无线通信基础

2023/1/161无线技术基础本部分重点:

熟悉并掌握无线电波的基本知识

熟悉并掌握天线的基本知识第一部分基本概念基本概念电磁波的概念电磁波的传播

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。基本概念电磁波的概念电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效地传递能量和动量。基本概念电磁波的概念无线电波的极化

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。

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。无线电波在传播时电波会减弱

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。基本概念电磁波的概念传输介质传输介质（通信介质）：计算机用以收发电子/光子信号的物理路径。分类如下：引导性介质（线缆介质）电磁波沿着一个固态介质传播。例如：金属导体、玻璃。非引导性介质（无线介质）提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。例如：大气层、外层空间。无线传输的电磁频谱无线频谱的分配频率统一分配（FCC/ITU_R/各个国家）根据信息类型分配频谱（AM/FM无线电台、TV、蜂窝电话…）工业科学医学频段（ISM）可自由使用但限制功率专用于非许可的商业用途救护车、出租车、无线遥控玩具、无线电家用设备等工业科学医学频段全向传播与定向传播全向传播（Omnidirectional）信号沿所有方向传播可被所有的天线接收发射设备和接收设备不必在物理上对准定向传播（directional）天线把所有的能量集中于一小束电磁波无线电波的传播方式基本概念电磁波的概念直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，就发生绕射。散射当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍物数目非常巨大时，就会发生散射。反射（reflection）反射：当信号遇到表面大于信号波长的障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙面）导致信号的相位发生漂移衍射（Diffraction）衍射：当信号遇到大于波长的不可穿透物的边缘（如无线电波中途遇到的尖锐不规则的边缘物），即使没有来自发送器的视线信号，也可接收到信号。散射（Scattering）散射：当信号遇到波长更小的物体（树叶、街牌、灯柱）就发散成几个弱的出境信号散射（Scattering）散射还与障碍物表面的粗糙度有关。表面越粗糙，越容易引起散射。例如，在户外，树木和路标都会导致移动电话信号的散射。在室内，椅子、书籍和计算机都会导致无线Lan信号的散射。反射、衍射和散射衰落特性基本概念电磁波的概念衰落一般分为快衰落与慢衰落两种慢衰落慢衰落是由接收点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，若MS在没有任何障碍物的环境下移动，则某点信号电平与该点和发射机的距离有关。快衰落快衰落是叠加在慢衰落的信号上的，这个衰落的速度很快，每秒钟可达到几十次，除与地形地物有关，还与MS的速度和信号的波长有关，并且幅度可达几十个dB，信号的变化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。信号强度慢衰落快衰落移动台路径

对于移动通信的电波传播,其衰落特性由下列已知公式及图示表征

---自由空间的传播衰耗：

Lbs＝32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz)(5)

---准平滑地形市区路径传播衰耗中值：

Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)(6)

Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)为相应的修正因子，其中An(f,d)为基本衰耗中值，Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，Hm(hm,f)为移动天线高度增益因子。衰落特性基本概念电磁波的概念基本概念电磁波的概念准平滑地形高区路径传播衰耗中值基本概念电磁波的概念

移动台天线高度增益因子基本概念电磁波的概念

基站天线高度增益因子

该关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示，其中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基本概念电磁波的概念超短波的传播基本概念电磁波的概念

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。

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。超短波和微波的视距传播(续上）基本概念电磁波的概念

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电波的多径传播基本概念电磁波的概念

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。电波的多径传播基本概念电磁波的概念电波的绕射传播基本概念电磁波的概念

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。用分集接收改善信号电平基本概念电磁波的概念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天线的概念基本概念天线的概念天线的作用就是将传输线中的高频电磁能转化为自由空间的电磁波，或反之将自由空间的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。了解天线的相关性能，必须掌握自由空间中的电磁波相关知识及高频传输的相关知识。天线的作用基本概念天线的概念垂直极化水平极化+45度倾斜的极化-45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的极化基本概念天线的概念V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)双极化天线基本概念天线的概念

传输两个独立的波，两个天线为一个整体。

如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。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；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆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，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。圆极化波基本概念天线的概念

当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。

极化损失基本概念天线的概念

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。

1000mW(即1W)1mW在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB（极化）隔离基本概念天线的概念

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。天线辐射电磁波的原理基本概念天线的原理

天线可视为一个四端网络基本概念天线的原理基本概念天线的原理同轴线变化为天线

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。波长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波长振子对称振子基本概念天线的概念基本概念天线的原理半波振子上的场分布

