天线基本知识及天线选型

1、天线基本知识及天线选型天线基本知识及天线选型学习目标学习目标 学习完此课程，您将会： 了解半波振子天线 了解增益、方向图、下倾角、电压驻波比等天线的电气性能参数 了解天线尺寸、天线抱杆等天线的机械性能参数 了解天线的选型课程内容课程内容 天线简介 基站天馈系统的结构 天线电气性能参数及选型 天线机械参数及选型 室内分布系统天线及选型什么是天线 简单的说，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。 把从导线上传来的电信号转换为无线电波发射到空间，并能从空间收集无线电波产生电信号的辐射体。天线天线无线网络规划优化中，天线的选择非常重要。选择合理的天线不仅可以提高网络的覆盖质量和容量，还可以大大缩短网络

2、规划和优化的时间，节省人力物力本课程用于指导选用合适的天线；也可用在网络优化阶段，作为优化的一种手段，判断是否需要更换天线。 课程内容课程内容 简介 基站天馈系统结构 天线电气性能参数介绍及选型 天线机械参数介绍及选型 室内分布系统的天线选型 美化天线介绍基站天馈系统结构基站天馈系统结构天线1/2 跳线7/8主馈线 1/2 跳线机柜避雷器BTS设备基站天馈系统结构基站天馈系统结构课程内容课程内容 简介 基站天馈系统结构 天线电气性能参数及选型 天线机械参数及选型 室内分布系统的天线选型 美化天线介绍B B l la a h h b lahb l a hb la h天线电气性能参数天线电气性能参

3、数半波振子工作频段电压驻波比极化方式增益方向图波束宽度下倾角方位角前后比输入阻抗波瓣抑制和零点填充天线口隔离天线原理天线原理振子振子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。通常将能够产生显著辐射的直导线称为振子。振子的角度与电磁波辐射能力的关系振子交变电流振子Wavelength1/2 Wavelength1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipole 1900MHz ：166mm 800MHz ：375mm 对称振子对称振子：两

4、臂长度相等的振子叫做对称振子。半波对称振子半波对称振子：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。 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地、单独立地使用，也可采用多个半波对称振子组成天线阵列。 天线基础半波振子天线基础半波振子(Dipoles)1个 dipole 发射功率：1mW多个 dipole组阵发射功率：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd半波振子半波振子 (Dipoles)天线增益天线增益 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信号的功率密度之比。 它定量地描述一个天线把

5、输入功率集中辐射的程度。天线增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线只是无源传输器件，不能放大能量！天线只是无源传输器件，不能放大能量！注意注意理想半波振子理想半波振子理想点源（无损耗均匀辐射）理想点源（无损耗均匀辐射）eg: 0dBd = 2.15dBi2.15dB 增益增益 常用单位：dBd 和 dBi dBi：表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值。 dBd: 表示天线在最大辐射方向场强相对于半波振子的参考值 两者有一个固定的差值：dBi=dBd+2.15全向辐射器理想的辐射单元dBm dB dBd dBi dBw1、dBm：分贝毫瓦，用于表示功

6、率绝对的大小W10lg(W*1000mw/1mw) dBm转换公式：lg2=0.3lg4=0.6lg8=0.9dBm能很容易表示一个很大的数能很容易表示一个很大的数1W 103mW 30dBm10W 104mW 40dBm100W 105mW 50dBm1000W 106mW 60dBm10nW 10(n+3)mW (30+10*n)dBm=10*(n+3)dBmW10lg(W*1000mw/1mw) =10lgW*103=10(lgW+lg103)=10(lgW+3)=10*lgW+30dBm dB dBd dBi dBwdBm能很容易表示一个很小的数能很容易表示一个很小的数1W 103mW

7、 30dBm0.1W 100mW 20dBm0.01W 10mW 10dBm0.001W 1mW 0dBm0.0001W 0.1mW (-10)dBm0.00001W 0.01mW (-20)dBm 10(-n)mW -10*n dBm结论：结论：10(m) mW=10*m dBmdBm dB dBd dBi dBw功率侧加倍，dBm侧加3dBm10lgB/A (dB)10lg(2/1)= 3dBm公式：dBm与W之间的对应关系1W 30dBm2W 33dBm4W 36dBm8W 39dBm2、dB 分贝 相对单位BA3、dBd dBi 天线增益单位结论：结论：dBm能与能与dB、dBi、dB

