移動基站天線有關(guān)概念

1、移動基站天線有關(guān)概念B B l la ah h blahbl ahblah一一. .無線通信組網(wǎng)中天線的作用無線通信組網(wǎng)中天線的作用把從導(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)生電信號收集無線電波并產(chǎn)生電信號 什么是天線什么是天線? ? 將傳輸線中的高頻電磁能將傳輸線中的高頻電磁能 轉(zhuǎn)成為轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，或反之將自由空自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。因此，要了解天線的特性就電磁能。因此，要了解天線的特性就必然需要了解自由空間中的電磁波及必然需要了解自

2、由空間中的電磁波及高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識。高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識。天線的作用天線的作用 導(dǎo)線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，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)輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān). .如果導(dǎo)線位置如由于兩如果導(dǎo)線位置如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。當(dāng)導(dǎo)

3、線的長度遠(yuǎn)小于波長時，生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于波長時，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱. . 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。輻射的直導(dǎo)線稱為振子。 二二.無線輻射電磁波的基本原理無線輻射電磁波的基本原理同軸線變化為天線同軸線變化為天線 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長。全長與波長相等的振子

4、，長度為四分之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。稱為全波對稱振子。1/2波長波長一個一個1/2波長的對稱振子波長的對稱振子 在在800MHz 約約 200mm長長 400MHz 約約 400mm 長長1/4波長波長1/4波長波長1/2波長波長振子振子波長波長 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的無論是發(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頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將輸送的功率最大，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。減小，據(jù)此可定

5、義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：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。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。在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的。在在 820 MHz 1/2 波長波長 為為 180mm, 在在890 MHz 為為 170mm 175mm對對 850MHz 將是最佳的將是最佳的該天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當(dāng)天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降當(dāng)天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降

6、在在 850MHz 1/2 波長振子波長振子最佳最佳在在 890MHz天線振子天線振子在在820MHz 在天線工作頻帶內(nèi)在天線工作頻帶內(nèi),天線性能下降不多天線性能下降不多,仍然是可以接受的。仍然是可以接受的。自由空間中的電磁波自由空間中的電磁波 . . 無線電波無線電波 什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。這兩者又都垂直于傳播方向。無線電波無線電波有點象一個池塘上的波紋，在傳播時波會減弱。有點象一個池塘上的波紋，在傳播時波

7、會減弱。 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：/，式中，式中為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)。空氣的相對為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)。空氣的相對介電常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于介電常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。 因此，無線電波在空因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認(rèn)為它等于光，通常我們就認(rèn)為它等于光速。速。電磁波的傳播電磁波的傳播電場

8、電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場 可用式可用式 / / 表示。表示。 式中，為速度，單位為米式中，為速度，單位為米/ /秒；秒； 為頻率，單位為赫茲；為頻率，單位為赫茲；為波長，單位為米。為波長，單位為米。 由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。 我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數(shù)電常數(shù)約為約為2.12.1，因此，因此，/1.44 /1.4

9、4 ，/1.44 /1.44 。波長波長無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系 無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波化波。. . 無線電波的極化無線電波的極化

10、垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向的極化方向- 45度傾斜的極化度傾斜的極化五五. .天線的極化天線的極化 兩個天線為一個整體兩個天線為一個整體V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個獨立的波傳輸兩個獨立的波1. 雙極化天線雙極化天線 2.極化損失極化損失 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，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。在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失。 隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中

11、出現(xiàn)的比例 1000mW (即即1W)1mW在這種情況下的隔離為在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW) = 30dB3.( (極化極化) )隔離隔離 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示. . 方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。具有

12、的發(fā)射或接收電磁波的能力。 頂視頂視側(cè)視側(cè)視 在地平面上，為了把信號集中到所需要的地在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要求把方，要求把“面包圈面包圈” 壓成扁平的壓成扁平的 一個單一的對稱振子具有一個單一的對稱振子具有“面包圈面包圈” 形的方向圖形的方向圖在這兒增益在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個對稱臺振子一個對稱臺振子假設(shè)在接收機中假設(shè)在接收機中有1mW功率功率 在陣中有在陣中有4個對稱振子個對稱振子 在接收機中就在接收機中就有4 mW功率功率 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進(jìn)一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦

13、到一個方向進(jìn)一步提高了增益。這里這里, “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線” 與單個對稱振子相比的增益為與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ”將在接收機中有將在接收機中有8mW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機中為例如在接收機中為4mW功率功率 (頂視)天線天線2.形成定向輻射的原理形成定向輻射的原理 反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線 方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為天線定向接收性能就好。

14、基本半波振子天線的前后比為，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。收能力。前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值為典型值為 25dB 左右左右目的是有一個盡可能小的反向功率目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點10dB 波束寬度波束寬度60 (eg)峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3

15、2 (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，則方向半功率點間的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。性越好，抗干擾能力越強。上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制增益是指在輸入功率相等的條件下，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

