1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Internal HUAWEI Confidential WCDMA天線原理及選型 ISSUE1.0 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 1 l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)絡的性能。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 2 參考資料 lW-天饋設計指導書 lW-專題指導書 天線選型 lW-城區(qū)天線選型 lW-山區(qū)與農(nóng)村天線選型 lW-高速公

2、路天線選型 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 3 l學習完此課程，您將會： 掌握天線的作用、基本原理、 常見分類、主要技術指標，從 而指導如何進行典型場景下的 天線選型。同時了解實際項目 中天線選擇的工作流程 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 4 第一章第一章 天線原理天線原理 第二章第二章 天線分類天線分類 第三章第三章 天線主要指標天線主要指標 第四章第四章 天線選型原則及流程天線選型原則及流程 第五章第五章 天線新技術天線新技術 HUAWEI T

3、ECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 5 第一章第一章 天線原理天線原理 1.1天線的作用天線的作用 1.2天線工作原理天線工作原理 1.3天線工作帶寬天線工作帶寬 1.4天線極化天線極化 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 6 1.1天線作用 l把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間 l收集無線電波并產(chǎn)生電信號 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 7 天線的位置和作用 基站天饋系統(tǒng)示意圖 防雷保

4、護器防雷保護器 主饋線（主饋線（7/8“） 饋線卡饋線卡 走線架走線架 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，PVC絕緣膠帶絕緣膠帶 天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架 板狀天線板狀天線 抱桿（抱桿（ 50114mm） 室外跳線室外跳線 室內(nèi)超柔跳線室內(nèi)超柔跳線 饋線過線窗饋線過線窗 基站基站 天線的作用：天線的作用： 將饋管中的高頻電磁能轉(zhuǎn)成為自由 空間的電磁波； 反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為 饋管中的高頻電磁能。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 8 第一章第一章 天線原理天線原理 1.1天線的作

5、用天線的作用 1.2天線工作原理天線工作原理 1.3天線工作帶寬天線工作帶寬 1.4天線極化天線極化 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 9 1.2天線工作原理 l導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與 導線的長短和形狀有關； l當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導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 導線稱為振子。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 10 1.2天線工作原理 l兩臂長度相等的

6、振子叫做對稱振子 l每臂長度為四分之一波長，稱為半波振子 l全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子 l將振子折合起來的，稱為折合振子 1/2波長波長 波長波長 1/4波長波長 1/4波長波長 1/2波長波長 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 11 1.2天線工作原理 單 元 振 子 饋 電 網(wǎng) 絡 饋 電 網(wǎng) 絡 天 線 接 頭 天 線 接 頭 單 元 振 子 饋 電 網(wǎng) 絡 定 向 天 線 全 向 天 線 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 12 第一

7、章第一章 天線原理天線原理 1.1天線的作用天線的作用 1.2天線工作原理天線工作原理 1.3天線工作帶寬天線工作帶寬 1.4天線極化天線極化 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 13 1.3天線工作帶寬 l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。 l天線工作帶寬有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降3dB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; l在移動通信系統(tǒng)中天線

8、工作帶寬是按后一種定義的。具體的說，就 是當天線的輸入駐波比1.5時，天線的工作帶寬。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 14 第一章天線原理第一章天線原理 1.1天線的作用天線的作用 1.2天線工作原理天線工作原理 1.3天線工作帶寬天線工作帶寬 1.4天線極化天線極化 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 15 1.4天線極化 l天線的極化方向：天線輻射的電磁場的電場方向電場方向 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-

9、45度傾斜的極化度傾斜的極化 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 16 雙極化天線 l兩個天線為一個整體 l傳輸兩個獨立的波 V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 17 極化損失 l當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3dB的極化損失， 即只能接收到來波的一半能量； l當接收

10、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。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 18 極化隔離 l隔離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) = 30dB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 19 問題 l天線的作用是什么？天線的阻抗帶寬怎么定義的? l雙極化天線

11、實際是兩個天線嗎？ l為什么用線極化天線接收圓極化波會有3dB損失？ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 20 第一章第一章 天線原理天線原理 第二章第二章 天線分類天線分類 第三章第三章 天線主要指標天線主要指標 第四章第四章 天線選型原則及流程天線選型原則及流程 第五章第五章 天線新技術天線新技術 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 21 第二章第二章 天線分類天線分類 2.1按輻射方向劃分按輻射方向劃分 2.2按外形劃分按外形劃分 2.3按極化方式劃

12、分按極化方式劃分 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 22 2.1按輻射方向劃分 定向天線定向天線全向天線全向天線 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 23 2.2按外形劃分 板狀天線板狀天線 帽形天線帽形天線 鞭狀天線鞭狀天線 面狀天線面狀天線 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 24 2.3按極化方式劃分 垂直極化全向天線垂直極化全向天線垂直極化定向天線垂直極化定向天線雙極化天線雙極

