天线基础知识与原理

1、目目 录录 一一 二二 1 目目 录录 一一 2 1 1、天馈系统简介、天馈系统简介 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍 强化天线的性能强化天线的性能 和品质起着四两拨千斤的作用。和品质起着四两拨千斤的作用。 天线天线 防雷保护器防雷保护器 主馈线（主馈线（7/87/8“） 馈线卡馈线卡 接地装置接地装置 接头密封件接头密封件 绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVCPVC绝缘胶带绝缘胶带 天线调节支架天线调节支架 抱杆抱杆 室外馈线室外馈线 室内超柔馈线室内超柔馈线 馈线过线窗馈线过线窗 基站主设备基站主设备 1 1、天馈系统

2、简介、天馈系统简介 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍 电调天线电调天线 单宽频电调天线 多频电调天线 常规天线常规天线 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。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：设计方案涉及到天线的以下四部分： 1 1、辐射单元（振子）、辐射单元（振子） 2 2、反射板（底板）、反射板（底板） 3 3、功率分配网络（馈电网络）、功率分配网络（馈电网络） 4 4、封装防护（天线罩）、封装防护（天线罩） 反射板反射板振子振子 馈电网络馈电网络 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类

3、型及各部件材质介绍-天线内部结构天线内部结构 移动通信天线类型 移动通信天线类型 全向天线全向天线定向天线定向天线 微带贴片微带贴片半波振子半波振子 缩短套筒振子缩短套筒振子常规套筒振子常规套筒振子 u高性能与一般型产品材质工艺对比高性能与一般型产品材质工艺对比天线振子天线振子 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子 优点优点 辐射效率高、交叉极化指标辐射效率高、交叉极化指标 较好；较好； 单元辐射阻抗较易优化；单元辐射阻抗较易优化； 实现形式多样化，可采用印实现形式多样化，可采用印 制板、金属板冷冲压、锌合金制板、金属板冷冲压、锌合金 压铸等多种实现方式

4、。压铸等多种实现方式。 振子结构相对复杂，加工振子结构相对复杂，加工 难度较大；特别是合金压铸难度较大；特别是合金压铸 方式的半波振子。方式的半波振子。 成本较高。成本较高。 振子形式简单，易于冷冲压振子形式简单，易于冷冲压 成型；成型； 易于与微带功率分配网络一易于与微带功率分配网络一 体化设计；体化设计； 成本相对较低。成本相对较低。 交叉极化指标较差；交叉极化指标较差； 双极化贴片天线的极化隔双极化贴片天线的极化隔 离度较差；离度较差； 装配精度要求较高装配精度要求较高 缺点缺点 振子形式振子形式 半波振子半波振子 微带贴片微带贴片 半波振子半波振子微带贴片微带贴片 2 2、天线类型及各

5、部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子 实现方式实现方式优点优点缺点缺点 加工和材料成本相对较低；加工和材料成本相对较低；指标较差且一致性较差；指标较差且一致性较差； 结构形状的时间稳定性较差结构形状的时间稳定性较差 ，可靠性较差。，可靠性较差。 设计指标优秀且一致性较好设计指标优秀且一致性较好 成品可靠性高成品可靠性高 结构形状的时间稳定性好结构形状的时间稳定性好 成本相对较高成本相对较高 金属板冷冲压金属板冷冲压 锌（铝）合金压铸锌（铝）合金压铸 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子 比较好的比较好的6565度振子度振子 比较差的比

6、较差的6565度振子度振子 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子 比较好的比较好的9090度振子度振子 比较差的比较差的9090度振子度振子 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子 天线罩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、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基站天线的天线外罩目前普遍使用的材料为PVCPVC

