天线基本概念讲稿

1、无线网络规划部无线网络规划部（上海分部：周文鑫）（上海分部：周文鑫）基站天线基本概念基站天线基本概念及其选型原则及其选型原则基站天线基本概念基站天线基本概念无线电波的基本知识无线电波的基本知识天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理典型的移动基站天线技术指标综述典型的移动基站天线技术指标综述 通信距离方程通信距离方程电磁波安全标准电磁波安全标准基站天馈系统基站天馈系统基站天线选型原则基站天线选型原则基站天线的选型原则（建议）基站天线的选型原则（建议）目录什么是无线电波？什么是无线电波？电磁波的传播电磁波的传播电磁波的极化电磁波的极化天线的作用天线的作用天线的极化天线的极化 无线电波的基

2、本知识 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，什么叫无线电波？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方向。这两者又都垂直于传播方向。符合右手准则。符合右手准则。无线电波电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振子振子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场B B l la ah h blahb l a hblah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垂

3、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的极化天线的极化 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 (极化极化)隔离隔离 隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极隔离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化中出现的比例 1000mW (即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW) = 30dB 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐

4、射的能力与导线的长短和形状有关辐射的能力与导线的长短和形状有关. .如果导线位置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，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。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，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辐射的直导线称为振子。 天线的方向性天线的方向性 天线的方

5、向性是指天线向一定方向辐射电天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。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曲线通常用方向图来表示线的方向性的特性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。具有的发射或接收电磁波的能力。 天线方向图天线方向图天线方向图 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进一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到

6、一个方向进一步提高了增益。这里这里, “扇形覆盖天线扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/4mW) = 3dB “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8mW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4mW功率功率 (顶视)天线天线利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向 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前后比前后比 方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线方向图中，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。

7、基本半波振子天线的前后比为，所以对来定向接收性能就好。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。前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值为典型值为 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)波束宽度波束宽度水平面方向图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 (e

8、g)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB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。方向图旁瓣显示方向图旁瓣显示上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制 全向天线增益与垂直

9、波瓣宽度全向天线增益与垂直波瓣宽度 9dBd全向天线全向天线天线波束的下倾天线波束的下倾 为使波束指向朝向地面为使波束指向朝向地面无下倾无下倾电下倾电下倾机械下倾机械下倾天线波束下倾的演示天线波束下倾的演示 用于用于 控制覆盖控制覆盖 减小交调减小交调 两种方法两种方法: 机械的机械的 电的电的波束下倾波束下倾典型的移动基站天线技术指标综述典型的移动基站天线技术指标综述 频率范围频率范围MHz820 - 890 频带宽度频带宽度MHz70 增益增益dBi15 极化极化垂直极化垂直极化 阻抗阻抗 50 反射损耗反射损耗dB18 半功率半功率(3dB) 方位方位64 俯仰俯仰14 10分贝分贝 (

10、10dB)波束宽度波束宽度 方位方位120 俯仰俯仰30 前后比前后比dB30 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dB -14 下倾角下倾角(可调可调)2 - 10 电磁波安全标准电磁波安全标准 根据我国国家标准根据我国国家标准GB9175-88“环境电磁波卫生标准环境电磁波卫生标准”，将，将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级环境电磁波容许辐射强度标准分为二级: : 一级标准为安全区，指在该环境电磁波强度下长期居住、一级标准为安全区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域。工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影

11、响的区域。 第二级标准为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、第二级标准为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活的一切人群可能引起潜在性不良反应的区域。对于工作、生活的一切人群可能引起潜在性不良反应的区域。对于300MHz300GHz的微波，的微波， 一级标准为：（一级标准为：（10 w/cm2），）， 二级标准为：（二级标准为：（40 w/cm2），）， 因此，对于酒店及写字楼应按一级标准设计，对于商场、商因此，对于酒店及写字楼应按一级标准设计，对于商场、商贸中心，可按二级标准设计。贸中心，可按二级标准设计。 假设天线的假设天线的EIRP是是10dBm=10mw=10000 w