13、化天線 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 25 問題 l根據(jù)定向天線的安裝，怎樣得出它的輻射方向？ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 26 第一章第一章 天線原理天線原理 第二章第二章 天線分類天線分類 第三章第三章 天線主要指標天線主要指標 第四章第四章 天線選型原則及流程天線選型原則及流程 第五章第五章 天線新技術天線新技術 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 27 第三章第三章

14、 天線主要指標天線主要指標 3.1天線電氣指標天線電氣指標 3.2天線機械指標天線機械指標 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 28 天線主要電氣指標 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 29 天線增益 l增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線在在 最大輻射方向最大輻射方向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。 l增益一般與天線方向圖有關，方向圖主瓣越窄， 后瓣、副瓣越小，增益越高。 HUAWEI TECHNOLOGIES

15、CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 30 dBd 和 dBi的區(qū)別 一個單一對稱振子具有面包圈形一個單一對稱振子具有面包圈形 的方向圖輻射的方向圖輻射 對稱振子的增益為對稱振子的增益為2.15dB 一個天線與對稱振子相比較的增一個天線與對稱振子相比較的增 益用益用“dBd”表示表示 一個天線與各向同性輻射器相比一個天線與各向同性輻射器相比 較的增益用較的增益用“dBi”表示表示 例如例如: 3dBd = 5.15dBi HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 31 天線方向圖 l天線輻射的電磁場在固

16、定距離上隨角坐標分布的圖形，稱 為方向圖。用輻射場強表示的稱為場強方向圖，用功率密 度表示的稱之功率方向圖，用相位表示的稱為相位方向圖。 l在移動通信工程中，通常用功率方向圖來表示，分為水平 方向圖和垂直方向圖。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 32 天線方向圖 對稱半波振子方向圖對稱半波振子方向圖 頂視頂視側視側視 定向天線方向圖定向天線方向圖 全向天線方向圖全向天線方向圖 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 33 天線其它電氣指標 HUAWEI T

17、ECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 34 前后比 l方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。前后比越大， 表示天線的定向接收性能就越好。 后向功率后向功率前向功率前向功率 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 (前向功率前向功率) (反向功率反向功率) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 35 波束寬度 l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

18、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。工程上一般用工程上一般用3dB波瓣寬度波瓣寬度。 方位即水平面方向圖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) 峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點 32 (eg) 峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點 俯仰面即垂直面方向圖俯仰面即垂直面方向圖 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidenti

19、alPage 36 波束寬度 l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 32400 a G HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 37 波束寬度 l 例如：某一全向天線，增益 11dBi，水平波束寬度 360，其垂直 波束寬度為

20、： 由于設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 比上述計算結果要小。兩者差別越小，說明天線設計得越好。 1.1 32400 7.15 360 10 o HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 38 波束寬度 天線增益與波束寬度的關系天線增益與波束寬度的關系 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 39 例如例如14FE代表固定電下頃角代表固定電下頃角14 電下頃角是固定不可變的電下頃角是固定不可變的 固固 定定 電電 下下 頃頃 FE 天線下傾 通

21、過支架通過支架 調(diào)節(jié)下頃角調(diào)節(jié)下頃角 機機 械械 下下 頃頃 天線和垂直方向角度為天線和垂直方向角度為機機 械下頃角械下頃角 電電 下下 頃頃 天線垂直安裝時，天線發(fā)射波天線垂直安裝時，天線發(fā)射波 束下頃這個發(fā)射波束與水平方束下頃這個發(fā)射波束與水平方 向夾角為向夾角為 電下頃角電下頃角 改變天線內(nèi)部振子分布特性產(chǎn)生改變天線內(nèi)部振子分布特性產(chǎn)生 電下頃，而不是調(diào)節(jié)支架造成的電下頃，而不是調(diào)節(jié)支架造成的 機械下頃機械下頃 實際波束的下頃角度實際波束的下頃角度= 電下頃角電下頃角+機械下頃角機械下頃角 電電 調(diào)調(diào) 天天 線線 可可 調(diào)調(diào) 電電 下下 頃頃 天天 線線 ME RE 例如例如7ME 代表

22、代表07 可調(diào) 可調(diào) 電下頃角可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化電下頃角可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化 RCU 手調(diào)電下頃通過配置手調(diào)電下頃通過配置 馬達馬達RCU和和SMKT裝置裝置 可變成遠端調(diào)控電下頃可變成遠端調(diào)控電下頃 配置 RCU和 SMBT 手手 動動 電電 調(diào)調(diào) ME 遠遠 端端 電電 調(diào)調(diào) RE HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 40 天線下傾 機械下傾機械下傾 電下傾電下傾 可調(diào)電下傾天線可調(diào)電下傾天線 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 41 若 ZA