7、和和玻璃钢玻璃钢。 玻璃钢玻璃钢PVCPVC u天线罩对比天线罩对比 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线罩天线罩 关键参数关键参数PVCPVC玻璃钢玻璃钢备注备注 成本系数成本系数1 12.32.3/ / 重量系数重量系数1 11.21.2/ / 抗冲击碰撞性能抗冲击碰撞性能好好差差/ / 耐温性能耐温性能-50-50+70+70-70-70+150+150/ / 拉伸强度拉伸强度( (Mpa)Mpa)38.338.3240240 玻璃钢强度优于玻璃钢强度优于PVCPVC。弯曲强度弯曲强度( (Mpa)Mpa)66.366.3219219 弯曲模量弯曲模量( (M

8、pa)Mpa)344034401011010110 阻燃性阻燃性UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0最高阻燃等级。最高阻燃等级。 抗老化抗老化较好较好好好 两者在抗老化、防水、防两者在抗老化、防水、防 腐蚀及透波性方面性能相腐蚀及透波性方面性能相 当，但国内玻璃钢工艺还当，但国内玻璃钢工艺还 不太成熟，可能会导致玻不太成熟，可能会导致玻 璃钢性能有所下降。璃钢性能有所下降。 防水性能防水性能好好较好较好 防腐蚀性防腐蚀性好好好好 透波性透波性较好较好较好较好 天线罩材料选择天线罩材料选择PVCPVC，PVCPVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下

9、：材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下： 2 2、天线类型及各部件材质介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线罩天线罩 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： 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-天线定义天线定义 水平面波束宽度 = 360 垂直面波束宽度= 78 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” 3 3、天线原

10、理及指标介绍、天线原理及指标介绍-方向图方向图 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 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-方向图方向图 - - 16 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 10dB 波瓣宽度 120 (eg)峰值 峰值 - 10dB 峰值 - 10dB 60 (eg)峰值 峰值 - 3dB 峰值 - 3dB 3dB 波瓣宽度 17 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-水平面波束宽度水平面波束宽度 - - 18 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 15

11、 (eg) 峰值 峰值 - 3dB 峰值 - 3dB 32 (eg) 峰值 峰值 - 10dB 峰值 - 10dB 19 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-垂直面波束宽度垂直面波束宽度 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-波束宽度案例介绍波束宽度案例介绍 - - 21 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 22 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-电下倾角度电下倾角度 - - 23 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 后向功率前向功率 前后比(dB) = 10 log ，典型值约为25dB 目的是尽

12、可能减少后向辐射功率 前向功率 后向功率 24 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-前后比前后比 - - 25 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 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 26 )(log10 33 10 dBVdBH C DG 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-天线增益天线增益 - - 27 3 3、天

13、线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 28 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-交叉极化比交叉极化比 - - 29 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 30 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-副瓣抑制副瓣抑制 普通天线方向图普通天线方向图赋形天线方向图赋形天线方向图 22.5deg 317.5deg 50deg 290deg 22.5deg 317.5deg 290deg 350deg350deg 65度度 下倾下倾6度度 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-副瓣抑制副瓣抑制 - - 32 3 3、天线原理及

14、指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 33 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-零点填充零点填充 - - 34 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-辐射参数辐射参数 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 35 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-方向图圆度方向图圆度 - - 36 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-电路参数电路参数 37 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比驻波比 0.95 W0.95 W 80 80 欧姆欧姆 50 50 欧姆欧姆 前向前向: 1: 1W W 回波回波: 0.

15、: 0.05W05W 此例中，回波损耗为此例中，回波损耗为 10log(1/0.05) = 14dB 10log(1/0.05) = 14dB ， VSWR (VSWR (驻波比驻波比) ) 是对此现象的另一种度量方法是对此现象的另一种度量方法 回波损耗回波损耗 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比驻波比 矢量网络分析仪及校准配件矢量网络分析仪及校准配件 测试注意事项：仪表误差校准件误差测试注意事项：仪表误差校准件误差 微波暗室或开阔空间微波暗室或开阔空间 驻波比典型值驻波比典型值 1. 1.5 5 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比测试驻波比测试 整个天

