第9章 天線原理與安裝.ppt

1、天線知識-第九章 移動(dòng)基站天線原理與安裝,天 線,一 移動(dòng)基站天線的有關(guān)概念 1、無線電波的基本知識 2、超短波的傳播 3、天線輻射電磁波的基本原理 4、關(guān)于傳輸線的幾個(gè)基本概念 5、典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述 6、通信距離方程 7、基站天饋系統(tǒng) 8、拋物面天線簡介, 無線電波的基本知識, 無線電波 什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向。,無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：/，式中為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)?？諝獾南鄬殡姵?/p>

2、數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。,無線電波有點(diǎn)象一個(gè)池塘上的波紋，在傳播時(shí)波會減弱。,因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認(rèn)為它等于光速。,電磁波的傳播,可用式 / 表示。 式中，為速度，單位為米/秒； 為頻率，單位為赫芝；為波長，單位為米。 由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時(shí)，速度是不同的，因此波長也不一樣。 我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數(shù)約為2.1，因此，/1.44 ，/1.44 。,無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系,. 無線電波的極化,無線電波在空間傳播時(shí)，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電

3、波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。,垂直極化,水平極化,+ 45度傾斜的極化,1.3 天線的極化,天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向,- 45度傾斜的極化,雙極化天線,兩個(gè)天線為一個(gè)整體,傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波,1.4 圓極化波,如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收

4、；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收； 右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失。,1.5 極化損失,當(dāng)來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，即只能接收到來波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時(shí)，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時(shí)稱來波與接

5、收天線極化是隔離的。,1.6 (極化)隔離,隔離代表饋送到一種極化的信號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,2 超短波的傳播,無線電波的波長不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同。目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段都屬于UHF（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。 2.1 超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明區(qū)”。

6、在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。,直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關(guān)系，并受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關(guān)系式可知 AB3.57(HT+HR)(公里) 由于大氣層對超短波的折射作用，有效傳播直視距離為 AB4.12 (HT+HR)(公里),B,A,RT,RR,O,接收天線高HR,發(fā)射天線高HT,2.2 電波的多徑傳播,電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號場強(qiáng)分布相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，會使電波的極化方向

7、發(fā)生變化，因此，有的地方信號場強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號場強(qiáng)減弱。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響。同時(shí)可采取空間分集或極化分集的措施加以對應(yīng)。,多徑傳播與反射,用分集接收改善信號電平,2. 電波的繞射傳播,電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的“陰影區(qū)”。信號質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如一個(gè)建筑物的高度為米，在距建筑物米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建

8、筑物米處，接收信號場強(qiáng)將比無高摟時(shí)明顯減弱。這時(shí)，如果接收的是兆赫的電視信號，接收信號場強(qiáng)比無高摟時(shí)減弱分貝，當(dāng)接收兆赫的電視信號時(shí)，接收信號場強(qiáng)將比無高摟時(shí)減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時(shí)，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號的場強(qiáng)都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。 因此，架設(shè)天線選擇基站場地時(shí)，必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。,3 天線輻射電磁波的基本原理,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)線的長短和形狀有關(guān).如果導(dǎo)線位置如由于兩導(dǎo)線的距離

9、很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時(shí)由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于波長時(shí)，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱. 當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時(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。,天線可視為一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò),同軸線變化為天線,兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。,1/2波長,一個(gè)1/2波長的對稱振子 在800MHz 約 200mm長 400MHz

10、 約 400mm 長,1/4波長,1/4波長,1/2波長,振子,3.1 對稱振子,波長,對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對稱振子可簡單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見圖1.2a 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見圖1.2b,圖1.2b,圖1.2a,

11、半波振子上的場分布,3.2 天線的輸入阻抗,天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進(jìn)入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（73.142.5）歐姆。當(dāng)把振子長度縮短時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.1歐（標(biāo)稱75歐）。,3.3 天線的方向性,天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，

