天线基础知识与原理(NEW)

1、11目目 录录一一二二2目目 录录一一31 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、天馈系统简介、天馈系统简介2 2、天线类型及各部

2、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

3、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-天线振子天线振子常规套筒振子常规套筒振子缩短套筒振子缩短套筒振子铜材和铝材区铜材和铝材区别不大别不大增益增益相对较高相对较高增益约低增益约低0.20.3dB0.20.3dB方向图圆度方向图圆度0.80.81.51.5批次一致性批次一致性好好差差交调指标交调指标较好较好较差较差相对成本相对成本1.01.00.650.65 常规套筒振子常规

4、套筒振子缩短套筒振子缩短套筒振子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。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

5、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介绍、天线类型及各部件材质介绍-天线振子天线振子可以保证较高的尺寸精度；可以保证较高的尺寸精度；阻抗匹配可灵活设计；阻抗匹配可灵活设计；常用于军工产品。常用于军工产品。CDMA800/GSM900CDMA800/GSM900频段使频段使用成本高；用成本高；CDMA800/GSM900C

6、DMA800/GSM900频段使频段使用结构稳定性较差。用结构稳定性较差。优点优点缺点缺点实现方式实现方式印制板印制板 半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多种半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多种改进形式：改进形式： 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

7、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-天线振子天线振子空气微带线馈电网络空气微带线馈电网络优点优点: : 成本低，损耗小，设计自由度较大；成本低，损耗小，

8、设计自由度较大；缺点缺点: : 指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。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-馈电网络馈电网络同轴电缆馈电网络同轴电缆馈电网络优点优点: : 稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射；稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射； 缺点缺点: : 设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。KatherinKatherin一直采用这

9、种设计，一直采用这种设计，combacomba的高端天线也采用这种设计。的高端天线也采用这种设计。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-馈电网络馈电网络同轴电缆网同轴电缆网络络空气微带线网络空气微带线网络成本（系数）成本（系数）较高（较高（2.0)2.0)低（低（1.01.0）损耗损耗一般一般小小寄生辐射寄生辐射没有没有有，较大有，较大指标稳定性指标稳定性好好差差指标受底板影响指标受底板影响没有影响没有影响影响较大影响较大可靠性可靠性高高差差可生产性可生产性焊点多焊点多较好较好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-馈电网络馈电网络底板铝材规格应首选抗

10、腐蚀性好的底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5 5系列板材系列板材关键参数关键参数106010603A213A2150525052备注备注成本系数成本系数1 11.11.11.21.2/ /抗拉强度（抗拉强度（MPaMPa）7575110110195195/ /抗腐蚀等级抗腐蚀等级最佳最佳差差良好良好/ /目前导电性能优良的有色金属中铝合金的性价比最高，海内外天目前导电性能优良的有色金属中铝合金的性价比最高，海内外天线厂家普遍采用铝合金作为定向天线的底板，在具体规格选择方面，线厂家普遍采用铝合金作为定向天线的底板，在具体规格选择方面，国内天线厂家主要使用国内天线厂家主要使用1 1、3 3和和5 5

11、系列，下表以系列，下表以10601060、3A213A21及及50525052作为各作为各系列代表对比优缺点：系列代表对比优缺点：从最佳性价比角度考虑，底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的从最佳性价比角度考虑，底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5 5系列系列板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用5 5系列板材。系列板材。底板的技术要求及工艺说明底板的技术要求及工艺说明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-底板底板底板技术要求及工艺说明底板技术要求及工艺说明指标名称指标名称技术要求及工艺说明技术要求及工艺说明备注备注铝材规格铝材规格5 5

12、系列系列/ /表面处理表面处理导电氧化导电氧化提高底板的抗腐蚀性，提高底板的抗腐蚀性，从环保角度考虑，建议从环保角度考虑，建议本色导电氧化。本色导电氧化。底板厚度底板厚度2mm2mm；双频共用天线：双频共用天线：2.5mm2.5mm/ /尺寸精度尺寸精度GB/T 1804-GB/T 1804-m m/ /环保要求环保要求符合符合RoHSRoHS/ /其它要求其它要求清理毛刺、锐角倒钝清理毛刺、锐角倒钝/ /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-底板底板 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、

13、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和和玻璃钢玻璃钢。玻璃钢玻璃钢PVCPVCu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

14、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( (Mpa)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

15、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：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

16、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-方向图方向图远场测量微波暗室及其系统远场测量微波暗室及其系统40米米20米米 20米米 ；128探头近场测量微波暗室及其系统探头近场测量微波暗室及其系统3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-方向图方向图天线方向图测试天线方向图测试-辐射性能测试辐射性能测试 - - 253

17、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 - 10dB60 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB3dB 波瓣宽度263 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 - - 273 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 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB32 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB283 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350度22.5度317.5度290度A50度350度22

18、.5度317.5度290度A50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 - - 303 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313 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 - - 323 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目的是尽可能减少后向辐射功率前向功率后向功率333 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-前后比前后比前后比较差前后比较差前后比较好前后比较好270度272.5度240度207.5度

19、180度300度270度272.5度240度207.5度180度300度后瓣过强后瓣过强天线后瓣较小天线后瓣较小天线后瓣较大天线后瓣较大3 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-前后比案例介绍前后比案例介绍 - - 353 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 = 2.15dBi36)(log103310dBVdBHCDG3 3、天线原理及指标

20、介绍、天线原理及指标介绍-天线增益天线增益 - - 373 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383 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 - - 393 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403 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22.5deg317.5deg50deg290deg22.5deg317.5deg290deg350deg350deg65度度 下倾下倾6度度 上侧副瓣抑制较好上侧副瓣抑制较好 没有上侧副瓣抑制没有上侧副瓣

21、抑制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 - - 423 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433 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 - - 443 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453 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 - - 463 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473 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 W80 80

22、欧姆欧姆50 50 欧姆欧姆前向前向: 1: 1W W回波回波: 0.: 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

23、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

24、馈线室内超柔馈线室内超柔馈线基站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）1816.415.2VSWR1.291.361.42 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 - - 513 3、天线原理及指标介绍、天线原理及指标介绍-驻波比测

25、试驻波比测试10001000mW (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) = 30dB523 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 - - 543 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关系、

26、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。553 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GSM

27、900935954890909916973897992三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EGSM900930-935885-890925940920945三阶、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GSM18001840

28、1850174517551830186018201870三阶、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WCDMA21302145194019552115216021002175三阶、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 录录二二581 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591 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度基站天线底板宽度：度基站天线底板宽度：251mm90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251mm214mm6065