天线基本概念

天线接收和发射信号的原理1常用天线性能指标介绍2

目

录常见故障及原因分析3第1页/共32页一、天线信号接收和发射原理

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…...收集无线电波并产生电信号第2页/共32页天线的作用

天线尤如人的耳目一样重要。无线设备的千里眼、顺风耳。如果没有天线，再先进的雷达，也无法发现几千米之外的目标；洲际导弹，如果没有天线，就会失去遥控，乱飞乱炸。

对无线通信系统也同样是这样。再先进的基站通信设备，没有好的天线，也无法发挥优良的性能。可见天线是无线通信系统的重要组成部分。第3页/共32页天线的作用

将传输线中的高频电磁能量转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。第4页/共32页天线的辐射

平行双线载有交变电流时，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。

如果导线位置如下图所示，由于两导线的距离很近，电流方向相反，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。第5页/共32页天线的辐射

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。第6页/共32页天线的辐射

当张开部分的导线长度远小于波长时，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差不是太远时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。因此，天线尺寸与波长相关，即与频率相关，频率越高，天线尺寸越小。

波长×频率=真空中的光速（常数）第7页/共32页二、常用天线性能指标介绍１对单极化天线方向图增益输入阻抗（电压驻波比）极化带宽功率容量3阶无源互调（PIM）

2对双极化天线

除具有单极化天线的电参数外还具有隔离度交叉极化比天线的主要电参数第8页/共32页

天线的方向图

把天线在空间辐射强度随方位、俯仰角度分布的曲线图形叫天线方图。

天线方向图通常是一个三维空间的曲面图形。为了表示方便起见，在工程中常用归一化方向图。第9页/共32页天线的方向图第10页/共32页

在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主平面上的剖面图来表示天线的方向图。

E面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）

垂直面方向图

H面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面）水平面方向图

在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主平面上的剖面图来表示天线的方向图。

E面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）

垂直面方向图

H面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面）

水平面方向图主平面方向图第11页/共32页与方向图有关的几个参数

主瓣（半功率波束宽度HPBW）

副瓣（上第一副瓣）

零深（下第一个零深）

前／后比（F／B比）第12页/共32页天线的方向图上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第13页/共32页波瓣宽度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

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。第14页/共32页半功率波束宽度（HPBW）

定义：在主平面（E面或H面）方向图中把功率下降一半的波束宽度叫半功率波束宽度。

在场强方向图中，场强下降0.707倍所夹的角度；

在归一化dB方向图（最大值为０dB）中，-3dB所夹的角度。第15页/共32页

主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间的凹点叫零深。

把主瓣与第一副瓣之间的凹点叫第一零深，在移动通信中，由于下第一个零深会影响通信，所以往往采用赋形天线技术来填零。零深

上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第16页/共32页

在天线的主平面方向图中，除了主瓣之外，把比主瓣小的所有辐射瓣都叫副瓣，把紧邻主瓣的副瓣叫第一副瓣。在归一化dB方向图中副瓣电平均为－dB.不管是在微蜂窝基站中使用的全向天线还是定向板状天线，当主波束下倾时，上第一副瓣会越区造成干扰，因而要用赋形技术来抑制上第一副瓣电平。副瓣电平上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第17页/共32页前／后比（F／B）

在水平面或垂直面方向图中，把天线在前向（Φ＝0°）(最大辐射方向)辐射功率P（Φ＝0°）与后向（Φ＝180°±30°）最大辐射功率Pmax（Φ＝180°±30°）之比定义为天线的前后辐射比。

（F／B）（dB）=10lgр(Ψ＝0°)/Pmax

（Ψ＝180°±30°）

在归一化dB方向图中，前后比就是后向Ψ＝150°~

Ψ＝210°范围内的最大副瓣电平的-dB数。上旁瓣下部零陷主瓣后瓣第18页/共32页天线的增益

增益是天线极为重要的参数，它表示空间能量的集中程度。常用dB表示天线增益的大小。常用两种方法定义天线的增益。①相对理想点源（各向同性辐射体）其单位用dBi表示；②相对半波偶极子，其单位用dBd表示。由于自由空间半波长偶极子的增益为2.15dBi，故dBd比dBi大2.15dB。第19页/共32页

dBd和dBi的区别一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射

对称振子的增益为2.17dB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=5.17dBi第20页/共32页

