天线基本原理简介

1、技术交流移动基站天线有关概念及选型原则目录一一、无线通信组网中天线的作用、无线通信组网中天线的作用二、天线辐射二、天线辐射电磁波电磁波的基本原理的基本原理三、天线的极化三、天线的极化四四天线辐射的方向性天线辐射的方向性五、天线的增益五、天线的增益六、关于六、关于传输线传输线的几个基本概念的几个基本概念七、超短波的传播七、超短波的传播八、网络优化中的天线八、网络优化中的天线一一. .无线通信组网中天线的作无线通信组网中天线的作用用什么是天线什么是天线? ?把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间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收集无线电波并产生电信号

2、B B l la ah h b la hb la hblah天线的作用天线的作用将传输线中的高频电磁能将传输线中的高频电磁能 转成为自由空间的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传电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的就必然需要了解自由空间中的电磁波电磁波及高频及高频传输传输线线的一些相关的知识。的一些相关的知识。二二. .天线辐射电磁波的基本原天线辐射电磁波的基本原理理 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线载有交变电流时，就可以形成电磁

3、波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关导线的长短和形状有关. .如由于两导线的距离很近，且两导线所产生如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度相同，因而辐射较强。当导线的长度 L L远小于波长时，导线的电流很远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱小，辐射很微弱. . 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

4、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。称为振子。 无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。方向。无线电波无线电波无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波和光波一样，它的传播速度和

5、传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。而实际无线电波无线电波在真空中的传播速度等于光速。而实际无线电波在空气中的传播速度由于存在媒质略小于光速，通常我们在空气中的传播速度由于存在媒质略小于光速，通常我们认为它等于光速。认为它等于光速。无线电波的极化无线电波的极化 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称

6、它为垂直极化波垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波水平极化波。垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45度倾斜的极化度倾斜的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向- 45度倾斜的极化度倾斜的极化三、天线的极化三、天线的极化 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收； 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一

7、致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，在接收过程中通常都要产生极化损失. . 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交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。来波与接收天线极化是隔离的。极化接收、极化损失、极化隔离极化接收、极化损失、极化隔离两个天线为一个整体，传输两个独立的波两个天线为一个整体，传输两个独立的波V/H (垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜 (+/- 45)双极化天线双极化天线天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能天线的方向性是指天线向一定方向辐射电

8、磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示曲线通常用方向图来表示. . 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。发射或接收电磁波的能力。纵剖视纵剖视在地平面上的方向图把在地平面上的方向图把“面包圈面包圈”压成扁平的看压成扁平的看横剖视横剖视增益计算增益计算= 10log(4mW/1mW) = 6dBd= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一个对称

9、振子一个对称振子假设在接收机中假设在接收机中有1 1mWmW功率功率 在阵中有在阵中有4 4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 4 mWmW功率功率“扇形覆盖天线扇形覆盖天线 ” ”将在接收机中有将在接收机中有8 8mWmW功率功率 “全向阵全向阵” 例如在接收机中为例如在接收机中为4 4mWmW功率功率 (顶视)天线天线 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线 在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里进一步提高了增益。这里, , “扇形覆盖天线扇形覆盖天线”

10、 与单个对称振子与单个对称振子相比的增益为相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd10log(8mW/1mW) = 9dBd2.2.形成定向辐射的原理形成定向辐射的原理前向功率前向功率后向功率后向功率以以dBdB表示的前后比表示的前后比 = 10 = 10 loglog 典型值为典型值为 25dB 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一个尽可能小的反向功率( (前向功率前向功率) )( (反向功率反向功率) ) 方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所

11、以对来向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。3.3.前后比前后比方位即水平面方向图120 (eg)峰值峰值 - 10dB点点 - 10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60 (eg)峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度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在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称

12、为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的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。好，抗干扰能力越强。4.4.波束宽度波束宽度上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制方向图方向图旁瓣旁瓣显示显示五、天线的增益 1、增益的定义增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理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，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。

13、增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。全向天线增益与垂直波瓣宽度全向天线增益与垂直波瓣宽度板状天线增益与水平波瓣宽度板状天线增益与水平波瓣宽度90 180 360 半功率波瓣宽度半功率波瓣宽度半波振子半波振子带反射板的半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子以半波振子为参考的增益为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图理论辐射图一个单一对称振子具有面包一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射圈形的方向图辐射 一个各向同性的辐射器在所一个各向

