移动通信天线原理

浙江明讯网络网络技术有限公司Internal浙江明讯网络技术有限公司.天线在无线通信系统中起着重要的作用。各种场景下天线的选型会直接影响到网络的性能。浙江明讯网络技术有限公司.第1章天线的工作原理第2章天线的分类第3章天线的指标第四章天线的选型第五章合分路单元第六章分布式天线系统浙江明讯网络技术有限公司.天线作用把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间收集无线电波并产生电信号浙江明讯网络技术有限公司.天线的位置和作用基站天馈系统示意图防雷保护器主馈线（7/8“）馈线卡走线架接地装置接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带天线调节支架板状天线抱杆（50~114mm）室外跳线室内超柔跳线馈线过线窗基站天线的作用：将馈管中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波；反之将自由空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能。浙江明讯网络技术有限公司.天线工作原理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；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。浙江明讯网络技术有限公司.天线工作原理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，称为半波振子全长与波长相等的振子，称为全波对称振子将振子折合起来的，称为折合振子1/2波长波长1/4波长1/4波长1/2波长浙江明讯网络技术有限公司.移动天线的工作原理单元振子馈电网络馈电网络天线接头天线接头单元振子馈电网络定向天线全向天线浙江明讯网络技术有限公司.第1章天线的工作原理第2章天线的分类第3章天线的指标第4章天线新技术介绍浙江明讯网络技术有限公司.天线的分类（一）定向天线全向天线按照辐射方向划分浙江明讯网络技术有限公司.天线的分类（二）板状天线帽形天线鞭状天线面状天线按照外形划分浙江明讯网络技术有限公司.天线的分类（三）垂直极化全向天线垂直极化定向天线双极化天线按照极化方式划分浙江明讯网络技术有限公司.天线极化天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向垂直极化水平极化+45度倾斜的极化-45度倾斜的极化浙江明讯网络技术有限公司.双极化天线两个天线为一个整体传输两个独立的波V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)浙江明讯网络技术有限公司.第1章天线的工作原理第2章天线的分类第3章天线的指标第4章天线新技术介绍浙江明讯网络技术有限公司.天线主要电气指标浙江明讯网络技术有限公司.天线方向图天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。在移动通信工程中，通常用功率方向图来表示，分为水平方向图和垂直方向图。浙江明讯网络技术有限公司.天线方向图对称半波振子方向图顶视侧视定向天线方向图全向天线方向图浙江明讯网络技术有限公司.天线增益增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线在最大辐射方向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。浙江明讯网络技术有限公司.dBd和dBi的区别一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射对称振子的增益为2.15dB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=5.15dBi浙江明讯网络技术有限公司.天线其它电气指标波束宽度、前后抑制比、零点填充、上副瓣抑制浙江明讯网络技术有限公司.前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比越大，表示天线的定向接收性能就越好。后向功率前向功率以dB表示的前后比=10log典型值为25dB左右(前向功率)(反向功率)浙江明讯网络技术有限公司.波束宽度在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，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。——工程上一般用3dB波瓣宽度。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)峰值-3dB点-3dB点32°(eg)峰值-10dB点-10dB点俯仰面即垂直面方向图浙江明讯网络技术有限公司.波束宽度天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平波束宽度与垂直波束宽度成反比，其关系可以表示为：其中：Ga为天线增益，单位：dBi；β为垂直波束宽度，单位：角度；θ为水平波束宽度，单位：角度。10lg32400aG浙江明讯网络技术有限公司.波束宽度例如：某一全向天线，增益11dBi，水平波束宽度360°，其垂直波束宽度为：由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直波束宽度往往比上述计算结果要小。两者差别越小，说明天线设计得越好。1.1324007.1536010o浙江明讯网络技术有限公司.波束宽度天线增益与波束宽度的关系浙江明讯网络技术有限公司.机械下倾与电下倾机械下倾电下倾可调电下倾天线浙江明讯网络技术有限公司.若ZA表示天线的输入阻抗，Z0为天线的标称特性阻抗，则天线的反射系数为，。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，。VSWR=1.5:1时，R.L.=13.98dB。天线的主要电气指标9.5W80ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W00AAZZZZ11VSWR..()20lgRLdB天线驻波比浙江明讯网络技术有限公司.极化损失当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3dB的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。浙江明讯网络技术有限公司.