8、d直接相加减，结果为直接相加减，结果为dBm，dBm之间不能直接相加减之间不能直接相加减 dBi=dBd+2.15功率侧减1倍，dBm侧减3dBm10dBm+10dB=20dBm10dBm+10dBm=13dBm2倍放大器24dBm = 0.25W 21dBm = 0.125W 工作频段工作频段(Frequency Range)n 天线的工作频段必须与所设计系统的频段相对应，从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。n 中国电信800MHz的CDMA占用的带宽： 反向链路带宽：825MHz835MHz； 前向链路带宽：870MHz880MHz输入阻抗输入阻抗(Imped

9、ance)50Cable 50 ohmsAntenna 50 ohms输入阻抗(Impedance)匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗50。天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波

10、，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。了解9.5 W80 ohms50 ohmsForward: 10WBackward: 0.5W回波损耗回波损耗Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB驻波比VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)回波损耗(Return Loss)电压驻波比:微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配否则就会有反射波产生，流向信号源由反射波和入射波合成而产生的称为驻波电压驻波比：驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为电压驻波比电压驻波比：驻

11、波信号振幅的最大值与最小值之比称为电压驻波比VSWR电压驻波比的值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。 在移动通信系统中，一般要求电压驻波比小于一般要求电压驻波比小于1.5，但工程应用中应小于，但工程应用中应小于1.3。过大的电压驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。电压驻波比(VSWR)无线电波的极化：无线电波在空间传播时，其周围形成的场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方向。VerticalHorizontal+ 45degree slant- 45degree slan

12、t天线极化天线极化 (Polarization)单极化单极化V/H (Vertical/Horizontal)Slant (+/- 45)极化方式极化方式 (Polarization)双极化双极化极化方式极化方式 (Polarization)单极化天线多采用垂直极化单极化天线多采用垂直极化双极化天线多采用双极化天线多采用 4545 双极化双极化天线极化方式的选取原则天线极化方式的选取原则通常情况下，如果没有特殊要求，通常情况下，如果没有特殊要求，建议全部选用双建议全部选用双极化天线极化天线，对施工和后续的调整都比较有利。，对施工和后续的调整都比较有利。在郊区和农村在郊区和农村，基站数目较少，每

13、个基站覆盖半径，基站数目较少，每个基站覆盖半径较大，采用空间分集对接收效果略有改善，可以采较大，采用空间分集对接收效果略有改善，可以采用用空间分集的单极化天线空间分集的单极化天线。在城区在城区，基站数目较多，每个基站的覆盖半径较小，基站数目较多，每个基站的覆盖半径较小，考虑到安装方便，加上城区基站调整可能性比较大，考虑到安装方便，加上城区基站调整可能性比较大，为了保证分集效果，为了保证分集效果，建议采用双极化天线建议采用双极化天线。天线分集方式天线分集方式空间分集（两个以上的天线收发信号） 当两个接收天线间隔一定距离，就可接收到具有不同衰落包络的同一个信号，这两个信号的相关系数小于0.7 ，就

14、可满足分集接收要求。空间分集对天线安装提出了要求：D10 h/D11h是天线高度，D是天线间隔， 是电磁波的波长空间分集天线仅采用在水平方向的间隔。极化分集（水平极化和垂直极化各自收发信号）每个载频的每个扇区使用一个45双极化天线就可以完成分集接收，两个相互垂直的45极化是正交极化，有较好的分集接收能力。 常用的天线分集方式主要有 空间分集、极化分集、时间分集 、 频率分集等多种方式 。方向图（方向图（Pattern） 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 但实际中的天线辐射图都比较复杂，称之为天线方向图。方向图可用来说明方

15、向图可用来说明天线在空间各个方向上所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。定向天线波束宽度（Beamwidth）n 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，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。波瓣宽度：波瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 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 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 （ 还有一种是辐射强度减低10dB 的天线）n 分为水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度65 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB

