天線基本原理及應(yīng)用

天線基本原理及應(yīng)用京信通信未來(lái)無(wú)限延伸二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理京信通信未來(lái)無(wú)限延伸二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理天饋系統(tǒng)簡(jiǎn)介基站天線在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中占經(jīng)費(fèi)比例不到3%，但它對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響卻超過(guò)60%。在實(shí)際網(wǎng)優(yōu)工作中，通過(guò)天線的選擇與調(diào)整是簡(jiǎn)單但收效最大的方法。強(qiáng)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(hù)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(guò)線窗基站主設(shè)備一、天線輻射原理天饋系統(tǒng)簡(jiǎn)介基站天線在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中占經(jīng)費(fèi)比例不到3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(lái)的電磁波的裝置。一、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(wú)線電設(shè)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(jìn)得去，出得來(lái)。天線的定義一、天線輻射原理天線功能能量轉(zhuǎn)化空間電磁波定向輻射天線的輻射原理天線的輻射原理~一、天線輻射原理天線的輻射原理天線的輻射原理~一、天線輻射原理半波振子是天線的基本輻射單元，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，天線半波振子越大。天線半波振子一、天線輻射原理1/4波長(zhǎng)半波振子（電長(zhǎng)度）水平面垂直面1/4波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)半波振子是天線的基本輻射單元，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，天線半波振子越大。天半波振子示例：一、天線輻射原理半波振子示例：一、天線輻射原理一、天線輻射原理天線的極化方式天線輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)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度傾斜的極化一、天線輻射原理天線的極化方式天線輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向就是天線輻射方向圖用來(lái)表述天線在空間各個(gè)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(gè)輻射單元多單元陣列一、天線輻射原理天線輻射方向圖用來(lái)表述天線在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā)射和接收實(shí)際評(píng)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。水平面一、天線輻射原理天線輻射方向圖垂直面實(shí)際評(píng)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同一款基站天線有多種設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案涉及到天線的以下四部分：1、輻射單元（對(duì)稱振子or貼片[陣元]）2、反射板（底板）3、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）4、封裝防護(hù)（天線罩）饋電網(wǎng)絡(luò)天線組成部件一、天線輻射原理振子反射板天線罩同一款基站天線有多種設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案涉及到天線的以下京信通信未來(lái)無(wú)限延伸二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理京信通信未來(lái)無(wú)限延伸二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理二、天線主要性能參數(shù)無(wú)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(biāo)的要求。通常情況下，滿足指標(biāo)要求的頻率范圍即可為天線的工作頻率。一般來(lái)說(shuō)，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上，天線性能是有差異的。因此，在相同的指標(biāo)要求下，工作頻帶越寬，天線設(shè)計(jì)難度越大。天線工作頻率二、天線主要性能參數(shù)無(wú)論天線還是其他通信產(chǎn)品，總是在一定的頻輻射參數(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(diǎn)填充；天線輻射方向圖二、天線主要性能參數(shù)輻射參數(shù)天線輻射方向圖二、天線主要性能參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面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(duì)最大輻射方向功率密度下降至一半時(shí)的角域?qū)挾龋步?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。二、天線主要性能參數(shù)10dB波束寬度120°(eg)峰值峰值-10dB峰二、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(biāo)。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(chǎng)強(qiáng)的偏差程度。建議考察±60o邊緣的場(chǎng)強(qiáng)偏差（3dB為指標(biāo)）或者3dB點(diǎn)的角度差（2o為指標(biāo)）。波束偏移較大，方向圖一致性較差時(shí)，會(huì)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(duì)距離向覆蓋帶來(lái)不利影響。65o±6o

±0.5dB?

1dB@

±60o二、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對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面垂直面波束寬度及電下傾角精度：決定了網(wǎng)絡(luò)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(yīng)該適當(dāng)下傾，下傾角度最好使得最大輻射指向圖3-1中目標(biāo)服務(wù)區(qū)的邊緣。如果下傾太多（黃色），服務(wù)區(qū)遠(yuǎn)端的覆蓋電平會(huì)急劇下降；如果下傾太少，覆蓋在服務(wù)區(qū)外，且產(chǎn)生同頻干擾問(wèn)題。二、天線主要性能參數(shù)圖3-1垂直面波束下傾角的設(shè)置垂直面波束寬度及電下傾角精度：決定了網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)中距離向性能的電下傾角度：最大輻射指向與天線法線的夾角。二、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電下傾角度：最大輻射指向與天線法線的夾角。二、天線主要性能參對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面前后比±30°

?25dB？+/-2dB?

抑制同頻干擾或?qū)ьl污染的重要指標(biāo)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(biāo)越差，后向輻射就越大，對(duì)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(yīng)用中才會(huì)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。后向功率前向功率二、天線主要性能參數(shù)前后比±30°對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面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(diǎn)源）在相同輸入功率時(shí)最大輻射功率通量密度的比值。天線增益二、天線主要性能參數(shù)P1天線理想輻射單元P2G=10log(P1/P2)P025天線增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系天線增益是用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)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(zhǎng)度越長(zhǎng)。二、天線主要性能參數(shù)25天線增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系天線增益是用來(lái)衡量天線朝26dBd與dBi的區(qū)別二、天線主要性能參數(shù)一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包圈形的方向圖輻射

一個(gè)各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益用“dBd”表示一個(gè)天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如:0dBd=2.15dBi,例如：對(duì)于一面增益為16dBd的天線,其增益折算成單位為dBi時(shí),則為18.15dbi.

