天線基礎知識與原理

1、11一一二二2目目 錄錄一一31 1、天饋系統(tǒng)簡介、天饋系統(tǒng)簡介 2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹 3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹 強化天線的性能強化天線的性能和品質起著四兩撥千斤的作用。和品質起著四兩撥千斤的作用。天線天線防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/87/8“）饋線卡饋線卡接地裝置接地裝置接頭密封件接頭密封件絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVCPVC絕緣膠帶絕緣膠帶天線調節(jié)支架天線調節(jié)支架抱桿抱桿室外饋線室外饋線室內超柔饋線室內超柔饋線饋線過線窗饋線過線窗基站主設備基站主設備1 1、天饋系統(tǒng)簡介、天饋系統(tǒng)簡介2 2、天線類型及各部件材質介紹

2、、天線類型及各部件材質介紹電調天線電調天線單寬頻電調天線 多頻電調天線 常規(guī)天線常規(guī)天線全向天線 定向單極化天線 定向雙極化天線同一款基站天線有多種設計方案來實現(xiàn)。同一款基站天線有多種設計方案來實現(xiàn)。設計方案涉及到天線的以下四部分：設計方案涉及到天線的以下四部分：1 1、輻射單元（振子）、輻射單元（振子）2 2、反射板（底板）、反射板（底板）3 3、功率分配網絡（饋電網絡）、功率分配網絡（饋電網絡）4 4、封裝防護（天線罩）、封裝防護（天線罩）反射板反射板振子振子饋電網絡饋電網絡2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線內部結構天線內部結構 移動通信天線類型移動通信天線類

3、型全向天線全向天線定向天線定向天線微帶貼片微帶貼片半波振子半波振子縮短套筒振子縮短套筒振子常規(guī)套筒振子常規(guī)套筒振子u高性能與一般型產品材質工藝對比高性能與一般型產品材質工藝對比天線振子天線振子2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子常規(guī)套筒振子常規(guī)套筒振子縮短套筒振子縮短套筒振子銅材和鋁材區(qū)銅材和鋁材區(qū)別不大別不大增益增益相對較高相對較高增益約低增益約低0.20.3dB0.20.3dB方向圖圓度方向圖圓度0.80.81.51.5批次一致性批次一致性好好差差交調指標交調指標較好較好較差較差相對成本相對成本1.01.00.650.65 常規(guī)套筒振子常規(guī)套筒振子縮

4、短套筒振子縮短套筒振子2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子優(yōu)點優(yōu)點輻射效率高、交叉極化指標輻射效率高、交叉極化指標較好；較好； 單元輻射阻抗較易優(yōu)化；單元輻射阻抗較易優(yōu)化；實現(xiàn)形式多樣化，可采用印實現(xiàn)形式多樣化，可采用印制板、金屬板冷沖壓、鋅合金制板、金屬板冷沖壓、鋅合金壓鑄等多種實現(xiàn)方式。壓鑄等多種實現(xiàn)方式。振子結構相對復雜，加工振子結構相對復雜，加工難度較大；特別是合金壓鑄難度較大；特別是合金壓鑄方式的半波振子。方式的半波振子。成本較高。成本較高。振子形式簡單，易于冷沖壓振子形式簡單，易于冷沖壓成型；成型；易于與微帶功率分配網絡一易于與微帶功率分配網

5、絡一體化設計；體化設計；成本相對較低。成本相對較低。 交叉極化指標較差；交叉極化指標較差；雙極化貼片天線的極化隔雙極化貼片天線的極化隔離度較差；離度較差；裝配精度要求較高裝配精度要求較高缺點缺點振子形式振子形式半波振子半波振子微帶貼片微帶貼片 半波振子半波振子微帶貼片微帶貼片2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子可以保證較高的尺寸精度；可以保證較高的尺寸精度；阻抗匹配可靈活設計；阻抗匹配可靈活設計；常用于軍工產品。常用于軍工產品。CDMA800/GSM900CDMA800/GSM900頻段使頻段使用成本高；用成本高；CDMA800/GSM900CDMA80

