天線分集技術(shù)課件

2.3天線技術(shù)2.3天線技術(shù)天線的工作原理天線的基本功能是輻射和接收無(wú)線電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線的工作原理天線的基本功能是輻射和接收無(wú)線電波。天線的工作原理

根據(jù)電磁場(chǎng)理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流時(shí)會(huì)在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。

當(dāng)導(dǎo)體長(zhǎng)度足夠大（能夠與波長(zhǎng)相比擬時(shí)），就能使電磁波有效輻射出去；天線的工作原理根據(jù)電磁場(chǎng)理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流天線的工作原理電磁波從發(fā)射天線輻射出來(lái)后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌?chǎng)。在交變電磁場(chǎng)中放置一導(dǎo)線，在電磁波的作用下，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該導(dǎo)線與接收設(shè)備相連，在接收設(shè)備的輸入端就會(huì)產(chǎn)生高頻電流。天線的工作原理電磁波從發(fā)射天線輻射出來(lái)后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬商炀€的互易原理發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆性”；天線用作發(fā)信時(shí)的參數(shù)和收信時(shí)的參數(shù)保持不變，這就是天線的互易原理。天線的互易原理發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆天線參數(shù)移動(dòng)通信中討論天線的性能主要關(guān)心其信號(hào)覆蓋范圍和輻射強(qiáng)度。決定天線性能因素有些與天線本身無(wú)關(guān)，如天線架設(shè)高度等。有些因素與天線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝相關(guān)，這些因素稱為天線參數(shù)。天線參數(shù)移動(dòng)通信中討論天線的性能主要關(guān)心其信號(hào)覆蓋范圍和輻射主要的天線參數(shù)方向圖 效率增益 輸入阻抗工作頻帶 極化方式主要的天線參數(shù)方向圖 效率1、天線的方向性天線對(duì)空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。在水平面上，輻射與接收無(wú)最大方向的天線稱為全向天線，有一個(gè)或多個(gè)最大方向的天線稱為定向天線。1、天線的方向性天線對(duì)空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，天線方向圖用來(lái)表示天線的輻射或接收強(qiáng)度隨空間方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。天線方向圖用來(lái)表示天線的輻射或接收強(qiáng)度隨空間方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。全向天線全向天線由于其無(wú)方向性，所以常用在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的中心臺(tái)。全向天線全向天線由于其無(wú)方向性，所以常用在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的中定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對(duì)較高，適合于遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣，其余為副瓣；主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度。波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣，其余為副水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度垂直波瓣基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右；對(duì)于同一種類的天線，增益相同時(shí)，水平波瓣越寬，垂直波瓣就越窄；較窄的垂直波瓣會(huì)在基站近端產(chǎn)生信號(hào)“死區(qū)”。垂直波瓣基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右；天線下傾調(diào)整限制信號(hào)在所服務(wù)的小區(qū)范圍內(nèi)，減小“死區(qū)”，降低對(duì)其它小區(qū)的干擾。機(jī)械下傾：小于10度電調(diào)下傾：角度可調(diào)，后瓣同時(shí)下傾天線下傾調(diào)整限制信號(hào)在所服務(wù)的小區(qū)2、天線效率天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率Pin之比；天線輻射功率與所消耗的功率Ps之和為輸入功率。2、天線效率天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率P3、天線的增益天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。在同等條件下，天線增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)，一般基地臺(tái)天線都采用高增益天線，3、天線的增益天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖4、天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比。為使天線能獲得最大的功率，應(yīng)使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗匹配。4、天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比5、工作頻帶天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的工作頻率寬度即為天線工作頻帶。對(duì)頻分雙工的收發(fā)共用天線，必須考慮天線的工作頻帶寬度。5、工作頻帶天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的工6、天線極化方式分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；基站多采用線極化方式，又分為垂直極化和水平極化方式；6、天線極化方式分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；天線的種類按工作頻段分：短波、超短波、微波按用途分：基地臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)按方向性分：全向、定向按結(jié)構(gòu)分：線狀、面狀、天線陣列天線的種類按工作頻段分：短波、超短波、微波常用短波天線鞭天線（頂端加載）雙匝環(huán)天線三匝環(huán)天線斜天線雙極天線，籠形天線菱形天線行波天線常用短波天線鞭天線（頂端加載）基站常用天線基地固定式通信設(shè)備天線，主要有全向天線和定向天線兩種；受通信范圍要求，基地固定式天線一般采取高架。