14、同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射有方向具有相同的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 对称振子的增益为对称振子的增益为2.17dB 3. 3. 天线增益与方向图的关系天线增益与方向图的关系 连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。

15、因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。传输线，简称长线。 天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应

16、的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗， 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈

17、线长短、工作频率以及馈线体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。终端所接负载阻抗大小无关。2 2、传输线的特性阻抗、传输线的特性阻抗9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前: 10W返回返回: 0.5W这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是是反射损耗的另一种计量反射损耗的另一种计量 当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压

18、幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。 频率范围频率范围MHzMHz820 - 890820 - 890 频带宽度频带宽度MHzMHz7070 增益增益dBidBi15.515.5 极化极化垂直极化垂直极化 阻抗阻抗

19、5050 驻波系数驻波系数 1.5 1.5 半功率半功率(3(3dB)dB) 方位方位64 64 俯仰俯仰1515 10 10分贝分贝 (10 (10dB)dB)波束宽度波束宽度 方位方位120 120 俯仰俯仰30 30 前后比前后比dBdB3030 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dBdB -12 -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dBdB -14 -14 机械下倾角机械下倾角( (推荐推荐) )6 6 基站天馈系统示意图基站天馈系统示意图8防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/8“）5馈线卡馈线卡6走线架走线架4接地装置接地装置3接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVC绝缘

20、胶带绝缘胶带1天线调节支架天线调节支架GSM/CDMA板状天线板状天线抱杆（抱杆（ 50114mm）2室外馈线室外馈线9室内超柔馈线室内超柔馈线7馈线过线窗馈线过线窗基站主设备基站主设备1 1天线调节支架天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度，范围为：用于调整天线的俯仰角度，范围为：0 015 15 ；2 2 室外跳线室外跳线 用于天线与用于天线与7/87/8主馈线之间的连接。常用的跳线采用主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 1/2 馈线，长度一般为馈线，长度一般为3 3米。米。3 3 接头密封件接头密封件 用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常用用于室外跳线两端接头（与天线和

21、主馈线相接）的密封。常用的材料有绝缘防水胶带（的材料有绝缘防水胶带（3M22283M2228）和）和PVCPVC绝缘胶带绝缘胶带3M33+3M33+）。）。4 4 接地装置（接地装置（7/87/8馈线接地件馈线接地件 ） 主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位， 接地点方向必须顺着电流方向。接地点方向必须顺着电流方向。5 7/85 7/8馈线卡子馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔用于固定主馈线，在垂直方向，

22、每间隔1 1。5 5米装一个，米装一个，水平方向每间隔水平方向每间隔1 1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 常用的常用的7/87/8卡子有两种；双联和三联。卡子有两种；双联和三联。 7/87/8双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。线。6 6 走线架走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。7 7 馈线过窗器馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、

23、鼠类主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。及灰尘的进入。8 8 防雷保护器（避雷器）防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。9 9 室内超柔跳线室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用跳线采用1/21/2超柔馈线，长度一般为超柔馈线，长度一般为2323米。米。 由于各公司基站主设备的接口及接口位置

24、有所不同，因此室由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN7/16DIN型、有型、有N N型。有直头、亦有弯头。型。有直头、亦有弯头。10 10 尼龙黑扎带尼龙黑扎带 主要有两个作用：主要有两个作用：（1 1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后，）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后， 再将尼龙扎带剪断去掉。再将尼龙扎带剪断去掉。（2 2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子

25、，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。11 11 尼龙白扎带尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。 无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSMGSM和和CDMACDMA移动通信使用的频段都属于移动通信使用的频段都属于UHFUHF（特高频）（特高频）超短波段，其高端属于微波。超短波段，其高端属于微波。 超短波和微波的视距传播超短波和微波的视距传播 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰超短波和微波的频率很高，波长较短，

26、它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为传播区域习惯上称为“照明区照明区”。在直视距离内超短。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。波接收装置才能稳定地接收信号。1 1、电波的多径传播、电波的多径传播 电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会

27、产生反射。因此林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的超短波不仅有，到达接收天线的超短波不仅有直射波直射波，还有，还有反射波反射波，这种现象就叫多径传输。，这种现象就叫多径传输。 由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对

28、超短波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同比砖墙强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。2 2、多径传播与反射、多径传播与反射 电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的大建筑物后面会形成所谓的“阴影区阴影区”。信号质量受到影响的程。信号质量受