天线的极化就是它辐射无线电波中电场的极化。天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。天线的极化垂直极化水平极化+45度倾斜的极化-45度倾斜的极化第21页/共32页双极化天线V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)两个天线为一个整体传输两个独立的波第22页/共32页交叉极化

天线可能在非预定的极化上产生不需要的极化分量。例如：水平极化天线，也可能产生垂直极化分量，把这种不需要的极化波就称作交叉极化波，也可做正交极化波。实际通信中，收发天线之间要得到最大功率传输，不仅要求收发天线均与馈线匹配，而且要求收发天线极化方向必须一致，收发天线极化一致也叫做极化匹配。对线极化天线，发射天线用垂直极化，那么接收天线也必须用垂直极化.第23页/共32页天线的输入阻抗（VSWR）

把天线输入端的电压（V）与电流（I）之比定义为天线的输入阻抗：Zin＝v/I

由于基站的输出阻抗为50Ω，常用50Ω同轴电缆连基站与天线，为了实现最佳阻抗匹配，希望天线的输入阻抗为50Ω纯电阻。但天线的实际阻抗并不完全等于50Ω，且含有电抗分量。工程中常用电压驻波比（VSWR）来表示天线的阻抗特性。如果VSWR＝1，则表示完全匹配，即zin=50Ω

电缆

50ohms天线

50ohms

80ohms第24页/共32页9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W

电压驻波比反应输入到天线的能量的反射，驻波比越大，从天线发射回的能量也越多。天线的输入阻抗（VSWR）第25页/共32页

把天线电参数（如VSWR、增益、方向图等）不超过用所允许值的频率称作天线的工作带宽。

工程中，人们习惯把VSWR小于某些给定值的频段定义为天线的工作带宽。

例如以VSWR≤1.5来定义天线的工作带宽。常用相对带宽（BW%）来表征天线的带宽。

式中:fh--天线的最高工作频率

fl--天线的最低工作频率

f0--中心工作频率

天线的工作带宽BW%=第26页/共32页天线的工作带宽

天线的相对带越宽，制作天线的难度就越大，所以对相对带宽比较宽的天线适当降低对天线VSWR的要求是科学的，也是符合实际的，不要一味地什么天线都追求低的VSWR，因为天线的VSWR≤2对用户不会产生大的影响，但却大大增加了天线制造商的困难及成本。第27页/共32页三、常见故障及原因分析

基站天线常出现接收信号强度（RSSI）异常的情况，其原因如下：

1、对于RSSI指标影响非常显著的是：接头的安装是否良好，接触是否良好，以及周围基站干扰情况。2、基站天线下倾角度偏差太大。一般实际下倾角度与网优设计角度偏差超过2度以上均视为不可接受。第28页/共32页三、常见故障及原因分析RSSI异常情况现象产生的主要可能原因RSSI过低

主（分）集长时间RSSI低于-110dBm左右

天馈各个接头接触不好，天馈、TRX、CDU、功放故障RSSI过高

主（分）集长时间RSSI高于-95dBm或在一定时间内高于-95dBm

开关和跳线错误、硬件故障、接头进水、天馈驻波、参数设置问题，系统工作不正常、杂散和互调、外部干扰RSSI主分集差异过大

主（分）集两者间RSSI长时间相差6dB以上或出现RSSI主分集对比告警、TRM主（分）集接收告警。

天馈驻波、天线安装问题、硬件故障、分集旁路开关设置错误、外部干扰第29页/共32页名词解释：1、CDU（COMBINING&DISTRIBUTION