電磁波傳播基本知識及天線原理演示文稿

電磁波傳播基本知識及天線原理演示文稿當前1頁，總共66頁。優(yōu)選電磁波傳播基本知識及天線原理當前2頁，總共66頁。京信通信未來無限延伸一、

電磁波傳播基礎知識三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理四、天線分類當前3頁，總共66頁。無線電波的定義一、電磁波傳播基礎知識無線電波是一種信號和能量的傳播形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間中相互垂直，且都垂直于傳播方向。E、H、S滿足右手螺旋特例：垂直的線極化隨時間變化隨空間變化當前4頁，總共66頁。無線電波的傳播方向一、電磁波傳播基礎知識正交特性；電生磁、磁生電。當前5頁，總共66頁。無線電波的波長、頻率與傳播速度的關系

其中：波長λ=C/f（式中，C為光速，f為工作頻率，λ為波長。）一、電磁波傳播基礎知識要點在相同的介質(zhì)中，不同頻率下，天線的工作波長不同。頻率越高，波長越短。天線的電性能與電長度（波長）對應。物理長度則需要進行換算。當前6頁，總共66頁。無線電波的極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。無線電波的極化是由電場矢量在空間運動的軌跡確定的。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，則稱為水平極化波。一、電磁波傳播基礎知識特例：線極化垂直的、水平的當前7頁，總共66頁。一、電磁波傳播基礎知識圓極化橢圓極化線極化左旋、右旋；垂直、水平當前8頁，總共66頁。垂直方式水平方式+45斜角-45斜角天線極化：是指電場矢量在空間運動的軌跡。一、電磁波傳播基礎知識特例：線極化垂直的、水平的、偏斜的當前9頁，總共66頁。雙極化天線：由兩組正交的輻射單元組成。一、電磁波傳播基礎知識1、互補（完備不相關。正交/90度）（規(guī)劃工作）2、相當（平衡工作。+45/-45）（勝任工作）3、高效（XPD。降低損耗）（專注工作）當前10頁，總共66頁。多徑傳播:電波在傳播過程中，除直接傳播外，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)生反射和繞射。因此，到達接收天線的電磁波，不僅有直射波，還有反射波，繞射波、透射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。一、電磁波傳播基礎知識由于多徑傳播使得信號場強分布復雜化，波動很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，會使電波的極化方向發(fā)生變化（扭轉(zhuǎn)），因此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱，另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。為降低多徑傳輸效應的影響，一般采用空間分集或極化分集來接收。極化扭轉(zhuǎn)：當前11頁，總共66頁。空間分集：單極化天線極化分集：雙極化天線接收信號強度接收距離一、電磁波傳播基礎知識當前12頁，總共66頁。繞射傳播電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總會力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。信號質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關，還和頻率有關，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠，影響越小。一、電磁波傳播基礎知識因此，選擇基站場地以及架設天線時，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響。（要點：近處、水平/垂直主波束+/-10dB內(nèi)無遮擋）當前13頁，總共66頁。京信通信未來無限延伸一、

電磁波傳播基礎知識三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理四、天線分類當前14頁，總共66頁。天饋系統(tǒng)簡介基站天線在整個網(wǎng)絡建設中占經(jīng)費比例不到3%，但它對網(wǎng)絡性能的影響卻超過60%。在實際網(wǎng)優(yōu)工作中，通過天線的選擇與調(diào)整是簡單但收效最大的方法。強化天線的性能和品質(zhì)起著四兩撥千斤的作用。天線防雷保護器主饋線（7/8“）饋線卡接地裝置接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶天線調(diào)節(jié)支架抱桿室外饋線室內(nèi)超柔饋線饋線過線窗基站主設備二、天線輻射原理當前15頁，總共66頁。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。二、天線輻射原理天線功能能量轉(zhuǎn)化空間電磁波定向輻射（接收）電纜內(nèi)高頻電流無線電設備效率要求---追求高效率方向圖要求---滿足特定空間分布要求進得去，出得來。當前16頁，總共66頁。天線的輻射原理天線的輻射原理~二、天線輻射原理當前17頁，總共66頁。半波振子是天線的基本輻射單元，波長越長，天線半波振子越大。天線半波振子二、天線輻射原理1/4波長半波振子（電長度）水平面垂直面1/4波長1/2波長當前18頁，總共66頁。半波振子示例：二、天線輻射原理當前19頁，總共66頁。天線輻射方向圖用來表述天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射和接收電磁波的能力。一般為三維輻射立體圖。單個輻射單元多單元陣列二、天線輻射原理當前20頁，總共66頁。實際評判中是其轉(zhuǎn)化成的二維平面圖形，即水平面方向圖及垂直面方向圖。水平面二、天線輻射原理天線輻射方向圖垂直面當前21頁，總共66頁。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：1、輻射單元（對稱振子or貼片[陣元]）2、反射板（底板）3、功率分配網(wǎng)絡（饋電網(wǎng)絡）4、封裝防護（天線罩）饋電網(wǎng)絡天線組成部件二、天線輻射原理振子反射板天線罩當前22頁，總共66頁。京信通信未來無限延伸一、

