第9章天线原理与安装.ppt

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1、天线知识- 第九章 移动基站天线原理与安装,天 线,一 移动基站天线的有关概念 1、无线电波的基本知识 2、超短波的传播 3、天线辐射电磁波的基本原理 4、关于传输线的几个基本概念 5、典型的移动基站天线技术指标综述 6、通信距离方程 7、基站天馈系统 8、抛物面天线简介, 无线电波的基本知识, 无线电波 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：/，式中为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电

2、常数与真空的相对介电常数很接近，略大于。,无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。,因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。,电磁波的传播,可用式 / 表示。 式中，为速度，单位为米/秒； 为频率，单位为赫芝；为波长，单位为米。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数约为2.1，因此，/1.44 ，/1.44 。,无线电波的波长、频率和传播速度的关系,. 无线电波的极化,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线

3、电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。,垂直极化,水平极化,+ 45度倾斜的极化,1.3 天线的极化,天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向,- 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,1.4 圆极化波,如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接

4、收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收； 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。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。,1.5 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，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量； 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）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

5、接收天线极化是隔离的。,1.6 (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,2 超短波的传播,无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超短波段，其高端属于微波。 2.1 超短波和微波的视距传播 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照明区”

6、。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。,直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知 AB3.57(HT+HR)(公里) 由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为 AB4.12 (HT+HR)(公里),B,A,RT,RR,O,接收天线高HR,发射天线高HT,2.2 电波的多径传播,电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。 由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方

7、向发生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。,多径传播与反射,用分集接收改善信号电平,2. 电波的绕射传播,电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为米，在距建筑物米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距

8、建筑物米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱分贝，当接收兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱分贝。如果建筑物的高度增加到米时，则在距建筑物米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。 因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。,3 天线辐射电磁波的基本原理,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.如果导线位置如由于两导线的距

9、离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 当导线的长度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。,天线可视为一个四端网络,同轴线变化为天线,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。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,一个1/2波长的对称振子 在 800MHz 约 200mm长 400M

10、Hz 约 400mm 长,1/4波长,1/4波长,1/2波长,振子,3.1 对称振子,波长,对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见图1.2a 另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见图1.2b,图1.2b,图1.2

11、a,半波振子上的场分布,3.2 天线的输入阻抗,天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.142.5）欧姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧（标称75欧）。,3.3 天线的方向性,天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而

12、言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。,图1.3.1 c 水平面方向图,3.3.1 天线方向性的讨论 1 天线方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。 立体方向图虽然立体感强，但绘制困难， 图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1

13、 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。,图1.3.1 c 水平面方向图,图1.3.1 b 垂直面方向图,图1.3.1 a 立体方向图,3.3.2 天线方向性增强 若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。 下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。,垂直面方向图,立体方向图,天线方向图,3.3.3 增益 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地

14、描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB( = 20)的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W . 换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15

15、 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd . 半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 2.15 = 6 dBd .,3.4 天线的工作频率范围(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。 有几种不同的定义： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频

16、带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，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。,在 820 MHz 1/2 波长 为 180mm, 在890 MHz 为 170mm 175mm对 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz,当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降,在 850MHz 1/2 波长振子最佳,在 890 MHz,天线振子,在 820 MHz,在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。,顶视,侧视,3.5 天线的功能: 控制辐射能量的去向,在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的

17、,一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图,在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,一个对称台振子 假设在接收机中有1mW功率,在阵中有4个对称振子 在接收机中就有4 mW功率,更加集中的信号,对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”,增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线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。,在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) =

18、9dBd,“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率,(顶视),天线,利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向,反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线,一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射,一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射,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 = 5.17dBi,3.6 dBd 和 dBi的区别,2.17dB,对称振子的增益为2.17dB,3.7 前后比,方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小,天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，

19、所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,3.8 波束宽度,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),Peak,Peak - 3dB,Peak - 3dB,32 (eg),Peak,Peak - 10dB,Peak - 10dB,俯仰面即垂直面方向图,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

20、扰能力越强。,方向图旁瓣显示,上旁瓣抑制,下旁瓣抑制,全向天线增益与垂直波瓣宽度,9dBd全向天线,板状天线增益与水平波瓣宽度,一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示 反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故,3.9 天线增益与方向图的关系,天线增益与方向图半功率波瓣宽度的关系,3.10 天线的下倾,为使波束指向朝向地面, 需要天线下倾,无下倾,电下倾,机械下倾,天线波束下倾的演示, 关于传输线的几个基本概念,连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。 因此它应能将天线接

