WCDMA天線原理及選型學(xué)習(xí)課程

1、前言 天線在無(wú)線通信系統(tǒng)中起著重要的作用。WCDMA中各種場(chǎng)景下天線的選型會(huì)直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能。第1頁(yè)/共59頁(yè)第一頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第2頁(yè)/共59頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第3頁(yè)/共59頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。無(wú)線作用把從導(dǎo)線上傳下來(lái)的電信號(hào)做為無(wú)線電波發(fā)射到空間.。收集無(wú)線電波并產(chǎn)生電信號(hào)將傳輸線中的高頻電磁能 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

2、傳輸線中的高頻電磁能。第4頁(yè)/共59頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線示意圖第5頁(yè)/共59頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第6頁(yè)/共59頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線工作原理導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)；當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線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)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。第7頁(yè)/共59頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線工作原理天線工作原理兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。

3、每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，稱為半波振子。全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為全波對(duì)稱振子。將振子折合起來(lái)的，稱為折合振子。1/2波長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)第8頁(yè)/共59頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線工作原理天線工作原理單元振子饋電網(wǎng)絡(luò)饋電網(wǎng)絡(luò)天線接頭天線接頭單元振子饋電網(wǎng)絡(luò)定向天線全向天線第9頁(yè)/共59頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第10頁(yè)/共59頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線工作帶寬無(wú)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(shí)天線所能輸

4、送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。天線工作帶寬有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時(shí)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。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說(shuō)，就是當(dāng)天線的輸入駐波比1.5時(shí)，天線的工作帶寬。第11頁(yè)/共59頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第一章 天線原理l第二節(jié) 天線工作原理l第三節(jié) 天線工作帶寬l第四節(jié) 天線極化 第12頁(yè)/共59頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線極化天線輻射的電磁場(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度傾斜的極化第13

5、頁(yè)/共59頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。雙極化天線V/H (垂直/水平)傾斜 (+/- 45)兩個(gè)天線為一個(gè)整體傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波第14頁(yè)/共59頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。極化損失當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線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，例如：當(dāng)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(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來(lái)波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，接收天線也就完全接收不到來(lái)波的能量，這時(shí)稱來(lái)波與接收天線極化是隔離的。第15頁(yè)/共59頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。極化隔離隔離

6、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第16頁(yè)/共59頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第17頁(yè)/共59頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。按輻射方向劃分圖：定向天線圖：全向天線第18頁(yè)/共59頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。按外形劃分板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線第19頁(yè)/共59頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。按極化方式劃分全 向 天 線單 極 化

7、定 向 天 線雙 極 化 定 向 天 線第20頁(yè)/共59頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第21頁(yè)/共59頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第三章 天線主要指標(biāo)l第一節(jié) 天線電氣指標(biāo)l第二節(jié) 天線機(jī)械指標(biāo)第22頁(yè)/共59頁(yè)第二十二頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線主要電氣指標(biāo)第23頁(yè)/共59頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向

8、圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。第24頁(yè)/共59頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包圈形的方向圖輻射對(duì)稱振子的增益為2.17dB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: 3dBd = 5.17dBi第25頁(yè)/共59頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線方向圖對(duì)稱半波振子方向圖頂視側(cè)視定向天線方向圖全向天線方向圖第26頁(yè)/共59頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線其它電氣指標(biāo)第27頁(yè)/共59頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。前后比方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前

9、后比。它大，天線定向接收性能就好。后向功率前向功率以dB表示的前后比 = 10 log 典型值為 25dB 左右 (前向功率) (反向功率)第28頁(yè)/共59頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。波束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 波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 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，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱 為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的

10、夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。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(qiáng)。第29頁(yè)/共59頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。波束寬度天線是一種能量集中的裝置，在某個(gè)方向輻射的增強(qiáng)意味著其他方向輻射的減弱。通?？梢酝ㄟ^(guò)水平面波瓣寬度的縮減來(lái)增強(qiáng)某個(gè)方向的輻射強(qiáng)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(guān)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 32400aG 第30頁(yè)/共59頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。波束寬度 例如：某一全

11、向天線，增益 11dBi，水平波束寬度 360，其垂直波束寬度為： 由于設(shè)計(jì)和制造工藝上的差異，實(shí)際全向天線的垂直波束寬度往往比上述計(jì)算結(jié)果要小。兩者差別越小，說(shuō)明天線設(shè)計(jì)得越好。1.1324007.15360 10o第31頁(yè)/共59頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。波束寬度圖 天線增益與波束寬度的關(guān)系第32頁(yè)/共59頁(yè)第三十二頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線下傾機(jī)械下傾電下傾第33頁(yè)/共59頁(yè)第三十三頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線駐波比9.5 W80 ohms50 ohms朝前: 10W返回: 0.5W第34頁(yè)/共59頁(yè)第三十四頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線互

