天线基本知识-交流

12.May2006HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.天线的功能天线的主要电气指标天线的主要机械指标天线的分类天线的选型基站天馈系统天线优化调整天线基本知识介绍HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage3天线的功能HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage4天线的功能一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图顶视侧视在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的天线的功能（控制辐射能量的方向）HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidential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4mW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。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidential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)=9dBd“扇形覆盖天线”将在接收机中有8mW功率“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HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage7天线的功能天线的主要电气指标天线的主要机械指标天线的分类天线的选型基站天馈系统天线优化调整天线基本知识介绍HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage8天线的主要电气指标HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage9天线的主要电气指标水平面方向图垂直面方向图主瓣波瓣宽度（水平面、垂直面）前后比零点填充比例天线使用的频率范围天线增益极化方式SWR第一旁瓣电平端口隔离度输入阻抗三阶交调HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage10天线的主要电气指标HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage11波瓣宽度在方向图中通常都有两个或多个瓣，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，抗干扰能力越强。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)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向图HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage12天线增益HEdBiG5.05.02232000log10天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线HEdBiG5.05.02227000log10抛物面天线增益，近似用下式表示：板状天线增益，近似用下式表示：HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage13天线增益dBd和dBi的区别一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射一个各向同性isotropic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=5.15dBi2.15dB对称振子的增益为2.15dBHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage14天线增益-举例全向天线增益与垂直波瓣宽度HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage15天线前后比前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比（后瓣是150-210圆锥角度范围内所有）。前后比大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，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。前向功率后向功率以dB表示的前后比=10log典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage16天线极化方式天线的极化天线辐射的电磁场的电场矢量方向就是天线的极化方向HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage17天线极化方式-双极化天线HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage18端口隔离度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只有在双极化天线中才有此指标要求如果天线隔离度不高，另一个通道的发射载频功率通过天线端口间的内部耦合直接进入当前接收通道前端，此时接收滤波器抑制设计余量不足时，就会导致接收通道性能恶化（信道阻塞引起系统内部干扰增加）HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage19天线的工作频率范围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，天线的工作频率带宽。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage20天线方向图天线方向图HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage21为了将天线辐射的能量都集中指向用户所在地区域，通过天线设计，对天线上第一副瓣电平进行抑制，这种做法叫做上副瓣抑制。上副瓣抑制HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage22天线下倾覆盖时，上副瓣会造成越区覆盖网规分析数据发现，18dB比15dB上副瓣抑制可减少越区覆盖5％以上提高C/I约2dB业界指标15dB华为天线指标18dB上副瓣抑制的影响HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage23对于较窄垂直波束（12°），零点填充可以提高目标区域覆盖效果，解决“塔下黑”问题在天线设计时，对下零点进行适当填充，可以减少掉话率当对零点填充要求较高时，增益损失较大,得不偿失(典型值-22dB)超高增益天线(18dBi)需做零点填充，避免远区产生较大覆盖空洞，中低增益天线波瓣较宽。零点填充比峰值小16dB00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-100-80-60-40-200距离(km)ReceivedLevel(dBm)发射功率=1W天线高度=40m天线增益=18dBi垂直波宽=6.5°零点填充HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage24交叉极化分极可实现对抗多径衰落的目的水平面最大方向正交极化辨别率应大于15dB；±60度正交极化辨别率应大于10dB交叉极化能使接收增益提高2.8dB,交叉极化辨别率降低会导致接收增益减少10dB15dB交叉极化比HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage25天线方向图-电下倾的实现电下倾的实现HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage26天线方向图-可变电下倾的实现如何实现可变电下倾HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage27天线波束下倾的演示天线方向图-波束下倾演示HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage28天线方向图-两种下倾方式下的覆盖比较两种下倾方式下的覆盖比较10°电下倾10°机械下倾6°电下倾+4°机械下倾HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage29测试例证机械下倾与电下倾的效果比较HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage30测试例证HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage31输入阻抗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，其输入阻抗为（73.1＋ｊ42.5）欧姆。当把振子长度缩短３％～５％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，即半波振子的输入阻抗为73.1欧。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage32匹配和失配要获得良好的电性能阻抗必须匹配电缆50ohms天线50ohms80ohms什么叫匹配？性阻抗Ｚ。时，称为馈线终端是匹配连接的。HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage33VSWR当天线阻抗不等于馈线阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，只能吸收大部分能量。入射波的一部分能量就会被反射回来形成反射波。反射波与入射波叠加形成驻波。驻波的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)，因此，要想获得良好的天馈系统特性，阻抗一定要匹配。9.5W80ohms50ohms朝前:10W返回:0.5WHUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage34VSWR反射功率比辐射功率减少减少百分比3.025%2.15dB40%2.011%0.86dB18%1.88%0.67dB14%1.54%0.36dB8.0%1.42.8%0.21dB4.7%1.31.7%0.13dB2.9%1.20.8%0.07dB1.1%驻波比为1，表示天馈系统是完全匹配的。驻波比为无穷大，表示天馈系统完全失配，通讯行业标准中要求驻波比≤1.5，其值在1到无穷大之间。但若过分追求驻波比指标，会造研发成本的大幅上。VSWR对通讯系统的影响HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage35驻波比、反射损耗和反射系数的关系驻波比、反射损耗和反射系数HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.HUAWEIConfidentialPage36无源交调PIM