21、收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。,.1 传输线的种类,超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等） 。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电

22、耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。,.2 传输线的特性阻抗,无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗 。138/rlog(D/d)欧姆。 通常。=50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体铜网内径； d为其芯线外径； r为导体间绝缘介质的相对介电常数。 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。,.3 馈线衰减常数,信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随

23、馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）米或分贝百米表示。 这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为。输出功率为时，传输损耗可用表示，(dB)10log(。/)(分贝)。,.4 匹配的概念,什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。 在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设

24、天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。,电缆 50 ohms,天线 50 ohms,匹配和失配例,要获得良好的电性能阻抗必须匹配,80 ohms,当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,这里的反射损耗为 10log(

25、10/0.5) = 13dB VSWR 是反射损耗的另一种计量,4.5 反射损耗,4.6 馈线和天线的电压驻波比,在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。 驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR) 驻波波腹电压幅度最大值max （1+） 驻波系数 驻波波节电压辐度最小值min （1-） 反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。 反射波幅度 （S1） 反射系数 入射波幅度 （S1） 终端

26、负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于， 匹配也就越好。,驻波比、反射损耗和反射系数,电源、负载和传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若电源两端与地之间的电压大小相等，极性相反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；与此相似，若负载两端或传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡负载或平衡（馈线）传输线，否则为不平衡负载或不平衡（馈线）传输线。 在不平衡电源或不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡电源与平衡负载之间应当用平行（馈线）传输线连接，这样才能有效地传输电磁能，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。为了解决这个问题，通常在中间加装“平衡

27、不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器。,.7 平衡装置,二分之一波长平衡变换器,又称“”形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。 移动通信系统中，采用的同轴电缆通常特性阻抗为50欧，所以还必须采用适当间距的振子将折合式半波振子天线的阻抗调整到200欧左右，才能实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。,5 典型的移动基站天线技术指标综述,频率范围 MHz 820 - 890 频带宽度 MHz 70 增益 dBi 15 极化 垂直极化 阻抗 50 反射损耗 dB 18 半功率(3dB) 方位 64 俯仰 13 10分贝 (10dB)波束宽度 方位 120 俯

28、仰 30 前后比 dB 30 俯仰上旁瓣抑制 dB -12 俯仰下旁瓣抑制 dB -14 下倾角(可调) 2 - 10 ,设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作波长为。接收 灵敏度为PR，接收天线增益为GR，如果收、发天线间距离为R，电 波在无环境干扰时，有以下关系： 式中，L0 是传播途中的电波损耗。 举例：设PT =10mW=-20dBW ；PR=-50dBm=-80dBW GR=GT=7dBi ； =0.157m (f0 =1910MHz) L0=0时，R=？ 20logR= PT - PR - 20log1/+ GR + GT =-20+80-21.98-16.08+14=35.9

29、4dB 1.9GHz电波在穿透一层墙时，大约损失1015dB。,6 通信距离方程,7 基站天馈系统,8防雷保护器,主馈线（7/8“）,5馈线卡,6走线架,4接地装置,3接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带,1天线调节支架,GSM/CDMA 板状天线,抱杆（50114mm）,2室外馈线,9室内超柔馈线,7馈线过线窗,基站主设备,基站天馈系统示意图,1天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度，范围为：015 ； 2 室外跳线 用于天线与7/8主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 馈线，长度一般为3米。 3 接头密封件 用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常用的材料有绝缘防水胶带（3

30、M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。 4 接地装置（7/8馈线接地件 ） 主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位， 接地点方向必须顺着电流方向。,GSM/CDMA基站天馈系统,每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 常用的7/8卡子有两种；双联和三联。 7/8双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。 6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。 7 馈线过窗器5 7/8馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向 主要用来穿过各

31、类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。 8 防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。,GSM/CDMA基站天馈系统,9 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2超柔馈线，长度一般为23米。 由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。 10 尼龙黑扎带 主要有两个作用： （1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后， 再将尼龙扎带剪断去掉。

32、 （2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。 11 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。,GSM/CDMA基站天馈系统,8.1 抛物面天线的简单几何关系,8 抛物面天线简介,由抛物反射面的几何关系可得反射面的方程为： 在直角坐标中r24F(FZ) 在极坐标中 F/cos2(/2) 式中F是焦距；D是直径； 是焦点到反射面的距离； 是与Z轴的夹角。 反射面的半张角0与F/D的关系为：,0。、,r,F,Z,D,按馈源的馈电位置可分为前馈和后馈，其中每一种又可分为正馈和偏馈。按反射面的设置还可分为单反射面天线和双反射面天线，

