移动基站天线有关概念课件

移动基站天线有关概念2003年04月移动基站天线有关概念11、无线电波的基本知识2、超短波的传播3、天线辐射电磁波的基本原理4、典型的移动基站天线技术指标综述

5、电磁波安全标准6、基站天馈系统移动基站天线有关概念课件2１无线电波的基本知识１．１无线电波什么叫无线电波？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，同时这两者又都垂直于传播方向。１无线电波的基本知识１．１无线电波3

无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于１。无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。4电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场5

可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ为频率，单位为赫芝；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数ε约为2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44，λε≈λ/1.44。波长无线电波的波长、频率和传播速度的关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。波长无线电波的波长、频6１.２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，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，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。１.２无线电波的极化无线电波在7甚麽是天线?把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...收集无线电波并产生电信号甚麽是天线?把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…8垂直极化水平极化+45度倾斜的极化1.3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-45度倾斜的极化垂直极化水平极化+45度倾斜的极化1.3天线的极化9两个天线为一个整体V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)传输两个独立的波双极化天线两个天线为一个整体V/H(垂直/水平)倾斜(102超短波的传播

无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超短波段，其高端属于微波。2.1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“照明区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。2超短波的传播无线电波的波长不同，传播特点也11

直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知AB＝3.57(√HT+√HR)(公里)

由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为AB＝4.12(√HT+√HR)(公里)BARTRRO'接收天线高HR发射天线高HT直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地122.2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直射波，还有反射波，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。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。2.2电波的多径传播电波除了直接传播外，遇13

多径传播与反射多径传播与反射14

用分集接收改善信号电平用分集接收改善信号电平152.３电波的绕射传播

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，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受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，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为１０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物１００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２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００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传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。2.３电波的绕射传播电波在传播途径上遇到障碍163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，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ｌ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。

3天线辐射电磁波的基本原理导线载有交变电流时17

天线可视为一个四端网络天线可视为一个四端网络18

同轴线变化为天线同轴线变化为天线19

两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。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波长一个1/2波长的对称振子

在

800MHz约200mm长

400MHz约400mm长1/4波长1/4波长1/2波长振子3.1对称振子波长两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之20

半波振子上的场分布半波振子上的场分布213.2天线的输入阻抗

天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应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，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.1＋ｊ42.5）欧姆。当把振子长度缩短３％～５％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧（标称75欧）。3.2天线的输入阻抗天线和馈线的连接端，即馈223.3天线的方向性

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.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。

3.3天线的方向性天线的方向性是指23天线方向图天线方向图天线方向图天线方向图243.4天线的工作频率范围(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。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。3.4天线的工作频率范围(带宽)无论是发射天线25在820MHz1/2波长为~180mm,在890MHz为~170mm175mm对~850MHz将是最佳的该天线的频带宽度=890-820=70MHz

当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在850MHz1/2波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHz

在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。在820MHz1/2波长为~180mm,在8926顶视侧视3.5天线的功能:控制辐射能量的去向

在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的

一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图顶视侧视3.5天线的功能:控制辐射能量的去向27在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个对称台振子假设在接收机中有1mW功率在阵中有4个对称振子

在接收机中就有4mW功率

更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”

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，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个28

在我们的“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。这里,“扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线”

将在接收机中有8mW功率

“全向阵”

例如在接收机中为4mW功率(顶视)天线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在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把29一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射

一个各向同性isotropic的辐射器在所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=5.17dBi3.6dBd和dBi的区别2.17dB对称振子的增益为2.17dB一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射

一个303.7前后比

方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，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。前向功率后向功率以dB表示的前后比=10log

典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)3.7前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为313.8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。3.8波束宽度方位即水平面方向图120°(eg)峰值32

一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故3.9天线增益与方向图的关系一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天33

一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示

反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故3.9天线增益与方向图的关系

天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线34方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制35

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36

9dBd全向天线9dBd全向天线37

板状天线增益与水平波瓣宽度90180360半功率波瓣宽度半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图板状天线增益与水平波瓣宽度90180360383.10天线波束的下倾

为使波束指向朝向地面无下倾电下倾机械下倾3.10天线波束的下倾为使波束指向朝向地面无39天线波束下倾的演示天线波束下倾的演示40用于

控制覆盖减小交调两种方法:-机械的电的波束下倾波束下倾41电下倾的产生无下倾时在馈电网络中路径长度相等有下倾时在馈电网络中路径长度不相等电下倾的产生无下倾时有下倾时42电下倾情况下的波束覆盖无下倾电下倾电下倾情况下的波束覆盖无下倾电下倾43机械下倾情况下的波束覆盖无下倾机械下倾机械下倾情况下的波束覆盖无下倾机械下倾44下倾方法的比较10°电下倾10°机械下倾6°电下倾+4°机械下倾下倾方法的比较10°电下倾10°机械下倾6°电下倾454典型的移动基站天线技术指标综述

