京信移動通信基站天線基礎知識交流-ppt課件

1、201920193 3月月Stock Code: 2342.HK天線原理及參數(shù)引見2019.3王曉陽一、一、 電磁波傳播根底知識電磁波傳播根底知識三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理二、天線輻射原理四、天線分類四、天線分類無線電波的定義無線電波的定義一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識無線電波是一種信號和能量的傳播方式，在傳播過程中，電場和磁場在空無線電波是一種信號和能量的傳播方式，在傳播過程中，電場和磁場在空間中相互垂直，且都垂直于傳播方向。間中相互垂直，且都垂直于傳播方向。特例：特例：垂直的線極垂直的線極化化隨時間變化隨時間變化隨空間變化隨空間變化無線電波的傳播

2、方向無線電波的傳播方向一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識正交特性；電生磁、磁生電。正交特性；電生磁、磁生電。 無線電波的波長、頻率與傳播速度的關系無線電波的波長、頻率與傳播速度的關系 其中：波長其中：波長 = C/f = C/f 式中，式中，C C為光速，為光速，f f為任務頻率，為任務頻率，為波為波長。長。一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識在一樣的介質中，不同頻率下，天線的任務波長不同。頻率越高，在一樣的介質中，不同頻率下，天線的任務波長不同。頻率越高，波長越短。波長越短。 天線的電性能與電長度波長對應。物理長度那么需求進展換天線的電性能與電長度波長對應。物理長度那么需求

3、進展換算。算。l 無線電波的極化無線電波的極化l 無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種景象稱為無線電波的極化。無線電波的極化是變化的，這種景象稱為無線電波的極化。無線電波的極化是由電場矢量在空間運動的軌跡確定的。假設電波的電場方向由電場矢量在空間運動的軌跡確定的。假設電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。假設電波的電場方垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。假設電波的電場方向與地面平行，那么稱為程度極化波。向與地面平行，那么稱為程度極化波。一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識特例：線極化特例：線極化 垂直

4、的、程度的垂直的、程度的一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識圓極化圓極化 橢圓極化橢圓極化 線極化線極化左旋、右旋；垂直、程度左旋、右旋；垂直、程度垂直方式垂直方式程度方式程度方式+ 45+ 45斜角斜角- 45- 45斜角斜角天線極化：是指電場矢量在空間運動的軌跡。天線極化：是指電場矢量在空間運動的軌跡。一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識特例：線極化特例：線極化 垂直的、程度的、偏斜的垂直的、程度的、偏斜的雙極化天線：由兩組正交的輻射單元組成。雙極化天線：由兩組正交的輻射單元組成。一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識1、互補完備不相關。正交、互補完備不相關。正交/9

5、0度度 規(guī)劃任務規(guī)劃任務2、相當平衡任務。、相當平衡任務。+45/-45 勝任任務勝任任務3、高效、高效XPD。降低損耗。降低損耗 專注任務專注任務l 多徑傳播多徑傳播: :電波在傳播過程中，除直接傳播外，遇到妨礙物電波在傳播過程中，除直接傳播外，遇到妨礙物例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射和繞射。因此，到達接納天線的電磁波，不僅有直射波反射和繞射。因此，到達接納天線的電磁波，不僅有直射波，還有反射波，繞射波、透射波，這種景象就叫多徑傳輸。，還有反射波，繞射波、透射波，這種景象就叫多徑傳輸。一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳

6、播根底知識由于多徑傳播使得信號場強分布復雜化，動搖很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀瑫闺姴ǖ臉O化方向發(fā)生變化改動，因此，有的地方信號場強加強，有的地方信號場強減弱，另外，不同的妨礙物對電波的反射才干也不同 。為降低多徑傳輸效應的影響，普通采用空間分集或極化分集來接納。極化改動：l 空間分集：單極化天線空間分集：單極化天線 極化分集：雙極化天線極化分集：雙極化天線接納信號強度接納信號強度接納間隔接納間隔一、電磁波傳播根底知識一、電磁波傳播根底知識一、一、 電磁波傳播根底知識電磁波傳播根底知識三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理二、天線輻射原理 天線的定義天線的定義 可以有效地向空