极化隔离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浙江明讯网络技术有限公司.天线工作带宽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。天线工作带宽有几种不同的定义：一种是指天线增益下降3dB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;在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。浙江明讯网络技术有限公司.天线的主要机械指标天线输入接口天线尺寸天线重量风载荷工作温度湿度要求雷电防护三防能力浙江明讯网络技术有限公司.第四章天线选型1）为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重要对于1800MHz和900MHz频段的GSM、CDMA数字移动通信网基站，我们选用国内现有基站天线有如下几个一般原则建议：根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：＝arcｔｇh/（r/2）（式中为波束倾角ｈ为天线高度，ｒ为站间距离）浙江明讯网络技术有限公司.（a）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出大约在10°～19°之间。采用内置电下倾9°的+45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线。再加上机械可变15°的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾10°～19°内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖的要求。浙江明讯网络技术有限公司.（b）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，大约在6°～16°之间可选择+45°双极化，内置电下倾6°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可以保证主瓣在下倾的6°～16°内水平半功率宽度无变化。可满足对中密度话区覆盖的要求。（c）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，大约在3°～13°之间。可选择+45°双极化，内置电下倾3°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可保证主瓣在下倾的3°～13°内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖的要求。浙江明讯网络技术有限公司.话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的（17dB）65°定向天线（三扇区）、或17dB90°定向天线(双扇区，如下图)。2）在县城及城镇地区浙江明讯网络技术有限公司.话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线。根据基站架设高度，可选择主波束下倾3°、5°、7°的全向天线。3）在乡镇地区4）在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线（1）双扇区型，两个区180°划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90°最大增益为17~18dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下页左图：浙江明讯网络技术有限公司.（2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线，它的双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益为14dBi。其方向图为下右图：（3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用210°、13dBi的浙江明讯网络技术有限公司.弱定向天线HTD0921013兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：5）严格控制天线辐射的方向图浙江明讯网络技术有限公司.(1)水平波束高前后比整个频段内具有良好的副瓣抑制特性改变天线下倾角水平波束能保持不变的能力3dB点的波束宽度严格不变的特性(2)垂直波束整个频段内具有良好的副瓣抑制特性零点填充特性频段的增益不变的特性双极化天线应有足够的隔离度及空间极化鉴别率浙江明讯网络技术有限公司.6）通过调整基站天线来提高基站的载干比7）通过调整基站天线的俯仰角改善覆盖区内话务量使网络负载均衡提高网络的营运效率浙江明讯网络技术有限公司.低上部旁瓣波形来自邻近蜂窝单元的干扰信号蜂窝单元内的手提电话信号低上旁瓣能减少干扰下旁瓣零值填充减小塔下黑浙江明讯网络技术有限公司.以上所介绍的仅是优化过程中部分天线的有关问题。由此可看出天线虽然在整个天线组网中仅占经费比例的1~2%，但它在网络优化及维护工作中所占的工作量几乎是50~60%。可以说如果没有好的天线，就不会有好的无线网络，更不会有高质量的无线移动通信服务。浙江明讯网络技术有限公司.小天线功分器功分器功分器功分器耦合器耦合器耦合器耦合器耦合器小天线小天线小天线双向放大器与基站的接口双向放大器小天线小天线小天线小天线小天线小天线第五章分布式天线系统浙江明讯网络技术有限公司.Tx/Rx333333333333Tx/Rx1.360.510100.5等功率分配不等功率分配双向放大器双向放大器双向放大器浙江明讯网络技术有限公司.应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况光端主机TRx光覆盖端机功分器光覆盖端机光覆盖端机功分器功分器浙江明讯网络技术有限公司.用于狭长地带(如隧道，地铁)的无线覆盖，但设备成本和安装费用较高功分器双向放大器双向放大器负载负载Tx/Rx浙江明讯网络技术有限公司.三种分布式天线系统各有利弊类型泄露电缆同轴馈电光纤馈电设计灵活性好好不好成本高低高安装复杂度高低低馈电损耗高高低电源与监测不需要不需要需要可靠性高高低适用范围地铁，隧道大楼、商业区远距离覆盖浙江明讯网络技术有限公司.问题天线按信号辐射方向划分，可以分为哪几类？按外形划分，可以分为哪几类？天线的主要电气指标有哪些？天线的主要机械指标有哪些？分布式系统主要有哪几种？浙江明讯网络技术有限公司.