電磁波傳播基礎知識三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理四、天線分類當前23頁，總共66頁。三、天線主要性能參數(shù)無論天線還是其他通信產(chǎn)品，總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作，其取決于指標的要求。通常情況下，滿足指標要求的頻率范圍即可為天線的工作頻率。一般來說，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上，天線性能是有差異的。因此，在相同的指標要求下，工作頻帶越寬，天線設計難度越大。天線工作頻率當前24頁，總共66頁。輻射參數(shù)主瓣；副瓣；半功率波束寬度；增益；波束下傾角；前后比；交叉極化鑒別率；上旁瓣抑制；下零點填充；天線輻射方向圖三、天線主要性能參數(shù)當前25頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前26頁，總共66頁。10dB波束寬度120°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB波束寬度半功率波束寬度：在方向圖主瓣范圍內(nèi)，相對最大輻射方向功率密度下降至一半時的角域?qū)挾?，也?dB波束寬度。水平面的半功率波束寬度叫水平面波束寬度；垂直面的半功率波束寬度叫垂直波束寬度。三、天線主要性能參數(shù)當前27頁，總共66頁。水平面波束寬度每個扇區(qū)的天線在最大輻射方向偏離±60o時到達覆蓋邊緣，需要切換到相鄰扇區(qū)工作。在±60o的切換角域，方向圖電平應該有一個合理的下降。電平下降太多時，在切換角域附近容易引起覆蓋盲區(qū)掉話；電平下降太少時，在切換角域附近覆蓋產(chǎn)生重疊，導致相鄰扇區(qū)干擾增加。三、天線主要性能參數(shù)理論仿真和實際應用結果表明：在密集建筑的城區(qū)，由于多徑反射嚴重，為了減小相鄰扇區(qū)之間的相互干擾，在±60o的電平下降至-10dB左右為好,反推半功率寬度約為65o；而在空曠的郊區(qū)，由于多徑反射少，為了確保覆蓋良好，在±60o的電平下降至-6dB左右為好，反推半功率寬度約為90o。水平面波束寬度、波束偏斜及方向圖一致性決定了覆蓋區(qū)方位向的性能好壞。當前28頁，總共66頁。多徑反射傳播：P~~1/R^nn=2~4±60o電平設計：------------------市區(qū)n=3~3.59~10.5dB下降郊野：n=26dB下降水平面波束寬度

三、天線主要性能參數(shù)當前29頁，總共66頁。三、天線主要性能參數(shù)波束偏移：最大輻射方向偏離天線法線方向的角度。

建議以2o為指標。方向圖一致性：表征雙極化天線±45°極化方向圖各角度方向輻射場強的偏差程度。建議考察±60o邊緣的場強偏差（3dB為指標）或者3dB點的角度差（2o為指標）。波束偏移較大，方向圖一致性較差時，會使覆蓋區(qū)距離向相鄰扇區(qū)的交疊區(qū)域發(fā)生變化，對距離向覆蓋帶來不利影響。65o±6o±0.5dB?1dB@

±60o當前30頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前31頁，總共66頁。垂直面波束寬度及電下傾角精度：決定了網(wǎng)絡覆蓋區(qū)中距離向性能的好壞。觀察圖3-1的垂直面方向圖。波束應該適當下傾，下傾角度最好使得最大輻射指向圖3-1中目標服務區(qū)的邊緣。如果下傾太多（黃色），服務區(qū)遠端的覆蓋電平會急劇下降；如果下傾太少，覆蓋在服務區(qū)外，且產(chǎn)生同頻干擾問題。三、天線主要性能參數(shù)圖3-1垂直面波束下傾角的設置當前32頁，總共66頁。電下傾角度：最大輻射指向與天線法線的夾角。三、天線主要性能參數(shù)夾角法線方向最大輻射方向?>6.5o>9o>12o+/-1o當前33頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前34頁，總共66頁。前后比±30°

?25dB？+/-2dB?

