天线原理及技术应用京信通

1、antenna & subsystems antenna & subsystems 天线原理与应用培训 京信通信系统（中国）有限公司 2009年7月 antenna & subsystems 目录目录 天线原理天线原理 天线选型与应用天线选型与应用 antenna & subsystems 目录目录 天线原理天线原理 1.1、天线基本概念 1.2、天线辐射参数 1.3、天线电路参数 1.4、天线一体化设计理念 antenna & subsystems )(0),( )(),(),( )(),(),(),( )(),(),( dtrb ctrtrd btrd t trjtrh atrb t tr

2、e 电磁辐射的机理源自麦克斯韦方程 电荷能产生电场，电流能产生磁场，而且变化的电场能够产生变化 的磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，预言了电磁波的存在 。 1.1 天线基本概念 麦克斯韦方程： antenna & subsystems 1.1 天线基本概念 传输线传输线 终端张角传输线终端张角传输线 对称振子对称振子 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。 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： antenna & subsystems 根据根据c（光速）（光速）=f（频

3、率）（频率）（波长）（波长） 得出波长与频率成反比得出波长与频率成反比 频率越低，波长越长，天线越大 1.1 天线基本概念半波振子 1/4 1/4 波长波长 1/4 1/4 波长波长 1/2 1/2 波长波长 半波振子半波振子 波长波长 1/2 1/2 波长波长 半波振子是天线的基本辐射单元 antenna & subsystems 水平面波束宽度 = 360 垂直面波束宽度= 78 1.1 天线基本概念半波振子 水平面水平面 h h面面 垂直面垂直面 e e面面 立体图立体图 方向图象一个“汽车轮胎” antenna & subsystems 将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺

4、寸就越大。 1.1 天线基本概念增益、方向图和天线尺寸之关系 antenna & subsystems 天线增益的几个要点 天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效 集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。 天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。 天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。 1.1 天线基本概念增益、方向图和天线尺寸之关系 antenna & subsystems 1.2 天线辐射参数 辐射参数: 主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 前后比； 交叉极化鉴别率； 增益； 上旁瓣抑制； 下零点填充； 波束下倾角； antenna & subsystem

5、s 垂直方式垂直方式 水平方式水平方式 + 45+ 45斜角斜角 - 45- 45斜角斜角 无线电波振动的平面称为它的极化面 1.2 天线辐射参数极化 antenna & subsystems 即一个单元中有两个天线 两个天线中的波是相互独立的 v/h (v/h (垂直垂直/ /水平水平) )斜角斜角 (+/- 45 (+/- 45) ) 1.2 天线辐射参数极化 antenna & subsystems 前后比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比 后向功率后向功率 前向功前向功 率率 前后比前后比( (db) = 10 log db) = 10 log ，典型值约为典型值约为25db

6、25db 目的是尽可能减少后向辐射功率目的是尽可能减少后向辐射功率 前向功率前向功率 后向功率后向功率 1.2 天线辐射参数前后比 antenna & subsystems 上旁瓣上旁瓣 (db) (db) 下旁瓣下旁瓣 ( (db)db) 1.2 天线辐射参数旁瓣抑制、零点填充、波束下倾角 antenna & subsystems 1.2 天线辐射参数交叉极化比 antenna & subsystems 1.3 天线电路参数 电路参数： 驻波比，隔离度，无源交调 驻波比 为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。 当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1；当天线端口 全反射时，驻波比为无

7、穷大。 antenna & subsystems 隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例。 10001000mwmw ( (即即 1 1w)w) 1 1mwmw 该例子中，隔离度为：该例子中，隔离度为： 10log(1000mw/1mw) = 30db10log(1000mw/1mw) = 30db 1.3 天线电路参数隔离度 antenna & subsystems 无源交调（pim）：当两个频率f1和f2输入到天线，由于非线性 效应，天线辐射的信号除频率 f1 和 f2 外，还包括有其他频 率，如 2f1-f2 和 2f2-f1 (3阶) 等。 天线互调是指当两个或多 个发射频率信号经

8、过天线时， 由于天线的非线性而引起的 与原信号频率及倍频有和差 关系、并落在接收频带内的 射频信号。这些信号电平足 够大时，就会造成系统性能 下降。 1.3 天线电路参数无源交调 antenna & subsystems 三维电磁辐射边界一体化设计； 天线阵列与馈电网络一体化设计； 辐射单元模块一体化设计； 辐射参数一体化设计； 电气性能与机械性能一体化设计； 电气性能与制造容差一体化设计； 电气性能与工艺要求一体化设计。 1.4 天线一体化设计理念 我们已将这7个一体化设计理念写入“蜂窝移动通信射频工程”一书中， 人民邮电出版社 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设

9、计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 设计案例设计案例 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsyste

10、ms 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 设计案例设计案例 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 1.4 天线一体化设计理念 antenna & subsystems 目录目录 天线的选型与应用天线的选型与应用 2.1、市区天线的选用 2.2、郊区天线的选用 2.3、农村天线选用 2.4、交通沿线天线的选用 antenna & subsystems 基站天线虽然在整个天馈系统中仅占 经费比例的2%左右，但它对网络指标所占 的影响几乎是5060%。而且，通过天线

11、的 选择与调整对网络质量进行优化，也是在 实际网优工作中简单但收效最大的方法。 根据地形和话务量的分布可以把天线 使用环境大致分为4类： 1、市区 2、郊区 3、农村 4、交通沿线 antenna & subsystems 2.1 市区天线的选用 市区人口密集，建筑物多且楼层较高，为减少干扰，应选用水平半功率角65 度的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与 现网适配性较好，有助于控制越区切换。同时由于城区基站天线安装空间往往有 限，所以选用双极化天线比较切合实际。 根据城市内话务量的多少，可以参照以下标准采用天线： v 对于话务量高度密集的地区，基站间 距离大约在

12、300500米时，采用增益在 15dbi左右，内置电下倾角大约6度或9 度左右的天线 。 antenna & subsystems v 对于话务量中等密 集的地区，基站间距离 大于500米，采用增益 在17到18dbi左右，内 置电下倾角大约在6度 左右的天线 。 2.1 市区天线的选用 antenna & subsystems 2.1 市区天线的选用 antenna & subsystems 基站安装在市区，主瓣方向为顺时针240度 在市区这种电磁环境较为复杂 的区域，折射，反射，绕射无处 不在，所覆盖的区域有可能会因 为电磁波的反射或折射变形，如 图中a点、b点。 基站位置基站位置 b 2

13、.1 市区天线的选用 antenna & subsystems 2.2 郊区天线的选用 在城郊结合部位，话务量不大，相对高楼大厦也很少，电磁环境比 较好，可以选用垂直极化天线，采用空间分集技术。天线类型可选择 65或90，增益在17到18dbi左右的基站天线。 antenna & subsystems 2.3 农村天线的选用 v由于极化分集依赖于移动台周围 反射体和散射体的分布，对于地 物分布相对较稀疏的农村地区， 极化分集效果不如空间分集。因 此在安装条件具备的情况下，应 尽可能使用单极化天线。例如水 平半功率角为90度的17dbi单极化 天线 。 在以农村为主的乡镇地区，鉴于话务量较小，预期覆盖面积较大 的特点，为提高定向基站两扇区天线服务交叠区间的通信质量，增大 交叠区面积，宜选用水平半功率角较大的高增益天线。 antenna & subsystems v如果基站周围各方向上都没有明 显阻挡，话务需求较小，预期覆盖 范围也较小，可以选用全向天线