《天线基础知识》PPT课件

1、中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组优秀精品课件文档资料优秀精品课件文档资料中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组天天线线根根底底知知识识中国挪动通讯集团网优专家小组中国挪动通讯集团网优专家小组中中级级培培训训第第一一模模块块之之三三中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组 内容引见 天线实际根底知识 不同天线的适用范围及特点 任务中的本卷须知 天线根底知识天线根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组1.1 1.1 天线的作用与位置天线的作用与位置 无线电发射机输出的射频信号功率，经过馈线电缆保送到无线电发射机输出的

2、射频信号功率，经过馈线电缆保送到天线，由天线以电磁波方式辐射出去。电磁波到达接纳地点后，由天线，由天线以电磁波方式辐射出去。电磁波到达接纳地点后，由天线接纳下来，并经过馈线送到无线电接纳机。可见，天线是发射天线接纳下来，并经过馈线送到无线电接纳机。可见，天线是发射和接纳电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电和接纳电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通讯。通讯。 天线种类繁多，以供不同频率、不同用途、不同场所、不同要天线种类繁多，以供不同频率、不同用途、不同场所、不同要求等不同情况下运用。求等不同情况下运用。 对于众多种类的天线，进展适当的分类是必要的：对于众多种类

3、的天线，进展适当的分类是必要的： 按用途分类：可分为通讯天线、电视天线、雷达天线等；按用途分类：可分为通讯天线、电视天线、雷达天线等； 按任务频段分类：可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按任务频段分类：可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类：可分为全向天线、定向天线等；按方向性分类：可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等； 按极化方式分类：垂直极化、程度极化、交叉极化等按极化方式分类：垂直极化、程度极化、交叉极化等天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组*

4、 * 电磁波的辐射电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的才干与导线的长度和外形有关。如才干与导线的长度和外形有关。如 图图1.1 a 1.1 a 所示，假设两导线的所示，假设两导线的间隔很近，电场被束缚在两导线之间，因此辐射很微弱；将两导线间隔很近，电场被束缚在两导线之间，因此辐射很微弱；将两导线张开，如张开，如 图图1.1 b 1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因此辐射加强。所示，电场就散播在周围空间，因此辐射加强。 必需指出，当导线的长度必需指出，当导线的长度 L L 远小于波长远小于波长 时，辐射很

5、微弱；时，辐射很微弱；导线的长度导线的长度 L L 增大到可与波长相比较时，导线上的电流将大大添增大到可与波长相比较时，导线上的电流将大大添加，因此就能构成较强的辐射。加，因此就能构成较强的辐射。图1.1 a图1.1 b天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组1.2 1.2 对称振子对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止运用最广泛的天线，单个半波对称振对称振子是一种经典的、迄今为止运用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地运用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对子可简单地单独立地运用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称

6、振子组成天线阵。称振子组成天线阵。 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、全长为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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子二分之一波长的振子，称半波对称振子, , 见见 图图1.2 a 1.2 a 。 另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，留意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半曲折合为折

7、合振子，留意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半曲折合振子振子, , 见见 图图1.2 b 1.2 b 。1/4波长波长对称振子对称振子1/4波长波长1/2波长波长图1.2 a图1.2 b天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组1.3 1.3 天线方向性天线方向性1.3.1 1.3.1 天线方向性全向天线天线方向性全向天线 发射天线的根本功能之一是把从馈线获得的能量向周围空间辐射出去，发射天线的根本功能之一是把从馈线获得的能量向周围空间辐射出去，根本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振根本功能之二是把大部分能量朝所

8、需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的子具有平放的 “ “面包圈面包圈 形的立体方向图图形的立体方向图图1.3.1 a1.3.1 a。立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1 b 1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 1.3.1 c 给出了它的两个主给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描画天线在某指定平面上的方向性。从图平面方向图，平面方向图描画天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在程度面上；而可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在程度面上；而

9、从图从图1.3.1 c 1.3.1 c 可以看出，在程度面上各个方向上的辐射一样大。可以看出，在程度面上各个方向上的辐射一样大。图图1.3.1 c 程度面方向图程度面方向图图图1.3.1 b 垂直面方向图垂直面方向图图图1.3.1 a 立体方向图立体方向图天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组1.3.2 天线方向性加强全向天线 假设干个对称振子组阵，可以控制辐射，产生“扁平的面包圈 ，把信号进一步集中到在程度面方向上。 以下图是4个半波对称振子沿垂线上下陈列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向