16、馈系统的驻波比是影响因素包括：整个天馈系统的驻波比是影响因素包括： 天线驻波、馈线系统的插入损耗、室外跳线驻波、馈线驻波、避天线驻波、馈线系统的插入损耗、室外跳线驻波、馈线驻波、避 雷器驻波、室内超柔跳线驻波比雷器驻波、室内超柔跳线驻波比 是以上所有部分驻波的综合效果。是以上所有部分驻波的综合效果。 馈线的接头制作馈线的接头制作和和避雷器的驻波比避雷器的驻波比在工程上常常被忽视，是造成在工程上常常被忽视，是造成 天馈系统驻波比升高的天馈系统驻波比升高的主要原因主要原因。 防雷保护器防雷保护器 主馈线（主馈线（7/87/8“） 天线天线 抱杆抱杆 室外馈线室外馈线 室内超柔馈线室内超柔馈线 基站

17、主设备基站主设备 电缆长度电缆长度L50米米30米米15米米 电缆损耗（dB)42.41.2 回波损耗（dB）1816.415.2 VSWR1.291.361.42 设天线端口驻波比设天线端口驻波比1.51.5，电缆的损耗，电缆的损耗4dB/1004dB/100米，如米，如 果其他部件制作工艺优秀，则可以算出不同电缆长果其他部件制作工艺优秀，则可以算出不同电缆长 度时在机房端口测得的驻波比如左表所示。度时在机房端口测得的驻波比如左表所示。 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比测试驻波比测试 - - 41 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比测试驻波比测试 1

18、0001000mW (mW (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 42 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-隔离度隔离度 四端口网络分析仪四端口网络分析仪 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-隔离度测试隔离度测试 - - 44 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-电路参数电路参数 指当指当两个或多个发射频率信号两个或多个发射频率信号经过天线时，由于天线的非线经过天线时，由于天线的非线 性而引起的与原信号频率及倍频有和差

19、关系、并性而引起的与原信号频率及倍频有和差关系、并落在接收频带内落在接收频带内的射频的射频 信号。这些信号电平足够大时，就会造成系统性能下降。信号。这些信号电平足够大时，就会造成系统性能下降。 45 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-三阶交调三阶交调 46 频率频率A及及B上的载波，产生如下互调信号：上的载波，产生如下互调信号： 1阶：阶： A，B 2阶：阶： （A+B），（），（A-B） 3阶：阶： （2AB），（），（2B A） 4阶：阶： （3AB），（），（3B A），（），（2A2B） 5阶：阶： （4AB），（），（4B A），（），（3A2B），（），（3B 2A）

20、 移动通信系统移动通信系统 下行频段（下行频段（ MHz） 上行频段上行频段 （ MHz） 可能产生的三阶交调可能产生的三阶交调 频段（频段（MHz） 可能产生的五阶交调可能产生的五阶交调 频段（频段（MHz） 结论结论 电信电信CDMA800870880825835860890850900 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 移动移动GSM900935954890909916973897992 三阶不落入到三阶不落入到Rx的接收的接收 范围，范围，五阶落入到五阶落入到Rx的的 接收范围接收范围 移动移动EGSM900930-935885-89092594092

21、0945 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 联通联通GSM900954960909915948966942972 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 移动移动GSM180018051825171017301785184517651865 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 联通联通GSM180018401850174517551830186018201870 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 联通联通WCDMA213021451940195521152160210

22、02175 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 电信电信CDMA200021102125192019352095214020802155 三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围的接收范围 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-三阶交调三阶交调 3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-三阶交调三阶交调 目目 录录 二二 49 1 1、波束宽度变化、波束宽度变化 2 2、电下倾角变化、电下倾角变化 3 3、天线的波束赋形、天线的波束赋形 50 1 1、波束宽度变化、波束宽度变化-水平面波束宽度水平面波束宽度 65度度90度度 65

