WCDMA天線原理及選型學(xué)習(xí)課程

1、前言 天線在無線通信系統(tǒng)中起著重要的作用。WCDMA中各種場景下天線的選型會直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能。第1頁/共59頁第一頁，編輯于星期日：七點 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第2頁/共59頁第二頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第3頁/共59頁第三頁，編輯于星期日：七點 五十八分。無線作用把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間.。收集無線電波并產(chǎn)生電信號將傳輸線中的高頻電磁能 轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為

2、傳輸線中的高頻電磁能。第4頁/共59頁第四頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線示意圖第5頁/共59頁第五頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第6頁/共59頁第六頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線工作原理導(dǎo)線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)；當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。第7頁/共59頁第七頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線工作原理天線工作原理兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。

3、每臂長度為四分之一波長，稱為半波振子。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。1/2波長1/4波長1/4波長1/2波長波長第8頁/共59頁第八頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線工作原理天線工作原理單元振子饋電網(wǎng)絡(luò)饋電網(wǎng)絡(luò)天線接頭天線接頭單元振子饋電網(wǎng)絡(luò)定向天線全向天線第9頁/共59頁第九頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第10頁/共59頁第十頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線工作帶寬無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸

4、送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。天線工作帶寬有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當(dāng)天線的輸入駐波比1.5時，天線的工作帶寬。第11頁/共59頁第十一頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第12頁/共59頁第十二頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線極化天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向垂直極化水平極化+ 45度傾斜的極化- 45度傾斜的極化第13

5、頁/共59頁第十三頁，編輯于星期日：七點 五十八分。雙極化天線V/H (垂直/水平)傾斜 (+/- 45)兩個天線為一個整體傳輸兩個獨立的波第14頁/共59頁第十四頁，編輯于星期日：七點 五十八分。極化損失當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。第15頁/共59頁第十五頁，編輯于星期日：七點 五十八分。極化隔離隔離

6、代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出現(xiàn)的比例 1000mW (即1W)1mW在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW) = 30dB第16頁/共59頁第十六頁，編輯于星期日：七點 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第17頁/共59頁第十七頁，編輯于星期日：七點 五十八分。按輻射方向劃分圖：定向天線圖：全向天線第18頁/共59頁第十八頁，編輯于星期日：七點 五十八分。按外形劃分板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線第19頁/共59頁第十九頁，編輯于星期日：七點 五十八分。按極化方式劃分全 向 天 線單 極 化

7、定 向 天 線雙 極 化 定 向 天 線第20頁/共59頁第二十頁，編輯于星期日：七點 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第21頁/共59頁第二十一頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第三章 天線主要指標(biāo)l第一節(jié) 天線電氣指標(biāo)l第二節(jié) 天線機械指標(biāo)第22頁/共59頁第二十二頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線主要電氣指標(biāo)第23頁/共59頁第二十三頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向

8、圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。第24頁/共59頁第二十四頁，編輯于星期日：七點 五十八分。一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射對稱振子的增益為2.17dB一個天線與對稱振子相比較的增益用“dBd”表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如: 3dBd = 5.17dBi第25頁/共59頁第二十五頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線方向圖對稱半波振子方向圖頂視側(cè)視定向天線方向圖全向天線方向圖第26頁/共59頁第二十六頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線其它電氣指標(biāo)第27頁/共59頁第二十七頁，編輯于星期日：七點 五十八分。前后比方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前

9、后比。它大，天線定向接收性能就好。后向功率前向功率以dB表示的前后比 = 10 log 典型值為 25dB 左右 (前向功率) (反向功率)第28頁/共59頁第二十八頁，編輯于星期日：七點 五十八分。波束寬度方位即水平面方向圖120 (eg)峰值 - 10dB點 - 10dB點10dB 波束寬度60 (eg)峰值 - 3dB點 - 3dB點3dB 波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱 為副瓣。主瓣兩半功率點間的

10、夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。第29頁/共59頁第二十九頁，編輯于星期日：七點 五十八分。波束寬度天線是一種能量集中的裝置，在某個方向輻射的增強意味著其他方向輻射的減弱。通?？梢酝ㄟ^水平面波瓣寬度的縮減來增強某個方向的輻射強度以提高天線增益。在天線增益一定的情況下，天線的水平波束寬度與垂直波束寬度成反比，其關(guān)系可以表示為： 其中：Ga為天線增益，單位：dBi； 為垂直波束寬度，單位：角度； 為水平波束寬度，單位：角度。 10 lg 32400aG 第30頁/共59頁第三十頁，編輯于星期日：七點 五十八分。波束寬度 例如：某一全

11、向天線，增益 11dBi，水平波束寬度 360，其垂直波束寬度為： 由于設(shè)計和制造工藝上的差異，實際全向天線的垂直波束寬度往往比上述計算結(jié)果要小。兩者差別越小，說明天線設(shè)計得越好。1.1324007.15360 10o第31頁/共59頁第三十一頁，編輯于星期日：七點 五十八分。波束寬度圖 天線增益與波束寬度的關(guān)系第32頁/共59頁第三十二頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線下傾機械下傾電下傾第33頁/共59頁第三十三頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線駐波比9.5 W80 ohms50 ohms朝前: 10W返回: 0.5W第34頁/共59頁第三十四頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線互