10、图天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向定向天线 平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的程度面方向图阐明了反射面的作用-反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。全向阵全向阵垂直阵列垂直阵列 不带平面反射板不带平面反射板 抛物反射面的运用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集抛物反射面的运用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个根

11、本要素：抛物反射面两个根本要素：抛物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。扇形区覆盖扇形区覆盖垂直阵列垂直阵列 带平面反射板带平面反射板平面反射板平面反射板天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组1.3.3 增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的才干，它是选择基站天线最重要的参数之一。普通来说，增益的提高主要依托减小垂直方向辐射的波瓣宽度，而在程度面上坚持全向的辐射性能。天线增益对挪动通讯系统的运转质量极为重要，由于它决议蜂窝边缘的信号电平。添加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围

12、内增大增益余量。表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。一样的条件下，增益越高，电波传播的间隔越远。普通地，GSM定向基站的天线增益为15.5dBi/18.5dBi，全向的为11dBi。天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组 1.3.4 1.3.4 波瓣宽度半功率角波瓣宽度半功率角 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其他的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向

13、两侧，辐射强度降低他的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB 3 dB功率密度降低一半的两点间的夹角定义为波瓣宽度又称功率密度降低一半的两点间的夹角定义为波瓣宽度又称 波束宽度波束宽度 或或 主瓣宽度主瓣宽度 或或 半功率角。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用间隔越远，半功率角。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用间隔越远，抗干扰才干越强。抗干扰才干越强。 - 3dB点点 - 3dB点点峰值方向峰值方向最大辐射方向最大辐射方向天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组 1.3.5 前后比 方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为

14、F / B 。前后比越大，天线的后向辐射或接纳越小。前后比F / B 的计算非常简单- F / B = 10 Lg 前向功率密度 / 后向功率密度 对天线的前后比F / B 有要求时，其典型值为 18 30dB，特殊情况下那么要求达35 40dB . 简单了解：可以简单的把天线发射的能量定义为一个气球，假设前后比小了，意味着后面发射功率大了，覆盖方向上的能量小了，呵斥覆盖变差，同时能够引起干扰。 天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组 1.3.6 1.3.6 上旁瓣抑制以及下倾角上旁瓣抑制以及下倾角 对于基站天线，人们经常要求它的垂直面即俯仰面

15、方向图中，主对于基站天线，人们经常要求它的垂直面即俯仰面方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽能够弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制瓣上方第一旁瓣尽能够弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基站的效力对。基站的效力对象是地面上的挪动用户，指向天空的辐射是毫无意义的，同时上旁瓣信号象是地面上的挪动用户，指向天空的辐射是毫无意义的，同时上旁瓣信号假设很强，容易呵斥对远处基站的干扰。假设很强，容易呵斥对远处基站的干扰。 为了使信号根好的到达覆盖区域，需求对天线在机械安装时价一定的为了使信号根好的到达覆盖区域，需求对天线在机械安装时价一定的角度，是天线的主波瓣方向对这覆盖区域，即加强了覆盖，同时又减少了角度，是天线的主

16、波瓣方向对这覆盖区域，即加强了覆盖，同时又减少了信号越区覆盖，构成干扰。信号越区覆盖，构成干扰。天线的根本知识天线的根本知识天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组垂直极化垂直极化1.4 1.4 天线的极化天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。以下图示出了两种根本的单极化的情况：垂场的方向就是天线极化方向。以下图示出了两种根本的单极化的情况：垂直极化电场垂直于地面直极化电场垂直于地面-是最常用的；程度极化是最常用的；程度极化

17、-也是要被用到的。也是要被用到的。程度极化程度极化EE天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组为什么垂直极化为什么垂直极化 天线更常用？天线更常用？ 天线实际根底知识天线实际根底知识 前面提到：天线的极化方向与电场方向一样，当电场前面提到：天线的极化方向与电场方向一样，当电场强度方向垂直于地面时，此就称为垂直极化波，否那么就强度方向垂直于地面时，此就称为垂直极化波，否那么就称为程度极化波。程度极化波传播时贴近地面，会在大地称为程度极化波。程度极化波传播时贴近地面，会在大地外表构成极化电流，极化电流受大地阻抗的影响，产生热外表构成极化电流，极化电流