抑制同頻干擾或?qū)ьl污染的重要指標通常僅需考察水平面方向圖(?)的前后比,并特指后向±30°范圍內(nèi)(?)的最差值。

前后比指標越差，后向輻射就越大，對該天

線后面的覆蓋小區(qū)造成干擾的可能性就越大。特殊應用中才會考察垂直面方向圖的前后比，

比如基站背向區(qū)域有超高層建筑物。后向功率前向功率三、天線主要性能參數(shù)當前35頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前36頁，總共66頁。P1天線理想輻射單元P2G=10log(P1/P2)P0系指天線在某一規(guī)定方向上的輻射功率通量密度與參考天線（通常采用理想點源）在相同輸入功率時最大輻射功率通量密度的比值。天線增益三、天線主要性能參數(shù)當前37頁，總共66頁。38天線增益、方向圖和天線尺寸之關系天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線重要的參數(shù)之一。天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益越高，天線長度越長。三、天線主要性能參數(shù)當前38頁，總共66頁。增益：影響覆蓋距離指標合理選擇增益?。。√岣咛炀€增益，覆蓋的距離增大，但同時會壓窄波束寬度，導致覆蓋的均勻性變差。天線增益的選取應以波束和目標區(qū)相配為前提，為了提高增益而過分壓窄垂直面波束寬度是不可取的，只有通過優(yōu)化方案，實現(xiàn)服務區(qū)外電平快速下降、壓低旁瓣和后瓣，降低交叉極化電平，采用低損耗、無表面波寄生輻射、低VSWR的饋電網(wǎng)絡等途徑來提高天線增益才是正確的。三、天線主要性能參數(shù)高增益天線垂直方向圖低增益天線垂直方向圖當前39頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前40頁，總共66頁。交叉極化比:極化分集效果優(yōu)劣的指標

為了獲得良好的上行分集增益，要求雙極化天線應該具有良好的正交極化特性，即在±60o的扇形服務區(qū)內(nèi)，交叉極化方向圖電平應該比相應角度上的主極化電平有明顯的降低，其差別（交叉極化比）在最大輻射方向應大15dB，在±60o內(nèi)應大于10dB，最低門檻也應該大于7dB，如圖所示。如此，才可以認為兩個極化接收到的信號互不相關。三、天線主要性能參數(shù)當前41頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前42頁，總共66頁。副瓣抑制第一副瓣？30度內(nèi)副瓣？上側柵瓣？16dB？抑制同頻干擾或?qū)ьl污染的輔助指標

對于城區(qū)建筑物密集的應用場景，一方面因通信容量大要求縮小蜂窩，另一方面因樓房遮擋和多徑反射，難以實現(xiàn)大距離覆蓋。通常采用增益13~15dBi的低增益天線，大下傾角做微蜂窩覆蓋，從而，主波束的上側第一、二旁瓣指向前方同頻小區(qū)的可能性很大，這就要求在設計天線時，設法對上旁瓣進行抑制，從而降低干擾。三、天線主要性能參數(shù)當前43頁，總共66頁。dy=0.77λ

θ。=-25°ΔΦ=-kdysinθ。=117°/2πθ。’=+61

°（<90°

）θ?！?

-155

°、+119

°三、天線主要性能參數(shù)周期性單元間距對副瓣抑制的影響：當前44頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前45頁，總共66頁。下零點填充：在某些特殊場景有限減少盲點的輔助指標

在天線設計時，對下零點進行適當填充，就可能減少掉話率。但零點填充要適可而止，當對零點填充要求較高時，增益損失較大，得不償失。對于低增益天線，由于波瓣較寬，應用時通常下傾角較大，下旁瓣不參與覆蓋，不需要進行零點填充。三、天線主要性能參數(shù)多徑的影響，導致近距離零點效應不明顯或者消失。參照Kathrein當前46頁，總共66頁。對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度前后比增益能夠提升網(wǎng)絡通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比上旁瓣抑制對網(wǎng)絡性能有影響的輔助指標下零點填充方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對網(wǎng)絡性能影響程度，可分類如下：當前47頁，總共66頁。方向圖圓度：評估全向天線均勻覆蓋效果的指標僅需考察水平面方向圖的圓度。評估舉例：指標為±1dB，所有頻點都需要優(yōu)

于該指標。水平面H面垂直面E面立體圖三、天線主要性能參數(shù)當前48頁，總共66頁。電壓駐波比（VSWR）：為傳輸線上的電壓最大值與電壓最小值之比。天線電路參數(shù)：駐波比、隔離度、三階互調(diào)電壓駐波比