12、調(diào)產(chǎn)生原因存在磁性物質(zhì)連接處不緊密不同材料的金屬的接觸相同材料的接觸表面不光滑第35頁/共59頁第三十五頁，編輯于星期日：七點 五十八分。第三章 天線主要指標(biāo)l第一節(jié) 天線電氣指標(biāo)l第二節(jié) 天線機械指標(biāo)第36頁/共59頁第三十六頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線的主要機械指標(biāo)天線輸入接口天線尺寸天線重量風(fēng)載荷工作溫度濕度要求雷電防護三防能力第37頁/共59頁第三十七頁，編輯于星期日：七點 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第38頁/共59頁第三十八頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則城區(qū)天線選取原則：工作頻

13、率 1710 2170 MHz 45雙極化 65 水平波束寬度 15 dBi 增益 預(yù)置 6電下傾或 0 10可調(diào)電下傾 + 0 15可調(diào)機械下傾 上副瓣抑制 + 零點填充 25dB 前后比。 應(yīng)用環(huán)境特點：站址分布較密，要求單基站覆蓋范圍小，盡量 減少越區(qū)覆蓋的現(xiàn)象，減少導(dǎo)頻污染，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和容量。第39頁/共59頁第三十九頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則郊區(qū)65或 90 水平波束寬度 一般不采用預(yù)置電下傾的天線，即使采用下傾，一般下傾角也比較小。應(yīng)用環(huán)境特點：郊區(qū)的應(yīng)用環(huán)境介于城區(qū)環(huán)境與農(nóng)村環(huán)境之間，有的地方可能更接近城區(qū)，基站數(shù)量不少，這時覆蓋與干擾控制在天線選型時都要考

14、慮。而有的地方可能更接近農(nóng)村地方，覆蓋成為重要因素。因此在天線選型方面可以視實際情況參考城區(qū)及農(nóng)村的天線選型原。第40頁/共59頁第四十頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則農(nóng)村天線選取原則：定向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 90 水平波束寬度 / 18 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充。 全向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充。 應(yīng)用環(huán)境特點：基站分布稀疏，話務(wù)量較小，覆蓋要求廣。有的地方會采用孤站覆蓋，覆蓋是最受關(guān)注的問題，這時應(yīng)結(jié)合基站周圍需覆蓋的區(qū)域來考慮天線的選型

15、。第41頁/共59頁第四十一頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則公路天線選取原則：定向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 30 水平波束寬度 / 21 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充?！?”字形天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 雙向 70 水平波束寬度 / 14 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充。心形天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 210 水平波束寬度 / 12 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充。應(yīng)用環(huán)境特點：該應(yīng)用環(huán)境下話務(wù)量低、用戶高速移動、此時重點解決的是覆蓋問題。公路

16、覆蓋以帶狀覆蓋為主，故多采用雙扇區(qū)站或8字形全向站；在穿過鄉(xiāng)鎮(zhèn)，旅游點的地區(qū)也可采用三扇區(qū)或心形全向站。第42頁/共59頁第四十二頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則山區(qū)天線選取原則：定向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 90 水平波束寬度 / 15 dBi 增益 / 預(yù)置電下傾 / 零點填充。全向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 預(yù)置電下傾 / 零點填充。應(yīng)用環(huán)境特點：在偏遠的丘陵山區(qū)，山體阻擋嚴重，電波的傳播衰落較大，覆蓋難度大。以下這幾種情況比較常見：盆地型山區(qū)建站、高山上建站、半山腰建站、普通山區(qū)建站

17、等。第43頁/共59頁第四十三頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則近海天線選取原則：定向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 30 水平波束寬度 / 21 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點填充。應(yīng)用環(huán)境特點：話務(wù)量較少，覆蓋面廣，無線傳播環(huán)境好。對近海的海面進行覆蓋時，覆蓋距離主要受地球球面曲率、無線傳播衰減限制?？紤]到地球球面曲率的影響，對海面進行覆蓋的基站天線一般架設(shè)得很高，超過 100m。第44頁/共59頁第四十四頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則隧道天線選取原則：定向天線工作頻率 800 2200 MHz / 垂直極化 / 55 水平波

18、束寬度 / 11.5 dBi 增益的對數(shù)周期天線（考慮與 GSM/DCS 共用）。 泄漏電纜：500米八木天線應(yīng)用環(huán)境特點：話務(wù)量不大，基本不存在干擾控制的問題，主要是天線的選擇及安裝問題。寬帶第45頁/共59頁第四十五頁，編輯于星期日：七點 五十八分。天線選型原則室內(nèi)天線選取原則：全向天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 360 水平波束寬度、90 垂直波束寬度 / 2dBi 增益。平板定向天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 90 水平波束寬度、60 垂直波束寬度 / 7dBi 增益。對數(shù)周期天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 55 水平波束寬度、50 垂直波束寬度 / 11.5dBi 增益應(yīng)用環(huán)境特點：為解決室內(nèi)覆蓋問題，通常是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，將基站的信號通過有線網(wǎng)絡(luò)直接引入到室內(nèi)各區(qū)域，再通過各室內(nèi)天線完成信號收發(fā)，從而達到消除室內(nèi)覆蓋盲區(qū)，抑制干擾，為室內(nèi)用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。第46頁/共59頁第四十六頁，編輯于星期日：七點 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第47頁/共59頁第四十七頁，編輯于星期日：七點 五十八分。動態(tài)多波束天線