12、方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示. 方向圖可用來說明天線在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。,圖1.3.1 c 水平面方向圖,3.3.1 天線方向性的討論 1 天線方向性 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖（圖1.3.1 a）。 立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難， 圖1.3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個(gè)主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b

13、 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。,圖1.3.1 c 水平面方向圖,圖1.3.1 b 垂直面方向圖,圖1.3.1 a 立體方向圖,3.3.2 天線方向性增強(qiáng) 若干個(gè)對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。 下圖是4個(gè)半波對稱振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面方向圖。,垂直面方向圖,立體方向圖,天線方向圖,3.3.3 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)生的信號的功率密度之比。它定量地描述

14、一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義-為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB( = 20)的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。 半波對稱振子的增益為G = 2.15 dBi ; 4個(gè)半波對稱振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 d

15、Bi ( dBi這個(gè)單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源) 。 如果以半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是dBd . 半波對稱振子的增益為G = 0 dBd （因?yàn)槭亲约焊约罕龋戎禐?，取對數(shù)得零值。） ； 垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 2.15 = 6 dBd .,3.4 天線的工作頻率范圍(帶寬),無論是發(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。 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

16、度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當(dāng)天線的輸入駐波比1.5時(shí)，天線的工作帶寬。,在 820 MHz 1/2 波長 為 180mm, 在890 MHz 為 170mm 175mm對 850MHz 將是最佳的 該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz,當(dāng)天線的工作波長不是最佳時(shí)天線性能要下降,在 850MHz 1/2 波長振子最佳,在 890 MHz,天線振子,在 820 MHz,在天線工作頻帶內(nèi),天線性能下降不多,仍然是可以接受的。,頂視,側(cè)視,3.5 天線的功能: 控制輻射能量的去向,在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 壓成扁平的,一

17、個(gè)單一的對稱振子具有“面包圈” 形的方向圖,在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,一個(gè)對稱臺振子 假設(shè)在接收機(jī)中有1mW功率,在陣中有4個(gè)對稱振子 在接收機(jī)中就有4 mW功率,更加集中的信號,對稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”,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)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。,在我們的“扇形覆蓋天線”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” 與單個(gè)對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9d

18、Bd,“全向陣” 例如在接收機(jī)中為4mW功率,(頂視),天線,利用反射板可把輻射能控制聚焦到一個(gè)方向,反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線,一個(gè)單一對稱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)天線與對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,3.6 dBd 和 dBi的區(qū)別,2.17dB,對稱振子的增益為2.17dB,3.7 前后比,方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小,天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以

19、對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,3.8 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),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，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的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

20、力越強(qiáng)。,方向圖旁瓣顯示,上旁瓣抑制,下旁瓣抑制,全向天線增益與垂直波瓣寬度,9dBd全向天線,板狀天線增益與水平波瓣寬度,一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示 反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故,3.9 天線增益與方向圖的關(guān)系,天線增益與方向圖半功率波瓣寬度的關(guān)系,3.10 天線的下傾,為使波束指向朝向地面, 需要天線下傾,無下傾,電下傾,機(jī)械下傾,天線波束下傾的演示, 關(guān)于傳輸線的幾個(gè)基本概念,連接天線和發(fā)射（或接收）機(jī)輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量。 因此它應(yīng)能將天線接收的

21、信號以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，或?qū)l(fā)射機(jī)發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。 當(dāng)傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時(shí)就叫做長傳輸線，簡稱長線。,.1 傳輸線的種類,超短波段的傳輸線一般有兩種：平行線傳輸線和同軸電纜傳輸線（微波傳輸線有波導(dǎo)和微帶等） 。平行線傳輸線通常由兩根平行的導(dǎo)線組成。它是對稱式或平衡式的傳輸線。這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合

22、有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。,.2 傳輸線的特性阻抗,無限長傳輸線上各點(diǎn)電壓與電流的比值等于特性阻抗，用符號。表示。同軸電纜的特性阻抗 。138/rlog(D/d)歐姆。 通常。=50歐姆/或75歐姆 式中，D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑； d為其芯線外徑； r為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。 由上式不難看出，饋線特性阻抗與導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體間距和導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗大小無關(guān)。,.3 饋線衰減常數(shù),信號在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻損耗外，還有絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線

