天線基本概念

天線接收和發(fā)射信號的原理1常用天線性能指標(biāo)介紹2

目

錄常見故障及原因分析3第1頁/共32頁一、天線信號接收和發(fā)射原理

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…...收集無線電波并產(chǎn)生電信號第2頁/共32頁天線的作用

天線尤如人的耳目一樣重要。無線設(shè)備的千里眼、順風(fēng)耳。如果沒有天線，再先進(jìn)的雷達(dá)，也無法發(fā)現(xiàn)幾千米之外的目標(biāo)；洲際導(dǎo)彈，如果沒有天線，就會失去遙控，亂飛亂炸。

對無線通信系統(tǒng)也同樣是這樣。再先進(jìn)的基站通信設(shè)備，沒有好的天線，也無法發(fā)揮優(yōu)良的性能?？梢娞炀€是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。第3頁/共32頁天線的作用

將傳輸線中的高頻電磁能量轉(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。第4頁/共32頁天線的輻射

平行雙線載有交變電流時，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)線位置如下圖所示，由于兩導(dǎo)線的距離很近，電流方向相反，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。第5頁/共32頁天線的輻射

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(qiáng)。第6頁/共32頁天線的輻射

當(dāng)張開部分的導(dǎo)線長度遠(yuǎn)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差不是太遠(yuǎn)時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。因此，天線尺寸與波長相關(guān)，即與頻率相關(guān)，頻率越高，天線尺寸越小。

波長×頻率=真空中的光速（常數(shù)）第7頁/共32頁二、常用天線性能指標(biāo)介紹１對單極化天線方向圖增益輸入阻抗（電壓駐波比）極化帶寬功率容量3階無源互調(diào)（PIM）

2對雙極化天線

除具有單極化天線的電參數(shù)外還具有隔離度交叉極化比天線的主要電參數(shù)第8頁/共32頁

天線的方向圖

把天線在空間輻射強(qiáng)度隨方位、俯仰角度分布的曲線圖形叫天線方圖。

天線方向圖通常是一個三維空間的曲面圖形。為了表示方便起見，在工程中常用歸一化方向圖。第9頁/共32頁天線的方向圖第10頁/共32頁

在工程上為了方便表示起見，常用兩個相互正交主平面上的剖面圖來表示天線的方向圖。

E面方向圖（電場矢量與傳播方向構(gòu)成的平面）

垂直面方向圖

H面方向圖（磁場矢量與傳播方向構(gòu)成的平面）水平面方向圖

在工程上為了方便表示起見，常用兩個相互正交主平面上的剖面圖來表示天線的方向圖。

E面方向圖（電場矢量與傳播方向構(gòu)成的平面）

垂直面方向圖

H面方向圖（磁場矢量與傳播方向構(gòu)成的平面）

水平面方向圖主平面方向圖第11頁/共32頁與方向圖有關(guān)的幾個參數(shù)

主瓣（半功率波束寬度HPBW）

副瓣（上第一副瓣）

零深（下第一個零深）

前／后比（F／B比）第12頁/共32頁天線的方向圖上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第13頁/共32頁波瓣寬度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

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(qiáng)。第14頁/共32頁半功率波束寬度（HPBW）

定義：在主平面（E面或H面）方向圖中把功率下降一半的波束寬度叫半功率波束寬度。

在場強(qiáng)方向圖中，場強(qiáng)下降0.707倍所夾的角度；

在歸一化dB方向圖（最大值為０dB）中，-3dB所夾的角度。第15頁/共32頁

主瓣與副瓣、副瓣與副瓣之間的凹點叫零深。

把主瓣與第一副瓣之間的凹點叫第一零深，在移動通信中，由于下第一個零深會影響通信，所以往往采用賦形天線技術(shù)來填零。零深

上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第16頁/共32頁

在天線的主平面方向圖中，除了主瓣之外，把比主瓣小的所有輻射瓣都叫副瓣，把緊鄰主瓣的副瓣叫第一副瓣。在歸一化dB方向圖中副瓣電平均為－dB.不管是在微蜂窩基站中使用的全向天線還是定向板狀天線，當(dāng)主波束下傾時，上第一副瓣會越區(qū)造成干擾，因而要用賦形技術(shù)來抑制上第一副瓣電平。副瓣電平上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第17頁/共32頁前／后比（F／B）

在水平面或垂直面方向圖中，把天線在前向（Φ＝0°）(最大輻射方向)輻射功率P（Φ＝0°）與后向（Φ＝180°±30°）最大輻射功率Pmax（Φ＝180°±30°）之比定義為天線的前后輻射比。

（F／B）（dB）=10lgр(Ψ＝0°)/Pmax

（Ψ＝180°±30°）

在歸一化dB方向圖中，前后比就是后向Ψ＝150°~

Ψ＝210°范圍內(nèi)的最大副瓣電平的-dB數(shù)。上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第18頁/共32頁天線的增益