16、3dB Beamwidth水平波瓣水平波瓣3dB宽度宽度定向天线：定向天线：6565/90/90/105/105/120 /120 全向天线：全向天线：360360从上往下看方向图从上往下看方向图垂直波瓣垂直波瓣3dB宽度宽度定向天线定向天线全向天线全向天线从前往后看方向图从前往后看方向图水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度天线辐射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。全向天线的水平波瓣宽度为360，定向天线的水平波瓣宽度有25 、65、90、105、120、180等，常用65、90；天线的垂直波瓣宽度一般在380之间，基站采用较多的是518的

17、天线。天线的增益、水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度密切相关，一般来说，天线的波瓣宽度越小，其增益越大，在确定这三个参数时，需一起考虑方向图中主瓣越窄，副瓣越小，增益越高水平和垂直波瓣宽度的选取原则水平和垂直波瓣宽度的选取原则对不同传播环境、不同地形地貌，天线的水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度一般可遵循下面的原则选取：n对对基站数目较多、覆盖半径基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域较小、话务分布较大的区域，水平波瓣宽度水平波瓣宽度应选得小一点应选得小一点。n对覆盖半径较大对覆盖半径较大，话务分布，话务分布较少的区域，水平波瓣宽度较少的区域，水平波瓣宽度应应选得大一些选得大一些。水平波瓣宽度水平波瓣

18、宽度n对对地形平坦，建筑物稀疏，地形平坦，建筑物稀疏，平均高度较低的区域，平均高度较低的区域，垂直垂直波瓣宽度波瓣宽度可选得小一点可选得小一点。n对地形复杂、落差大的区域，对地形复杂、落差大的区域，垂直波瓣宽度垂直波瓣宽度可选得大一些可选得大一些。垂直波瓣宽度垂直波瓣宽度水平和垂直波瓣宽度的选择建议水平和垂直波瓣宽度的选择建议1 城区 S111基站：一般选用水平波瓣宽度为65，垂直波瓣宽度为710的天线，天线增益在1518dBi之间 S110或定向单扇区基站：可以选用水平波瓣宽度为65、90甚至更宽的天线，根据覆盖需求选用；垂直波瓣及增益选择同S111站型 全向基站：选用增益较小、带电子下倾的

19、天线水平和垂直波瓣宽度的选择建议水平和垂直波瓣宽度的选择建议2 郊区和农村 定向基站：选用水平波瓣宽度为90，垂直波瓣宽度为57的天线，天线的增益在1518dBi之间。 全向基站：选用垂直波瓣宽度为57，增益在912dBi之间的天线。水平和垂直波瓣宽度的选择建议水平和垂直波瓣宽度的选择建议3 水面（大的湖泊、海面等）、戈壁滩、沙漠 定向基站：如果要求覆盖的区域比较开阔，考虑选用水平波瓣宽度为90或105，垂直波瓣宽度为57的天线，天线增益在1418dBi之间；如果要求覆盖距离比较远但宽度不太大（如狭长湖面，地形影响等），可考虑采用65等窄波束天线。 全向基站：选用垂直波瓣宽度为57，增益在91

20、2dBi之间的天线。水平和垂直波瓣宽度的选择建议水平和垂直波瓣宽度的选择建议4 公路、铁路等狭长地带：取决于需覆盖区域的距离和形状 如果路线较直，可以选用水平波瓣宽度为2030，垂直波瓣宽度为57的高增益天线。 如果路线弯曲幅度较大，根据具体情况可选用水平波瓣宽度为65、90甚至更大,垂直波瓣宽度为57的天线。单扇区功分定向道路或河流道路或河流双扇区定向或单扇区功分定向道路或河流全向扇区水平和垂直波瓣宽度的选择建议水平和垂直波瓣宽度的选择建议5 地形复杂、落差较大的区域，分为两种情况 天线架高高于覆盖区：可根据具体情况选垂直波瓣宽度为1018的天线。 天线的架设高度低于需要覆盖的区域，根据具体

21、情况选1830大垂直波瓣宽度的天线。下倾角（下倾角（Down Tilt） 机械下倾 固定电子下倾 可调电子下倾方位角：天线从正北方向，顺时针方位角：天线从正北方向，顺时针旋转的角度旋转的角度天线下倾方式天线下倾方式机械下倾天线只在架设时倾斜天线，价格较便宜，多用于下倾角度小于10的环境。电子下倾天线价格较贵，其下倾角度范围较大（可大于10），下倾角度较大时天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾。对于要求下倾角比较大的情况，多采用小角度的固定电下倾天线加上机械下倾方案。下倾角通过坡度仪来测量电子下倾电子下倾固定电子下倾固定电子下倾可调电子下倾可调电子下倾天线下倾方式天线下倾方式机械下倾机械下