7、間某特定方向輻射電磁波或可以有效地可以有效地向空間某特定方向輻射電磁波或可以有效地 接納空間某特定方向來的電磁波的安裝。接納空間某特定方向來的電磁波的安裝。 二、天線輻射原理二、天線輻射原理天線功能天線功能能量轉化能量轉化空間電磁波定向輻射接納定向輻射接納電纜內高頻電流電纜內高頻電流無線電設備效率要求效率要求-追追求高效率求高效率方向圖要求方向圖要求-滿足特定空間分布要求滿足特定空間分布要求進得去，進得去，出得來。出得來。 天線的輻射原理天線的輻射原理二、天線輻射原理二、天線輻射原理半波振子是天線的根本輻射單元，波長越長，天線半波振子越大。半波振子是天線的根本輻射單元，波長越長，天線半波振子越

8、大。 天線半波振子天線半波振子二、天線輻射原理二、天線輻射原理1/4 1/4 波波長長半波振子半波振子 電長電長度度程度面程度面垂直面垂直面1/4 1/4 波波長長1/2 1/2 波波長長半波振子例如：半波振子例如：二、天線輻射原理二、天線輻射原理 天線輻射方向圖天線輻射方向圖用來表述天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射和接納電磁波的才干。普通為三維輻射立體圖。單個輻射單元單個輻射單元多單元陣列多單元陣列二、天線輻射原理二、天線輻射原理實踐評判中是其轉化成的二維平面圖形，即程度實踐評判中是其轉化成的二維平面圖形，即程度面方向圖及垂直面方向圖。面方向圖及垂直面方向圖。程度面程度面二、天線輻射原理二、

9、天線輻射原理 天線輻射方向圖天線輻射方向圖垂直面垂直面同一款基站天線有多種設計方案來實現(xiàn)。同一款基站天線有多種設計方案來實現(xiàn)。設計方案涉及到天線的以下四部分：設計方案涉及到天線的以下四部分：1 1、輻射單元對稱振子、輻射單元對稱振子 or or 貼片貼片 陣元陣元 2 2、反射板底板、反射板底板3 3、功率分配網(wǎng)絡饋電網(wǎng)絡、功率分配網(wǎng)絡饋電網(wǎng)絡4 4、封裝防護天線罩、封裝防護天線罩饋電網(wǎng)絡饋電網(wǎng)絡 天線組成部件天線組成部件二、天線輻射原理二、天線輻射原理振子振子反射板反射板天線罩天線罩一、一、 電磁波傳播根底知識電磁波傳播根底知識三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)二、天線輻射原理二、天線

10、輻射原理三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)無論天線還是其他通訊產(chǎn)品，總是在一定的頻率范圍頻帶寬度內任務，無論天線還是其他通訊產(chǎn)品，總是在一定的頻率范圍頻帶寬度內任務，其取決于目的的要求。通常情況下，滿足目的要求的頻率范圍即可為天線的其取決于目的的要求。通常情況下，滿足目的要求的頻率范圍即可為天線的任務頻率。任務頻率。普通來說，在任務頻帶寬度內的各個頻率點上，天線性能是有差別的。因此，普通來說，在任務頻帶寬度內的各個頻率點上，天線性能是有差別的。因此，在一樣的目的要求下，任務頻帶越寬，天線設計難度越大。在一樣的目的要求下，任務頻帶越寬，天線設計難度越大。 天線任務頻率天線任務頻率輻射參數(shù)輻

11、射參數(shù)主瓣；主瓣；副瓣；副瓣；半功率波束寬度；半功率波束寬度；增益；增益；波束下傾角；波束下傾角；前后比；前后比；交叉極化鑒別率；交叉極化鑒別率；上旁瓣抑制；上旁瓣抑制；下零點填充；下零點填充；天線輻射方向圖天線輻射方向圖三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎基礎指標指標水平面波束寬度水平面波束寬度垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度

12、方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)10dB 波束寬度120 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB60 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB3dB 波束寬度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)GdBi=10Lg32000/3dB,E3dB,H 波束寬度波束寬度( () )增增 益益 dBi806960 MHz17102170 MHz水平面水平面垂直面垂直面B B系列系列天線長度天線長度（米）（米）K K系列系列天線長度天線長度（米）（米）65614151315 675717.526151310908141413156

