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1、天线基本原理,ISSUE1.0,前 言,天线在无线通信系统中起着重要的作用。各种场景下天线的选型会直接影响到网络的性能。,内容介绍,第1章 天线的工作原理 第2章 天线的分类 第3章 天线的指标 第四章 天线的选型 第五章 合分路单元 第六章 分布式天线系统,天线作用,把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间 收集无线电波并产生电信号,天线的位置和作用,基站天馈系统示意图,天线的作用： 将馈管中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波； 反之将自由空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能。,天线工作原理,导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关； 当导线的长度
2、增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加， 因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。,天线工作原理,两臂长度相等的振子叫做对称振子 每臂长度为四分之一波长，称为半波振子 全长与波长相等的振子，称为全波对称振子 将振子折合起来的，称为折合振子,1/2波长,波长,1/4波长,1/4波长,1/2波长,移动天线的工作原理,内容介绍,第1章 天线的工作原理 第2章 天线的分类 第3章 天线的指标 第4章 天线新技术介绍,天线的分类（一）,定向天线,全向天线,按照辐射方向划分,天线的分类（二）,板状天线,帽形天线,鞭状天线,面状天线,按照外形划分,天线的分类（三）,垂直极化
3、全向天线,垂直极化定向天线,双极化天线,按照极化方式划分,天线极化,天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向,垂直极化,水平极化,+ 45度倾斜的极化,- 45度倾斜的极化,双极化天线,两个天线为一个整体 传输两个独立的波,内容介绍,第1章 天线的工作原理 第2章 天线的分类 第3章 天线的指标 第4章 天线新技术介绍,天线主要电气指标,天线方向图,天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。 在移动通信工程中，通常用功率方向图来表示，分为水平方向图和垂直方向图。,天线方向图,对称半波
4、振子方向图,顶视,侧视,定向天线方向图,全向天线方向图,天线增益,增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线在最大辐射方向与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。 增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。,dBd 和 dBi的区别,一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射,对称振子的增益为2.15dB,一个天线与对称振子相比较的增益用“dBd”表示 一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示 例如: 3dBd = 5.15dBi,天线其它电气指标,波束宽度、前后抑制比、零点填充、上副瓣抑制,前后比,方向图中，前后瓣最大电平之比称为前
5、后比。前后比越大，表示天线的定向接收性能就越好。,后向功率,前向功率,以dB表示的前后比 = 10 log 典型值为 25dB 左右,(前向功率) (反向功率),波束宽度,在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称 为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。工程上一般用3dB波瓣宽度。,方位即水平面方向图,120 (eg),峰值,- 10dB点,- 10dB点,10dB 波束宽度,60 (eg),峰值,- 3dB点,- 3dB点,3dB 波束宽度,15 (eg),峰值,- 3dB点,- 3
6、dB点,32 (eg),峰值,- 10dB点,- 10dB点,俯仰面即垂直面方向图,波束宽度,天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平波束宽度与垂直波束宽度成反比，其关系可以表示为： 其中：Ga为天线增益，单位：dBi； 为垂直波束宽度，单位：角度； 为水平波束宽度，单位：角度。,波束宽度,例如：某一全向天线，增益 11dBi，水平波束宽度 360，其垂直波束宽度为： 由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直波束宽度往往比上述计算结果要小。两者差别越小
7、，说明天线设计得越好。,波束宽度,天线增益与波束宽度的关系,机械下倾与电下倾,机械下倾,电下倾,可调电下倾天线,若 ZA 表示天线的输入阻抗，Z0 为天线的标称特性阻抗 ，则天线的反射系数为 ， 。 也可以用回波损耗表示端口的匹配特性， 。VSWR = 1.5:1 时，R.L. = 13.98dB。,天线的主要电气指标,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,天线驻波比,极化损失,当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3dB的极化损失，
8、即只能接收到来波的一半能量； 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。,极化隔离,隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例,1000mW (即1W),1mW,在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB,天线工作带宽,无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。 天线工作带宽有几种不同的定义： 一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度； 一种是指在规定的
9、驻波比下天线的工作频带宽度; 在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。具体的说，就是当天线的输入驻波比1.5时，天线的工作带宽。,天线的主要机械指标,天线输入接口 天线尺寸 天线重量 风载荷 工作温度 湿度要求 雷电防护 三防能力,第四章 天线选型 1） 为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重要对于1800MHz和900MHz频段的GSM、CDMA数字移动通信网基站，我们选用国内现有基站天线有如下几个一般原则建议： 根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式： arch/ （r/2） （式中为波束倾角为天线高度，为站间距离）,（a）对话务量高密集区，基站间距离300-50
10、0米，计算得出 大约在1019之间。采用内置电下倾9的+45双极化水平半功率瓣宽65定向天线 。再加上机械可变15的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾1019内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖的要求。,（b）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，大约在616之间可选择+45双极化，内置电下倾6的水平半功率瓣宽65定向天线 ，可以保证主瓣在下倾的616内水平半功率宽度无变化。可满足对中密度话区覆盖的要求。 （c）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些， 大约在313之间。可选择+45双极化，内置电下倾3的水平半功率瓣宽65定向天线 ，可保证主瓣在下倾的313内水平半功
11、率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖的要求。,话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的（17dB）65定向天线 （三扇区）、或17dB90定向天线(双扇区，如下图)。,2） 在县城及城镇地区,弱定向天线HTD0921013兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：,5）严格控制天线辐射的方向图,6）通过调整基站天线来提高基站的载干比 7）通过调整基站天线的俯仰角改善覆盖区内话务量使网络负载均衡提高网络的营运效率,低上部旁瓣波形,以上所介绍的仅是优化过程中部分天线的有关问题。 由此可看出天线虽然在整个天线组网中仅占经费比例的1 2%，但它在网络优化及维护工作中所占的工作量几乎是50 60%。可以说如果没有好的天线，就不会有好的无线网络，更不会有高质量的无线移动通信服务。,第五章 分布式天线系统,应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况,用于狭长地带(如隧道，地铁)的无线覆盖，但设备成本和安装费用较高,三种分布式天线系统各有利弊,问题,天线按信号辐射方向划分，可以分为哪几类？按外形划分，可以分为哪几类？ 天线的主要电气指标有哪些？ 天线的主要机械指标有哪些？ 分布式系统主要有哪几种？,谢 谢！,