22、倾不下倾电调下倾机械下倾下倾角（Down Tilt）下倾角（Down Tilt）天线下倾方式选取天线下倾方式选取 以下几种环境可以采用电子下倾天线： 覆盖范围特别小的城区站点，所需下倾角很大，可采用电子下倾天线减少对相邻小区的干扰。 城区较高站点，为减少对相邻小区的干扰，选择带大角度电子下倾或可调电子下倾天线。 相对周围比较高的站点（如山顶站点、江边站点等），为控制覆盖范围，可以选用电子下倾天线。 很高的全向站，应根据不同情况选择带电子下倾的天线 主瓣最大值与后瓣最大值之比F/B = 10 log(F/B = 10 log(前向功率前向功率/ /后向功率）后向功率） typically ： 2

23、5dB 后向功率后向功率前向功率前向功率前后比（前后比（Front to Back Ratio）了解上旁瓣抑制与零点填充上旁瓣抑制与零点填充了解上旁瓣抑制与零点填充上旁瓣抑制与零点填充了解 天线主瓣上面的旁瓣不仅浪费了天线辐射的能量，而且会对相邻小区形成干扰，这些旁瓣应该尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。 天线主瓣下面的旁瓣需要对周围区域形成有效覆盖，需要对零点进行填充。 主瓣上面的第一旁瓣电平应小于18dB 主瓣下面的第一零点电平应大于20dB上旁瓣抑制和零点填充上旁瓣抑制和零点填充- -4 40 0- -3 35 5- -3 30 0- -2 25 5- -2 20 0- -1 15 5-

24、-1 10 0- -5 50 03 31 10 03 32 20 03 33 30 03 34 40 03 35 50 00 01 10 02 20 03 30 04 40 0第一上旁瓣第一下零点了解功率容量（功率容量（Permitted Power）一般天线功率容量范围一般天线功率容量范围25-1500W25-1500W基站天线功率容量范围应大于基站天线功率容量范围应大于200W200WIMD2 43dBmf1, f2, 2f1-f2, 2f2-f1 830MHz,835MHz,840MHz,845MHz三阶互调三阶互调天线的三阶互调应该低于天线的三阶互调应该低于-150dBc2-150dB

25、c2 43dBm43dBm了解1000mW ( 1W)1mW10log(1000mW/1mW) = 30dB天线口隔离度（天线口隔离度（Isolation）理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为1W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 1mW，则隔离度为30dB。了解课程内容课程内容 简介 基站天馈结构 天线电性能参数介绍及选型 天线机械参数介绍及选型 室内分布系统的天线选型 美化天线介绍了解了解机械参数天线尺寸天线罩材料工作与存储温度 结构参数天线抱杆防雷机械参数

26、机械参数影响运输、施工影响运输、施工长：与垂直波瓣、增益、波长有关长：与垂直波瓣、增益、波长有关宽：与水平波瓣、波长有关宽：与水平波瓣、波长有关厚：与所采用的天线技术有关厚：与所采用的天线技术有关重量重量(Weight)(Weight)尺寸尺寸(Dimen(Dimensions)sions)机械参数机械参数Operating Temperature RangeOperating Temperature Range：典型值：典型值：-40-40C +70C +70CCStorage Temperature Range Storage Temperature Range ：典型值：典型值：-40-

27、40C +70C +70CCPVC, ABS, fiberglassPVC, ABS, fiberglass等等防晒、防冻，防盐雾，阻燃，抗老化等防晒、防冻，防盐雾，阻燃，抗老化等天线罩天线罩材料材料工作与工作与存储温存储温度度机械参数结构参数机械参数结构参数天线天线抗风抗风迎风迎风面积面积接头接头型式型式Eg: Eg: 216km/h216km/h越小越好越小越好7/16”DIN7/16”DIN，N N，SMA SMA femalefemalen7/16”DINnN型nSMA结构参数接头座型式结构参数接头座型式DINDIN接头优点接头优点: :改善互调产物改善互调产物, ,可比可比N N型插

