01第一講 天線的基礎(chǔ)知識

第一講 天線的基礎(chǔ)知識 表征天線性能的主要參數(shù)有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。 1.1 天線的輸入阻抗 天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系 ，使用那一個純出于習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為 50。 駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在 1到無窮大之間。駐波比為 1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于 1.5，但實際應(yīng)用中 VSWR應(yīng)小于 1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能。 回波損耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在 0dB 的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好 。 0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于 14dB。 1.2 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場強(qiáng)度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。 因此，在移動通信系統(tǒng) 中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術(shù)的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設(shè)計思路而言，一般分為垂直與水平極化和 45極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是 45極化方式。雙極化天線組合了 +45和 -45兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天線數(shù)量；同時由于 45為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為 5dB，比單極化天線提高約 2dB。） 1.3 天線的增益 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，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。 一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統(tǒng)增益預(yù)算余量。另外，表征天線增益的參數(shù)有 dBd和 dBi。 DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的； dBd 相對于對稱陣子天線的增益 dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地， GSM定向基站的天線增益為 18dBi，全向的為 11dBi。 1.4 天線的波瓣寬度 波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數(shù)，它是指天線的輻射圖中低于峰值 3dB 處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發(fā)信號能力的一個指標(biāo)，通常以圖形方式表示為功率強(qiáng)度與夾角的關(guān)系）。 天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應(yīng)方向上的覆蓋半徑有關(guān)。因此，在一定范圍內(nèi)通過對天線垂直度（俯仰角）的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的，這也是我們在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中經(jīng)常采用的 一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（ H Plane Half Power beamwidth） :(45 ,60 ,90等 )定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大 ,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當(dāng)提高天線傾角時，也越容易發(fā)生波束畸變 ,形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產(chǎn)生對其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應(yīng)當(dāng)采用水平平面的半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（ V Plane Half Power beamwidth） :（ 48 , 33 ,15 ,8）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調(diào)整天線傾角準(zhǔn)確控制覆蓋范圍。 1.5 前后比 (Front-Back Ratio) 表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在 25 30dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為 30的天線。 案例 常見天線參數(shù)設(shè)置 電性能 (Band 1) 技術(shù)參數(shù) 性能指標(biāo) 增益 Gain 16dBi 頻率范圍 Frequency Range 870 - 960 MHz 雙極化 Polarisation Dual Slant 45 端口隔離度 Isolation between ports 330 dB 水平平面 -3dB 功率角 Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth 65 垂直平面 -3dB 功率角 Vertical Plane -3dB Power Beamwidth 8 水平面 -10dB Power Beamwidth Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth 125 阻抗 Impedance 50 Ohm 回波損耗 Return Loss 870-960 MHz 316 dB 前后比 Front to Back Ratio 325 dB 端口最大輸入功率 Max Input Power per port 150 W Electrical Downtilt 1 to 10 Downtilt Setting Accuracy 0.5 電性能 (Band 2) 增益 Gain 16dBi 頻率范圍 Frequency Range 1710-1880 MHz 雙極化 Polarisation Dual Slant 45 端口隔離度 Isolation between ports 330 dB 水平 平面 -3dB 功率角 Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth 65 垂直平面 -3dB 功率角 Vertical Plane -3dB Power Beamwidth 8 水平面 -10dB Power Beamwidth Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth 120 阻抗 Impedance 50 Ohm 回波損耗 Return Loss 870-960 MHz 314 dB 前后比 Front to Back Ratio 325 dB 端口最大輸入功率 Max Input Power per port 125 W 電調(diào)下傾角度 Electrical Downtilt 1 to 10 電調(diào)下傾角度精確度 Downtilt Setting Accuracy 0.5 電性能 (一般 ) 連接器類型 Connectors Type 7/16 DIN, N optional 機(jī)械性能 高度 Height 2258 mm 寬度 Width 400 mm 深度