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1、2.3 天线技术,天线的工作原理,天线的基本功能是辐射和接收无线电波。 发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。,天线的工作原理,根据电磁场理论，当导体通过高频电流时会在周围空间产生电场和磁场。 当导体长度足够大（能够与波长相比拟时），就能使电磁波有效辐射出去；,天线的工作原理,电磁波从发射天线辐射出来后，向四面传播出去形成电磁场。 在交变电磁场中放置一导线，在电磁波的作用下，导线会产生感应电动势。 该导线与接收设备相连，在接收设备的输入端就会产生高频电流。,天线的互易原理,发信天线和收信天线都属于能量变换器，具有“可逆性”； 天线用作发信时的参数和收信时的参数保持不变
2、，这就是天线的互易原理。,天线参数,移动通信中讨论天线的性能主要关心其信号覆盖范围和辐射强度。 决定天线性能因素有些与天线本身无关，如天线架设高度等。 有些因素与天线的设计生产工艺相关，这些因素称为天线参数。,主要的天线参数,方向图 效率 增益 输入阻抗 工作频带 极化方式,1、天线的方向性,天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。,天线方向图,用来表示天线的辐射或接收强度随空间方向的对应关系。,全向天线,全向天线由于其无方向性，所以常用在一点对多点通信的中心台。,定向天线,定
3、向天线具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对较高，适合于远距离点对点通信。,波瓣宽度,天线方向图的最大辐射功率所在的波瓣称为主瓣，其余为副瓣； 主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB的两点间的夹角定义为波瓣宽度。,水平波瓣,全向天线的水平波瓣宽度为360度,垂直波瓣,基站定向天线的垂直波瓣宽度为10度左右； 对于同一种类的天线，增益相同时，水平波瓣越宽，垂直波瓣就越窄； 较窄的垂直波瓣会在基站近端产生信号“死区” 。,天线下倾调整,限制信号在所服务的小区 范围内，减小“死区”，降低 对其它小区的干扰。 机械下倾：小于10度 电调下倾：角度可调，后瓣同时下倾,2、天线效率,天线效率定
4、义为：天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin之比； 天线辐射功率与所消耗的功率Ps之和为输入功率。,3、天线的增益,天线增益系数是方向系数与天线效率的乘积，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。 在同等条件下，天线增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线都采用高增益天线，,4、天线的输入阻抗,天线的输入阻抗为输入端电压与输入端电流之比。 为使天线能获得最大的功率，应使天线输入阻抗与馈线特性阻抗匹配。,5、工作频带,天线的各种电性能参数不超过允许范围时，所对应的工作频率宽度即为天线工作频带。 对频分双工的收发共用天线，必须考虑天线的工作频带宽度。,6、天线极化方式,分为线极化天线、圆极化天线和
5、椭圆极化天线； 基站多采用线极化方式，又分为垂直极化和水平极化方式；,天线的种类,按工作频段分：短波、超短波、微波 按用途分：基地台、移动台 按方向性分：全向、定向 按结构分：线状、面状、天线阵列,常用短波天线,鞭天线（顶端加载） 双匝环天线 三匝环天线 斜天线 双极天线，笼形天线 菱形天线 行波天线,基站常用天线,基地固定式通信设备天线，主要有全向天线和定向天线两种； 受通信范围要求，基地固定式天线一般采取高架。,1、高增益全向天线,半波偶极子天线：将半波振子垂直排列组成，水平方向图不变，垂直方向性将增强；可以是二单元、四单元或六单元。 直立鞭天线 同轴偶极天线 布朗天线,2、定向天线,用于
6、扇形的信号覆盖，在移动通信中也称扇区天线； 天线增益更高，有利于控制天线覆盖范围，减小对邻近小区的影响。,角反射天线 板式天线 引向天线（八木天线）,泄漏同轴电缆,用于隧道等特殊环境的覆盖要求； 场强分布均匀、可控性高，工作频带宽、兼容性好。,终端天线,车载台天线：吸盘鞭天线 手持台天线：螺旋鞭天线、环形天线,如何选择天线架设地点？,选择天线架设位置应注意的问题： 1、 天线的发射或接收方向应避开障碍物（楼房、铁塔、桥梁等）； 2、 天线架设地点应尽量远离干扰源（高压线、航线、铁塔、公路等）； 3、 天线应尽量架设在附近的制高点： 4、 若几付天线同时工作，应特别注意左右和上下的间距，防止耦合