16、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，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即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。副瓣越小，增益越高。七七. .天線的增益天線的增益 1.增益的定義增益的定義 板狀天線增益與水平波瓣寬度板狀天線增益與水平波瓣寬度90 180 360 半功率波瓣寬度半功率波瓣寬度半波振子半波振子帶反射板的半波振子帶反射板的半波振子帶反射板的兩個半波振子帶反射板的兩個半波振子以半波振子以半波振子為參考的增益為參考的增益0dBd3dBd6dBd理論輻射圖理論輻射圖一

17、個單一對稱振子具有面包一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射圈形的方向圖輻射 一個各向同性的輻射器在所一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較的增益一個天線與對稱振子相比較的增益用用“dBd”表示表示一個天線與各向同性輻射器相比較的一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 對稱振子的增益為對稱振子的增益為2.17dB 連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要

18、任務(wù)是有效地傳輸信號能量。任務(wù)是有效地傳輸信號能量。 因此它應(yīng)能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸因此它應(yīng)能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，或?qū)l(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)l(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，同時它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求入端，同時它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。傳輸線必須屏蔽或平衡。 當(dāng)傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做當(dāng)傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做長傳輸線，簡稱長線。長傳輸線，簡稱長線。 當(dāng)饋線和天線匹配時，高頻能

19、量全部被負(fù)當(dāng)饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓幅度相等，上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能阻抗時，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l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來形成反射波。吸收部分能量。入射波的一部分能量反射

20、回來形成反射波。 9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前: 10W返回返回: 0.5W這里的反射損耗為這里的反射損耗為 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是是反射損耗的另一種計量反射損耗的另一種計量 頻率范圍頻率范圍MHz820 - 890 頻帶寬度頻帶寬度MHz70 增益增益dBi15 極化極化垂直極化垂直極化 阻抗阻抗 50 反射損耗反射損耗dB18 半功率半功率(3dB) 方位方位64 俯仰俯仰13 10分貝分貝 (10dB)波束寬度波束寬度 方位方位120 俯仰俯仰30 前后比前后比dB30 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑

21、制dB -14 下傾角下傾角(可調(diào)可調(diào))2 - 10 基站天饋系統(tǒng)示意圖基站天饋系統(tǒng)示意圖8防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/8“）5饋線卡饋線卡6走線架走線架4接地裝置接地裝置3接頭密封件接頭密封件絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶絕緣膠帶1天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線板狀天線抱桿（抱桿（ 50114mm）2室外饋線室外饋線9室內(nèi)超柔饋線室內(nèi)超柔饋線7饋線過線窗饋線過線窗基站主設(shè)備基站主設(shè)備1天線調(diào)節(jié)支架 用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：015 ；2 室外跳線 用于天線與7/8主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2 饋線，長度一般為3米。3 接頭密封件 用于

22、室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封。常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶3M33+）。4 接地裝置（7/8饋線接地件 ） 主要是用來防雷和泄流，安裝時與主饋線的外導(dǎo)體直接連接在一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下部位， 接地點方向必須順著電流方向。GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)5 7/8饋線卡子 用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔1。5米裝一個，水平方向每間隔1米安裝一個（在室內(nèi)的主饋線部分，不需要安裝卡子，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）。 常用的7/8卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)。 7/8雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。6 走線架

23、用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。7 饋線過窗器 主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、鼠類及灰塵的進(jìn)入。8 防雷保護器（避雷器） 主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內(nèi)超柔跳線之間，其接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網(wǎng)。GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)9 室內(nèi)超柔跳線 用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用的跳線采用1/2超柔饋線，長度一般為23米。 由于各公司基站主設(shè)備的接口及接口位置有所不同，因此室內(nèi)超柔跳線與主設(shè)備連接的接頭規(guī)格亦有所不同，常用的接頭有7/16DIN型、有N型。有直頭、亦有彎頭。10 尼龍黑扎帶 主要有兩個作用：（1

24、）安裝主饋線時，臨時捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后， 再將尼龍扎帶剪斷去掉。（2）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子，故用尼龍扎帶 固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。11 尼龍白扎帶 用于捆扎固定室內(nèi)部分的主饋線及室內(nèi)超柔跳線。 無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前前GSMGSM和和CDMACDMA移動通信使用的頻段都屬于移動通信使用的頻段都屬于UHFUHF（特高頻）（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。超短波段，其高端屬于微波。 超短波和微波的視距傳播超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。超

25、短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的。空間波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明區(qū)照明區(qū)”。在直視距。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。1.1.電波的多徑傳播電波的多徑傳播 電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號場強分布相當(dāng)復(fù)雜，波動由于多途徑傳播使得信號場強分布相當(dāng)復(fù)雜，波動很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀瑫闺姴ǖ臉O化方向發(fā)很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀瑫闺姴ǖ臉O化方向發(fā)生變化，因此