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）。而全长约为一个波长，且折合弯成Ｕ形管形状由中间对称馈电的折合半波振子，可看成是两个基本半波振子的并联，而输入阻抗为基本半波振子输入阻抗的四倍，即292欧（标称300欧）。天线的输入阻抗基本概念天线的概念

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。

天线的方向性基本概念天线的概念

天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂直波束宽度。

天线辐射的方向图基本概念天线的概念60°

(eg)峰值

-3dB点

-3dB点3dB波束宽度水平面方向图峰值-3dB点-3dB点15°(eg)垂直面方向图立体方向图天线辐射的方向图基本概念天线的概念（垂直面波束图）下旁瓣抑制上旁瓣抑制天线辐射的方向图基本概念天线的概念天线的方向图基本概念天线的概念

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。天线的工作频率范围（带宽）基本概念天线的概念在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，在天线工作频带内，天线性能下降不多，仍然是可以接受的。在850MHz1/2波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHz天线波长及频带与性能的关系基本概念天线的概念天线的驻波比基本概念天线的概念天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。驻波比的定义：

Umax—馈线上波腹电压；

Umin—馈线上波节电压。ZA天线B馈线AZiABZinTZcUmaxUUmin是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，驻波比差，到底有哪些坏处？在工程上可以接受的驻波比是多少？一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。

1、VSWR＞1，说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低了天线的辐射功率；

2、增大了馈线的损耗。7/8＂电缆损耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情况下测的；有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低了馈线向天线的输入功率；

3、在馈线输入端A，失配严重时，发射机T的输出功率达不到设计额定值。驻波比的产生基本概念天线的概念

经过计算，驻波比对天线反射功率、所增大的馈线损耗与完全匹配（VSWR=1）时相比，所减小的总辐射功率的关系如下：

⑴VSRW=3.0时，天线反射25%的功率（1.25dB），馈线新增损耗0.9dB，与完全匹配（VSRW=1）相比，功率多损失40%(2.15dB)；

⑵VSWR=1.5时，天线反射4%的功率（0.17dB），馈线新增损耗0.19dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失8%(0.36dB)；

⑶VSWR=1.4时，天线反射2.8%的功率（0.12dB），馈线新增损耗0.09dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失4.7%(0.21dB)；

⑷VSWR=1.3时，天线反射1.7%的功率（0.07dB），馈线新增损耗0.06dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失2.9%(0.13dB)。可见，VSWR=1.3与VSWR=1.5相比，功率损失仅减少了0.23dB，这在移动通信的衰落传播中，影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得多。驻波比的产生基本概念天线的概念顶视侧视在地平面上，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。天线的方向图基本概念天线的概念天线的增益基本概念天线的概念

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基本概念天线的概念对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”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集到一个方向上，反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。天线方向图基本概念天线的概念一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射一个各向同性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=5.17dBi2.17dB对称振子的增益为2.17dBdBd和dBi的区别基本概念天线的概念以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)

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。前向功率天线的前后比基本概念天线的概念反向功率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。波瓣宽度基本概念天线的概念下旁瓣上旁瓣方向图旁瓣显示基本概念天线的概念基本概念天线的概念全向天线增益与垂直波瓣宽度9dBd全向天线基本概念天线的概念各类天线(图示)基本概念天线的概念抛物面天线基本概念天线的概念0。、rFZD

由抛物反射面的几何关系可得反射面的方程为：在直角坐标中r2＝4F(F－Z)在极坐标中＝F/cos2(/2)式中F是焦距；D是直径；是焦点到反射面的距离；是与－Z轴的夹角。

反射面的半张角0与F/D的关系为：

抛物面天线的简单几何关系几种常用的反射面天线基本概念天线的概念馈源主反射面副反射面反射面馈源反射面馈源副反射面馈源主反射面按馈源的馈电位置可分为前馈和后馈，其中每一种又可分为正馈和偏馈。按反射面的设置还可分为单反射面天线和双反射面天线，双反射面天线由一次（主）反射面和二次（副）反射面组成。

反射面天线的增益和瓣宽与天线馈源的方向图形状有关，与它对反射面边缘的照射电平有关。如果馈源对反射面的照射是均匀的天线增益就高，但同时天线的旁瓣也高，抗干扰性能就差。通常情况下，馈源照射呈钟形分布。考虑增益和旁瓣要求，在反射面边缘的照射电平一般取-10～-12dB.

