移动通信基站天馈线系统技术培训教材上册.

移动通信基站天馈线基础知识与技术发展应用山西晋通通信线塔维护有限责任公司移动通信基站天馈线系统技术培训教材上册天线是发射接收机的耳朵，微弱的电波从天线经过馈线进入发射端接收端，才能让我们听到远方电台的声音。一个接收系统的好坏，天线占了一半。我们希望天线能有高的增益，把微弱的信号变得响亮，我们希望天线能有一定的选择能力，把传呼台干扰和本地强台挡在外面，我们希望天馈系统尽量减小损耗，把每一微伏的信号都送到接收机的前端。对于大多数使用便携式收音机来收听FMDX的人说，他们的天线也许只是收音机上的拉杆天线，这样的天线虽然简单方便，但是对于FMDX来说，无论如何是不够的，尽管拜电离层的恩赐，这样的天线系统也不是没有可能接收到DX信号。我将介绍一些常见而且容易自制的天线，这些天线能够用我们日常生活中容易得到的材料制作。我会逐一制作这些天线，将制作的过程拍成照片，并给出尽可能详细的尺寸数据。尽管我在制作过程中会动用天线分析仪甚至是综合测试仪等设备，但是我将告诉读者不使用这些昂贵仪器的调试方法。至少，完全按照我的材料、尺寸总不会错。电波在讲天线之前，不能不先提一提电波。我们制作天线的目的是为了捕捉电波，因此，在考虑天线的问题之前，绝对有必要先研究一下电波的问题。FM广播波段，频率上是从87.5MHz到108MHz，对应的波长是3.4米到2.7米，一般称做3米波段，是VHF（VeryHighFrequency）的一段。这个波段以下，54MHz到87.5MHz是电视广播波段，以上，108MHz到136MHz是航空通讯波段。VHF波段的电波传播，主要有三种途径：天线有关概念直接波这是指从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。视线传播这个名字也表明了这种传播方式能够传播的距离不远。这有两个原因，首先是电波从发射点出发，其能量是以幂级数递减的，而接收机要能良好地解调出广播，需要一定的信号强度。所以太远的地方，信号太弱，不足以解调。如果只是这个原因，那么拼命提高发射功率或增加接收天线的增益，也许就可以扩大收听的范围了。但是，还有一个重要的问题是，地球是圆的，在地球上任何一点发出的电波，按直线前进的方向，最终将离开地球射向天空。主要是由于第二个原因，一般地讲，地面上一个发射台发出的直线波，只能传播到70km远处地面上的接收处。如果双方的高度增加，那么这个距离还可以增加，但总是有限的。所以，70km，是本地收听的极限，实际上，由于山脉、丘陵、房屋的阻挡、反射，这个距离还要大打折扣，一般可以估计的距离是35km。电离层发射波这是指电波通过电离层的发射达到接收方。这里面的名堂很多。电离层本身是有多个层次的，支持短波（1.8MHz到30MHz）反射的电离层是F1和F2层。F1和F2并不是甘心反射所有的无线电波，它们能反射的最高频率是有限的，超过这个频率的电波完全得不到反射，而是穿过电离层射向太空。如果没有这个特性，那么通讯卫星就不可能存在了，通讯卫星就是在电离层外工作的。这个最高频率叫作MUF（MaxUsableFrequency）。MUF与很多因素有关，主要是和太阳黑子活跃程度以及季节有关。太阳黑子活跃，MUF就高，天气热，MUF也高。MUF最高能高到多少呢？一般在太阳黑子活跃期的夏天，MUF在20MHz到40MHz之间，很少超过50MHz。在低的时候甚至会低到10MHz以下。但是在太阳黑子异常活跃的时候，MUF也有可能偶然达到100MHz。这时候，就有可能通过F层发射收到DXFM了。但是这不是FMDX的主要形式，FMDX主要是通过另外一个电离层E层。本来E层的出现是破坏F层，所以我们不妨记F层为Friend层，E层为Enemy层。但是Es层的出现，却会形成一个短期内密度极高的反射层。反射层的密度高，意味着能更好地反射电波。所以Es层开通的时候，DX电台的信号会异常地强。在6米和10米业余波段工作的业余电台都知道，Es层开通的时候，很小的功率，甚至5W，也有可能做DX联络。Es的开通，主要是提供了800km以内电波的传播路径。由于信号很强，其实很多时候并不需要很好的设备就可以接收，需要的是耐心和运气。除了这两种反射，FMDX还有可能通过对流层反射和流星余迹到达你的接收机。地波和大气波导本来来说，理论上VHF是不存在地波的。但是无数的实践表明，VHF也存在着某种程度的地波传播。所以我们能稳定地接收200km左右电台的信号。江苏和安徽两省的业余电台，每年国庆的时候都进行全省VHF移动通讯实验，也证明了VHF电波可以在200km左右的距离得到传播。大气波导是另外一种可能传播VHF电波的手段，不过人们研究得还不够多。既然存在着这些可能，那么如何知道我收到的信号是以什么方式来的呢？一般来说，如果收到的信号来自70km以内的电台，基本上可以认为是直接波；如果是200km以内，而且信号稳定（不一定强），那么大概是地波；如果是800km以内，信号很强，但是极不稳定，而且偶尔才出现，多半是Es层传播；如果距离更远，信号很弱，大概是F层或其他形式的电离层传播了。知道这些有什么用呢？用处在于帮助我们选择对天线的要求。比如，F层的传播有一个特点是越距，大约500km以内的电台是不可能通过F层的传播来的，这个距离内的电台信号只能以Es层来。