23、長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。損耗的大小用衰減常數(shù)表示。單位用分貝（dB）米或分貝百米表示。 這里順便再說明一下分貝的概念，當(dāng)輸入功率為。輸出功率為時(shí)，傳輸損耗可用表示，(dB)10log(。/)(分貝)。,.4 匹配的概念,什么叫匹配？我們可簡單地認(rèn)為，饋線終端所接負(fù)載阻抗等于饋線特性阻抗。時(shí)，稱為饋線終端是匹配連接的。當(dāng)使用的終端負(fù)載是天線時(shí)，如果天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化就較小，容易和饋線保持匹配，這時(shí)振子的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會受周圍物體存在和雜散電容的影響。為了使饋線與天線嚴(yán)格匹配，在架設(shè)天線

24、時(shí)還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。,電纜 50 ohms,天線 50 ohms,匹配和失配例,要獲得良好的電性能阻抗必須匹配,80 ohms,當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,這里的反射損耗為 10log(10

25、/0.5) = 13dB VSWR 是反射損耗的另一種計(jì)量,4.5 反射損耗,4.6 饋線和天線的電壓駐波比,在不匹配的情況下,饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。兩者疊加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為駐波。 駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比(VSWR) 駐波波腹電壓幅度最大值max （1+） 駐波系數(shù) 駐波波節(jié)電壓輻度最小值min （1-） 反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。 反射波幅度 （S1） 反射系數(shù) 入射波幅度 （S1） 終端負(fù)載

26、阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)越接近于， 匹配也就越好。,駐波比、反射損耗和反射系數(shù),電源、負(fù)載和傳輸線，根據(jù)它們對地的關(guān)系，都可以分成平衡和不平衡兩類。若電源兩端與地之間的電壓大小相等，極性相反，就稱為平衡電源，否則稱為不平衡電源；與此相似，若負(fù)載兩端或傳輸線兩導(dǎo)體與地之間阻抗相同，則稱為平衡負(fù)載或平衡（饋線）傳輸線，否則為不平衡負(fù)載或不平衡（饋線）傳輸線。 在不平衡電源或不平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用同軸電纜連接，在平衡電源與平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用平行（饋線）傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸電磁能，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。為了解決這個(gè)問題，通常在中間加裝“平衡不平

27、衡”的轉(zhuǎn)換裝置，一般稱為平衡變換器。,.7 平衡裝置,二分之一波長平衡變換器,又稱“”形平衡變換器，它用于不平衡饋線與平衡負(fù)載連接時(shí)的平衡變換，并有阻抗變換作用。 移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用的同軸電纜通常特性阻抗為50歐，所以還必須采用適當(dāng)間距的振子將折合式半波振子天線的阻抗調(diào)整到200歐左右，才能實(shí)現(xiàn)最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。,5 典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述,頻率范圍MHz820 - 890 頻帶寬度MHz70 增益dBi15 極化垂直極化 阻抗 50 反射損耗dB18 半功率(3dB) 方位64 俯仰13 10分貝 (10dB)波束寬度 方位120 俯仰30 前后比dB30 俯仰

28、上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制dB -14 下傾角(可調(diào))2 - 10 ,設(shè)發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線增益為GT，工作波長為。接收 靈敏度為PR，接收天線增益為GR，如果收、發(fā)天線間距離為R，電 波在無環(huán)境干擾時(shí)，有以下關(guān)系： 式中，L0 是傳播途中的電波損耗。 舉例：設(shè)PT =10mW=-20dBW ；PR=-50dBm=-80dBW GR=GT=7dBi ； =0.157m (f0 =1910MHz) L0=0時(shí)，R=？ 20logR= PT - PR - 20log1/+ GR + GT =-20+80-21.98-16.08+14=35.94dB 1.9GHz電波在穿透一層墻時(shí)，

