天线基础知识与原理

1天线基础知识与原理2010年6月1天线基本知识及原理一二天线的波束成型简介2天线基本知识及原理目录一31、天馈系统简介2、天线类型及各部件材质介绍3、天线原理及指标介绍

基站天线在整个网络建设中占经费比例不到3%，但它对网络性能的影响却超过60%。在实际网优工作中，通过天线的选择与调整是简单但收效最大的方法。强化天线的性能和品质起着四两拨千斤的作用。天线防雷保护器主馈线（7/8“）馈线卡接地装置接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带天线调节支架抱杆室外馈线室内超柔馈线馈线过线窗基站主设备1、天馈系统简介2、天线类型及各部件材质介绍电调天线单宽频电调天线多频电调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。设计方案涉及到天线的以下四部分：1、辐射单元（振子）2、反射板（底板）3、功率分配网络（馈电网络）4、封装防护（天线罩）反射板振子馈电网络2、天线类型及各部件材质介绍---天线内部结构

移动通信天线类型全向天线定向天线微带贴片半波振子缩短套筒振子常规套筒振子高性能与一般型产品材质工艺对比——天线振子高性能高性能一般型一般型2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子常规套筒振子缩短套筒振子铜材和铝材区别不大增益相对较高增益约低0.2~0.3dB方向图圆度±0.8°±1.5°批次一致性好差交调指标较好较差相对成本1.00.65

常规套筒振子VS缩短套筒振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子优点辐射效率高、交叉极化指标较好；单元辐射阻抗较易优化；实现形式多样化，可采用印制板、金属板冷冲压、锌合金压铸等多种实现方式。振子结构相对复杂，加工难度较大；特别是合金压铸方式的半波振子。成本较高。振子形式简单，易于冷冲压成型；易于与微带功率分配网络一体化设计；成本相对较低。交叉极化指标较差；双极化贴片天线的极化隔离度较差；装配精度要求较高缺点振子形式半波振子微带贴片

半波振子VS微带贴片2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子可以保证较高的尺寸精度；阻抗匹配可灵活设计；常用于军工产品。CDMA800/GSM900频段使用成本高；CDMA800/GSM900频段使用结构稳定性较差。优点缺点实现方式印制板

半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多种改进形式：2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子实现方式优点缺点加工和材料成本相对较低；指标较差且一致性较差；结构形状的时间稳定性较差，可靠性较差。

设计指标优秀且一致性较好成品可靠性高结构形状的时间稳定性好成本相对较高金属板冷冲压锌（铝）合金压铸2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子比较好的65度振子比较差的65度振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子比较好的90度振子比较差的90度振子2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子空气微带线馈电网络优点:成本低，损耗小，设计自由度较大；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。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、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络同轴电缆馈电网络优点:稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射；缺点:设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。Katherin一直采用这种设计，comba的高端天线也采用这种设计。2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络同轴电缆网络空气微带线网络成本（系数）较高（2.0)低（1.0）损耗一般小寄生辐射没有有，较大指标稳定性好差指标受底板影响没有影响影响较大可靠性高差可生产性焊点多较好2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络＊底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材关键参数10603A215052备注成本系数11.11.2/抗拉强度（MPa）≥75≥110≥195/抗腐蚀等级最佳差良好/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1、3和5系列，下表以1060、3A21及5052作为各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5系列板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用5系列板材。底板的技术要求及工艺说明2、天线类型及各部件材质介绍---底板＊底板技术要求及工艺说明指标名称技术要求及工艺说明备注铝材规格5系列/表面处理导电氧化提高底板的抗腐蚀性，从环保角度考虑，建议本色导电氧化。底板厚度≥2mm；双频共用天线：≥2.5mm/尺寸精度GB/T1804-m/环保要求符合RoHS/其它要求清理毛刺、锐角倒钝/2、天线类型及各部件材质介绍---底板

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、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PVC和玻璃钢。玻璃钢PVC天线罩对比2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩关键参数PVC玻璃钢备注成本系数12.3/重量系数11.2/抗冲击碰撞性能好差/耐温性能-50℃～+70℃-70℃～+150℃/拉伸强度(Mpa)38.3240玻璃钢强度优于PVC。弯曲强度(Mpa)66.3219弯曲模量(Mpa)344010110阻燃性UL94V-0UL94V-0UL94V-0最高阻燃等级。抗老化较好好两者在抗老化、防水、防腐蚀及透波性方面性能相当，但国内玻璃钢工艺还不太成熟，可能会导致玻璃钢性能有所下降。防水性能好较好防腐蚀性好好透波性较好较好＊天线罩材料选择PVC，PVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下：2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩

传输线终端张角传输线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。天线的功能：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、天线原理及指标介绍---天线定义水平面波束宽度=360º

垂直面波束宽度=78º水平面H面垂直面E面立体图方向图象一个“汽车轮胎”3、天线原理及指标介绍---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、天线原理及指标介绍---方向图远场测量微波暗室及其系统40米×20米×20米；128探头近场测量微波暗室及其系统3、天线原理及指标介绍---方向图天线方向图测试---辐射性能测试辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度253、天线原理及指标介绍---辐射参数水平面波束宽度10dB波瓣宽度120°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB波瓣宽度定义：在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。263、天线原理及指标介绍---水平面波束宽度辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度273、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。15°

