1、天線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容提要,一、天線(xiàn)的原理 二、表征天線(xiàn)性能的主要參數(shù) 三、天線(xiàn)的基本分類(lèi) 四、各類(lèi)型天線(xiàn)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景,一、天線(xiàn)的原理,？什么是天線(xiàn)： 天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收裝置。 ？天線(xiàn)的作用是什么： 把導(dǎo)線(xiàn)上傳來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線(xiàn)電波發(fā)射到空間。 收集空間內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電波并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 將傳輸線(xiàn)中的高頻電磁能轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線(xiàn)中的高頻電磁能。,一、天線(xiàn)的原理,導(dǎo)線(xiàn)載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)； 當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射

2、的直導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為振子。,一、天線(xiàn)的原理,1/2波長(zhǎng),1/4波長(zhǎng),1/4波長(zhǎng),1/2波長(zhǎng),波長(zhǎng),對(duì)稱(chēng)振子（半波振子） 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子，也叫半波振子。這種類(lèi)型的振子在通信類(lèi)基站天線(xiàn)中應(yīng)用最為普遍。,一個(gè)1/2波長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)振子在：800MHz 約 200mm長(zhǎng) 400MHz 約 400mm長(zhǎng),半波振子上的場(chǎng)分布,半波振子示例：,天線(xiàn)組成部件,同一款基站天線(xiàn)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(xiàn)的以下四部分： 1、輻射單元（對(duì)稱(chēng)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(xiàn)罩）,饋電網(wǎng)絡(luò),振子,反射板,天線(xiàn)的方向性是指天線(xiàn)向一定方向輻射電磁波的

3、能力。對(duì)于接收天線(xiàn)而言，方向性表示天線(xiàn)對(duì)不同方向傳來(lái)的電波所具有的接收能力。天線(xiàn)的方向性的特性曲線(xiàn)通常用方向圖來(lái)表示. 方向圖可用來(lái)說(shuō)明天線(xiàn)在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。,天線(xiàn)輻射的方向性,頂視,側(cè)視,方向圖,在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 壓成扁平的,一個(gè)單一的對(duì)稱(chēng)振子具有“面包圈” 形的方向圖,在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,對(duì)稱(chēng)振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”,在我們的“扇形覆蓋天線(xiàn)”中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益。 這里, “扇形覆蓋天線(xiàn)” 與單個(gè)對(duì)稱(chēng)振子相比的增益為10log(8mW/1

4、mW) = 9dBd,“全向陣” 例如在接收機(jī)中為4mW功率,(頂視),天線(xiàn),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(xiàn),前后比,方向圖中，前后瓣最大電平之比稱(chēng)為前后比。它大，天線(xiàn)定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€(xiàn)的前后比為，所以對(duì)來(lái)自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,以dB表示的前后比 = 10 log 典型值為 25dB 左右 目的是有一個(gè)盡可能小的反向功率,(前向功率) (反向功率),波瓣寬度,方位即水平面方向圖,120 (eg),峰值,- 10dB點(diǎn),- 10dB點(diǎn),10dB 波束寬度,60 (eg),峰值,- 3dB點(diǎn),- 3dB點(diǎn),3dB

5、 波束寬度,15 (eg),Peak,Peak - 3dB,Peak - 3dB,32 (eg),Peak,Peak - 10dB,Peak - 10dB,俯仰面即垂直面方向圖,在方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱(chēng)為主瓣，其余的瓣稱(chēng)為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線(xiàn)方向圖的波瓣寬度。稱(chēng)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(qiáng)。,方向圖旁瓣顯示,上旁瓣,下旁瓣,垂直極化,水平極化,+ 45度傾斜的極化,天線(xiàn)輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向就是天線(xiàn)的極化方向,- 45度傾斜的極化,二、天線(xiàn)的性能,1.天線(xiàn)的極化,兩個(gè)天線(xiàn)為一個(gè)整體,傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波,雙極化天線(xiàn),當(dāng)來(lái)波