29、大約損失1015dB。,6 通信距離方程,7 基站天饋系統(tǒng),8防雷保護(hù)器,主饋線（7/8“）,5饋線卡,6走線架,4接地裝置,3接頭密封件 絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶,1天線調(diào)節(jié)支架,GSM/CDMA 板狀天線,抱桿（50114mm）,2室外饋線,9室內(nèi)超柔饋線,7饋線過線窗,基站主設(shè)備,基站天饋系統(tǒng)示意圖,1天線調(diào)節(jié)支架 用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：015 ； 2 室外跳線 用于天線與7/8主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2 饋線，長度一般為3米。 3 接頭密封件 用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封。常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶3M33+）

30、。 4 接地裝置（7/8饋線接地件 ） 主要是用來防雷和泄流，安裝時(shí)與主饋線的外導(dǎo)體直接連接在一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下部位， 接地點(diǎn)方向必須順著電流方向。,GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng),每間隔1米安裝一個(gè)（在室內(nèi)的主饋線部分，不需要安裝卡子，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）。 常用的7/8卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)。 7/8雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。 6 走線架 用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。 7 饋線過窗器5 7/8饋線卡子 用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔1。5米裝一個(gè)，水平方向 主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、鼠類及灰

31、塵的進(jìn)入。 8 防雷保護(hù)器（避雷器） 主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內(nèi)超柔跳線之間，其接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網(wǎng)。,GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng),9 室內(nèi)超柔跳線 用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用的跳線采用1/2超柔饋線，長度一般為23米。 由于各公司基站主設(shè)備的接口及接口位置有所不同，因此室內(nèi)超柔跳線與主設(shè)備連接的接頭規(guī)格亦有所不同，常用的接頭有7/16DIN型、有N型。有直頭、亦有彎頭。 10 尼龍黑扎帶 主要有兩個(gè)作用： （1）安裝主饋線時(shí)，臨時(shí)捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后， 再將尼龍?jiān)鷰Ъ魯嗳サ簟?（2）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋

32、線卡子，故用尼龍?jiān)鷰?固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。 11 尼龍白扎帶 用于捆扎固定室內(nèi)部分的主饋線及室內(nèi)超柔跳線。,GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng),8.1 拋物面天線的簡單幾何關(guān)系,8 拋物面天線簡介,由拋物反射面的幾何關(guān)系可得反射面的方程為： 在直角坐標(biāo)中r24F(FZ) 在極坐標(biāo)中 F/cos2(/2) 式中F是焦距；D是直徑； 是焦點(diǎn)到反射面的距離； 是與Z軸的夾角。反射面的半張角0與F/D的關(guān)系為：,0。、,r,F,Z,D,按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和偏饋。按反射面的設(shè)置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由一次（主）反射面和二次（副）

33、反射面組成。,8.2幾種常用的反射面天線,反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關(guān)，與它 對反射面邊緣的照射電平有關(guān)。如果饋源對反射面的照射是均勻的 天線增益就高，但同時(shí)天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情 況下，饋源照射呈鐘形分布?？紤]增益和旁瓣要求，在反射面邊緣 的照射電平一般取-10-12dB. 口面直徑為D 的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公 式近似計(jì)算： 增益 主瓣寬度,8.3拋物反射面天線的增益和瓣寬,它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決 于饋源，當(dāng)采用圓極化饋源時(shí)，對單反射面天線其極化旋向與饋源 極化旋向相反，對雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋

34、向相同。 對于單線極化應(yīng)用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代 實(shí)體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導(dǎo)體直徑有關(guān)。 拋物面天線原形是建立在幾何光學(xué)基礎(chǔ)上的。通常反射面直徑、 至少要在6以上。例如在1GHz采用拋物面天線其直徑至少就要1.8m。 因此它主要適用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為50cm， 工作頻率為11GHz 的拋物面天線為例， 其增益約為 G32.2dB33.3dB 半功率瓣寬 0.53.8度 在這種情況下，在10公里距離上架設(shè)的該種天線波束對準(zhǔn)偏離 目標(biāo)方向1.9度，即偏開330米時(shí)，信號強(qiáng)度就將降低3dB. 由此也可看出，在工作頻率為11GHz時(shí)，其收發(fā)天線的調(diào)