28、头多承受型插头多承受4 4倍的功率倍的功率, ,一致且最优的电压驻波比性能。一致且最优的电压驻波比性能。螺栓夹具安装件1可调节天线臂安装件2电缆扎带螺栓夹具抱杆天线天线射频插座射频电缆插头（连接处作防水处理）机械参数天线抱杆机械参数天线抱杆机械参数防雷机械参数防雷DC Ground天线电性能指标示例天线电性能指标示例全向天线全向天线天线机械性能指标示例天线机械性能指标示例全向天线全向天线2m2m天线天线 电气性能指标示例电气性能指标示例定向天线定向天线天线机械性能指标示例天线机械性能指标示例定向天线定向天线常见天线供应商常见天线供应商nKATHREINKATHREINnDECIBELDECIB

29、ELnANDREWANDREWn维先通维先通n山水盛路山水盛路n摩比天线摩比天线课程内容课程内容 简介 基站天馈结构 天线电性能参数介绍及选型 天线机械参数介绍及选型 室内分布系统的天线选型既要满足所要求的既要满足所要求的室内覆盖室内覆盖效果，又要尽量减少效果，又要尽量减少对室外的覆盖，对室外的覆盖，避免造成干扰避免造成干扰。室内分布系统的天线选用原则室内分布系统的天线选用原则天线要求美观，形状、颜色、尺寸和室内的环境天线要求美观，形状、颜色、尺寸和室内的环境要和谐。要和谐。室内分布系统天线室内分布系统天线吸顶天线吸顶天线吸顶天线是一种全向天线，主要安装在房间、大厅、走廊等场所的天花板上，其增

30、益一般都在25dBi之间，水平波瓣宽度为360 ，垂直波瓣宽度65 左右。吸顶天线增益小，外形美观，安装在天花板上，室内场强分布比较均匀，在室内天线选择时应优先采用。吸顶天线应尽量安装在室内正中间的天花板上，避免安装在窗户、大门等信号比较容易泄漏到室外的开口旁边。室内分布系统天线室内分布系统天线壁挂式天线壁挂式天线壁挂板状天线是一种定向天线，主要安装在房间、大厅、走廊等场所的墙壁上；壁挂天线的增益一般在610dBi之间，水平波瓣宽度有65 、45 等多种，垂直波瓣宽度在70 左右。多用在一些比较狭长的室内空间，天线安装时前方较近区域不能有物体遮挡，且不要正对窗户、大门等信号比较容易泄漏到室外的

31、开口。室内分布系统天线室内分布系统天线八木天线八木天线具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信。八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 12 单元的八木定向天线，其增益可达 1015 dBi。室内分布系统天线室内分布系统天线泄漏电缆泄漏电缆泄漏电缆也可以看成是一种天线，通过在电缆外导体上的一系列开口把信号沿电缆纵向均匀地发射和接收，适用于隧道、地铁等环境。室内分布系统天线室内分布系统天线其它天线其它天线其它的一些室内天线包括小增益的螺旋、杆状天线等，增益一般都在2、3dBi左右；这些天线由于安装后外观不是很好看，用的较少。课程内容课程内容 简

32、介 基站天馈结构 天线电性能参数介绍及选型 天线机械参数介绍及选型 室内分布系统的天线选型 美化天线介绍美化天线介绍美化天线介绍美化天线介绍-概述概述 为了提供更高质量的网络服务，运营商提出了全覆盖、无缝覆盖的概念，不断加大网络建设的投入。但无线基站、天线增多的同时也带来了一些负面问题。 城市环境景观要求高城市环境景观要求高 市区建筑物顶部天线林立市区建筑物顶部天线林立 影响影响“生态生态城市城市”建设建设人们环保意识加强人们环保意识加强 天线裸露天线裸露 易产生抵触情绪易产生抵触情绪 加大加大网络建设难度网络建设难度天线长时间裸露天线长时间裸露 气候变化直接作用于天线体气候变化直接作用于天线体 影响天线寿影响天线寿限限 长时间使用影响通信质量长时间使用影响通信质量美化天线介绍美化天线介绍概述概述眼不见为净眼不见为净u所谓所谓“美化天线美化天线”，也