6、的極化方向與接收天線(xiàn)的極化方向不一致時(shí)，在接收過(guò)程中通常都要產(chǎn)生極化損失。 當(dāng)接收天線(xiàn)的極化方向（例如水平極化）與來(lái)波的極化方向（相應(yīng)為垂直極化）完全正交時(shí)，接收天線(xiàn)也就完全接收不到來(lái)波的能量，這時(shí)稱(chēng)來(lái)波與接收天線(xiàn)極化是隔離的。,2. 極化損失,隔離代表饋送到一種極化的信號(hào)在另外一種極化中出現(xiàn)的比例,1000mW (即1W),1mW,在這種情況下的隔離為 10log(1000mW/1mW) = 30dB,3. (極化) 隔離,P1,系指天線(xiàn)在某一規(guī)定方向上的輻射功率通量密度與參考天線(xiàn)（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。,4.天線(xiàn)的增益,20,天線(xiàn)增益、方向圖和天線(xiàn)尺

7、寸之關(guān)系,天線(xiàn)增益是用來(lái)衡量天線(xiàn)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(xiàn)重要的參數(shù)之一。 天線(xiàn)增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。,全向天線(xiàn)增益與垂直波瓣寬度,板狀天線(xiàn)增益與水平波瓣寬度,一個(gè)單一對(duì)稱(chēng)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(xiàn)與對(duì)稱(chēng)振子相比較的增益 用“dBd”表示 一個(gè)天線(xiàn)與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示,5. dBd 和 dBi的區(qū)別,2.15dBi,對(duì)稱(chēng)振子的增益為2.15dBi,天線(xiàn)輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向就是天線(xiàn)的極化方向,6.天線(xiàn)的工作帶寬,無(wú)論是發(fā)射天線(xiàn)還是接收天線(xiàn)，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬

8、度）內(nèi)工作的。 天線(xiàn)的頻帶寬度有兩種不同的定義： 在駐波比SWR 1.5 條件下，天線(xiàn)的工作頻帶寬度； 天線(xiàn)增益下降3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說(shuō)，天線(xiàn)的頻帶寬度就是天線(xiàn)的駐波比SWR不超過(guò)1.5,三、天線(xiàn)的基本分類(lèi),圖：定向天線(xiàn),圖：全向天線(xiàn),按輻射方向劃分,全向天線(xiàn)：即在水平方向圖上表現(xiàn)為360都均勻輻射，也就是平常所說(shuō)的無(wú)方向性。 定向天線(xiàn)：即在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說(shuō)的有方向性。,三、天線(xiàn)的基本分類(lèi),板狀天線(xiàn),帽形天線(xiàn),鞭狀天線(xiàn),面狀天線(xiàn),按外部形狀劃分,八木天線(xiàn),板狀天線(xiàn),帽形天線(xiàn),鞭狀天線(xiàn),面狀天線(xiàn),八木天線(xiàn),

9、板狀天線(xiàn)是用得最為普遍的一類(lèi)極為重要的基站天線(xiàn)。這種天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長(zhǎng)。 板狀天線(xiàn)也常常被用作為直放站的用戶(hù)天線(xiàn)，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線(xiàn)型號(hào)。,從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線(xiàn)作為直放站施主天線(xiàn)。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以?huà)佄锩嫣炀€(xiàn)集射能力強(qiáng)，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線(xiàn)，在900兆頻段，其增益即可達(dá) G = 20 dB . 它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線(xiàn)。,八木定向天線(xiàn)，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適

10、用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線(xiàn)的首選天線(xiàn)類(lèi)型。 八木定向天線(xiàn)的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線(xiàn)，其增益可達(dá) 10-15 dB 。,室內(nèi)吸頂天線(xiàn)必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀(guān)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。天線(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線(xiàn)寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿(mǎn)足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求， 故首選作為室內(nèi)覆蓋用天線(xiàn)。,鞭狀天線(xiàn)也是用得較為普遍的一類(lèi)基站天線(xiàn)。這種天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、密封性能可靠以及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，一般被使用在室外基站，但由于其覆蓋無(wú)方向性限制，出于性?xún)r(jià)比的考慮通