12、按一级标准计算：允许的功率密度为按一级标准计算：允许的功率密度为10 w/cm2，那么能满足要求的，那么能满足要求的最小距离为：最小距离为：10000 w/4 d2=795.77 /d2=10 w/ cm2d2=79.577(cm2) 8.92 cm 即在距离天线下方即在距离天线下方9cm的地方可满足一级卫生标准。的地方可满足一级卫生标准。 假设要求离天线假设要求离天线20cm处为安全区，则最大处为安全区，则最大EIRP为：为：4 d2=4 3.14 202=5024 cm2EIRP=50240 w 50mw=17dBm 这就是我们要求室内分布系统这就是我们要求室内分布系统EIRP在在1015

13、dBm的原因。的原因。 而对于商场、机场等非长期居住地区，可按二级标准衡量，其而对于商场、机场等非长期居住地区，可按二级标准衡量，其EIRP也不能超过也不能超过23dBm。 在实际设计中，要将天线增益及载波总数一起考虑。我们采用在实际设计中，要将天线增益及载波总数一起考虑。我们采用的吸顶天线为全向，增益为的吸顶天线为全向，增益为2dBi，在，在PT=10dBm时，其一级安全时，其一级安全距离为：距离为：11.3cm，若采用，若采用90 7dBi天线，在天线正前方最大功率天线，在天线正前方最大功率处的一级安全距离为：处的一级安全距离为：20 cm，载波数多时，功率增大，安全距，载波数多时，功率增

14、大，安全距离变小，所以天线应挂于人体触摸不到的地方为佳。实际上，我离变小，所以天线应挂于人体触摸不到的地方为佳。实际上，我国的标准要求十分严格，美国及欧洲标准比我们宽松得多。按照国的标准要求十分严格，美国及欧洲标准比我们宽松得多。按照欧洲标准，在离天线欧洲标准，在离天线1.3cm处已处于安全区，即天线的保护外壳处已处于安全区，即天线的保护外壳以外均能满足安全要求，因此，对适当设计的室内分布系统的电以外均能满足安全要求，因此，对适当设计的室内分布系统的电磁安全问题不必多虑。磁安全问题不必多虑。 欧洲、美国及我国标准的对比欧洲、美国及我国标准的对比国国 家家900 MHz1800MHz欧洲（欧洲（

15、CENELEC） F/200=450 w/cm2 900 w/cm2 美国（美国（IEEE） F/150=600 w/cm2 1200 w/cm2 中国中国 10 w/cm2 10 w/cm2 基站天馈系统基站天馈系统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基站天馈系统示意图基站天馈系统示意图 根据

16、基站覆盖类型大致分为：根据基站覆盖类型大致分为： （一）（一） 话务量高密集市区话务量高密集市区 （二）（二） 县城及城镇地区县城及城镇地区 （三）（三） 乡镇地区乡镇地区 （四）（四） 在铁路或公路沿线及乡镇在铁路或公路沿线及乡镇 基站天线选型原则基站天线选型原则( (建议建议) ) 根据天线高度、基站距离，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/ （r/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）（1）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300-500米，计算得出米，

17、计算得出 大约在大约在1019之间。采用内置电下倾之间。采用内置电下倾9的的+45双极化水平半功率瓣宽双极化水平半功率瓣宽65定向天线定向天线 。再加上机械可变再加上机械可变15的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾1019内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。要求。（2）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500米，米， 大约在大约在616之间可之间可选择选择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾6的水平半功率瓣宽的水平半功率

18、瓣宽65定向天线定向天线 ，可以保，可以保证主瓣在下倾的证主瓣在下倾的616内水平半功率宽度无变化。可满足对中密话区覆盖内水平半功率宽度无变化。可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。且不干扰的要求。 （3）对话务量低密集区，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313之之间。可选择间。可选择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾3的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽65定向天线定向天线 ，可保证主瓣在下倾的可保证主瓣在下倾的313内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。覆盖且不干扰的要求。（一）（一） 话务量高密集市区话务量高密集市区 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（17dB）65定向天线定向天线 （三扇区）、或（三扇区）、或17dB90定向天线定向天线(双扇区，如下图双扇区，如下图)。 （二）（二） 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可选高增益全向天线 HT