29、到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。率有关。例如一个建筑物的高度为米，在距建筑物米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱分贝，当接收兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱分贝。如果建筑物的高度增加到米时，则在距建筑物米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越

30、远，影响越小。越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。 因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。1.) 1.) 方向图方向图 （1 1）水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关）水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关 （2 2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布 2.)2.)通信方程式。通信方程式。 P PT T(dB(dB)=P)=PR R(dB)+20log4R(m)/(dB)

31、+20log4R(m)/minmin(m)-G(m)-GT T(dB(dBi i)-G)-GR R(dB(dBi i)+L)+Lc c(dB)+L(dB)+L0 0(dB) (dB) 式中式中 L Lc c是基站发射天线的馈线损耗是基站发射天线的馈线损耗 L L0 0是传播途中的电波损耗是传播途中的电波损耗 在系统设计时，对最后一项电波传播损耗在系统设计时，对最后一项电波传播损耗L L0 0要留有足够的余量，一般电波要留有足够的余量，一般电波传播损耗与传播途中自然条件有关如经过树林和土木建筑时有传播损耗与传播途中自然条件有关如经过树林和土木建筑时有1015dB1015dB损耗、经损耗、经过钢筋

32、水泥墙时约有过钢筋水泥墙时约有2530dB2530dB损耗。损耗。 对于对于800MHz800MHz、900MHz900MHz、的、的CDMACDMA和和GSMGSM、通常认为手机的接收门限、通常认为手机的接收门限-104dB-104dBm m, ,而实际接收的信号应高出而实际接收的信号应高出10dB10dB左右才能保证手机收到的信号达到要求得信噪左右才能保证手机收到的信号达到要求得信噪比、实际上，为了保持良好的通信往往按接收功率约比、实际上，为了保持良好的通信往往按接收功率约-70dB-70dBm m来计算。来计算。发射功率为发射功率为P PT T=20w=43dB=20w=43dBm m接

33、收功率为接收功率为P PR R=-70dB=-70dBm m馈线损耗为馈线损耗为L Lc c=2.4dB(=2.4dB(约约6060米长馈线）米长馈线）手机接收天线增益手机接收天线增益G Gr r=1.5dB=1.5dBi i工作波长工作波长=33.333cm(f=33.333cm(f0 0=900MHz)=900MHz)上述通信方程变为：上述通信方程变为：43dBm-(-70dB43dBm-(-70dBm m)+G)+GT T+1.5dB+1.5dBm m=32dB+20logR(m)+2.4dB+L=32dB+20logR(m)+2.4dB+L0 0可得出可得出: 80.1dB+G: 80

34、.1dB+GT T(dB(dBi i)=20logR(m)+ L)=20logR(m)+ L0 0当当G GT T(dB(dBi i) )20logR(m)-80.1dB+ L20logR(m)-80.1dB+ L0 0时可认为能保持系统良好通信时可认为能保持系统良好通信 设 基站有如下常数在在1 1公里距离内能保持良好的通信公里距离内能保持良好的通信在上述同样损耗条件下，如果发射天线增益在上述同样损耗条件下，如果发射天线增益GT=17dBiGT=17dBi即提高即提高6dBi6dBi则通信则通信距离可增加一倍距离可增加一倍R=2kmR=2km另外另外 如果在上述计算中，保持如果在上述计算中，

35、保持GT=11dBGT=11dB不变，而是不变，而是L L0 0减少减少20dB20dB，则，则R R可可增加增加1010倍，即倍，即R=10km,R=10km,而传播损耗与周围的自然条件密切相关，在城区而传播损耗与周围的自然条件密切相关，在城区高层建筑高而密集，传播损耗大、在郊区农村、房屋低而稀疏传播损耗高层建筑高而密集，传播损耗大、在郊区农村、房屋低而稀疏传播损耗小，因此即使通信系统的设置完全相同、由于使用环境的不同也会使覆小，因此即使通信系统的设置完全相同、由于使用环境的不同也会使覆盖的功率有不同的结果，从而影响通信效果盖的功率有不同的结果，从而影响通信效果 所以在选择基站天线时，必须根