6、0/GSM900頻段使頻段使用結構穩(wěn)定性較差。用結構穩(wěn)定性較差。優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點實現(xiàn)方式實現(xiàn)方式印制板印制板 半波對稱振子是天線設計普遍采用的一種振子形式，可以有多種半波對稱振子是天線設計普遍采用的一種振子形式，可以有多種改進形式：改進形式： 2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子實現(xiàn)方式實現(xiàn)方式優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點加工和材料成本相對較低；加工和材料成本相對較低；指標較差且一致性較差；指標較差且一致性較差；結構形狀的時間穩(wěn)定性較差結構形狀的時間穩(wěn)定性較差，可靠性較差。，可靠性較差。 設計指標優(yōu)秀且一致性較好設計指標優(yōu)秀且一致性較好成品可靠性高成品可靠性高結構形

7、狀的時間穩(wěn)定性好結構形狀的時間穩(wěn)定性好成本相對較高成本相對較高金屬板冷沖壓金屬板冷沖壓鋅（鋁）合金壓鑄鋅（鋁）合金壓鑄2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子比較好的比較好的6565度振子度振子比較差的比較差的6565度振子度振子2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子比較好的比較好的9090度振子度振子比較差的比較差的9090度振子度振子2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線振子天線振子空氣微帶線饋電網絡空氣微帶線饋電網絡優(yōu)點優(yōu)點: : 成本低，損耗小，設計自由度較大；成本低，損耗小，設計自由度

8、較大；缺點缺點: : 指標穩(wěn)定性差，寄生輻射大，一致性差，性能受底板變形影響大。指標穩(wěn)定性差，寄生輻射大，一致性差，性能受底板變形影響大。近年來，隨著價格競爭加劇，不少廠家采用空氣微帶線網絡。近年來，隨著價格競爭加劇，不少廠家采用空氣微帶線網絡。2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-饋電網絡饋電網絡同軸電纜饋電網絡同軸電纜饋電網絡優(yōu)點優(yōu)點: : 穩(wěn)定性好，指標一致性好，沒有寄生輻射；穩(wěn)定性好，指標一致性好，沒有寄生輻射； 缺點缺點: : 設計自由度小，成本較高，損失較大，焊點多。設計自由度小，成本較高，損失較大，焊點多。KatherinKatherin一直采用這種設計，一

9、直采用這種設計，combacomba的高端天線也采用這種設計。的高端天線也采用這種設計。2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-饋電網絡饋電網絡同軸電纜網同軸電纜網絡絡空氣微帶線網絡空氣微帶線網絡成本（系數(shù)）成本（系數(shù)）較高（較高（2.0)2.0)低（低（1.01.0）損耗損耗一般一般小小寄生輻射寄生輻射沒有沒有有，較大有，較大指標穩(wěn)定性指標穩(wěn)定性好好差差指標受底板影響指標受底板影響沒有影響沒有影響影響較大影響較大可靠性可靠性高高差差可生產性可生產性焊點多焊點多較好較好2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-饋電網絡饋電網絡底板鋁材規(guī)格應首選抗腐蝕性好的

10、底板鋁材規(guī)格應首選抗腐蝕性好的5 5系列板材系列板材關鍵參數(shù)關鍵參數(shù)106010603A213A2150525052備注備注成本系數(shù)成本系數(shù)1 11.11.11.21.2/ /抗拉強度（抗拉強度（MPaMPa）7575110110195195/ /抗腐蝕等級抗腐蝕等級最佳最佳差差良好良好/ /目前導電性能優(yōu)良的有色金屬中鋁合金的性價比最高，海內外天目前導電性能優(yōu)良的有色金屬中鋁合金的性價比最高，海內外天線廠家普遍采用鋁合金作為定向天線的底板，在具體規(guī)格選擇方面，線廠家普遍采用鋁合金作為定向天線的底板，在具體規(guī)格選擇方面，國內天線廠家主要使用國內天線廠家主要使用1 1、3 3和和5 5系列，下表

