基站天线基本知识

移动通信天线基本知识介绍第1页共14页目录第一章天线的基础知识.............................................................................................................21.1天线的作用与地位............................................................................................................21.2天线的基本原理................................................................................................................21.3天线的基本参数................................................................................................................31.3.1天线的输入阻抗...................................................................................................31.3.2天线的驻波比.......................................................................................................41.3.3天线的极化方式...................................................................................................41.3.4天线的增益...........................................................................................................51.3.5天线的波瓣宽度...................................................................................................51.3.6天线的前后比.......................................................................................................7第二章天线的分类和选择.........................................................................................................72.1全向天线............................................................................................................................72.2定向天线............................................................................................................................72.3机械天线............................................................................................................................82.4电调天线............................................................................................................................82.5单极化天线和双极化天线................................................................................................9第三章移动通信系统天线参数调整.......................................................................................103.1天线俯仰角的调整........................................................................................................103.2天线俯仰角的调整........................................................................................................11第四章现有南京地区GOTA基站使用的亚信天线简介........................................................12移动通信天线基本知识介绍第2页共14页第一章天线的基础知识1.1天线的作用与地位在移动通信系统中，空间无线信号的发射和接收都是依靠移动天线来实现的。因此，天线对于移动通信网络来说，有着举足轻重的作用。如果天线的选择（类型、位置）不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，对移动通信网络的干扰，覆盖率接通率及全网服务质量都有很大影响。不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。1.2天线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。如果两导线的距离很近，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，并且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L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。下图是导线的电流和电流产生电动势的方向图图1导线的电流和电流产生电动势的方向图移动通信天线基本知识介绍第3页共14页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。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。下图是半波对称振子和半波折合振子示意图：图2半波对称振子和半波折合振子示意图1.3天线的基本参数表征天线性能的主要参数有输入阻抗、驻波比、极化方式、波瓣宽度，增益和前后比等。下面对这些参数进行一一介绍。1.3.1天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的移动通信天线基本知识介绍第4页共14页匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。1.3.2天线的驻波比在无线通信中，天线和馈线的阻抗不匹配或者天线和发信机的阻抗不匹配，高频能量就被反射折回，并与前进的入射波在馈线上叠加形成驻波。为了表征和测量天线系统驻波的特性，也就是正向波和反射波的情况，人们建立了“驻波比”的概念。驻波比用VSWR表示。驻波比为1，表示天线和馈线的阻抗完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。此外，回波损耗也是反映匹配优劣的一个参数，它用分贝数表示，回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。1.3.3天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。下图是四种极化方式的方向图移动通信天线基本知识介绍第5页共14页图3四种极化方式的方向图1.3.4天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。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。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。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，与理想的辐射单元相比，把天线输入功率放大的倍数。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。目前，江苏卫通的定向基站的天线增益为16.5dBi，全向的为11dBi。1.3.5天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区覆盖质量的目的，这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。天线的波瓣宽度主要涉及到两个方面，即水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平波瓣宽度(45°,60°,90°)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成移动通信天线基本知识介绍第6页共14页越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线。垂直平面的波瓣宽度（48°,33°,15°,8°）定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的波瓣宽度越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。此外、还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB的两个点间的夹角下图为3dB