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1、基站天线的基本原理及电波传播,基站天线的基本原理及电波传播,天线知识概述 天线的定义 典型的基站天线类型 基站天线的主要电气特性 基站天线的主要机械特性 基站天线的主要环境特性天线的基本原理 电波传播基本知识,内容,天线知识概述,天线知识概述,天线是一种将传输线送来的高频传导电流转变成空间电磁波或反向过程的装置。天线是无源而非有源器件。天线的增益是指它与各向同性（isotropic)天线相比，能量集中的增大倍数（dBi)。或与偶极子（dipole)天线相比，能量集中的增大倍数（dBd)。,天线的定义,全向天线 定向天线 按结构分 板状天线 对数周期天线 按极化方式分 单极化天线 双极化天线 交
2、叉极化（垂直和水平） 斜极化（+45 度和 -45 度）,典型的基站天线类型,天线增益 Gain（单位：dBd 或 dBi） 带宽 Bandwidth（单位：MHz ） 方向图 Pattern 水平波瓣宽度（单位：degree） 垂直波瓣宽度（单位：degree） 前后比 Front-to-Back Ratio（单位：dB） 驻波比VSWR 回损 Return Loss（单位： dB） 功率容量 Maximum Input Power（单位：Watt）,基站天线的主要电气特性 (1),极化方式 Polarization 下倾角 Downtilt（单位：degree） 三阶互调 Intermod
3、ulation（单位：dBc） 阻抗 Independence （单位：ohms） 雷电防护 Lightning protection,基站天线的主要电气特性 (2),天线尺寸 天线重量 天线罩材 构造特点 安装附件，配合抱杆、外墙等多种安装方式使用 安装附件，可供现场调整下倾角使用 接头的类型和位置,基站天线的主要机械特性,盐雾, IEC 68-2-1 冰雪, IEC 68-2-1 热, IEC 68-2-2 太阳辐射, IEC 68-2-5 震动, IEC 68-2-6 热冲击, IEC 68-2-14 淋雨, IEC 68-2-18 机械冲击, IEC 68-2-27 湿度, IEC 6
4、8-2-30 最大可承载风速,基站天线的主要环境特性,天线基本原理,天线基本原理,天线辐射天线增益 的含义dBd与dBi的对比基站天线的增益要求天线带宽天线方向图增益和波瓣宽度的关系驻波比VSWR 与回损的关系前后比互调下倾角,知识点,天线接通信号源后，辐射元件产生电场与磁场 电场方向与辐射元件方向一致磁场环绕在以辐射元件为圆心的轴上，其方向与电场正交电磁波的方向分别正交于电场E和磁场H,天线辐射,天线阵列（辐射线性阵列）基本单元：半波偶极子增加一倍半波偶极子个数，增益增加3dB。,天线增益的含义,天线增益全向天线,Four connected Half-wave dipoles,Radome
5、 (fibre glas, plastics),One element: 2.1 dBi / 0 dBd Two elements: 5.1 dBi / 3 dBd Four elements: 8.1 dBi / 6 dBd Eigth elements: 11.1 dBi / 9 dBd一般来说，并不推荐更高的增益，因为高增益会使偶极子的间距太小并且天线太大。 天线一般是垂直极化。,天线增益是一个相对的概念。大多数VHF/UHF天线厂商使用偶极子做为参考（单位：dBd）。微波天线厂商常用各向同性源做为参考。（单位：dBi)天线增益（ dBi ) = 天线增益 （ dBd ）+ 2.15,d
6、Bd与dBi 的对比,Cellular系统天线的带宽 PCS系统天线的带宽 双波段天线,天线带宽,垂直面方向图天线方向图的侧视图典型的带宽为415度 水平面方向图 天线方向图的俯视图 典型的带宽为20360度,天线方向图,天线方向图示例,增益可用以下公式简略表示：G (dBi) = 10 log(29000/) = 天线的水平带宽（度） = 天线的垂直带宽（度）,增益和波瓣宽度的关系,驻波比VSWR定义如下： 回损定义如下： 传输损耗定义如下： TL= -10 log1-Reflected power/Forward power,驻波比VSWR 与回损,VSWR Return Loss (dB