7、干扰。,如何检测天馈系统？,在发射机和天馈系统之间串接通过式功率计，检验发射机功率和反射功率的大小； 通过驻波比检测来判断天馈系统是否正常。,天馈系统如何防水？,天线与馈电线主要是靠连接器连接，采用防水胶泥和防水胶带进行密封 馈线进入室内处弯一个返水弯，避免雨水沿馈线进入室内。,如何防雷,基站天线附近要装置避雷针。 避雷针在可能条件下应尽量远离天线，以免影响天线方向性； 保护角应小于45o； 避雷针一定要连接大地 天馈线上串接防雷器。,2.4 分集接收技术,掌握分集技术的基本概念； 理解每一种不同的分集方式和合并方式； 了解其它分集方式的含义。,分集接收的概念,分集接收是指接收端对它收到的经过
8、多个相互独立路径传输的信号进行特定的处理来减小衰落的深度与持续时间的方法。,独立衰落信号的特点,如果一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号。,分集接收的含义,分散传输：使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号； 集中处理：把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。,分集方式分类,宏分集：减小大尺度衰落的分集技术； “多基站”分集 微分集：减小小尺度衰落影响的分集技术。,微分集的种类,空间分集 时间分集 频率分集 极化 分集 场分量分集 角度分集,2、空间分集,空间分集的依据在于快衰落的空间独立性。 空间分集的接收机至少需
9、要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关，在移动信道中， 通常取： 市区 d=0.5 郊区 d=0.8,空间分集工作示意图,2、频率分集,频率分集方式是指用两个或两个以上的频率来传送相同的信息的方式。 频率分集的工作原理是基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落。,3、极化分集,基本工作原理：空中的水平极化和垂直极化路径是非相关的。 使用水平和垂直两个正交的分集支路，也称正交极化分集； 可看作是一种特殊的空间分集方式，只使用两副天线，且天线间距缩短。,4、场分量分集,电磁波的E场和H场载有相同的消息，而反射机理不同，是互不相关的； 场分量分集不要求天线间有实体
10、上的间隔， 可用于较低工作频段，而当工作频率较高时，可以容易地实现空间分集。,5、角度分集,使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端；而接收端利用多个方向性尖锐的接收天线分离出不同方向来的信号分量； 这些分量具有互相独立的衰落特性，因而可以实现角度分集。,6、时间分集,以超过信道相干时间的间隔重复发送相同的信号的分集方式。 工作原理：在相干时间之外的信号不会出现同样的衰落，也就是说各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的； 有利于克服移动信道中因多普勒效应引起的衰落现象。,合并方式,对接收到的多个分集信号，进行合并处理，减小衰落对信号传输的影响； 一般都使用线性合并器，其通用合并信号表达式
11、为：,1、选择式合并,检测所有分集支路的信号，选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。 信号表达式中的加权系数只有一项为1，其余均为0。,二重分集选择式合并,2、最大比值合并,是最佳合并方式； 每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，即为：,输出信号包络为,最大比值合并示意图,等增益合并,无需对信号加权，各支路的信号等增益相加，输出的信号包络为：,不同合并方式的性能对比,在相同分集重数情况下，最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之； 在分集重数较小时，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一种较实用的合并方式； 选择式合并只利用了最强的一
12、路信号，而其它各支路信号都没有被利用，所得到的信噪比改善量最少。,不同合并方式的性能对比,隐分集技术,利用信号设计技术，将分集作用隐含在被传输的信号中，称为隐分集； 常见的隐分集方式： 交织编码 Rake接收技术：多径分集（码分集）,多径分集的概念,基于多径信号的时间延迟扩展； 若接收的多径信号可以分离，将其分别接收后再合并起来，可以增加有用信号的能量，减小码间串扰； 只有特定的信号才能够实现多径信号的分离。,扩频信号,分离方法：相关接收,Rake接收技术,在扩频通信中，利用伪随机码的相关特性，对接收信号中可分辨的多径分量分别进行跟踪、接收，对输出基带信号进行合并，这种接收方式称为Rake接收。,多径分集的合并方式,对多径信号检测获得的多个相互独立的信号进行采样，并以适当的方式合并这些采样值。 常用的合并准则： 最大信噪比准则 自适应合并准则 最强路径准则 等增益合并准则,并行相关Rake接收机,发送分集,利用线性系统的互易原理，将基站的分集接收等效地搬至发送端实现，改善移动台的接收性能。 移动信道是一个复杂的非线性系统，但一般也可看作近似的线性时变系统。,