频率范围 MHz 820-890频带宽度 MHz 70增益 dBi 15极化 垂直极化阻抗 50反射损耗 dB >18半功率(3dB)

方位 64°

俯仰 14°10分贝(10dB)波束宽度方位 120°俯仰 30°前后比 dB >30俯仰上旁瓣抑制 dB <-12俯仰下旁瓣抑制 dB <-14下倾角(可调) 2-10°4典型的移动基站天线技术指标综述频率范围 MHz 465电磁波安全标准

根据我国国家标准GB9175-88“环境电磁波卫生标准”，将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、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域。第二级标准为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、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300MHz~300GHz的微波，一级标准为：（10w/cm2），二级标准为：（40w/cm2），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。

5电磁波安全标准根据我国国家标准GB9175-47

假设天线的EIRP是10dBm=10mw=10000w按一级标准计算：允许的功率密度为10w/cm2，那么能满足要求的最小距离为：10000w/4d2=795.77/d2=10w/cm2d2=79.577(cm2)8.92cm即在距离天线下方9cm的地方可满足一级卫生标准。假设要求离天线20cm处为安全区，则最大EIRP为：4d2=43.14202=5024cm2EIRP=50240w50mw=17dBm这就是我们要求室内分布系统EIRP在10~15dBm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EIRP也不能超过23dBm。假设天线的EIRP是10dBm=10mw=1048

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2dBi，在PT=10dBm时，其一级安全距离为：11.3cm，若采用907dBi天线，在天线正前方最大功率处的一级安全距离为：20cm，载波数多时，功率增大，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1.3cm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磁安全问题不必多虑。欧洲、美国及我国标准的对比国家900MHz1800MHz欧洲（CENELEC）

F/200=450w/cm2

900w/cm2

美国（IEEE）

F/150=600w/cm2

1200w/cm2

中国

10w/cm2

10w/cm2

在实际设计中，要将天线增益及载波总数一起考虑496基站天馈系统8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走线架4接地装置3接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带1天线调节支架GSM/CDMA板状天线抱杆（50~114mm）2室外跳线9室内超柔馈线7馈线过线窗基站主设备基站天馈系统示意图6基站天馈系统8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走501天线调节支架用于调整天线的俯仰角度，范围为：0°~15°；2室外跳线用于天线与7/8〞主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2〞

馈线，长度一般为3米。3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。常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。4接地装置（7/8〞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。GSM/CDMA基站天馈系统1天线调节支架GSM/CDMA基站天馈系统5157/8〞馈线卡子用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1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）。常用的7/8〞卡子有两种；双联和三联。7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。6走线架用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。7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、鼠类及灰尘的进入。8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，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。

GSM/CDMA基站天馈系统57/8〞馈线卡子GSM/CDMA基站天馈系统529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，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。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7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。10尼龙黑扎带主要有两个作用：（1）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。（2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。11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。

GSM/CDMA基站天馈系统9室内超柔跳线GSM/CDMA基站天馈系统53基站天线的选型原则1关于三阶互调指标2基站天线的选型原则（建议）基站天线的选型原则541关于三阶互调指标1关于三阶互调指标55互调的定义互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。具有两个载波信号的互调失真频率实例频率A及B上的载波，产生如下互调信号：1阶：A，B2阶：（A+B），（A-B）3阶：（2A±B），（2B±A）4阶：（3A±B），（3B±A），（2A±2B）5阶：（4A±B），（4B±A），（3A±2B），（3B±2A）互调失真如何影响系统的性能？较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。而基站天线接收的信号通常功率较低。如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。互调的定义56GSM系统实例：三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz)2A-B=1870-960=910MHz2B-A=1920-935=985MHzA及B代表GSM发射频率2A-B进入GSM接收波段，带来问题。五阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内）3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内）互调失真如何影响系统的性能？在系统将互调信号视为真实的接收信号的情况下，将带来如下问题：信号丢失、虚假信道繁忙、语音质量下降、系统容量受限这意味着：销售利润减少虽然大部分移动用户可以容忍语音质量下降，但信号丢失及信道繁忙常常都会令用户不满。互调是如何产生的？构件材料因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的材料不纯电镀问题接触区域/电流密度触点压力GSM系统实例：57