當天線端口沒有反射時，就是理想匹配，駐波比為1；當天線端口全反射時，駐波比為無窮大。三、天線主要性能參數(shù)當前49頁，總共66頁。電壓駐波比是天線高效率輻射的基本指標要求。在全頻段內(nèi)考察VSWR，取最大值為指標。駐波告警！！評估舉例：指標為1.5，所有頻點都需要優(yōu)于該指標。減小的天線輻射功率VSWR回波損耗(dB)反射功率％(dB)3.06.025%1.252.09.511%0.51.811.08.0%0.361.514.04.0%0.171.415.52.8%0.121.317.51.7%0.071.221.00.8%0.03三、天線主要性能參數(shù)當前50頁，總共66頁。隔離度：是指某一極化接收到的另一極化信號的比例。一般指雙極化天線中兩個極化直接的隔離。>28dB?駐波告警！！1000mW(即1W)1mW該例子中，隔離度為：10log(1000mW/1mW)=30dB三、天線主要性能參數(shù)當前51頁，總共66頁。三階交調(diào)確保天線發(fā)射的交調(diào)干擾不影響接收機的靈敏度-107dBm?在全頻段內(nèi)考察PIM3，取最大值為指標。可通過交調(diào)指標反映供應商天線產(chǎn)品的綜合水平，特別是物料生產(chǎn)及裝配過程的質(zhì)量控制能力。三、天線主要性能參數(shù)當前52頁，總共66頁?；フ{(diào)干擾的必要條件：足夠強的互調(diào)信號電平+能夠落入到系統(tǒng)接收頻帶移動通信系統(tǒng)下行頻段Tx(MHz)上行頻段Rx(MHz)三階交調(diào)頻段(MHz)五階交調(diào)頻段(MHz)結論移動EGSM900930-935885-890925~940920~945三階、五階都不落入到Rx頻段移動GSM900935~954890~909916~973897~992三階不落入到Rx頻段，五階落入到自身Rx的897~909頻段和聯(lián)通GSM900Rx的909~915頻段聯(lián)通GSM900954~960909~915948~966942~972三階、五階都不落入到Rx頻段電信CDMA800870~880825~835860~890850~900三階、五階都不落入到Rx頻段三階落入到移動EGSM900Rx的885~890頻段；五階落入到移動EGSM900Rx的885~890頻段和移動GSM900Rx的890~900頻段移動GSM18001805~18251710~17301785~18451765~1865三階、五階都不落入到Rx頻段聯(lián)通GSM18001840~18501745~17551830~18601820~1870三階、五階都不落入到Rx頻段聯(lián)通WCDMA2130~21451940~19552115~21602100~2175三階、五階都不落入到Rx頻段電信CDMA20002110~21251920~19352095~21402080~2155三階、五階都不落入到Rx頻段三、天線主要性能參數(shù)當前53頁，總共66頁。三、天線主要性能參數(shù)天線主要參數(shù)計量單位

天線參數(shù)計量單位波束寬度、電下傾角、波束偏移°（度）增益dBi、dBd方向圖一致性、交叉極化比、前后比、上旁瓣抑制、零點填充、隔離度dB三階交調(diào)dBm、dBc當前54頁，總共66頁。三、天線主要性能參數(shù)計量單位說明

1、dB相對值，表征兩個量的相對大小關系，如A的功率比B的功率大或小多少個dB時，可按10log(A功率值/B功率值）計算。舉例：A功率值為2W，B功率值為1W，即A相比B多了一倍，換算成dB單位為：10log(2W/1W)≈3dB2、dBmdBc表征功率絕對值的量，也可認為是以1mw功率為基準的一個比值，計算為：10log(功率值/1mw)。舉例：功率值為10w，換算成dBm為10log(10w/1mw)=40dBm。3、dBi及dBd均表征天線增益的量，也是一個相對值，與dB類似，只是dBi及dBd有固定的參考基準：dBi的參考基準為全方向性理想點源，dBd的參考基準為半波振子。舉例：0dBd=2.15dBi。當前55頁，總共66頁。京信通信未來無限延伸一、

電磁波傳播基礎知識三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理四、天線分類當前56頁，總共66頁。1、單頻天線2、雙頻天線3、多頻天線四、天線分類按集采招標類型分1、全向天線2、定向單極化天線3、定向雙極化天線4、電調(diào)天線按天線頻段系統(tǒng)分當前57頁，總共66頁。全向天線，指天線的輻射在水平面上360°均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直面上表現(xiàn)為有一定寬度的波束。全向天線一般用在話務量極低的農(nóng)村或郊野某些較空曠的場合，一般采用全向11dBi天線。水平面垂直面全向天線四、天線分類當前58頁，總共66頁。定向單極化天線定向單極化天線是一種在空間特定方向上具有比其它方向上能