11、以系列，下表以10601060、3A213A21及及50525052作為各作為各系列代表對比優(yōu)缺點：系列代表對比優(yōu)缺點：從最佳性價比角度考慮，底板鋁材規(guī)格應首選抗腐蝕性好的從最佳性價比角度考慮，底板鋁材規(guī)格應首選抗腐蝕性好的5 5系列系列板材。但在集采成本壓力下，國內廠家很少選用板材。但在集采成本壓力下，國內廠家很少選用5 5系列板材。系列板材。底板的技術要求及工藝說明底板的技術要求及工藝說明2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-底板底板底板技術要求及工藝說明底板技術要求及工藝說明指標名稱指標名稱技術要求及工藝說明技術要求及工藝說明備注備注鋁材規(guī)格鋁材規(guī)格5 5系列系列/

12、 /表面處理表面處理導電氧化導電氧化提高底板的抗腐蝕性，提高底板的抗腐蝕性，從環(huán)保角度考慮，建議從環(huán)保角度考慮，建議本色導電氧化。本色導電氧化。底板厚度底板厚度2mm2mm；雙頻共用天線：雙頻共用天線：2.5mm2.5mm/ /尺寸精度尺寸精度GB/T 1804-GB/T 1804-m m/ /環(huán)保要求環(huán)保要求符合符合RoHSRoHS/ /其它要求其它要求清理毛刺、銳角倒鈍清理毛刺、銳角倒鈍/ /2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-底板底板 天線罩天線罩以對天線主體的封裝防護為目的，主要為了減緩溫度、濕度、以對天線主體的封裝防護為目的，主要為了減緩溫度、濕度、鹽霧、雨淋

13、、攝冰、大風、老化、等各種因素對天線性能的影響，國內外鹽霧、雨淋、攝冰、大風、老化、等各種因素對天線性能的影響，國內外基站天線的天線外罩目前普遍使用的材料為基站天線的天線外罩目前普遍使用的材料為PVCPVC和和玻璃鋼玻璃鋼。玻璃鋼玻璃鋼PVCPVCu天線罩對比天線罩對比2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線罩天線罩關鍵參數(shù)關鍵參數(shù)PVCPVC玻璃鋼玻璃鋼備注備注成本系數(shù)成本系數(shù)1 12.32.3/ /重量系數(shù)重量系數(shù)1 11.21.2/ /抗沖擊碰撞性能抗沖擊碰撞性能好好差差/ /耐溫性能耐溫性能-50-50+70+70-70-70+150+150/ /拉伸強度拉伸強

14、度( (Mpa)Mpa)38.338.3240240玻璃鋼強度優(yōu)于玻璃鋼強度優(yōu)于PVCPVC。彎曲強度彎曲強度( (Mpa)Mpa)66.366.3219219彎曲模量彎曲模量( (Mpa)Mpa)344034401011010110阻燃性阻燃性UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0UL94V-0最高阻燃等級。最高阻燃等級?？估匣估匣^好較好好好兩者在抗老化、防水、防兩者在抗老化、防水、防腐蝕及透波性方面性能相腐蝕及透波性方面性能相當，但國內玻璃鋼工藝還當，但國內玻璃鋼工藝還不太成熟，可能會導致玻不太成熟，可能會導致玻璃鋼性能有所下降。璃鋼性能有所下降。防水性

15、能防水性能好好較好較好防腐蝕性防腐蝕性好好好好透波性透波性較好較好較好較好天線罩材料選擇天線罩材料選擇PVCPVC，PVCPVC材料與玻璃鋼材料關鍵參數(shù)對照表如下：材料與玻璃鋼材料關鍵參數(shù)對照表如下：2 2、天線類型及各部件材質介紹、天線類型及各部件材質介紹-天線罩天線罩 傳輸線傳輸線終端張角傳輸線終端張角傳輸線對稱振子對稱振子天線的定義： 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。 能量轉換導行波和自由空間波的轉換； 定向輻射（接收）具有一定的方向性。天線的輻射原理：3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-天線定義天線定義 水平面波束寬度 =