23、表示天線的輸入阻抗，Z0 為天線的標稱特性阻抗 ，則天線的反射系數(shù)為 ， 。 也可以用回波損耗表示端口的匹配特性， 。VSWR = 1.5:1 時， R.L. = 13.98dB。 天線駐波比 9.5 W80 ohms 50 ohms 朝前朝前: 10W 返回返回: 0.5W 0 0 A A ZZ ZZ 1 1 VSWR . .()20 lgRL dB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 42 天線互調(diào) l互調(diào)產(chǎn)生的原因： 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 l無源互調(diào)特性是指接頭，饋

24、線，天線，濾波器等無源部件工作在多個 載頻的大功率信號條件下由于部件本身存在非線性而引起的互調(diào)效應。 l常見影響比較大的互調(diào)：三階互調(diào) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 43 第三章第三章 天線主要指標天線主要指標 1.1天線電氣指標天線電氣指標 1.2天線機械指標天線機械指標 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 44 天線的主要機械指標 l 天線輸入接口 l 天線尺寸 l 天線重量 l 風載荷 l 工作溫度 l 濕度要求 l 雷電防護 l 三防能力 H

25、UAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 45 第一章第一章 天線原理天線原理 第二章第二章 天線分類天線分類 第三章第三章 天線主要指標天線主要指標 第四章第四章 天線選型原則及流程天線選型原則及流程 第五章第五章 天線新技術天線新技術 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 46 天線選型原則及流程天線選型原則及流程 4.54.5山區(qū)山區(qū) 4.64.6近海近海 4.74.7隧道隧道 4.84.8室內(nèi)室內(nèi) 4.14.1城區(qū)城區(qū) 4.24.2郊區(qū)郊區(qū) 4.34.3農(nóng)村

26、農(nóng)村 4.44.4公路公路 4.9天線選型工作流程天線選型工作流程 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 47 4.1天線選型原則城區(qū) 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l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 導頻污染，提高網(wǎng)絡質(zhì)量和容量。 天線選取原則：天線選取原則： l工作頻率：1710 2170 MHz l極化方式：45 雙極化 l水平波束寬度65 l 增益：15 dBi l下傾方式： 預置 6電下傾、或0 10 可調(diào)電下傾 ； 0 15可調(diào)機械下傾 l前后比： 25dB l其他：上副瓣抑制 +

27、 零點填充 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 48 4.2天線選型原則郊區(qū) 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l郊區(qū)的應用環(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 天線選型原則。 l65或 90 水平波束寬度 l一般不采用預置電下傾的天線，即使采用預置電下傾，一般下 傾角也比較小。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Co

28、nfidentialPage 49 4.3天線選型原則農(nóng)村 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l基站分布稀疏，話務量較小，覆蓋要求廣。有的地方會采用孤站覆 蓋，覆蓋是最受關注的問題，這時應結合基站周圍需覆蓋的區(qū)域來 考慮天線的選型。 天線選取原則：天線選取原則： l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 / 不預置下傾 / 零點填充 l全向天線 工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 不預置下傾 / 零點填充 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

29、identialPage 50 4.4天線選型原則公路 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l該應用環(huán)境下話務量低、用戶高速移動、此時重點解決的是覆蓋問題。 公路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。 天線選取原則：天線選取原則： l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 / 不預置下傾 / 零點填充。 l“8”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 / 不預置下傾 / 零點填充。 l心

30、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 / 不預置下傾 / 零點填充。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 51 4.5天線選型原則山區(qū) 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l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)建站等。 天線選取原則：天線選取原則： l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

31、 / 預置電下傾 / 零點填充。 l全向天線 工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 預置電下傾 / 零 點填充。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 52 4.6天線選型原則近海 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l話務量較少，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得很高，超過 100m。 天線選取原則：天線選取原則： l定向天線 工作頻率 1710 2170 MHz

32、/ 垂直極化 / 30 水平波束寬度 / 21 dBi 增益 / 不預置下傾 / 零點填充。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 53 4.7天線選型原則隧道 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l話務量不大，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。 天線選取原則：天線選取原則： 小于2公里：建議選擇10-12dBi的八木/對數(shù)周期/平板天線安裝在隧道 口內(nèi)側對2km以下的公路隧道進行覆蓋； 大于2公里：建議采用泄漏電纜等解決。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 54 4.8天線選型原則室內(nèi) 應用環(huán)境特點：應用環(huán)境特點： l為解決室內(nèi)覆蓋問題，通常是建設室內(nèi)分布系統(tǒng)，將基站的信號通過有 線網(wǎng)絡直接引入到室內(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)絡覆蓋。 天線選取原則：天線選取原則： l全向天線 工作頻率 80