11、常應(yīng)用于覆蓋沒(méi)有明顯的方向性要求，基站周?chē)?huà)務(wù)分布比較分散的區(qū)域。,三、天線(xiàn)的基本分類(lèi),按極化方向劃分,全向天線(xiàn)，指天線(xiàn)的輻射在水平面上360均勻輻射，也就是平常所說(shuō)的無(wú)方向性，在垂直面上表現(xiàn)為有一定寬度的波束。 全向天線(xiàn)一般用在話(huà)務(wù)量極低的農(nóng)村或郊野某些較空曠的場(chǎng)合，一般采用全向11dBi天線(xiàn)。,水平面 垂直面,全向天線(xiàn),定向單極化天線(xiàn),定向單極化天線(xiàn)是一種在空間特定方向上具有比其它方向上能更有效地發(fā)射或接收電磁波強(qiáng)度的天線(xiàn)。單極化天線(xiàn)進(jìn)行空間分集時(shí)，一個(gè)扇區(qū)需要安裝需要兩幅天線(xiàn)，一副只用于發(fā)射，接收時(shí)兩副同時(shí)工作。為保證分集接收效果，兩副天線(xiàn)在安裝時(shí)需平行且在同一平面上。 定向單極化一般也

12、應(yīng)用于較空曠的區(qū)域，以保證空間分集接收獲得良好的效果。,水平面 垂直面,雙極化天線(xiàn)內(nèi)部采用45度極化，有兩個(gè)射頻端口，實(shí)際使用時(shí)一端口用于接收和發(fā)送，另一個(gè)端口僅接收，利用極化分集的原理，每個(gè)扇區(qū)只需布置一副雙極化天線(xiàn)即可。 由于雙極化天線(xiàn)在城區(qū)應(yīng)用可以獲得良好的極化分集效果，且選址和安裝較空間分集天線(xiàn)更為簡(jiǎn)單，已成為城區(qū)建站的主要應(yīng)用類(lèi)型。,定向雙極化天線(xiàn),水平面,基站天線(xiàn)的選型,1、市區(qū)基站天線(xiàn)選擇 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：基站分布較密，要求單基站覆蓋范圍小，希望盡量減少越區(qū)覆蓋的現(xiàn)象，減少基站之間的干擾，提高頻率復(fù)用率。 天線(xiàn)選用原則： 極化方式選擇：由于市區(qū)基站站址選擇困難，天線(xiàn)安裝空間受限，建

13、議選用雙極化天線(xiàn)； 方向圖的選擇：在市區(qū)主要考慮提高頻率復(fù)用度，因此一般選用定向天線(xiàn)； 半功率波束寬度的選擇：為了能更好地控制小區(qū)的覆蓋范圍來(lái)抑制干擾，市區(qū)天線(xiàn)水平半功率波束寬度選6065； 天線(xiàn)增益的選擇：由于市區(qū)基站一般不要求大范圍的覆蓋距離，因此建議選用中等增益的天線(xiàn)。建議市區(qū)天線(xiàn)增益選用15-18dBi增益的天線(xiàn)。若市區(qū)內(nèi)用作補(bǔ)盲的微蜂窩天線(xiàn)增益可選擇更低的天線(xiàn)； 下傾角選擇：由于市區(qū)的天線(xiàn)傾角調(diào)整相對(duì)頻繁，且有的天線(xiàn)需要設(shè)置較大的傾角，而機(jī)械下傾不利于干擾控制，所以建議選用預(yù)置下傾角天線(xiàn)?？梢赃x擇具有固定電下傾角的天線(xiàn)，條件滿(mǎn)足時(shí)也可以選擇電調(diào)天線(xiàn)。,基站天線(xiàn)的選型,2、郊區(qū)農(nóng)村基站

14、天線(xiàn)選擇 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：基站分布稀疏，話(huà)務(wù)量較小，要求廣覆蓋。有的地方周?chē)挥幸粋€(gè)基站，覆蓋成為最為關(guān)注的對(duì)象，這時(shí)應(yīng)結(jié)合基站周?chē)韪采w的區(qū)域來(lái)考慮天線(xiàn)的選型。 天線(xiàn)選用原則： 方向圖選擇：如果要求基站覆蓋周?chē)膮^(qū)域，且沒(méi)有明顯的方向性，基站周?chē)?huà)務(wù)分布比較分散，此時(shí)建議采用全向基站覆蓋。同時(shí)需要注意的是：全向基站由于增益小，覆蓋距離不如定向基站遠(yuǎn)。同時(shí)全向天線(xiàn)在安裝時(shí)要注意塔體對(duì)覆蓋的影響，并且天線(xiàn)一定要與地平面保持垂直。如果局方對(duì)基站的覆蓋距離有更遠(yuǎn)的覆蓋要求，則需要用定向天線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況下，應(yīng)當(dāng)采用水平面半功率波束寬度為90 、105 、120 的定向天線(xiàn)； 天線(xiàn)增益的選擇：視覆蓋要