16、 360 垂直面波束寬度= 78 水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立體圖立體圖方向圖象一個“汽車輪胎”3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-方向圖方向圖將“輪胎”壓扁，信號就越集中，實際使用的天線就是采用一個或者多個輻射單元來實現(xiàn)的。 3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-方向圖方向圖遠場測量微波暗室及其系統(tǒng)遠場測量微波暗室及其系統(tǒng)40米米20米米 20米米 ；128探頭近場測量微波暗室及其系統(tǒng)探頭近場測量微波暗室及其系統(tǒng)3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-方向圖方向圖天線方向圖測試天線方向圖測試-輻射性能測試輻射性能測試 - - 253 3、天線原

17、理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)10dB 波瓣寬度120 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB60 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB3dB 波瓣寬度263 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-水平面波束寬度水平面波束寬度 - - 273 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)15 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB32 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB283 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-垂直面波束寬度垂直面波束寬度350度22.5度317.5度290度A50度350度22.5度31

18、7.5度290度A50度3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-波束寬度案例介紹波束寬度案例介紹 - - 303 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)313 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-電下傾角度電下傾角度 - - 323 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)后向功率前向功率前后比(dB) = 10 log ，典型值約為25dB目的是盡可能減少后向輻射功率前向功率后向功率333 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-前后比前后比前后比較差前后比較差前后比較好前后比較好270度272.5度240度207.5度180度3

19、00度270度272.5度240度207.5度180度300度后瓣過強后瓣過強天線后瓣較小天線后瓣較小天線后瓣較大天線后瓣較大3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-前后比案例介紹前后比案例介紹 - - 353 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)全向輻射器在各個方向上的輻射能量相等單一偶極子的“汽車輪胎”形輻射圖2.15dB 偶極子比全向輻射器的增益高 2.15dB天線相對于偶極子的增益用 “dBd” 表示天線相對于全向輻射器的增益用 “dBi” 表示如: 0dBd = 2.15dBi36)(log103310dBVdBHCDG3 3、天線原理及指標介紹、天線

20、原理及指標介紹-天線增益天線增益 - - 373 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)383 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-交叉極化比交叉極化比 - - 393 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)403 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-副瓣抑制副瓣抑制普通天線方向圖普通天線方向圖賦形天線方向圖賦形天線方向圖22.5deg317.5deg50deg290deg22.5deg317.5deg290deg350deg350deg65度度 下傾下傾6度度 上側副瓣抑制較好上側副瓣抑制較好 沒有上側副瓣抑制沒有上側副瓣抑制3 3

21、、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-副瓣抑制副瓣抑制 - - 423 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù)433 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-零點填充零點填充 - - 443 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-輻射參數(shù)輻射參數(shù) 水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立體圖立體圖453 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-方向圖圓度方向圖圓度 - - 463 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-電路參數(shù)電路參數(shù)473 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-駐波比駐波比0.95 W0.95 W80 80 歐姆歐姆5

22、0 50 歐姆歐姆前向前向: 1: 1W W回波回波: 0.: 0.05W05W此例中，回波損耗為此例中，回波損耗為 10log(1/0.05) = 14dB 10log(1/0.05) = 14dB ，VSWR (VSWR (駐波比駐波比) ) 是對此現(xiàn)象的另一種度量方法是對此現(xiàn)象的另一種度量方法 回波損耗回波損耗3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-駐波比駐波比矢量網絡分析儀及校準配件矢量網絡分析儀及校準配件測試注意事項：儀表誤差校準件誤差測試注意事項：儀表誤差校準件誤差微波暗室或開闊空間微波暗室或開闊空間駐波比典型值駐波比典型值 1. 1.5 5 3 3、天線原理及指標介紹、天

