13天线基础知识与原理

1天线基础知识与原理2010年6月1天线基本知识及原理目录一二天线的波束成型简介2天线基本知识及原理目录一31、天馈系统简介2、天线类型及各部件材质介绍3、天线原理及指标介绍基站天线在整个网络建设中占经费比例不到3%，但它对网络性能的影响却超过60%。在实际网优工作中，通过天线的选择与调整是简单但收效最大的方法。强化天线的性能和品质起着四两拨千斤的作用。天线防雷保护器主馈线（7/8“）馈线卡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抱杆室外馈线室内超柔馈线馈线过线窗基站主设备1、天馈系统简介2、天线类型及各部件材质介绍电调天线单宽频电调天线多频电调天线常规天线全向天线定向单极化天线定向双极化天线同一款基站天线有多种设计方案来实现。设计方案涉及到天线的以下四部分：1、辐射单元（振子）2、反射板（底板）3、功率分配网络（馈电网络）4、封装防护（天线罩）反射板振子馈电网络2、天线类型及各部件材质介绍---天线内部结构移动通信天线类型全向天线定向天线微带贴片半波振子缩短套筒振子常规套筒振子高性能与一般型产品材质工艺对比——天线振子高性能高性能一般型一般型2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子常规套筒振子缩短套筒振子铜材和铝材区别不大增益相对较高增益约低0.2~0.3dB方向图圆度±0.8°±1.5°批次一致性好差交调指标较好较差相对成本1.00.65常规套筒振子VS缩短套筒振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子优点辐射效率高、交叉极化指标较好；单元辐射阻抗较易优化；实现形式多样化，可采用印制板、金属板冷冲压、锌合金压铸等多种实现方式。振子结构相对复杂，加工难度较大；特别是合金压铸方式的半波振子。成本较高。振子形式简单，易于冷冲压成型；易于与微带功率分配网络一体化设计；成本相对较低。交叉极化指标较差；双极化贴片天线的极化隔离度较差；装配精度要求较高缺点振子形式半波振子微带贴片半波振子VS微带贴片2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子可以保证较高的尺寸精度；阻抗匹配可灵活设计；常用于军工产品。CDMA800/GSM900频段使用成本高；CDMA800/GSM900频段使用结构稳定性较差。优点缺点实现方式印制板半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多种改进形式：2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子实现方式优点缺点加工和材料成本相对较低；指标较差且一致性较差；结构形状的时间稳定性较差，可靠性较差。设计指标优秀且一致性较好成品可靠性高结构形状的时间稳定性好成本相对较高金属板冷冲压锌（铝）合金压铸2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子比较好的65度振子比较差的65度振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子比较好的90度振子比较差的90度振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子空气微带线馈电网络优点:成本低，损耗小，设计自由度较大；缺点:指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络同轴电缆馈电网络优点:稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射；缺点:设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。Katherin一直采用这种设计，comba的高端天线也采用这种设计。2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络同轴电缆网络空气微带线网络成本（系数）较高（2.0)低（1.0）损耗一般小寄生辐射没有有，较大指标稳定性好差指标受底板影响没有影响影响较大可靠性高差可生产性焊点多较好2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络＊底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材关键参数10603A215052备注成本系数11.11.2/抗拉强度（MPa）≥75≥110≥195/抗腐蚀等级最佳差良好/目前导电性能优良的有色金属中铝合金的性价比最高，海内外天线厂家普遍采用铝合金作为定向天线的底板，在具体规格选择方面，国内天线厂家主要使用1、3和5系列，下表以1060、3A21及5052作为各系列代表对比优缺点：从最佳性价比角度考虑，底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用5系列板材。底板的技术要求及工艺说明2、天线类型及各部件材质介绍---底板＊底板技术要求及工艺说明指标名称技术要求及工艺说明备注铝材规格5系列/表面处理导电氧化提高底板的抗腐蚀性，从环保角度考虑，建议本色导电氧化。底板厚度≥2mm；双频共用天线：≥2.5mm/尺寸精度GB/T1804-m/环保要求符合RoHS/其它要求清理毛刺、锐角倒钝/2、天线类型及各部件材质介绍---底板天线罩以对天线主体的封装防护为目的，主要为了减缓温度、湿度、盐雾、雨淋、摄冰、大风、老化、等各种因素对天线性能的影响，国内外基站天线的天线外罩目前普遍使用的材料为PVC和玻璃钢。玻璃钢PVC天线罩对比2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩关键参数PVC玻璃钢备注成本系数12.3/重量系数11.2/抗冲击碰撞性能好差/耐温性能-50℃～+70℃-70℃～+150℃/拉伸强度(Mpa)38.3240玻璃钢强度优于PVC。弯曲强度(Mpa)66.3219弯曲模量(Mpa)344010110阻燃性UL94V-0UL94V-0UL94V-0最高阻燃等级。抗老化较好好两者在抗老化、防水、防腐蚀及透波性方面性能相当，但国内玻璃钢工艺还不太成熟，可能会导致玻璃钢性能有所下降。防水性能好较好防腐蚀性好好透波性较好较好＊天线罩材料选择PVC，PVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下：2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩传输线终端张角传输线对称振子天线的定义：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的功能：能量转换－导行波和自由空间波的转换；定向辐射（接收）－具有一定的方向性。天线的辐射原理：3、天线原理及指标介绍---天线定义水平面波束宽度=360º垂直面波束宽度=78º水平面H面垂直面E面立体图方向图象一个“汽车轮胎”3、天线原理及指标介绍---方向图将“轮胎”压扁，信号就越集中，实际使用的天线就是采用一个或者多个辐射单元来实现的。3、天线原理及指标介绍---方向图远场测量微波暗室及其系统40米×20米×20米；128探头近场测量微波暗室及其系统3、天线原理及指标介绍---方向图天线方向图测试---辐射性能测试辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：---按重要性顺序排列水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度253、天线原理及指标介绍---辐射参数水平面波束宽度10dB波瓣宽度120°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB波瓣宽度定义：在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。263、天线原理及指标介绍---水平面波束宽度辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：---按重要性顺序排列水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度273、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。15°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB32°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB垂直面波束宽度283、天线原理及指标介绍---垂直面波束宽度350度22.5度317.5度290度A50度350度22.5度317.5度290度A50度90o半功率角65o半功率角3、天线原理及指标介绍---波束宽度案例介绍辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，提升抗多径衰落的能力。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：---按重要性顺序排列水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度303、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：通过电子调节的方式优化下倾角。313、天线原理及指标介绍---电下倾角度辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：---按重要性顺序排列水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度323、天线原理及指标介绍---辐射参数后向功率前向功率前后比(dB)=10log，典型值约为25dB目的是尽可能减少后向辐射功率前向功率后向功率定义：是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比。333、天线原理及指标介绍---前后比前后比较差前后比较好270度272.5度240度207.5度180度300度270度272.5度240度207.5度180度300度后瓣过强天线后瓣较小天线后瓣较大3、天线原理及指标介绍---前后比案例介绍辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：---按重要性顺序排列水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度353、天线原理及指标介绍---辐射参数全向辐射器在各个方向上的辐射能量相等单一偶极子的“汽车轮胎”形辐射图2.15dB偶极子比全向辐射器的增益高2.15dB天线相对于偶极子的增益用“dBd”表示天线相对于全向辐射器的增益用“dBi”表示如:0dBd=2.15dBi天线理想辐射单元P1P2G=10log(P1/P2)P0定义：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之比。36)(log103310dBVdBHCDG3、天线原理及指标介绍---天线增益辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全