增益是天線極為重要的參數(shù)，它表示空間能量的集中程度。常用dB表示天線增益的大小。常用兩種方法定義天線的增益。①相對理想點源（各向同性輻射體）其單位用dBi表示；②相對半波偶極子，其單位用dBd表示。由于自由空間半波長偶極子的增益為2.15dBi，故dBd比dBi大2.15dB。第19頁/共32頁

dBd和dBi的區(qū)別一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射

對稱振子的增益為2.17dB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=5.17dBi第20頁/共32頁

天線的極化就是它輻射無線電波中電場的極化。天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向。天線的極化垂直極化水平極化+45度傾斜的極化-45度傾斜的極化第21頁/共32頁雙極化天線V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)兩個天線為一個整體傳輸兩個獨立的波第22頁/共32頁交叉極化

天線可能在非預(yù)定的極化上產(chǎn)生不需要的極化分量。例如：水平極化天線，也可能產(chǎn)生垂直極化分量，把這種不需要的極化波就稱作交叉極化波，也可做正交極化波。實際通信中，收發(fā)天線之間要得到最大功率傳輸，不僅要求收發(fā)天線均與饋線匹配，而且要求收發(fā)天線極化方向必須一致，收發(fā)天線極化一致也叫做極化匹配。對線極化天線，發(fā)射天線用垂直極化，那么接收天線也必須用垂直極化.第23頁/共32頁天線的輸入阻抗（VSWR）

把天線輸入端的電壓（V）與電流（I）之比定義為天線的輸入阻抗：Zin＝v/I

由于基站的輸出阻抗為50Ω，常用50Ω同軸電纜連基站與天線，為了實現(xiàn)最佳阻抗匹配，希望天線的輸入阻抗為50Ω純電阻。但天線的實際阻抗并不完全等于50Ω，且含有電抗分量。工程中常用電壓駐波比（VSWR）來表示天線的阻抗特性。如果VSWR＝1，則表示完全匹配，即zin=50Ω

電纜

50ohms天線

50ohms

80ohms第24頁/共32頁9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W

電壓駐波比反應(yīng)輸入到天線的能量的反射，駐波比越大，從天線發(fā)射回的能量也越多。天線的輸入阻抗（VSWR）第25頁/共32頁

把天線電參數(shù)（如VSWR、增益、方向圖等）不超過用所允許值的頻率稱作天線的工作帶寬。

工程中，人們習(xí)慣把VSWR小于某些給定值的頻段定義為天線的工作帶寬。

例如以VSWR≤1.5來定義天線的工作帶寬。常用相對帶寬（BW%）來表征天線的帶寬。

式中:fh--天線的最高工作頻率

fl--天線的最低工作頻率

f0--中心工作頻率

天線的工作帶寬BW%=第26頁/共32頁天線的工作帶寬

天線的相對帶越寬，制作天線的難度就越大，所以對相對帶寬比較寬的天線適當(dāng)降低對天線VSWR的要求是科學(xué)的，也是符合實際的，不要一味地什么天線都追求低的VSWR，因為天線的VSWR≤2對用戶不會產(chǎn)生大的影響，但卻大大增加了天線制造商的困難及成本。第27頁/共32頁三、常見故障及原因分析

基站天線常出現(xiàn)接收信號強(qiáng)度（RSSI）異常的情況，其原因如下：

1、對于RSSI指標(biāo)影響非常顯著的是：接頭的安裝是否良好，接觸是否良好，以及周圍基站干擾情況。2、基站天線下傾角度偏差太大。一般實際下傾角度與網(wǎng)優(yōu)設(shè)計角度偏差超過2度以上均視為不可接受。第28頁/共32頁三、常見故障及原因分析RSSI異常情況現(xiàn)象產(chǎn)生的主要可能原因RSSI過低

主（分）集長時間RSSI低于-110dBm左右

天饋各個接頭接觸不好，天饋、TRX、CDU、功放故障RSSI過高

主（分）集長時間RSSI高于-95dBm或在一定時間內(nèi)高于-95dBm

開關(guān)和跳線錯誤、硬件故障、接頭進(jìn)水、天饋駐波、參數(shù)設(shè)置問題，系統(tǒng)工作不正常、雜散和互調(diào)、外部干擾RSSI主分集差異過大

主（分）集兩者間RSSI長時間相差6dB以上或出現(xiàn)RSSI主分集對比告警、TRM主（分）集接收告警。

天饋駐波、天線安裝問題、硬件故障、分集旁路開關(guān)設(shè)置錯誤、外部干擾第29頁/共32頁名詞解釋：1、CDU（COMBINING&DISTRIBUTION