35、整對 準(zhǔn)要比工作頻率為1GHz時(shí)難得多。,基站天線的選型原則 1 生產(chǎn)廠家的選擇 2 機(jī)械下傾與電下傾的效果比較 3 全向天線的選型 4 關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo) 5基站天線的選型原則（建議）,首先要考察廠家的生產(chǎn)能力、研發(fā)隊(duì)伍、儀器設(shè)備、檢測 手段、售后服務(wù)、質(zhì)量保證體系。對具體的基站天線產(chǎn)品還應(yīng) 考察下列各項(xiàng)： 1 為提高網(wǎng)絡(luò)性能和降低成本，在城區(qū)使用的基站天線應(yīng)具有極化分集代替空間分集的能力。 2 對天線罩因雨雪、裹冰造成的表面分布電容影響，應(yīng)有一定的防范能力。 為保證天線的最大增益，天線應(yīng)當(dāng)采用低耗饋電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 4 全向天線高增益天線在確保電性能前提下，天線尺寸應(yīng)盡量短。 為確保產(chǎn)品的一致性

36、及堅(jiān)固性。生產(chǎn)廠家應(yīng)有模具化生產(chǎn)能力。,1 生產(chǎn)廠家的選擇,生產(chǎn)廠家應(yīng)對天線的駐波比及三階互調(diào)指標(biāo)100%檢測，對 抽檢（例10%）產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行包括增益和方向圖在內(nèi)的全指標(biāo)測試。 7 要有完善的密封工藝并采用優(yōu)質(zhì)密封膠，確保天線的防水 性和壽命。 8 定型產(chǎn)品要按信息產(chǎn)業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)：高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊、運(yùn)輸。 具有采用機(jī)械下傾、電下傾、電調(diào)下傾三種調(diào)整方式相結(jié)合，解決大機(jī)械傾角下波形畸變的能力。 10 在考慮產(chǎn)品的適用性后，還要考察所需基站天線的性能價(jià)格比和廠家的供貨期。,HTDBS096515在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度及前后比實(shí)測數(shù)據(jù),注:1. 機(jī)械傾角T, 定義為天線赤

37、道面與地平面的夾角 T=0 縱軸垂直于地平面, 即天線赤道面平行于地平面 T為正 天線下傾 T為負(fù) 天線上仰,注:2. 天線赤道面: 定義為與天線縱軸垂直的平面。 測試日期：2000-12-29 測試儀器：HP8752A海天天線測試控制儀及轉(zhuǎn)臺 測試人員：郭渭盛、沈宗珍、張濤、黃國立,2000年12月29日,2 機(jī)械下傾與電下傾的效果比較,HTDBS096515（6）在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度及前后比實(shí)測數(shù)據(jù),注:1. 機(jī)械傾角T, 定義為天線赤道面與地平面的夾角 T=0 縱軸垂直于地平面, 即天線赤道面平行于地平面 T為正 天線下傾 T為負(fù) 天線上仰,注:2. 天線赤道面: 定義為與

38、天線縱軸垂直的平面。 測試日期：2000-12-29 測試儀器：HP8752A海天天線測試控制儀及轉(zhuǎn)臺 測試人員：郭渭盛、沈宗珍、張濤、黃國立,2000年12月29日,HTDBS096515（9）在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度及前后比實(shí)測數(shù)據(jù),注:1. 機(jī)械傾角T, 定義為天線赤道面與地平面的夾角 T=0 縱軸垂直于地平面, 即天線赤道面平行于地平面 T為正 天線下傾 T為負(fù) 天線上仰,注:2. 天線赤道面: 定義為與天線縱軸垂直的平面。 測試日期：2000-12-29 測試儀器：HP8752A海天天線測試控制儀及轉(zhuǎn)臺 測試人員：郭渭盛、沈宗珍、張濤、黃國立,2000年12月29日,XX公

