WCDMA天线原理及选型学习课程

1、前言 天线在无线通信系统中起着重要的作用。WCDMA中各种场景下天线的选型会直接影响到网络的性能。第1页/共59页第一页，编辑于星期日：七点 五十八分。课程内容第一章 天线原理第二章 天线分类第三章 天线主要指标第四章 天线选型原则第五章 天线新技术第2页/共59页第二页，编辑于星期日：七点 五十八分。第一章 天线原理l第二节 天线工作原理l第三节 天线工作带宽l第四节 天线极化 第3页/共59页第三页，编辑于星期日：七点 五十八分。无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将传输线中的高频电磁能 转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为

2、传输线中的高频电磁能。第4页/共59页第四页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线示意图第5页/共59页第五页，编辑于星期日：七点 五十八分。第一章 天线原理l第二节 天线工作原理l第三节 天线工作带宽l第四节 天线极化 第6页/共59页第六页，编辑于星期日：七点 五十八分。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。第7页/共59页第七页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线工作原理天线工作原理两臂长度相等的振子叫做对称振子。

3、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1/4波长1/4波长1/2波长波长第8页/共59页第八页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线工作原理天线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第9页/共59页第九页，编辑于星期日：七点 五十八分。第一章 天线原理l第二节 天线工作原理l第三节 天线工作带宽l第四节 天线极化 第10页/共59页第十页，编辑于星期日：七点 五十八分。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

4、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三分贝时的频带宽度； 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。第11页/共59页第十一页，编辑于星期日：七点 五十八分。第一章 天线原理l第二节 天线工作原理l第三节 天线工作带宽l第四节 天线极化 第12页/共59页第十二页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向垂直极化水平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化第13

5、页/共59页第十三页，编辑于星期日：七点 五十八分。双极化天线V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45)两个天线为一个整体传输两个独立的波第14页/共59页第十四页，编辑于星期日：七点 五十八分。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，都要产生分贝的极化损失，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。第15页/共59页第十五页，编辑于星期日：七点 五十八分。极化隔离隔离

6、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第16页/共59页第十六页，编辑于星期日：七点 五十八分。课程内容第一章 天线原理第二章 天线分类第三章 天线主要指标第四章 天线选型原则第五章 天线新技术第17页/共59页第十七页，编辑于星期日：七点 五十八分。按辐射方向划分图：定向天线图：全向天线第18页/共59页第十八页，编辑于星期日：七点 五十八分。按外形划分板状天线帽形天线鞭状天线面状天线第19页/共59页第十九页，编辑于星期日：七点 五十八分。按极化方式划分全 向 天 线单 极 化

7、定 向 天 线双 极 化 定 向 天 线第20页/共59页第二十页，编辑于星期日：七点 五十八分。课程内容第一章 天线原理第二章 天线分类第三章 天线主要指标第四章 天线选型原则第五章 天线新技术第21页/共59页第二十一页，编辑于星期日：七点 五十八分。第三章 天线主要指标l第一节 天线电气指标l第二节 天线机械指标第22页/共59页第二十二页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线主要电气指标第23页/共59页第二十三页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线增益增益是指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

8、图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。第24页/共59页第二十四页，编辑于星期日：七点 五十八分。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2.17dB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 = 5.17dBi第25页/共59页第二十五页，编辑于星期日：七点 五十八分。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第26页/共59页第二十六页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线其它电气指标第27页/共59页第二十七页，编辑于星期日：七点 五十八分。前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前

9、后比。它大，天线定向接收性能就好。后向功率前向功率以dB表示的前后比 = 10 log 典型值为 25dB 左右 (前向功率) (反向功率)第28页/共59页第二十八页，编辑于星期日：七点 五十八分。波束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)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向图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

10、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。第29页/共59页第二十九页，编辑于星期日：七点 五十八分。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； 为垂直波束宽度，单位：角度； 为水平波束宽度，单位：角度。 10 lg 32400aG 第30页/共59页第三十页，编辑于星期日：七点 五十八分。波束宽度 例如：某一全

11、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。1.1324007.15360 10o第31页/共59页第三十一页，编辑于星期日：七点 五十八分。波束宽度图 天线增益与波束宽度的关系第32页/共59页第三十二页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线下倾机械下倾电下倾第33页/共59页第三十三页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线驻波比9.5 W80 ohms50 ohms朝前: 10W返回: 0.5W第34页/共59页第三十四页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线互