根据基站覆盖类型大致分为：

（一）

话务量高密集市区（二）

县城及城镇地区（三）

乡镇地区（四）

在铁路或公路沿线及乡镇2基站天线选型原则(建议)根据基站覆盖类型大致分为：

58

根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：＝arcｔｇh/（r/2）（式中为波束倾角ｈ为天线高度，ｒ为站间距离）

（1）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出大约在10°～19°之间。采用内置电下倾9°的+45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线。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10°～19°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。（2）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，大约在6°～16°之间可选择+45°双极化，内置电下倾6°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可以保证主瓣在下倾的6°～16°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。（3）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，大约在3°～13°之间。可选择+45°双极化，内置电下倾3°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可保证主瓣在下倾的3°～13°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。（一）

话务量高密集市区根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公59

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（17dB）65°定向天线（三扇区）、或17dB90°定向天线(双扇区，如下图)。（二）

在县城及城镇地区话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很60

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。根据基站架设高度，可选择主波束下倾3°、5°、7°的全向天线。（三）

在乡镇地区话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，61（1）双扇区型，两个区180°划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90°最大增益为17~18dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下左图：（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，天线可采用全向天线变形的双向天线，它的双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益为14dBi。其方向图为下右图：（四）

在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线（1）双扇区型，两个区180°划分，可选择单极化。3dB波瓣62（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地区，采用全向站的配置，天线采用210°、13dBi的弱定向天线兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：（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63移动基站天线有关概念2003年04月移动基站天线有关概念641、无线电波的基本知识2、超短波的传播3、天线辐射电磁波的基本原理4、典型的移动基站天线技术指标综述

5、电磁波安全标准6、基站天馈系统移动基站天线有关概念课件65１无线电波的基本知识１．１无线电波什么叫无线电波？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，同时这两者又都垂直于传播方向。１无线电波的基本知识１．１无线电波66

无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于１。无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。67电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场68

可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ为频率，单位为赫芝；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数ε约为2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44，λε≈λ/1.44。波长无线电波的波长、频率和传播速度的关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。波长无线电波的波长、频69１.２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，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，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。１.２无线电波的极化无线电波在70甚麽是天线?把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...收集无线电波并产生电信号甚麽是天线?把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…71垂直极化水平极化+45度倾斜的极化1.3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-45度倾斜的极化垂直极化水平极化+45度倾斜的极化1.3天线的极化72两个天线为一个整体V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)传输两个独立的波双极化天线两个天线为一个整体V/H(垂直/水平)倾斜(732超短波的传播

无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超短波段，其高端属于微波。2.1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“照明区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。2超短波的传播无线电波的波长不同，传播特点也74

直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知AB＝3.57(√HT+√HR)(公里)

由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为AB＝4.12(√HT+√HR)(公里)BARTRRO'接收天线高HR发射天线高HT直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地752.2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直射波，还有反射波，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。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。2.2电波的多径传播电波除了直接传播外，遇76

多径传播与反射多径传播与反射77

用分集接收改善信号电平用分集接收改善信号电平782.３电波的绕射传播

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，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受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，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为１０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物１００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２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００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传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。2.３电波的绕射传播电波在传播途径上遇到障碍793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，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ｌ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。

3天线辐射电磁波的基本原理导线载有交变电流时80

天线可视为一个四端网络天线可视为一个四端网络81

同轴线变化为天线同轴线变化为天线82

两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。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波长一个1/2波长的对称振子

在

800MHz约200mm长

400MHz约400mm长1/4波长1/4波长1/2波长振子3.1对称振子波长两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之83

半波振子上的场分布半波振子上的场分布843.2天线的输入阻抗

天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应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，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.1＋ｊ42.5）欧姆。当把振子长度缩短３％～５％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧（标称75欧）。3.2天线的输入阻抗天线和馈线的连接端，即馈853.3天线的方向性

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.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。

3.3天线的方向性天线的方向性是指86天线方向图天线方向图天线方向图天线方向图873.4天线的工作频率范围(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。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。3.4天线的工作频率范围(带宽)无论是发射天线88在820MHz1/2波长为~180mm,在890MHz为~170mm175mm对~850MHz将是最佳的该天线的频带宽度=890-820=70MHz

当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在850MHz1/2波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHz

在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。在820MHz1/2波长为~180mm,在8989顶视侧视3.5天线的功能:控制辐射能量的去向

在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的

一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图顶视侧视3.5天线的功能:控制辐射能量的去向90在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个对称台振子假设在接收机中有1mW功率在阵中有4个对称振子

在接收机中就有4mW功率

更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”

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，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个91

在我们的“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。这里,“扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线”