33、双反射面天线由一次（主）反射面和二次（副）反射面组成。,8.2几种常用的反射面天线,反射面天线的增益和瓣宽与天线馈源的方向图形状有关，与它 对反射面边缘的照射电平有关。如果馈源对反射面的照射是均匀的 天线增益就高，但同时天线的旁瓣也高，抗干扰性能就差。通常情 况下，馈源照射呈钟形分布。考虑增益和旁瓣要求，在反射面边缘 的照射电平一般取-10-12dB. 口面直径为D 的抛物反射面天线的增益和主瓣宽度可用下列公 式近似计算： 增益 主瓣宽度,8.3抛物反射面天线的增益和瓣宽,它的工作带宽主要取决于馈源的工作带宽。极化方式也取决 于馈源，当采用圆极化馈源时，对单反射面天线其极化旋向与馈源 极化旋向

34、相反，对双反射面天线其极化旋向与馈源极化旋向相同。 对于单线极化应用，可采用与馈源极化方向一致的栅格反射面替代 实体反射面。栅格的间距与工作频率和栅格导体直径有关。 抛物面天线原形是建立在几何光学基础上的。通常反射面直径、 至少要在6以上。例如在1GHz采用抛物面天线其直径至少就要1.8m。 因此它主要适用于超短波高频段和微波频段。以天线口径为50cm， 工作频率为11GHz 的抛物面天线为例， 其增益约为 G32.2dB33.3dB 半功率瓣宽 0.53.8度 在这种情况下，在10公里距离上架设的该种天线波束对准偏离 目标方向1.9度，即偏开330米时，信号强度就将降低3dB. 由此也可看出

35、，在工作频率为11GHz时，其收发天线的调整对 准要比工作频率为1GHz时难得多。,基站天线的选型原则 1 生产厂家的选择 2 机械下倾与电下倾的效果比较 3 全向天线的选型 4 关于三阶互调指标 5基站天线的选型原则（建议）,首先要考察厂家的生产能力、研发队伍、仪器设备、检测 手段、售后服务、质量保证体系。对具体的基站天线产品还应 考察下列各项： 1 为提高网络性能和降低成本，在城区使用的基站天线应具有极化分集代替空间分集的能力。 2 对天线罩因雨雪、裹冰造成的表面分布电容影响，应有一定的防范能力。 为保证天线的最大增益，天线应当采用低耗馈电网络技术。 4 全向天线高增益天线在确保电性能前提

36、下，天线尺寸应尽量短。 为确保产品的一致性及坚固性。生产厂家应有模具化生产能力。,1 生产厂家的选择,生产厂家应对天线的驻波比及三阶互调指标100%检测，对 抽检（例10%）产品应进行包括增益和方向图在内的全指标测试。 7 要有完善的密封工艺并采用优质密封胶，确保天线的防水 性和寿命。 8 定型产品要按信息产业部的标准进行环境试验：高温、低温、振动、冲击、运输。 具有采用机械下倾、电下倾、电调下倾三种调整方式相结合，解决大机械倾角下波形畸变的能力。 10 在考虑产品的适用性后，还要考察所需基站天线的性能价格比和厂家的供货期。,HTDBS096515 在不同机械下倾角时的水平面波束宽度 及前后比

37、实测数据,注:1. 机械倾角T, 定义为天线赤道面与地平面的夹角 T=0 纵轴垂直于地平面, 即天线赤道面平行于地平面 T为正 天线下倾 T为负 天线上仰,注:2. 天线赤道面: 定义为与天线纵轴垂直的平面。 测试日期：2000-12-29 测试仪器：HP8752A海天天线测试控制仪及转台 测试人员：郭渭盛、沈宗珍、张涛、黄国立,2000年12月29日,2 机械下倾与电下倾的效果比较,HTDBS096515（6） 在不同机械下倾角时的水平面波束宽度 及前后比实测数据,注:1. 机械倾角T, 定义为天线赤道面与地平面的夹角 T=0 纵轴垂直于地平面, 即天线赤道面平行于地平面 T为正 天线下倾