39、司調(diào)角15dBi 65o雙極化板狀天線電性能測試數(shù)據(jù),產(chǎn)品號：99030988#,2000年12月28日,1.增益低 G10dBi（加長不起作用） 2.主波瓣下傾不能控制 3.焊點(diǎn)多、工藝差、一致性難保證 4.可靠性差 5.低要求場合（BP基站）,1.增益高G11dBi 2.主波瓣下傾可控制（ 0 、3、 5、 7） 3.焊點(diǎn)少、工藝好、一致性好 4.可靠性高 5.高要求場合（GSM/CDMA基站）,3 全向天線的選型,互調(diào)的定義 互調(diào)是指非線性射頻線路中，兩個(gè)或多個(gè)頻率混合后所產(chǎn)生的噪音信號。 互調(diào)產(chǎn)生的本來并不存在“錯(cuò)誤”信號，此信號會被系統(tǒng)誤認(rèn)為是真實(shí)的信號。 互調(diào)可由有源元件（無線電設(shè)

40、備、二極管）或無源元件（電纜、接頭、天線、濾波器）引起。 具有兩個(gè)載波信號的互調(diào)失真頻率實(shí)例 頻率A及B上的載波，產(chǎn)生如下互調(diào)信號： 1階： A，B 2階： （A+B），（A-B） 3階： （2AB），（2B A） 4階： （3AB），（3B A），（2A2B） 5階： （4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A） 互調(diào)失真如何影響系統(tǒng)的性能？ 較高功率的發(fā)射信號通常會混合產(chǎn)生互調(diào)信號，最后進(jìn)入接收波段。 而基站天線接收的信號通常功率較低。 如果互調(diào)信號與實(shí)際的接收信號具有相近或較高的功率，系統(tǒng)會誤把互調(diào)信號視為真實(shí)信號。,4 關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo),GSM系統(tǒng)實(shí)例： 三階互調(diào)失真信號（A

41、=935MHz，B=960MHz) 2A-B=1870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM發(fā)射頻率 2A-B進(jìn)入GSM接收波段，帶來問題。 五階互調(diào)失真信號（A=935MHz，B=954MHz在中國移動(dòng)GSM的下行頻段內(nèi)） 3A-2B=2805-1908=897MHz（在中國移動(dòng)GSM上行頻段內(nèi)） 互調(diào)失真如何影響系統(tǒng)的性能？ 在系統(tǒng)將互調(diào)信號視為真實(shí)的接收信號的情況下，將帶來如下問題： 信號丟失、 虛假信道繁忙、語音質(zhì)量下降、 系統(tǒng)容量受限 這意味著：銷售利潤減少 雖然大部分移動(dòng)用戶可以容忍語音質(zhì)量下降，但信號丟失及信道繁忙常常都會 令用戶不滿。

42、 互調(diào)是如何產(chǎn)生的？ 構(gòu)件材料 因?yàn)榇艤年P(guān)系，鐵質(zhì)材料是屬非線性的 材料不純 電鍍問題 接觸區(qū)域/電流密度 觸點(diǎn)壓力,根據(jù)基站覆蓋類型大致分為： （一） 話務(wù)量高密集市區(qū) （二） 縣城及城鎮(zhèn)地區(qū) （三） 鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū) （四） 在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn),5 基站天線選型原則(建議),根據(jù)天線高度、基站距離，可由下式計(jì)算出天線傾角公式： arch/ （r/2） （式中為波束傾角為天線高度，為站間距離）（1）對話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離300-500米，計(jì)算得出 大約在1019之間。采用內(nèi)置電下傾9的+45雙極化水平半功率瓣寬65定向天線 。再加上機(jī)械可變15的傾角，可以保證方向圖水平半功率寬度在主瓣下傾1019內(nèi)無變化。經(jīng)使用證明完全可滿足對高密集市區(qū)覆蓋且不干擾的要求。 （2）對話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于500米，大約在616之間可選擇+45雙極化，內(nèi)置電下傾6的水平半功率瓣寬65定