23、線原理及指標介紹-駐波比測試駐波比測試整個天饋系統(tǒng)的駐波比是影響因素包括：整個天饋系統(tǒng)的駐波比是影響因素包括：天線駐波、饋線系統(tǒng)的插入損耗、室外跳線駐波、饋線駐波、避天線駐波、饋線系統(tǒng)的插入損耗、室外跳線駐波、饋線駐波、避雷器駐波、室內超柔跳線駐波比雷器駐波、室內超柔跳線駐波比是以上所有部分駐波的綜合效果。是以上所有部分駐波的綜合效果。饋線的接頭制作饋線的接頭制作和和避雷器的駐波比避雷器的駐波比在工程上常常被忽視，是造成在工程上常常被忽視，是造成天饋系統(tǒng)駐波比升高的天饋系統(tǒng)駐波比升高的主要原因主要原因。 防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/87/8“）天線天線抱桿抱桿室外饋線室外饋線室內超

24、柔饋線室內超柔饋線基站主設備基站主設備電纜長度電纜長度L50米米30米米15米米電纜損耗（dB)42.41.2回波損耗（dB）1816.415.2VSWR1.291.361.42 設天線端口駐波比設天線端口駐波比1.51.5，電纜的損耗，電纜的損耗4dB/1004dB/100米，如米，如果其他部件制作工藝優(yōu)秀，則可以算出不同電纜長果其他部件制作工藝優(yōu)秀，則可以算出不同電纜長度時在機房端口測得的駐波比如左表所示。度時在機房端口測得的駐波比如左表所示。3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-駐波比測試駐波比測試 - - 513 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-駐波比測試駐波比測

25、試10001000mW (mW (即即 1 1W)W)1 1mWmW該例子中，隔離度為：該例子中，隔離度為：10log(1000mW/1mW) = 30dB10log(1000mW/1mW) = 30dB523 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-隔離度隔離度四端口網絡分析儀四端口網絡分析儀3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-隔離度測試隔離度測試 - - 543 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-電路參數(shù)電路參數(shù)指當指當兩個或多個發(fā)射頻率信號兩個或多個發(fā)射頻率信號經過天線時，由于天線的非線經過天線時，由于天線的非線性而引起的與原信號頻率及倍頻有和差關系、并性而引起

26、的與原信號頻率及倍頻有和差關系、并落在接收頻帶內落在接收頻帶內的射頻的射頻信號。這些信號電平足夠大時，就會造成系統(tǒng)性能下降。信號。這些信號電平足夠大時，就會造成系統(tǒng)性能下降。553 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-三階交調三階交調移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)下行頻段（下行頻段（MHz）上行頻段上行頻段 （MHz）可能產生的三階交調可能產生的三階交調頻段（頻段（MHz）可能產生的五階交調可能產生的五階交調頻段（頻段（MHz）結論結論電信電信CDMA800870880825835860890850900三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍移動移動GSM90093

27、5954890909916973897992三階不落入到三階不落入到Rx的接收的接收范圍，范圍，五階落入到五階落入到Rx的的接收范圍接收范圍移動移動EGSM900930-935885-890925940920945三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍聯(lián)通聯(lián)通GSM900954960909915948966942972三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍移動移動GSM180018051825171017301785184517651865三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍聯(lián)通聯(lián)通GSM1800184018501

28、74517551830186018201870三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍聯(lián)通聯(lián)通WCDMA21302145194019552115216021002175三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍電信電信CDMA200021102125192019352095214020802155三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到Rx的接收范圍的接收范圍3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-三階交調三階交調3 3、天線原理及指標介紹、天線原理及指標介紹-三階交調三階交調目目 錄錄二二581 1、波束寬度變化、波束寬度變化 2 2、電下傾角變化、電下傾角變化3 3、天線的波束賦形、天線的波束賦形591 1、波束寬度變化、波束寬度變化-水平面波束寬度水平面波束寬度65度度90度度65度基站天線底板寬度：度基站天線底板寬度：251mm90度基站天線底板寬度：度基站天線底板寬度：214mm注意：注意：通過改變通過改變天線的底板寬度天線的底板寬度與與底板底板邊界條件邊界條件可以改變波束寬度可以改變波束寬度251mm214mm6065度