就象在杭州想要接收台湾的FM电台信号，只能PNP（Plugandpray），等Es层，那么天线就要考虑适合Es层的特点。还有一个很重要的因素是极化方式，这是很容易被很多爱好者忽略的问题。电波的极化方式有三种：水平极化、垂直极化和圆极化。不管理论上怎么计算，简单的判断方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平极化，垂直的就是垂直极化，圆极化不用在FM广播，可以不管。极化方式之所以重要，是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致，才能有好的接收效果。我国广播的极化方式是水平极化，所以，接收天线也应水平架设。如果极化方式不一致，会有10dB到20dB的损失。可是，经过电离层的反射过来的电波，早就被反射得七荤八素、颠三倒四，说不定是什么极化方式了。所以，接收DX信号，其实垂直极化也不错，附带的一个好处，就是可以削弱本地电台的影响。天线技术术语解释【天线及天线程式】天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。是无线电通信系统中必不可少的部分。由于各种设备要求采用的波段不同，天线的设计也就不同，不同用途的天线需要设计成各种样式，就是我们通常称的天线程式。如在长、中、短波段，一般用导线构成天线，有T形、倒L形、环形、菱形、鱼骨形、笼形天线等。在微波波段，用金属板或网制成喇叭天线，抛物面天线，金属面上开槽的裂缝天线，金属或介质条排成的透镜天线等。天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。由图（18）可以看出A、Aˊ点至O点间的夹角，称主瓣角宽度。当L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。在中波和短波波段，方向性系数约为几到几十；在米波范围内，约为几十到几百；而在厘米波波段，则可高达几千，甚至几万。【辐射电阻】发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。辐射电阻是一个等效电阻，如果用它来代替天线，就能消耗天线实际辐射的功率。因此，采用辐射电阻这个概念，可以简化天线的有关计算。辐射电阻的大小取决于天线的尺寸、形状以及馈电电流的波长。因为发射天线的任务是辐射电磁波，所以在装置天线时总是适当地选择其尺寸和形状，使辐射电阻尽可能大一些。【天线有效高度】小于四分之一波长的垂直天线：假定在一根垂直的天线上有均匀分布的电流。此均匀电流等于实际天线上的最大电流，且所产生的辐射场强与实际天线的辐射场强相同，该假设的垂直天线的长度即为实际天线有效高度。【天线最大增益系数】平时也简称天线最大增益或天线增益。指在最大场强方向上某点产生相等电场强度的条件下，标准天线（无方向）的总输入功率对定向天线总输入功率的比值，称该天线的最大增益系数。它是比天线方向性系数更全面的反映天线对总的射频功率的有效利用程度。并用分贝数表示。可以用数学推证，天线最大增益系数等于天线方向性系数和天线效率的乘积。【天线效率】它是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。【天线极化波】电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波，又称天线极化波，或偏振波。通常可分为平面极化（包括水平极化和垂直极化）、圆极化和椭圆极化。【极化方向】极化电磁波的电场方向称为极化方向。【极化面】极化电磁波的极化方向与传播方向所构成的平面称为极化面。【垂直极化】无线电波的极化，常以大地作为标准面。凡是极化面与大地法线面（垂直面）平行的极化波称为垂直极化波。其电场方向与大地垂直。【水平极化】凡是极化面与大地法线面垂直的极化波称为水平极化波。其电场方向与大地相平行。【平面极化】如果电磁波的极化方向保持在固定的方向上，称为平面极化，也称线极化。在电场平行于大地的分量（水平分量）和垂直于大地表面的分量，其空间振幅具有任意的相对大小，可以得到平面极化。垂直极化和水平极化都是平面极化的特例。【圆极化】当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360°周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°时，可以得到圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。【椭圆极化】若无线电波极化面与大地法线面之间的夹角从0～2π周期地改变，且电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个椭圆时，称为椭圆极化。当电场垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值时（两分量相等时例外），均可得到椭圆极化。【长波天线、中波天线】是工作于长波及中波波段的发射天线或接收天线的统称。长、中波是以地波和天波传播的，而天波则连续反射于电离层和大地之间。根据此传播特性，长、中波天线应能产生垂直极化的电波。在长、中波天线中，应用较广的的有垂直型、倒L型、T型、伞型