基站常用天線基地固定式通信設(shè)備天線，主要有全向天線和定向天線1、高增益全向天線

半波偶極子天線：將半波振子垂直排列組成，水平方向圖不變，垂直方向性將增強(qiáng)；可以是二單元、四單元或六單元。

直立鞭天線同軸偶極天線布朗天線1、高增益全向天線

半波偶極子天線：將半波振子垂直排列組成2、定向天線用于扇形的信號(hào)覆蓋，在移動(dòng)通信中也稱扇區(qū)天線；天線增益更高，有利于控制天線覆蓋范圍，減小對(duì)鄰近小區(qū)的影響。2、定向天線用于扇形的信號(hào)覆蓋，在移動(dòng)通信中也稱扇區(qū)天線；角反射天線板式天線引向天線（八木天線）角反射天線泄漏同軸電纜用于隧道等特殊環(huán)境的覆蓋要求；場(chǎng)強(qiáng)分布均勻、可控性高，工作頻帶寬、兼容性好。泄漏同軸電纜用于隧道等特殊環(huán)境的覆蓋要求；終端天線車載臺(tái)天線：吸盤鞭天線手持臺(tái)天線：螺旋鞭天線、環(huán)形天線終端天線車載臺(tái)天線：吸盤鞭天線如何選擇天線架設(shè)地點(diǎn)？選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：1、天線的發(fā)射或接收方向應(yīng)避開障礙物（樓房、鐵塔、橋梁等）；2、天線架設(shè)地點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源（高壓線、航線、鐵塔、公路等）；3、天線應(yīng)盡量架設(shè)在附近的制高點(diǎn)：4、若幾付天線同時(shí)工作，應(yīng)特別注意左右和上下的間距，防止耦合干擾。如何選擇天線架設(shè)地點(diǎn)？選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：如何檢測(cè)天饋系統(tǒng)？在發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)之間串接通過式功率計(jì)，檢驗(yàn)發(fā)射機(jī)功率和反射功率的大小；通過駐波比檢測(cè)來(lái)判斷天饋系統(tǒng)是否正常。如何檢測(cè)天饋系統(tǒng)？在發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)之間串接通過式功率計(jì)，檢天饋系統(tǒng)如何防水？天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用防水膠泥和防水膠帶進(jìn)行密封饋線進(jìn)入室內(nèi)處彎一個(gè)返水彎，避免雨水沿饋線進(jìn)入室內(nèi)。天饋系統(tǒng)如何防水？天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用防水膠如何防雷基站天線附近要裝置避雷針。避雷針在可能條件下應(yīng)盡量遠(yuǎn)離天線，以免影響天線方向性；保護(hù)角應(yīng)小于45o；避雷針一定要連接大地天饋線上串接防雷器。如何防雷基站天線附近要裝置避雷針。2.4分集接收技術(shù)掌握分集技術(shù)的基本概念；理解每一種不同的分集方式和合并方式；了解其它分集方式的含義。2.4分集接收技術(shù)掌握分集技術(shù)的基本概念；分集接收的概念

分集接收是指接收端對(duì)它收到的經(jīng)過多個(gè)相互獨(dú)立路徑傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行特定的處理來(lái)減小衰落的深度與持續(xù)時(shí)間的方法。分集接收的概念分集接收是指接收端對(duì)它獨(dú)立衰落信號(hào)的特點(diǎn)t如果一條無(wú)線傳播路徑中的信號(hào)經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對(duì)獨(dú)立的路徑中可能仍包含著較強(qiáng)的信號(hào)。獨(dú)立衰落信號(hào)的特點(diǎn)t如果一條無(wú)線傳播路徑中的信號(hào)經(jīng)歷了深度衰分集接收的含義分散傳輸：使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；集中處理：把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并以降低衰落的影響。分集接收的含義分散傳輸：使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同分集方式分類宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)；“多基站”分集

微分集：減小小尺度衰落影響的分集技術(shù)。分集方式分類宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)；微分集的種類空間分集時(shí)間分集頻率分集極化分集場(chǎng)分量分集角度分集微分集的種類空間分集2、空間分集空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性?？臻g分集的接收機(jī)至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長(zhǎng)、地物及天線高度有關(guān)，在移動(dòng)信道中，通常?。菏袇^(qū)d=0.5λ郊區(qū)d=0.8λ2、空間分集空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性?？臻g分集工作示意圖天線切換邏輯或解調(diào)器輸出1G1G1G12m可變?cè)鲆婵臻g分集工作示意圖天線切換邏輯輸出1G1G1G12m可變?cè)鲆?、頻率分集頻率分集方式是指用兩個(gè)或兩個(gè)以上的頻率來(lái)傳送相同的信息的方式。頻率分集的工作原理是基于在信道相干帶寬之外的頻率上不會(huì)出現(xiàn)同樣的衰落。