36、据应用环境来选择不同类型、不同规所以在选择基站天线时，必须根据应用环境来选择不同类型、不同规格的基站天线格的基站天线如果基站采用全向天线如果基站采用全向天线G GT T=11dBi,=11dBi,收发天线距离收发天线距离R=1000mR=1000m 带入上式得带入上式得L L0 031.1dB31.1dB时时S40mSS18o 由于天线的垂直波束如图所示，在前面的计算中，我们所给由于天线的垂直波束如图所示，在前面的计算中，我们所给G GT T值值实际上是在波束的主轴线上的值。由于基站天线均架设于高塔上，这实际上是在波束的主轴线上的值。由于基站天线均架设于高塔上，这样为保证处于地面上的接收者有足

37、够的功率覆盖，天线就必须倾斜，样为保证处于地面上的接收者有足够的功率覆盖，天线就必须倾斜，具体倾斜角度由塔高和用户与基站的距离具体倾斜角度由塔高和用户与基站的距离d d来决定。来决定。 2 2、网络优化中天线的作用、网络优化中天线的作用 1 1）为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重要对于）为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重要对于800MHz800MHz和和900MHz900MHz频段的频段的GSMGSM、CDMACDMA数字移动通信网基站，我们选用国内数字移动通信网基站，我们选用国内现有基站天线有如下几个一般原则建议：现有基站天线有如下几个一般原则建议：根据天线高度、基站

38、距离，可由下式计算出天线倾角公式：根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式： arcarch/ h/ （r/2r/2） （式中（式中 为波束倾角为天线高度，为站间距离）为波束倾角为天线高度，为站间距离）（a a）对话务量高密集区，基站间距离）对话务量高密集区，基站间距离300-500300-500米，计算得出米，计算得出 大约在大约在10101919之间。采用内置电下倾之间。采用内置电下倾9 9的的+ +4545双极化水平半功率瓣宽双极化水平半功率瓣宽6565定向天线定向天线 。再加上机械可变。再加上机械可变1515的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度的倾角，可以保证方向图水平半功率

39、宽度在主瓣下倾在主瓣下倾10101919内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖的要求。的要求。（b b）对话务量中密集区，基站间距离大于）对话务量中密集区，基站间距离大于500500米，米， 大约在大约在6 61616之间之间可选择可选择+ +4545双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾6 6的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽6565定向天线定向天线 ，可，可以保证主瓣在下倾的以保证主瓣在下倾的6 61616内水平半功率宽度无变化。可满足对中密度内水平半功率宽度无变化。可满足对中密度话区覆盖的要求。话区覆盖的要求。 （c c）对话务量低密集区

40、，基站间距离可能更大一些，）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些， 大约在大约在3 31313之间。可选择之间。可选择+ +4545双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾3 3的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽6565定向天定向天线线 ，可保证主瓣在下倾的，可保证主瓣在下倾的3 31313内水平半功率宽度无变化，可满足对低内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖的要求。密话区覆盖的要求。 话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的（极化，空间分集，增益较高的（17dB17dB）6565定向天

41、线定向天线 （三扇区）、或（三扇区）、或17dB9017dB90定向天线定向天线( (双扇区，如下图双扇区，如下图) )。 2 2） 在县城及城镇地区在县城及城镇地区 话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线益全向天线 HTQ-09-11HTQ-09-11。根据基站架设高度，可选择主波束下。根据基站架设高度，可选择主波束下 倾倾3 3 、5 5 、7 7 的全向天线。的全向天线。 3 3） 在乡镇地区在乡镇地区 4 4） 在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线（1 1）双扇区

42、型，两个区）双扇区型，两个区180180划分，可选择单极化。划分，可选择单极化。3dB3dB波瓣宽度波瓣宽度为为9090最大增益为最大增益为1718dBi1718dBi的定向天线的定向天线 ，两天线背向，最大辐射，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下页左图：方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下页左图： （2 2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线天线可采用全向天线变形的双向天线 （例（例HTSX-09-14HTSX-09-14），它的双向），它

43、的双向3dB3dB波瓣波瓣宽度为宽度为7070，最大增益为，最大增益为14dBi14dBi。其方向图为下右图：。其方向图为下右图： （3 3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用地区，采用全向站的配置，天线采用210210、13dBi13dBi的的弱定向天线弱定向天线HTD0921013HTD0921013兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为： 5 5）严格控制天线辐射的方向图）严格控制天线辐射的方向图 (1) (1)水平波束水平波束 高前后