18、受大地阻抗的影响，产生热能，使电信号迅速衰落，覆盖间隔变短。垂直极化波覆盖能，使电信号迅速衰落，覆盖间隔变短。垂直极化波覆盖间隔更远。间隔更远。中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组垂直极化垂直极化1.4.1 1.4.1 双极化天线双极化天线 把垂直极化和程度极化两种极化的天线组合在一同，或者，把把垂直极化和程度极化两种极化的天线组合在一同，或者，把 +45 +45 极化和极化和 - -4545 极化两种极化的天线组合在一同，就构成了一种新的天线极化两种极化的天线组合在一同，就构成了一种新的天线-双极化天线。双极化天线。程度极化程度极化+45 极化极化-45 极化极化EEEE

19、天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组 以下图示出了两个单极化天线安装在一同组成一付双极化天线，留意，以下图示出了两个单极化天线安装在一同组成一付双极化天线，留意，双极化天线有两个接头。双极化天线有两个接头。 双极化天线辐射或接纳两个极化在空间相互正交垂直的波。双极化天线辐射或接纳两个极化在空间相互正交垂直的波。 +45/-45 +45/-45双极化天线更常用。为什么？双极化天线更常用。为什么？V/H垂直垂直/程度型程度型 双双 极极 化化+ 45 / -45 型型 双双 极极 化化天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中

20、国移动通信集团网优专家小组l从前面我们曾经知道了表征天线性能的一些参数：方向图，增益、半功率角、极化方式、前后比l还有部分表征天线性能的参数：频段、输入阻抗、驻波比、分量、尺寸等，不再一一引见。l下面将结合实践任务中运用的天线讲解不同天线的适用范围及特点。天线实际根底知识天线实际根底知识中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组不同天线的适用范围及特点不同天线的适用范围及特点全向天线：全向天线：适用范围：普通用于话务量较低以满足覆盖为主的乡村适用范围：普通用于话务量较低以满足覆盖为主的乡村特点：特点：天线增益小，仅仅天线增益小，仅仅11dbi11dbi覆盖时不存在缝隙，但容易产生

21、覆盖时不存在缝隙，但容易产生“灯下黑，所以铁塔高度不能太高。或者运用灯下黑，所以铁塔高度不能太高。或者运用电下倾天线处理电下倾天线处理“灯下黑灯下黑由于铁塔对天线的发射功率有较大的衰减，所以天线的发射方向应对着覆盖区。例由于铁塔对天线的发射功率有较大的衰减，所以天线的发射方向应对着覆盖区。例如，垂直于道路等如，垂直于道路等天线的垂直度要求较高，否那么严重影响覆盖的效果。天线的垂直度要求较高，否那么严重影响覆盖的效果。由于铁塔的阴影效应，所以分集接纳天线应该放置在主发射天线的背侧，以分集增由于铁塔的阴影效应，所以分集接纳天线应该放置在主发射天线的背侧，以分集增益来补偿阴影效应。益来补偿阴影效应。

22、为了可以满足更高的隔离度，要求主发射天线和分极天线应该处于不同的平台。为了可以满足更高的隔离度，要求主发射天线和分极天线应该处于不同的平台。中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组不同天线的适用范围及特点不同天线的适用范围及特点6565度交叉极化天线度交叉极化天线+45/-45+45/-45度度适用范围：市区、县城以及基站密度高的区域适用范围：市区、县城以及基站密度高的区域特点：特点：天线增益天线增益15.5dbi15.5dbi一个扇区一根天线，安装简单。一个扇区一根天线，安装简单。出问题时不容易觉察。出问题时不容易觉察。覆盖区域容易控制。覆盖区域容易控制。半功率较小，重叠区域少，可以减少干扰。半功率较小，重叠区域少，可以减少干扰。 中国移动通信集团网优专家小组中国移动通信集团网优专家小组不同天线的适用范围及特点不同天线的适用范围及特点定向单极化定向单极化120120度天线高增益度天线高增益适用范围：用于覆盖乡村的基站适用范围：用于覆盖乡村的基站特点：特点：天线增益天线增益18.5dbi18.5dbi，增益高，有利于深度覆盖。，增益高，有利于深度覆盖。每个扇区有两根天线，需求满足每个扇区有两根天线，需求满足3 3米的隔离度，因此需求的空间大。米的隔离度