12、调产生原因存在磁性物质连接处不紧密不同材料的金属的接触相同材料的接触表面不光滑第35页/共59页第三十五页，编辑于星期日：七点 五十八分。第三章 天线主要指标l第一节 天线电气指标l第二节 天线机械指标第36页/共59页第三十六页，编辑于星期日：七点 五十八分。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第37页/共59页第三十七页，编辑于星期日：七点 五十八分。课程内容第一章 天线原理第二章 天线分类第三章 天线主要指标第四章 天线选型原则第五章 天线新技术第38页/共59页第三十八页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则城区天线选取原则：工作频

13、率 1710 2170 MHz 45双极化 65 水平波束宽度 15 dBi 增益 预置 6电下倾或 0 10可调电下倾 + 0 15可调机械下倾 上副瓣抑制 + 零点填充 25dB 前后比。 应用环境特点：站址分布较密，要求单基站覆盖范围小，尽量 减少越区覆盖的现象，减少导频污染，提高网络质量和容量。第39页/共59页第三十九页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则郊区65或 90 水平波束宽度 一般不采用预置电下倾的天线，即使采用下倾，一般下倾角也比较小。应用环境特点：郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间，有的地方可能更接近城区，基站数量不少，这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要考

14、虑。而有的地方可能更接近农村地方，覆盖成为重要因素。因此在天线选型方面可以视实际情况参考城区及农村的天线选型原。第40页/共59页第四十页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则农村天线选取原则：定向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 90 水平波束宽度 / 18 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。 全向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 11 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。 应用环境特点：基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广。有的地方会采用孤站覆盖，覆盖是最受关注的问题，这时应结合基站周围需覆盖的区域来考虑天线的选型

15、。第41页/共59页第四十一页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则公路天线选取原则：定向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 30 水平波束宽度 / 21 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。“8”字形天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 双向 70 水平波束宽度 / 14 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。心形天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 210 水平波束宽度 / 12 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。应用环境特点：该应用环境下话务量低、用户高速移动、此时重点解决的是覆盖问题。公路

16、覆盖以带状覆盖为主，故多采用双扇区站或8字形全向站；在穿过乡镇，旅游点的地区也可采用三扇区或心形全向站。第42页/共59页第四十二页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则山区天线选取原则：定向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 90 水平波束宽度 / 15 dBi 增益 / 预置电下倾 / 零点填充。全向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 11 dBi 增益 / 预置电下倾 / 零点填充。应用环境特点：在偏远的丘陵山区，山体阻挡严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。以下这几种情况比较常见：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站

17、等。第43页/共59页第四十三页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则近海天线选取原则：定向天线工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 30 水平波束宽度 / 21 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。应用环境特点：话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好。对近海的海面进行覆盖时，覆盖距离主要受地球球面曲率、无线传播衰减限制。考虑到地球球面曲率的影响，对海面进行覆盖的基站天线一般架设得很高，超过 100m。第44页/共59页第四十四页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则隧道天线选取原则：定向天线工作频率 800 2200 MHz / 垂直极化 / 55 水平波

18、束宽度 / 11.5 dBi 增益的对数周期天线（考虑与 GSM/DCS 共用）。 泄漏电缆：500米八木天线应用环境特点：话务量不大，基本不存在干扰控制的问题，主要是天线的选择及安装问题。宽带第45页/共59页第四十五页，编辑于星期日：七点 五十八分。天线选型原则室内天线选取原则：全向天线工作频率 800 2500 MHz / 垂直极化 / 360 水平波束宽度、90 垂直波束宽度 / 2dBi 增益。平板定向天线工作频率 800 2500 MHz / 垂直极化 / 90 水平波束宽度、60 垂直波束宽度 / 7dBi 增益。对数周期天线工作频率 800 2500 MHz / 垂直极化 / 55 水平波束宽度、50 垂直波束宽度 / 11.5dBi 增益应用环境特点：为解决室内覆盖问题，通常是建设室内分布系统，将基站的信号通过有线网络直接引入到室内各区域，再通过各室内天线完成信号收发，从而达到消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内用户提供良好的网络覆盖。第46页/共59页第四十六页，编辑于星期日：七点 五十八分。课程内容第一章 天线原理第二章 天线分类第三章 天线主要指标第四章 天线选型原则第五章 天线新技术第47页/共59页第四十七页，编辑于星期日：七点 五十八分。动态多波束天线