将在接收机中有8mW功率

“全向阵”

例如在接收机中为4mW功率(顶视)天线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在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把92一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射

一个各向同性isotropic的辐射器在所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=5.17dBi3.6dBd和dBi的区别2.17dB对称振子的增益为2.17dB一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射

一个933.7前后比

方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，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。前向功率后向功率以dB表示的前后比=10log

典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)3.7前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为943.8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。3.8波束宽度方位即水平面方向图120°(eg)峰值95

一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故3.9天线增益与方向图的关系一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天96

一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示

反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故3.9天线增益与方向图的关系

天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线97方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制98

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99

9dBd全向天线9dBd全向天线100

板状天线增益与水平波瓣宽度90180360半功率波瓣宽度半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图板状天线增益与水平波瓣宽度901803601013.10天线波束的下倾

为使波束指向朝向地面无下倾电下倾机械下倾3.10天线波束的下倾为使波束指向朝向地面无102天线波束下倾的演示天线波束下倾的演示103用于

控制覆盖减小交调两种方法:-机械的电的波束下倾波束下倾104电下倾的产生无下倾时在馈电网络中路径长度相等有下倾时在馈电网络中路径长度不相等电下倾的产生无下倾时有下倾时105电下倾情况下的波束覆盖无下倾电下倾电下倾情况下的波束覆盖无下倾电下倾106机械下倾情况下的波束覆盖无下倾机械下倾机械下倾情况下的波束覆盖无下倾机械下倾107下倾方法的比较10°电下倾10°机械下倾6°电下倾+4°机械下倾下倾方法的比较10°电下倾10°机械下倾6°电下倾1084典型的移动基站天线技术指标综述

频率范围 MHz 820-890频带宽度 MHz 70增益 dBi 15极化 垂直极化阻抗 50反射损耗 dB >18半功率(3dB)

方位 64°

俯仰 14°10分贝(10dB)波束宽度方位 120°俯仰 30°前后比 dB >30俯仰上旁瓣抑制 dB <-12俯仰下旁瓣抑制 dB <-14下倾角(可调) 2-10°4典型的移动基站天线技术指标综述频率范围 MHz 1095电磁波安全标准

根据我国国家标准GB9175-88“环境电磁波卫生标准”，将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、工作、生活的一切人群，均不会受到任何有害影响的区域。第二级标准为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、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300MHz~300GHz的微波，一级标准为：（10w/cm2），二级标准为：（40w/cm2），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。

5电磁波安全标准根据我国国家标准GB9175-110

假设天线的EIRP是10dBm=10mw=10000w按一级标准计算：允许的功率密度为10w/cm2，那么能满足要求的最小距离为：10000w/4d2=795.77/d2=10w/cm2d2=79.577(cm2)8.92cm即在距离天线下方9cm的地方可满足一级卫生标准。假设要求离天线20cm处为安全区，则最大EIRP为：4d2=43.14202=5024cm2EIRP=50240w50mw=17dBm这就是我们要求室内分布系统EIRP在10~15dBm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EIRP也不能超过23dBm。假设天线的EIRP是10dBm=10mw=10111

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2dBi，在PT=10dBm时，其一级安全距离为：11.3cm，若采用907dBi天线，在天线正前方最大功率处的一级安全距离为：20cm，载波数多时，功率增大，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1.3cm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磁安全问题不必多虑。欧洲、美国及我国标准的对比国家900MHz1800MHz欧洲（CENELEC）

F/200=450w/cm2

900w/cm2

美国（IEEE）

F/150=600w/cm2

1200w/cm2

中国

10w/cm2

10w/cm2

在实际设计中，要将天线增益及载波总数一起考虑1126基站天馈系统8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走线架4接地装置3接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带1天线调节支架GSM/CDMA板状天线抱杆（50~114mm）2室外跳线9室内超柔馈线7馈线过线窗基站主设备基站天馈系统示意图6基站天馈系统8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走1131天线调节支架用于调整天线的俯仰角度，范围为：0°~15°；2室外跳线用于天线与7/8〞主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2〞

馈线，长度一般为3米。3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。常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。4接地装置（7/8〞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。GSM/CDMA基站天馈系统1天线调节支架GSM/CDMA基站天馈系统11457/8〞馈线卡子用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1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）。常用的7/8〞卡子有两种；双联和三联。7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。6走线架用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。7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、鼠类及灰尘的进入。8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，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。

GSM/CDMA基站天馈系统57/8〞馈线卡子GSM/CDMA基站天馈系统1159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，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。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7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。10尼龙黑扎带主要有两个作用：（1）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。（2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。11尼龙白扎带用