23、度基站天线底板宽度：度基站天线底板宽度：251mm 90度基站天线底板宽度：度基站天线底板宽度：214mm 注意：注意：通过改变通过改变天线的底板宽度天线的底板宽度与与 底板底板边界条件边界条件可以改变波束宽度可以改变波束宽度 251mm 214mm 51 65度度32度度 65度基站天线底板宽度：度基站天线底板宽度：251mm 32度基站天线底板宽度：度基站天线底板宽度：500mm 32度基站天线采用两排阵列设计度基站天线采用两排阵列设计 注意：注意：通过增加阵列可以压缩波束通过增加阵列可以压缩波束 宽度宽度 1 1、波束宽度变化、波束宽度变化-水平面波束宽度水平面波束宽度 52 90度度3

24、2度度 1 1、波束宽度变化、波束宽度变化-水平面波束宽度水平面波束宽度 注意：可增加角反射板使天线的水平波束宽度变窄注意：可增加角反射板使天线的水平波束宽度变窄 53 1 1、波束宽度变化、波束宽度变化-垂直面波束宽度垂直面波束宽度 14度度9度度7度度 振子个数：振子个数： 14度：度：5个个 9度：度：7个个 7度：度：9个个 注意：注意：增加垂直面振子数量可以压增加垂直面振子数量可以压 窄垂直面波束宽度窄垂直面波束宽度 54 2 2、电下倾角变化、电下倾角变化 对于间隔排列为对于间隔排列为d d的的N N个单元阵列，当个单元阵列，当 相邻单元的相位呈等相均匀分布时，相邻单元的相位呈等相

25、均匀分布时， 天线最大波束形成于天线最大波束形成于法向正前方法向正前方。 当相邻单元的相位依次相差当相邻单元的相位依次相差时，最大时，最大 波束形成于波束形成于0 0空间方向空间方向。 常规天线常规天线电调天线电调天线 0 sin 2 d 55 2 2、电下倾角变化、电下倾角变化 输入口输出口 输出口 输出口 输出口 输出口 相位面相位面 天线波束天线波束 移相器移相器是电调天线的重要组成部分，它通过调节馈电网络 的长度来改变各振子馈电相位，实现天线波束下倾 电调天线移相器电调天线移相器 56 3 3、天线的波束赋型、天线的波束赋型 未赋形未赋形赋形赋形 赋形设计主要是通过改变馈入每个振子的幅

26、度和相位，进行波束的优化组合，达到上赋形设计主要是通过改变馈入每个振子的幅度和相位，进行波束的优化组合，达到上 侧副瓣抑制，下侧零点填充的效果。侧副瓣抑制，下侧零点填充的效果。 一般情况下，在优化仿真时可以通过计算得出其每个振子需要改变的权值，来达到赋一般情况下，在优化仿真时可以通过计算得出其每个振子需要改变的权值，来达到赋 型的效果型的效果 优点优点 辐射效率高、交叉极化指标辐射效率高、交叉极化指标 较好；较好； 单元辐射阻抗较易优化；单元辐射阻抗较易优化； 实现形式多样化，可采用印实现形式多样化，可采用印 制板、金属板冷冲压、锌合金制板、金属板冷冲压、锌合金 压铸等多种实现方式。压铸等多种实现方式。 振子结构相对复杂，加工振子结构相对复杂，加工 难度较大；特别是合金压铸难度较大；特别是合金压铸 方式的半波振子。方式的半波振子。 成本较高。成本较高。 振子形式简单，易于冷冲压振子形式简单，易于冷冲压 成型；成型； 易于与微带功率分配网络一易于与微带功率分配网络一 体化设计；体化设计； 成本相对较低。成本相对较低。 交叉极化指标较差；交叉极化指标较差； 双极化贴片天线的极化隔双极化贴片天线的极化隔 离度较差；离度较差； 装配精度要求较高装配精度要求较高 缺点缺点 振子形式振子形式 半波振子半波振子 微带贴片微带贴片 半波振子半波振子微带贴片微带贴片 2 2、天线类型及各部件材质