13、75716.526151310三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性

14、能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)夾角夾角法線方向法線方向最大輻射方向最大輻射方向對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)后向功率后向功率前向功前向功率率三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程

15、度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)36天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的才干，它是選擇基站天天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的才干，它是選擇基站天線重要

16、的參數(shù)之一。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。天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益越高，天線長度越長。增益越高，天線長度越長。三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)37 天線增益的幾個要點天線增益的幾個要點: :三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)1、天線是無源器件，不能產(chǎn)生能量。天線增益只是將能量有效集、天線是無源器件，不能產(chǎn)生能量。天線增益只是將能量有效集 中向某特定方向輻射或接受電磁波的才干。中向某特定方向輻射或接受電磁波的才干。2、天線的增益由振子疊加而產(chǎn)生。增益越高，天線長度越長。、天線的增益由振子疊加而產(chǎn)生。增益越高，天線長度越

17、長。3、天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。、天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)高增益天線垂直方向圖低增益天線垂直方向圖對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零點填充零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三

18、、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零點填充零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要

19、求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡的不同影響程度對網(wǎng)絡的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標滿足網(wǎng)絡覆蓋要求的基礎指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束

20、寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡通信質量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)程度面程度面H H面面垂直面垂直面E E面面立體圖立體圖三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)電壓駐波比電壓駐波比VSWRVSWR：為傳輸線上的電壓最大值與電壓最小值之比。：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、三階互調天線電路參數(shù)：駐波比、隔離度、三階互調 當天線端口沒有反射時，就是理想匹配，駐波比為1；當天線端口全反射

21、時，駐波比為無窮大。 三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)電壓駐波比是天線高效率輻射的根本目的要求。電壓駐波比是天線高效率輻射的根本目的要求。在全頻段內調查在全頻段內調查VSWRVSWR，取最大值為目的。，取最大值為目的。評價舉例：目的為評價舉例：目的為1.51.5，一切頻點都需求優(yōu)于該目的。，一切頻點都需求優(yōu)于該目的。減小的天線輻射功率減小的天線輻射功率VSWR VSWR 回波損耗回波損耗(dB)(dB)反射功率反射功率(dB)(dB)3.0 6.0 25%1.252.0 9.5 11%0.51.8 11.0 8.0%0.361.5 14.0 4.0%0.171.4 15.5 2.8%0

22、.121.3 17.5 1.7%0.071.2 21.0 0.8%0.03三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)1000mW (1000mW (即即 1W) 1W)1mW1mW該例子中，隔離度為：10log(1000mW/1mW) = 30dB三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)三、天線主要性能參數(shù)互調干擾的必要條件：足夠強的互調信號電平互調干擾的必要條件：足夠強的互調信號電平+ +可以落入到系統(tǒng)接納頻帶可以落入到系統(tǒng)接納頻帶移動通信系移動通信系統(tǒng)統(tǒng)下行頻段下行頻段Tx(MHz)Tx(MHz)上行頻段上行頻段Rx(MHz)Rx(MHz)三階交調頻段三階交調頻段(MHz

23、)(MHz)五階交調頻段五階交調頻段(MHz)(MHz)結論結論移動移動EGSM900EGSM900930-935930-935885-890885-890925940925940920945920945三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段移動移動GSM900GSM900935954935954890909890909916973916973897992897992三階不落入到三階不落入到RxRx頻段，頻段，五階落入到自身五階落入到自身Rx Rx 的的897909897909頻段和聯(lián)頻段和聯(lián)通通GSM900 Rx GSM900 Rx 的的909915909915頻段頻段聯(lián)通

24、聯(lián)通GSM900GSM900954960954960909915909915948966948966942972942972三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段電信電信CDMA800CDMA800870880870880825835825835860890860890850900850900三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段三階落入到移動三階落入到移動EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890頻段；頻段；五階落入到移動五階落入到移動EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890頻段和移動頻段和移動

25、GSM900 Rx GSM900 Rx 的的890900890900頻段頻段移動移動GSM1800GSM18001805182518051825 171017301710173017851845178518451765186517651865三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段聯(lián)通聯(lián)通GSM1800GSM18001840185018401850 174517551745175518301860183018601820187018201870三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段聯(lián)通聯(lián)通WCDMAWCDMA2130214521302145 194019551940195521152160211521602100217521002175