對(duì)稱振子的增益為2.15dB

26dBd與dBi的區(qū)別二、天線主要性能參數(shù)一個(gè)單一對(duì)稱振子對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面交叉極化比:極化分集效果優(yōu)劣的指標(biāo)

為了獲得良好的上行分集增益，要求雙極化天線應(yīng)該具有良好的正交極化特性，即在±60o的扇形服務(wù)區(qū)內(nèi)，交叉極化方向圖電平應(yīng)該比相應(yīng)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(yīng)大15dB，在±60o內(nèi)應(yīng)大于10dB，最低門(mén)檻也應(yīng)該大于7dB，如圖所示。如此，才可以認(rèn)為兩個(gè)極化接收到的信號(hào)互不相關(guān)。二、天線主要性能參數(shù)交叉極化比:極化分集效果優(yōu)劣的指標(biāo)二、天線主要性能參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面副瓣抑制第一副瓣？30度內(nèi)副瓣？上側(cè)柵瓣？16dB？抑制同頻干擾或?qū)ьl污染的輔助指標(biāo)

對(duì)于城區(qū)建筑物密集的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)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(cè)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(shè)計(jì)天線時(shí)，設(shè)法對(duì)上旁瓣進(jìn)行抑制，從而降低干擾。二、天線主要性能參數(shù)副瓣抑制第一副瓣？30度內(nèi)副瓣？上對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面下零點(diǎn)填充：在某些特殊場(chǎng)景有限減少盲點(diǎn)的輔助指標(biāo)

在天線設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)下零點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)填充，就可能減少掉話率。但零點(diǎn)填充要適可而止，當(dāng)對(duì)零點(diǎn)填充要求較高時(shí)，增益損失較大，得不償失。對(duì)于低增益天線，由于波瓣較寬，應(yīng)用時(shí)通常下傾角較大，下旁瓣不參與覆蓋，不需要進(jìn)行零點(diǎn)填充。二、天線主要性能參數(shù)多徑的影響，導(dǎo)致近距離零點(diǎn)效應(yīng)不明顯或者消失。參照Kathrein下零點(diǎn)填充：在某些特殊場(chǎng)景有限減少盲點(diǎn)的輔助指標(biāo)二、天線主對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)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(luò)通信質(zhì)量的輔助指標(biāo)交叉極化比上旁瓣抑制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo)下零點(diǎn)填充方向圖圓度二、天線主要性能參數(shù)根據(jù)天線輻射參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度，可分類如下：對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標(biāo)水平面方向圖圓度：評(píng)估全向天線均勻覆蓋效果的指標(biāo)僅需考察水平面方向圖的圓度。評(píng)估舉例：指標(biāo)為±1dB，所有頻點(diǎn)都需要優(yōu)

于該指標(biāo)。水平面H面垂直面E面立體圖二、天線主要性能參數(shù)方向圖圓度：評(píng)估全向天線均勻覆蓋效果的指標(biāo)水平面H面垂電壓駐波比（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(dāng)天線端口沒(méi)有反射時(shí)，就是理想匹配，駐波比為1；當(dāng)天線端口全反射時(shí)，駐波比為無(wú)窮大。二、天線主要性能參數(shù)電壓駐波比（VSWR）：為傳輸線上的電壓最大值與電壓最小值之電壓駐波比是天線高效率輻射的基本指標(biāo)要求。在全頻段內(nèi)考察VSWR，取最大值為指標(biāo)。駐波告警??！評(píng)估舉例：指標(biāo)為1.5，所有頻點(diǎn)都需要優(yōu)于該指標(biāo)。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%0.03二、天線主要性能參數(shù)電壓駐波比是天線高效率輻射的基本指標(biāo)要求。在全頻段內(nèi)考察VS隔離度：是指某一極化接收到的另一極化信號(hào)的比例。一般指雙極化天線中兩個(gè)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二、天線主要性能參數(shù)隔離度：是指某一極化接收到的另一極化信號(hào)的比例。1000mW三階交調(diào)確保天線發(fā)射的交調(diào)干擾不影響接收機(jī)的靈敏度-107dBm?在全頻段內(nèi)考察PIM3，取最大值為指標(biāo)?？赏ㄟ^(guò)交調(diào)指標(biāo)反映供應(yīng)商天線產(chǎn)品的綜合水平，特別是物料生產(chǎn)及裝配過(guò)程的質(zhì)量控制能力。二、天線主要性能參數(shù)三階交調(diào)二、天線主要性能參數(shù)互調(diào)干擾的必要條件：足夠強(qiáng)的互調(diào)信號(hào)電平+能夠落入到系統(tǒng)接收頻帶移動(dòng)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(jié)論移動(dòng)EGSM900930-935885-890925~940920~945三階、五階都不落入到Rx頻段移動(dòng)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(dòng)EGSM900Rx的885~890頻段；五階落入到移動(dòng)EGSM900Rx的885~890頻段和移動(dòng)GSM900Rx的890~900頻段移動(dòng)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