口面直径为D的抛物反射面天线的增益和主瓣宽度可用下列公式近似计算：

增益主瓣宽度抛物面天线的增益与瓣宽基本概念天线的概念抛物面天线的带宽基本概念天线的概念

它的工作带宽主要取决于馈源的工作带宽。极化方式也取决于馈源，当采用圆极化馈源时，对单反射面天线其极化旋向与馈源极化旋向相反，对双反射面天线其极化旋向与馈源极化旋向相同。对于单线极化应用，可采用与馈源极化方向一致的栅格反射面替代实体反射面。栅格的间距与工作频率和栅格导体直径有关。抛物面天线原形是建立在几何光学基础上的。通常反射面直径、至少要在6以上。例如在1GHz采用抛物面天线其直径至少就要1.8m。因此它主要适用于超短波高频段和微波频段。以天线口径为50cm，工作频率为11GHz的抛物面天线为例，其增益约为G32.2dB～33.3dB，半功率瓣宽0.53.8度在这种情况下，在10公里距离上架设的该种天线波束对准偏离目标方向1.9度，即偏开330米时，信号强度就将降低3dB.

由此也可看出，在工作频率为11GHz时，其收发天线的调整对准要比工作频率为1GHz时难得多。基本概念天线的概念相关天线增益与水平波瓣宽度

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：天线增益与方向图的关系基本概念天线的概念基本概念天线的概念天线增益与方向图半功率波瓣宽度的关系

为使波束指向朝向地面，需要天线下倾无下倾电下倾机械下倾

由图可以看出机械下倾方法。当下倾角度达到10º时，水平方向图严重变形，必然产生越区覆盖；而电下倾时，水平方向图基本保持不变。天线的下倾基本概念天线的概念6°

电下倾+4°

机械下倾10°机械下倾10°电下倾

电下倾下的波束覆盖基本概念天线的概念天线波束下倾的演示基本概念天线的概念天线波束下倾的作用基本概念天线的概念

控制覆盖减小交调电下倾的实现方式

右图天线辐射的水平波束宽度决定了天线辐射的电磁波水平覆盖的范围天线垂直波束宽度决定了传输距离及纵向覆盖。天线参数在无线组网中的作用基本概念天线的概念

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。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，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。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。传输线及馈线基本概念传输线的概念

超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。传输线的种类基本概念传输线的概念

无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗

Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)Ω。通常Ｚ。=50Ω/或75Ω

式中，D为同轴电缆外导体铜网内径；d为其芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。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，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。传输线的特性阻抗基本概念传输线的概念

信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）／米或分贝／百米表示。这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为Ｐ。输出功率为Ｐ时，传输损耗可用γ表示，γ(dB)＝10×log(Ｐ。/Ｐ)(分贝)。馈线衰减常数基本概念传输线的概念

什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。时，称为馈线终端是匹配连接的。当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。匹配的概念基本概念传输线的概念 电缆

50ohms天线

50ohms 80ohms要获得良好的电性能阻抗必须匹配。匹配和失配例基本概念传输线的概念

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。馈线上各处的电压幅度相等，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。反射损耗基本概念传输线的概念反射损耗示例基本概念传输线的概念9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W这里的反射损耗为10log(10/0.5)=13dBVSWR是反射损耗的另一种计量

在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。

反射波幅度

（Ｚ－Ｚ。）反射系数Γ＝─────＝───────

入射波幅度

（Ｚ＋Ｚ。）

驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)

驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax（1+Γ）驻波系数Ｓ＝────────────＝────

驻波波节电压辐度最小值Ｖmin（1-Γ）终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好。馈线和天线的电压驻波比基本概念传输线的概念驻波比、反射损耗和反射系数基本概念传输的概念

电源、负载和传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若电源两端与地之间的电压大小相等，极性相反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；与此相似，若负载两端或传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡负载或平衡（馈线）传输线，否则为不平衡负载或不平衡（馈线）传输线。在不平衡电源或不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡电源与平衡负载之间应当用平行（馈线）传输线连接，这样才能有效地传输电磁能，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。为了解决这个问题，通常在中间加装“平衡－不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器。平衡装置基本概念传输的概念

又称“Ｕ”形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。移动通信系统中，采用的同轴电缆通常特性阻抗为50欧，所以还必须采用适当间距的振子将折合式半波振子天线的阻抗调整到200欧左右，才能实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。Λ/2RL/2RL/2二分之一波长平衡变换器基本概念传输的概念1/4波长

利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。四分之一波长平衡—不平衡变换器基本概念传输的概念频率范围界MHz820-890频带宽度MHz70增益dBi15极化Vertical阻抗50反射损耗dB>18半功率(3dB)

方位64°

俯仰18°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°基本概念天线的概念典型移动基站天线指标综述

基本概念基站天馈系统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室外馈线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