2、頻率分集頻率分集方式是指用兩個(gè)或兩個(gè)以上的頻率來(lái)傳送相同3、極化分集基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相關(guān)的。使用水平和垂直兩個(gè)正交的分集支路，也稱正交極化分集；可看作是一種特殊的空間分集方式，只使用兩副天線，且天線間距縮短。3、極化分集基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相4、場(chǎng)分量分集電磁波的E場(chǎng)和H場(chǎng)載有相同的消息，而反射機(jī)理不同，是互不相關(guān)的；場(chǎng)分量分集不要求天線間有實(shí)體上的間隔，可用于較低工作頻段，而當(dāng)工作頻率較高時(shí)，可以容易地實(shí)現(xiàn)空間分集。4、場(chǎng)分量分集電磁波的E場(chǎng)和H場(chǎng)載有相同的消息，而反射機(jī)理不5、角度分集使電波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端；而接收端利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線分離出不同方向來(lái)的信號(hào)分量；這些分量具有互相獨(dú)立的衰落特性，因而可以實(shí)現(xiàn)角度分集。5、角度分集使電波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端；6、時(shí)間分集以超過信道相干時(shí)間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號(hào)的分集方式。工作原理：在相干時(shí)間之外的信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)同樣的衰落，也就是說各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的；有利于克服移動(dòng)信道中因多普勒效應(yīng)引起的衰落現(xiàn)象。6、時(shí)間分集以超過信道相干時(shí)間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號(hào)的分集合并方式對(duì)接收到的多個(gè)分集信號(hào)，進(jìn)行合并處理，減小衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?；一般都使用線性合并器，其通用合并信號(hào)表達(dá)式為：合并方式對(duì)接收到的多個(gè)分集信號(hào)，進(jìn)行合并處理，減小衰落對(duì)信號(hào)1、選擇式合并檢測(cè)所有分集支路的信號(hào)，選擇其中信噪比最高的那一個(gè)支路的信號(hào)作為合并器的輸出。信號(hào)表達(dá)式中的加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1，其余均為0。1、選擇式合并檢測(cè)所有分集支路的信號(hào)，選擇其中信噪比最高的那二重分集選擇式合并

二重分集選擇式合并2、最大比值合并是最佳合并方式；每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號(hào)包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即為：輸出信號(hào)包絡(luò)為2、最大比值合并是最佳合并方式；輸出信號(hào)包絡(luò)為最大比值合并示意圖最大比值合并示意圖等增益合并無(wú)需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路的信號(hào)等增益相加，輸出的信號(hào)包絡(luò)為：等增益合并無(wú)需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路的信號(hào)等增益相加，輸出的信號(hào)不同合并方式的性能對(duì)比在相同分集重?cái)?shù)情況下，最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；在分集重?cái)?shù)較小時(shí)，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一種較實(shí)用的合并方式；選擇式合并只利用了最強(qiáng)的一路信號(hào)，而其它各支路信號(hào)都沒有被利用，所得到的信噪比改善量最少。不同合并方式的性能對(duì)比在相同分集重?cái)?shù)情況下，最大比值合并方式不同合并方式的性能對(duì)比不同合并方式的性能對(duì)比隱分集技術(shù)利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘?hào)中，稱為隱分集；常見的隱分集方式：交織編碼

Rake接收技術(shù)：多徑分集（碼分集）隱分集技術(shù)利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘?hào)中，多徑分集的概念基于多徑信號(hào)的時(shí)間延遲擴(kuò)展；若接收的多徑信號(hào)可以分離，將其分別接收后再合并起來(lái)，可以增加有用信號(hào)的能量，減小碼間串?dāng)_；只有特定的信號(hào)才能夠?qū)崿F(xiàn)多徑信號(hào)的分離。擴(kuò)頻信號(hào)分離方法：相關(guān)接收多徑分集的概念基于多徑信號(hào)的時(shí)間延遲擴(kuò)展；擴(kuò)頻信號(hào)分離方法：Rake接收技術(shù)在擴(kuò)頻通信中，利用偽隨機(jī)碼的相關(guān)特性，對(duì)接收信號(hào)中可分辨的多徑分量分別進(jìn)行跟蹤、接收，對(duì)輸出基帶信號(hào)進(jìn)行合并，這種接收方式稱為Rake接收。Rake接收技術(shù)在擴(kuò)頻通信中，利用