7、) Transmission Loss (dB),1.2 20.83 .04 1.3 17.69 .07 1.4 15.56 .12 1.5 13.98 .18 1.6 12.74 .24 1.7 11.73 .30 2.0 9.54 .51 3.0 6.02 1.25,驻波比VSWR 与回损,前后比定义如下：F/B Ratio = (前向增益（dBd or dBi) - (反向增益（ dBd or dBi)）高前后比的好处减少同频干扰降低复用系数，提高C/I。,前后比,互调是在非线性设备中两个或多个信号混和后产生的新信号。可能生成互调产物的放大器滤波器塔（生锈的金属）同轴电缆及接头装配硬件（
8、生锈和腐蚀的金属）天线（虚接，虚焊，结合点）,互调(1),f1,f2,2,2, = f2 - f1低于低的频率高于高的频率不会在频率之间3rd = 2f1 - f2, 2f2 - f1 is away5th = 3f1 - 2f2, 3f2 - 2f1 is 2 away7th = 4f1 - 3f2, 4f2 - 3f1 is 3 away奇数倍互调信号的能量会落在带内,Frequency,互调 (2),防止天线侧生成互调产物的方法有：接头尽量少所有接头必须牢固、干净最好是单块集成电路不使用属性不同的金属焊接接头尽量少在信号通路中不使用含铁的金属（例如：镀镍的金属）在高电流通路中不使用铆钉注
9、意安装7/16 D型接头时的安装工艺,互调 (3),合理使用下倾角可以有效控制信号传播下倾角的获得可通过电子倾角、机械倾角、或两种方式混和得到全向天线差不多都是使用电子倾角板状天线的电子倾角的获得可通过改变注入Feedline长度或增加正相位延时获得,天线下倾角 (1),3 dB Beamwidth,H,D min,D max,Primary Illumination Area,D min = H/tan( + 1/2 垂直带宽) D max = H/tan( - 1/2 垂直带宽) = 下倾角,天线下倾角 (2),出于不同的工程考虑，给出如下两个公式：(a) = tan-1(H/2R) +
10、Vertical Beamwidth/2(b) = p - 2 tan-1(R/H)公式(a) 说明下倾角可减少邻基站（r2R）的3dB干扰。公式(b) 说明下倾角可以保护基站（rR）边缘的覆盖。,天线下倾角 (3),机械倾角与电子倾角的比较,天线下倾角 (4),电波传播的基本知识,电波传播的基本知识,射频传播地貌传播模型,知识点,自由空间传播,10 log (Pr) = (10 log(Pt) + 10 log(A) - 10 log(4p) - 20 log(r),环境损耗,反射导致的延迟,多径效应,地面反射,植物的吸收效应,植物的种类 密度 大小 高度 对于射频信号所产生的影响 穿透损耗
11、 季节性影响,传播模型,李氏模型Hata-Okumura 模型Cost-231-Hata 模型其他,Hata-Okumura 模型(1980;T03.30),标准地貌：城区，郊区，开阔地带支持频段：150-1000MHz基站天线挂高：30-200米覆盖距离：1-20公里手机高度：1-10米不适用于微蜂窝,Cost 231-Hata 模型 (TS03.30),标准地貌：城区，郊区，开阔地带 支持频段：1500-2000MHz 基站天线挂高：30-200米 覆盖距离：1-20公里 手机高度：1-10米 不适用于微蜂窝,李氏模型,李氏模型的修正因子,天线高度的修正 (以英寸为单位)天线功率的修正(以dBm为单位),路径损耗的典型曲线,1 英里截距斜率,为何取1 英里截距？,1 英里内的信号:在天线的主波瓣之外 不具统计意义 (道路有限)邻近建筑物导致信号的变化很大,天线主波瓣图示,衰耗曲线示例,地貌分类,密集市区 市区 植物绿化带密集的郊区 植物绿化较稀疏的郊区 植物绿化带密集的农村 植物绿化较稀疏的农村 高速公路 丛林,密集市区,市区,植被较稀疏的郊区,农村,典型的李氏模型截距/斜率取值,注: 1. 以上取值只针对 850 MHz 2. 可以根据实际情况进行修正,谢 谢,谢 谢,
