天线基础理论

MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线基础理论摩比天线MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线基本特性whatisantenna?Blahblahblahblah传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波有效的接收或发射电磁波能量转换；有效定向辐射（或接收）;MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线是如何形成的？MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13Wavelength1/2Wavelength1/4Wavelength1/4Wavelength1/2WavelengthDipole半波振子（Dipoles）1800MHz：166mm900MHz：333mm公式：300/f(G)mmMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13Cable50ohmsAntenna50ohms多个半波振子组成天线阵－－基站天线案例MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13移动基站天线基本理论1、基本概念2、方向图和增益3、极化方式、天线带宽、阻抗、驻波比4、分集接收、下倾角、无源交调、交叉极化5、天线在结构上的考虑、环境试验6、天线在无线组网中的作用MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/131．天线基本概念：在天线的包装盒里都有一份技术参数的说明书，上面详细描述了这副天线的性能指标，如：频带：1895～1920增益：10dBi驻波比1.5下倾角：20度极化方式：垂直极化电缆长度：1.5米阻抗：50欧姆。下面一一介绍这些参数的含义。MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/132.天线的方向性—方向图与增益天线功能之一就是有效的定向辐射或接收，而天线是无源，本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是起着在空间重新分配能量的作用，即把能量集中在所要的方向，在不需要的方向抑制－－天线的方向性。2.15dBMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的设备。因为天线是无源器件，所以仅仅起得是转化作用而不能放大信号，那么我们为什么又说XX天线的增益是10dbi呢？MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13大家都有过这样的经历：将外面损坏的基站拿到机房做测试，一般是不接天线的，打电话是没有问题的，只是覆盖的距离小，接上天线后覆盖距离明显大多了，毫无疑问天线是有增益的并且还有大小之分，一个无源器件若想实现正的增益必然有一部分是负增益才行，这就要说到天线辐射的方向图问题。MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13方向图的定义是：用垂直平面和水平平面上表示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性。理想点源（无耗均匀辐射器）MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13和我们的全向天线方向图相比可以看出全向天线在水平方向上突出了一部分（正的增益），在垂直方向上少了一部分（负的增益），由此得出我们使用的10dbi全向天线是把一个方向的能量贴补到另一个方向上来实现无源增益的。MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13方向图（RadiationPattern）通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性---天线方向图;方向图特性－－波束宽度、前后比、旁瓣抑制60°(eg)峰值-3dB点-3dB点3dB波束宽度峰值-3dB点-3dB点15°(eg)垂直面方向图水平面方向图立体方向图MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13波束宽度（Beamwidth）120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dBBeamwidth60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dBBeamwidthMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13水平波瓣3dB宽度（3dBBeamwidthHorizontal）定向天线：30°/65°/90°/105°/120°全向天线：360°MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13前后比（FronttoBackRatio）主瓣最大值与后瓣最大值之比F/B=10logtypically：25dB(前向功率)后向功率)后向功率前向功率MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13旁瓣（Sidelobes）下副瓣抑制(dB)上副瓣抑制(dB)MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13旁瓣抑制与零点填充（ElevationUpperSidelobes&NullFill）MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13增益（Gain）天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。天线辐射能量集束程度和能量转换效率的总效益G（、）=效率×4U（、）/PA单位：dBiordBdMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13几个有用的增益表示含义dB，dBm，dBi，dBuvdB：仅仅是个相对值，dB＝10log（P1/P2），比如A基站的发射功率是600mw，B基站是300mw，那么A基站比B基站发射功率高10lg（600/300）＝3dB，从公式中可以看出dB是表征两个功率的相对值，是没有单位的。dB是一个无单位的量纲。dBm：是一个考证功率绝对值的值，公式为dBm=10lg(功率/1mW)，如我们常用的基站是500mw，换算成dBm就是10lg(500mW/1mW)＝27dBm（意思是27dB毫瓦）。还有一个单位dBW是将公式中的1mW改成1W，其他都一样。1W=30dbm;1mw=0dbm，1W＝0dbWMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13dBi：前面已解释过，表征相对值，dBi是天线增益的概念，不是具体单位，i是isotropic（各向同性）简写。实际上就是dB。dBuV：和dBm相同的概念。我们在场强仪和手机测试模式上看到的基站场强单位都是它，和dBm的关系是：dBm：10lg(功率/1mW)；dBuv:20lg(电压/1uv)，功率＝电压的平方/50欧姆（如果端口阻抗是50欧姆，一般系统都是）所以：dBuv=dBm+107dBMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13半波振子理想点源（无耗均匀辐射器）eg:0dBd=2.15dBidBdanddBi2.15dBMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13全向天线的垂直波束宽度和增益MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13例：1个dipole接收功率：1mW多个dipole组阵接收功率：4mWGAIN=10log(4mW/1mW)=6dBdMoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13板状定向天线的水平波束宽度和增益MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13增益与波束宽度的联系一般来说，波束宽度越窄，天线增益越大；在天线前后比、旁瓣正常的情况下，天线能达到的最大增益为:G(dBi)=10lg()对于全向天线，考虑到损耗及辐射效率，增益可以用公式G(dBi)=10lg()估算对于定向天线，天线能达到最大增益可以用G(dBi)=10lg()估算；一般来说，考虑损耗及效率后，800/900MHz定向天线可以用G(dBi)=10lg()估算；1800/1900/3G天线可以用G(dBi)=10lg()估算举例：MB1800-65-17D垂直波束宽度7.5度，测试增益大于17dBi，用上面公式估算出来17.4dBi;HE5.025.0232000HE5.025.0230000HE5.025.0230000HE5.025.0227000HE5.025.0229000MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/133．极化方式，驻波比，天线带宽，阻抗在天线的各项参数里有一个很重要的参数就是极化方式。天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度（图中红箭头）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。MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线的极化（Polarization）VerticalHorizontal+45degreeslant-45degreeslant天线极化方向定义为天线辐射电磁波中电场的方向,在远场,振子的指向就是电场方向MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)双极化天线：在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化（或者是+/-45°极化）两副天线做在一起的天线MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/131000mW(1W)1mW10log(1000mW/1mW)=30dB极化（端口）隔离（Isolation）MoBILE深圳市摩比天线技术有限公司SHENZHENMOBILEANTENNALTD.2020/3/13天线的馈电－－驻波比与回波损耗天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标；VSWR=(1+)/(1-)(反射系数)=(VSWR-1)/(VSWR+1)RL(回波损耗）=-20lg=-10lg(反射功率/入射功率）反射系数^2=反射功率/入射功率50ohmsReturnLoss：10log(10/0.5)=13dB^2=0.05;VSWR=1.56前向:10W反向:0.5W9.5WMoBI