38、T为负 天线上仰,注:2. 天线赤道面: 定义为与天线纵轴垂直的平面。 测试日期：2000-12-29 测试仪器：HP8752A海天天线测试控制仪及转台 测试人员：郭渭盛、沈宗珍、张涛、黄国立,2000年12月29日,HTDBS096515（9） 在不同机械下倾角时的水平面波束宽度 及前后比实测数据,注:1. 机械倾角T, 定义为天线赤道面与地平面的夹角 T=0 纵轴垂直于地平面, 即天线赤道面平行于地平面 T为正 天线下倾 T为负 天线上仰,注:2. 天线赤道面: 定义为与天线纵轴垂直的平面。 测试日期：2000-12-29 测试仪器：HP8752A海天天线测试控制仪及转台 测试人员：郭渭盛

39、、沈宗珍、张涛、黄国立,2000年12月29日,XX公司调角15dBi 65o双极化板状天线 电性能测试数据,产品号：99030988#,2000年12月28日,1.增益低 G10dBi（加长不起作用） 2.主波瓣下倾不能控制 3.焊点多、工艺差、一致性难保证 4.可靠性差 5.低要求场合（BP基站）,1.增益高G11dBi 2.主波瓣下倾可控制（ 0 、3、 5、 7） 3.焊点少、工艺好、一致性好 4.可靠性高 5.高要求场合（GSM/CDMA基站）,3 全向天线的选型,互调的定义 互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。 互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号

40、会被系统误认为是真实的信号。 互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。 具有两个载波信号的互调失真频率实例 频率A及B上的载波，产生如下互调信号： 1阶： A，B 2阶： （A+B），（A-B） 3阶： （2AB），（2B A） 4阶： （3AB），（3B A），（2A2B） 5阶： （4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A） 互调失真如何影响系统的性能？ 较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。 而基站天线接收的信号通常功率较低。 如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。,4

41、关于三阶互调指标,GSM系统实例： 三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz) 2A-B=1870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM发射频率 2A-B进入GSM接收波段，带来问题。 五阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内） 3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内） 互调失真如何影响系统的性能？ 在系统将互调信号视为真实的接收信号的情况下，将带来如下问题： 信号丢失、 虚假信道繁忙、语音质量下降、 系统容量受限 这意味着：销售利润减少 虽然大部分移动用户可以容忍

42、语音质量下降，但信号丢失及信道繁忙常常都会 令用户不满。 互调是如何产生的？ 构件材料 因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的 材料不纯 电镀问题 接触区域/电流密度 触点压力,根据基站覆盖类型大致分为： （一） 话务量高密集市区 （二） 县城及城镇地区 （三） 乡镇地区 （四） 在铁路或公路沿线及乡镇,5 基站天线选型原则(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） （1）对话务量高密集区，基站间距离300-500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

43、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且不干扰的要求。 （2）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。可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。 （3）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内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。,（一） 话务量高密集市区,话务量不

44、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)。,（二） 在县城及城镇地区,话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线 HTQ-09-11。根据基站架设高度，可选择主波束下 倾3 、5 、7 的全向天线。,（三） 在乡镇地区,（1）双扇区型，两个区180划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90最大增益为1718dBi的定向天线 ，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下左图： （2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，

45、天线可采用全向天线变形的双向天线 （例HTSX-09-14），它的双向3dB波瓣宽度为70，最大增益为14dBi。其方向图为下右图：,（四） 在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线,（3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用210、13dBi的弱定向天线HTD0921013兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：,互调的定义 互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。 互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。 互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器

46、）引起。 具有两个载波信号的互调失真频率实例 频率A及B上的载波，产生如下互调信号： 1阶： A，B 2阶： （A+B），（A-B） 3阶： （2AB），（2B A） 4阶： （3AB），（3B A），（2A2B） 5阶： （4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A） 互调失真如何影响系统的性能？ 较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。 而基站天线接收的信号通常功率较低。 如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。,4 关于三阶互调指标,GSM系统实例： 3阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz) 2A-B=1

47、870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM发射频率 2A-B进入GSM接收波段，带来问题。 5阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内） 3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内） 互调失真如何影响系统的性能？ 在系统将互调信号视为真实的接收信号的情况下，将带来如下问题： 信号丢失、 虚假信道繁忙、语音质量下降、 系统容量受限 这意味着：销售利润减少 虽然大部分移动用户可以容忍语音质量下降，但信号丢失及信道繁忙常常都会令用户不满。 互调是如何产生的？ 构件材料 因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的 材料不纯 电镀问题 接触区域/电流密度 触点压力,