1、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。

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。基本概念基站天馈系统

基本概念基站天馈系统5、7/8〞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、鼠类灰尘进入。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。基本概念基站天馈系统9、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的位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头的规格亦有所不同，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：

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。

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。

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。基本概念电磁安全标准电磁安全标准基本概念电磁安全标准电磁安全标准

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。基本概念电磁安全标准电磁安全标准

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10w/cm2

10w/cm2

中国

1200w/cm2

F/150=600w/cm2

美国（IEEE）

900w/cm2

F/200=450w/cm2

欧洲（CENELEC）

1800MHz900MHz国家无线网络的应用从逻辑上可以分成两类：面向语音的应用voice-oriented面向数据的应用data-oriented

每一类都有局域和广域两个应用场合，从而形成四个不同的应用部分。无线网络应用面向语音的无线网络应用围绕着连接PSTN的无线网络，这些业务进一步形成局域网应用和广域网应用。PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork），公共交换电话网络，一种常用旧式电话系统。面向数据的无线网络应用围绕着Internet和计算机通信网络。这些业务进一步分为宽带局域与Ad-hoc（点对点）应用和广域无线数据应用。无线网络应用20世纪70年代早期贝尔实验室研究第一代移动无线电20世纪70年代晚期第一代无绳电话面世1982年研究第二代数字无绳电话CT-21982年部署第一代北欧模拟NMT系统1983年部署美国AMPS系统1983年研究第二代数字蜂窝系统GSM1985年研究无线PBX，DECT1988年开始发展GSM1988年开始IS-54数字蜂窝1988年研究QualcommCDMA技术（高通公司）1991年部署GSM系统1993年部署PHS/PHP和DCS-18001995年FCC拍卖PCS频段1995年完成PACS1998年开始3G标准化面向语音无线网络发展的重大事件贝尔实验室的FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分多址）模拟蜂窝系统技术欧洲的NMT（NordicMobileTelephony，北欧移动电话）美国的AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem，高级移动电话系统）北欧的TDMA（TimeDivisionMultipleAccess，时分多址）数字蜂窝系统技术GSM（GlobalSystemforMobilecommunication，全球移动通信系统，简称“全球通”）北美的CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址）数字蜂窝系统技术3G（第三代蜂窝移动通信系统）技术面向语音的广域无线应用无绳电话英国的CT-2欧洲的DECT（DigitalEuropeanCordlessTelephone，数字欧洲无绳电话）PCS服务日本的PHP（PersonalHandyPhone，个人手持电话），后来成为PHS（PersonalHandyphoneSystem个人手持系统，即“小灵通”）英国的DCS-1800（GSM技术）美国的PACS（PersonAccessCommunicationsSystem，个人接入通信系统）面向语音的局域无线应用1979年普及红外线（瑞士IBM实验室）1980年使用SAW设备扩展频谱（美国加州HP实验室）20世纪80年代初期无线调制解调器（数据无线通信）1983年ARDIS（Motorola/IBM）1985年ISM频段用于商业扩频应用1986年Mobitex（瑞典电信和Ericsson）1990年无线局域网标准IEEE802.111990年RAM移动产品发布1991年RAM移动（Mobitex）1992年组成WINForum1992年欧洲的ETSI和HiperLAN1993年欧洲发布2.4、5.2和17.1～17.3频段1993年CDPD（IBM和9家运营公司）1994年PCS的需要许可证频段和免许可证频段面向数据无线网络发展的重大事件1996年无线ATM论坛创立1997年发布U-NII频段、IEEE802.11完成、GPRS出现1998年推出IEEE802.11b和蓝牙技术1999年IEEE802.11g/HiperLAN-2出现面向数据无线网络发展的重大事件（续）Motorola和IBM的ARDISEricsson的Mobitex美国的CDPD（CellularDigitalPacketData，蜂窝数字分组数据）GSM上的GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务）3G技术面向数据的广域无线应用宽带无线局域网和Ad-hoc网络的一个主要特点是工作在ISM免许可证频段。宽带局域无线应用WLAN（无线局域网）IEEE的802.11欧洲的HiperLANWATM（无线ATM）Ad-hoc应用（WPAN）蓝牙（Bluetooth）面向数据的宽带局域无线与Ad-hoc应用第一代（1G）无线系统是面向语音的模拟无线系统，使用FDMA技术实现。典型的1G标准：美国的AMPS、欧洲的TACS。第二代（2G）无线系统是面向语音的数字无线系统，使用TDMA或窄带CDMA技术实现。典型的2G数字蜂窝移动标准：欧洲的GSM、北美的IS-54（IS-136）和IS-95以及日本的JDC，2GPCS标准：欧洲的CT-2和D