15、求選擇天線(xiàn)增益，建議在郊區(qū)農(nóng)村地區(qū)選擇較高增益（16-18dBi）的定向天線(xiàn)或911dBi的全向天線(xiàn)； 下傾方式的選擇：在郊區(qū)農(nóng)村地區(qū)對(duì)天線(xiàn)的下傾調(diào)整不多，其下傾角的調(diào)整范圍及特性要求不高，建議選用機(jī)械下傾天線(xiàn)；同時(shí)，天線(xiàn)掛高在50米以上且近端有覆蓋要求時(shí)，可以?xún)?yōu)先選用零點(diǎn)填充的天線(xiàn)來(lái)避免塔下黑問(wèn)題。,基站天線(xiàn)的選型,3、公路覆蓋基站天線(xiàn)選擇 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：該環(huán)境下話(huà)務(wù)量低、用戶(hù)高速移動(dòng)、此時(shí)重點(diǎn)解決的是覆蓋問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)它要實(shí)現(xiàn)的是帶狀覆蓋，故公路的覆蓋多采用雙向小區(qū)；在穿過(guò)城鎮(zhèn)，旅游點(diǎn)的地區(qū)也綜合采用全向小區(qū)；再就是強(qiáng)調(diào)廣覆蓋，要結(jié)合站址及站型的選擇來(lái)決定采用的天線(xiàn)類(lèi)型。不同的公路環(huán)境差別

16、很大，一般來(lái)說(shuō)有較為平直的公路，如高速公路、鐵路、國(guó)道、省道等等，推薦在公路旁建站，采用S1/1/1、或S1/1站型，配以高增益定向天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)覆蓋。有蜿蜒起伏的公路如盤(pán)山公路、縣級(jí)自建的山區(qū)公路等等。得結(jié)合在公路附近的鄉(xiāng)村覆蓋，選擇高處建站。在初始規(guī)劃進(jìn)行天線(xiàn)選型時(shí)，應(yīng)盡量選擇覆蓋距離廣的高增益天線(xiàn)進(jìn)行廣覆蓋。 天線(xiàn)選型原則： 方向圖的選擇：在以覆蓋鐵路、公路沿線(xiàn)為目標(biāo)的基站，可以采用窄波束高增益的定向天線(xiàn)。 可根據(jù)布站點(diǎn)的道路局部地形起伏和拐彎等因素來(lái)靈活選擇天線(xiàn)形式； 天線(xiàn)增益的選擇，定向天線(xiàn)增益可選17dBi22dBi的天線(xiàn)，全向天線(xiàn)的增益選擇11dBi； 下傾方式的選擇：公路覆蓋一般不設(shè)

17、下傾角，建議選用價(jià)格較便宜的機(jī)械下傾天線(xiàn)，在50米以上且近端有覆蓋要求時(shí)，可以?xún)?yōu)先選用零點(diǎn)填充（大于15%）的天線(xiàn)來(lái)解決塔下黑問(wèn)題； 前后比：由于公路覆蓋大多數(shù)用戶(hù)都是快速移動(dòng)用戶(hù)，所以為保證切換的正常進(jìn)行，定向天線(xiàn)的前后比不宜太高。,基站天線(xiàn)的選型,4、山區(qū)覆蓋基站天線(xiàn)選擇 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：在偏遠(yuǎn)的丘陵山區(qū)，山體阻擋嚴(yán)重，電波的傳播衰落較大，覆蓋難度大。 通常為廣覆蓋，在基站很廣的覆蓋半徑內(nèi)分布零散用戶(hù)，話(huà)務(wù)量較小?；净蚪ㄔ谏巾斏稀⑸窖g、山腳下、或山區(qū)里的合適位置。需要區(qū)分不同的用戶(hù)分布、地形特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行基站選址、選型、選擇天線(xiàn)。以下這幾種情況比較常見(jiàn)的：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(xiàn)選擇原則： 方向