(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB32°

(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB垂直面波束宽度283、天线原理及指标介绍---垂直面波束宽度350度22.5度317.5度290度A50度350度22.5度317.5度290度A50度90o半功率角65o半功率角3、天线原理及指标介绍---波束宽度案例介绍辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，提升抗多径衰落的能力。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度303、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：通过电子调节的方式优化下倾角。313、天线原理及指标介绍---电下倾角度辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度323、天线原理及指标介绍---辐射参数后向功率前向功率前后比(dB)=10log，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定义：是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比。333、天线原理及指标介绍---前后比前后比较差前后比较好270度272.5度240度207.5度180度300度270度272.5度240度207.5度180度300度后瓣过强天线后瓣较小天线后瓣较大3、天线原理及指标介绍---前后比案例介绍辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度353、天线原理及指标介绍---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=2.15dBi天线理想辐射单元P1P2G=10log(P1/P2)P0定义：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之比。363、天线原理及指标介绍---天线增益辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度373、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：对一个以一给定极化发射的无线电波而言，在接收点接收到的预期极化的功率与接收到的正交极化的功率之比。383、天线原理及指标介绍---交叉极化比分集效果优劣的指标为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度393、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：降低旁瓣电平的任何方法、操作或调节。403、天线原理及指标介绍---副瓣抑制普通天线方向图赋形天线方向图22.5deg317.5deg50deg290deg22.5deg317.5deg290deg350deg350deg65度下倾6度上侧副瓣抑制较好

没有上侧副瓣抑制3、天线原理及指标介绍---副瓣抑制辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度423、天线原理及指标介绍---辐射参数定义：为了使天线的辐射电平更加均匀，在天线的垂直平面内，下副瓣第一零点采用赋形波束加以设计加以填充。433、天线原理及指标介绍---零点填充辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。辐射参数：

---按重要性顺序排列

水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制零点填充方向图圆度443、天线原理及指标介绍---辐射参数水平面H面垂直面E面立体图定义：全向天线的方向图圆度是指在水平面方向图中，其最大值或最小值电平值与平均值的偏差。453、天线原理及指标介绍---方向图圆度电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加收发隔离，抑制自激等现象；交调指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。电路参数：

---按重要性顺序排列

VSWR隔离度三阶交调463、天线原理及指标介绍---电路参数定义：为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1；当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。473、天线原理及指标介绍---驻波比0.95W80

欧姆50欧姆前向:1W回波:0.05W此例中，回波损耗为10log(1/0.05)=14dB，VSWR(驻波比)是对此现象的另一种度量方法

回波损耗3、天线原理及指标介绍---驻波比VSWR测试测试条件－仪表：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条件－场地：微波暗室或开阔空间驻波比典型值<1.5

3、天线原理及指标介绍---驻波比测试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。馈线的接头制作和避雷器的驻波比在工程上常常被忽视，是造成天馈系统驻波比升高的主要原因。

防雷保护器主馈线（7/8“）天线抱杆室外馈线室内超柔馈线基站主设备电缆长度L50米30米15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1.5，电缆的损耗4dB/100米，如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。3、天线原理及指标介绍---驻波比测试电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加收发隔离，抑制自激等现象；交调指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。电路参数：

---按重要性顺序排列

VSWR隔离度三阶交调513、天线原理及指标介绍---驻波比测试定义：某一极化接收到的另一极化信号的比例。1000mW(即1W)1mW该例子中，隔离度为：10log(1000mW/1mW)=30dB523、天线原理及指标介绍---隔离度八端口网络分析仪四端口网络分析仪九端口网络分析仪3、天线原理及指标介绍---隔离度测试电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加收发隔离，抑制自激等现象；交调指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。电路参数：

---按重要性顺序排列

VSWR隔离度三阶交调543、天线原理及指标介绍---电路参数定义：指当两个或多个发射频率信号经过天线时，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、并落在接收频带内的射频信号。这些信号电平足够大时，就会造成系统性能下降。无源交调（PIM）：当两个频率f1和f2输入到天线，由于非线性效应，天线辐射的信号除频率f1和f2外，还包括有其他频率，如2f1-f2和2f2-f1(3阶)等。553、天线原理及指标介绍---三阶交调移动通信系统下行频段（MHz）上行频段（MHz）可能产生的三阶交调频段（MHz）可能产生的五阶交调频段（MHz）结论电信CDMA800870~880825~835860~890850~900三阶、五阶都不落入到Rx的接收范围移动GSM900935~954890~909916~973897~992三阶不落入到Rx的接收范围，五阶落入到Rx的接收范围移动EGSM900930-935885-890925~940920~945三阶、五阶都不落入到Rx的接收范围联通GSM900954~960909~915948~966942~972三阶、五阶都不落入到Rx的接收范围移动GSM18001805~18251710~17301785~18451765~1865三阶、五阶都不落入到Rx的接收范围联通GSM18001840~18501745~17551830~18601820~1870三阶、五阶都不落入到