0dBd（因為是自己跟自己比，比值為1,取對數(shù)得

零值。）；

垂直四元陣，其增益約為G=8.15-2.15=6dB。.

4波瓣寬度

方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣

稱為副瓣或旁瓣。

參見圖1.3.4a,在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB（功率密度降低

一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功

率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強。

立體方向圖垂直面方向圖

還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降

低10dB（功率密

度降至十分之一）的兩個點間的夾角，見圖1.3.4b.

-1OdB*

圖1.3.4a3d8波，寬度圖1.3.4bWdB波，克度T°dB點

5前后比

方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F/B。前后比越大，天線

的后向輻射

（或接收）越小。前后比F/B的計算十分簡單--F/B=lOLg｛（前向功率密

度）/（后向功率密度）｝

對天線的前后比F/B有要求時，其典型值為（18—30）dB,特殊情況下

則要求達(dá)

(35—40)dB。

6天線增益的若干近似計算式

1)天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益:

G(dBi)=10Lg{32000/(203dB,Ex203dB,H)}

式中，203dB,E與203dB,H分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；

32000是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

2)對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：

G(dBi)=10Lg{4,5x(D/XO)2}

式中，D為拋物面直徑；

M)為中心工作波長；

4.5是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

3)對于直立全向天線，有近似計算式

G(dBi)=lOLg{2L/XO}

式中，L為天線長度;

X0為中心工作波長;

7上旁瓣抑制

對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方

第一旁瓣

盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制?；镜姆?wù)對象是地面上的移動電

話用戶，指向天空的輻射是毫無意義的。

8天線的下傾

為使主波瓣指向地面，安置時需要將天線適度下傾。

6.1.4天線的極化

天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的

方向就是

天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情

況：垂直極化…是最常用的；水平極化一也是要被用到的。

E

E

垂直極化水平極化

1雙極化天線

下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45。極化，它們僅僅在特

殊場合下使用。

這樣，共有四種單極化了，見下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組

合在一起，或

者，把+45°極化和-45°極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新

的天線一雙極化天線。

垂直極化水平極化

-45,極化

下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化

天線有兩個接

頭.雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。

2極化損失

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?致時，接收到的信號都會變

小，也就是說，發(fā)生

極化損失。例如：當(dāng)用+45。極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當(dāng)

用垂直極化天線接收+45°極化或-45。極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化

損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波,

等等情況下，也必然發(fā)生極化損失一一只能接收到來波的一半能量。

當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時.，例如用水平極化的接

收天線接收垂直極化

的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收

不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。

3極化隔離

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(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天

線的功率為10W,結(jié)果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為lOmWo

6.1.5天線的輸入阻抗Zin

在這種情況下的極化隔離為

X=10Lg(10,000mW/10mW)=30<dB)

定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入

阻抗具有電阻分量Rin和電抗分量Xin,即Zin=Rin+jXin。電抗分量的存

在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也

就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設(shè)計、調(diào)試得很好的

天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。

輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長有關(guān)，半波對稱振子是最重要的基本

天線，其輸

入阻抗為Zin=73.1+j42.5（歐）。當(dāng)把其長度縮短（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，此時的輸入阻抗為Zin=73.1

（歐），（標(biāo)稱75歐）。

注意，嚴(yán)格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。

順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即

Zin=280（歐）,（標(biāo)稱300歐）0

有趣的是，對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率

范圍內(nèi)，使輸入阻

抗的虛部很小且實部相當(dāng)接近50歐,從而使得天線的輸入阻抗為Zin=Rin=50

歐___這是天線能與饋線處于良好