12、調(diào)產(chǎn)生原因存在磁性物質(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第35頁(yè)/共59頁(yè)第三十五頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。第三章 天線主要指標(biāo)l第一節(jié) 天線電氣指標(biāo)l第二節(jié) 天線機(jī)械指標(biāo)第36頁(yè)/共59頁(yè)第三十六頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線的主要機(jī)械指標(biāo)天線輸入接口天線尺寸天線重量風(fēng)載荷工作溫度濕度要求雷電防護(hù)三防能力第37頁(yè)/共59頁(yè)第三十七頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第38頁(yè)/共59頁(yè)第三十八頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則城區(qū)天線選取原則：工作頻

13、率 1710 2170 MHz 45雙極化 65 水平波束寬度 15 dBi 增益 預(yù)置 6電下傾或 0 10可調(diào)電下傾 + 0 15可調(diào)機(jī)械下傾 上副瓣抑制 + 零點(diǎn)填充 25dB 前后比。 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：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(dǎo)頻污染，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和容量。第39頁(yè)/共59頁(yè)第三十九頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則郊區(qū)65或 90 水平波束寬度 一般不采用預(yù)置電下傾的天線，即使采用下傾，一般下傾角也比較小。應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：郊區(qū)的應(yīng)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(shí)覆蓋與干擾控制在天線選型時(shí)都要考

14、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(shí)際情況參考城區(qū)及農(nóng)村的天線選型原。第40頁(yè)/共59頁(yè)第四十頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則農(nóng)村天線選取原則：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(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充。 全向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充。 應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：基站分布稀疏，話務(wù)量較小，覆蓋要求廣。有的地方會(huì)采用孤站覆蓋，覆蓋是最受關(guān)注的問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)結(jié)合基站周圍需覆蓋的區(qū)域來(lái)考慮天線的選型

15、。第41頁(yè)/共59頁(yè)第四十一頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則公路天線選取原則：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(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充?！?”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(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充。心形天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 210 水平波束寬度 / 12 dBi 增益 / 不預(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充。應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：該應(yīng)用環(huán)境下話務(wù)量低、用戶高速移動(dòng)、此時(shí)重點(diǎn)解決的是覆蓋問(wèn)題。公路

16、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(guò)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，旅游點(diǎn)的地區(qū)也可采用三扇區(qū)或心形全向站。第42頁(yè)/共59頁(yè)第四十二頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則山區(qū)天線選取原則：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 / 預(yù)置電下傾 / 零點(diǎn)填充。全向天線工作頻率 1710 2170 MHz / 垂直極化 / 11 dBi 增益 / 預(yù)置電下傾 / 零點(diǎn)填充。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。以下這幾種情況比較常見(jiàn)：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

17、等。第43頁(yè)/共59頁(yè)第四十三頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則近海天線選取原則：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(yù)置下傾 / 零點(diǎn)填充。應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：話務(wù)量較少，覆蓋面廣，無(wú)線傳播環(huán)境好。對(duì)近海的海面進(jìn)行覆蓋時(shí)，覆蓋距離主要受地球球面曲率、無(wú)線傳播衰減限制?？紤]到地球球面曲率的影響，對(duì)海面進(jìn)行覆蓋的基站天線一般架設(shè)得很高，超過(guò) 100m。第44頁(yè)/共59頁(yè)第四十四頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則隧道天線選取原則：定向天線工作頻率 800 2200 MHz / 垂直極化 / 55 水平波

18、束寬度 / 11.5 dBi 增益的對(duì)數(shù)周期天線（考慮與 GSM/DCS 共用）。 泄漏電纜：500米八木天線應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：話務(wù)量不大，基本不存在干擾控制的問(wèn)題，主要是天線的選擇及安裝問(wèn)題。寬帶第45頁(yè)/共59頁(yè)第四十五頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。天線選型原則室內(nèi)天線選取原則：全向天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 360 水平波束寬度、90 垂直波束寬度 / 2dBi 增益。平板定向天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 90 水平波束寬度、60 垂直波束寬度 / 7dBi 增益。對(duì)數(shù)周期天線工作頻率 800 2500 MHz / 垂直極化 / 55 水平波束寬度、50 垂直波束寬度 / 11.5dBi 增益應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)：為解決室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，通常是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，將基站的信號(hào)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)直接引入到室內(nèi)各區(qū)域，再通過(guò)各室內(nèi)天線完成信號(hào)收發(fā)，從而達(dá)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(luò)覆蓋。第46頁(yè)/共59頁(yè)第四十六頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。課程內(nèi)容第一章 天線原理第二章 天線分類第三章 天線主要指標(biāo)第四章 天線選型原則第五章 天線新技術(shù)第47頁(yè)/共59頁(yè)第四十七頁(yè)，編輯于星期日：七點(diǎn) 五十八分。動(dòng)態(tài)多波束天線