天线基础理论

2020/4/14
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天线的极化（Polarization）
天线极化方向定义为天线辐射电磁波中电场的方向, 在远场,振子的指向就是电场方向
MoBILE
Vertical
Horizontal
+ 45degree slant
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MoBILE
1． 天线基本概念：
在天线的包装盒里都有一份技术参数的说明书，上面 详细描述了这副天线的性能指标，如： 频带：1895～1920 增益：10dBi 驻波比<1.5 下倾角：20度 极化方式：垂直极化 电缆长度：1.5米 阻抗：50欧姆。 下面一一介绍这些参数的含义。
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10dB Beamwidth Peak - 10dB
120° (eg)
Peak
Peak - 10dB
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水平波瓣3dB宽度 （3dB Beam width Horizontal）
定向天线：30°/65°/90°/105°/120 °全向天线：360°
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大家都有过这样的经历：将外面损坏的基站 拿到机房做测试，一般是不接天线的，打电 话是没有问题的，只是覆盖的距离小，接上 天线后覆盖距离明显大多了，毫无疑问天线 是有增益的并且还有大小之分，一个无源器 件若想实现正的增益必然有一部分是负增益 才行，这就要说到天线辐射的方向图问题。
2
)估算 30000
0.5E2 0.5H
对于定向天线，天线能达到最大增益可以用
G(dBi)=10lg(2
30000 0.5E2 0.5H
)估算；一般来说，考虑损耗及效
率后，800/900MHz定向天线可以用
G(dBi)=10lg( 20.52E902000.5H)估算；1800/1900/3G 天线可以用
(eg )
- 3dB点 峰值
- 3dB点
立体方向图
- 3dB点
峰值
- 3dB点
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波束宽度（Beamwidth）
3dB Beamwidth Peak - 3dB
60° (eg)
Peak
Peak - 3dB
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dBuv: 20lg(电压/1uv)， 功率＝电压的平方/50 欧姆（如果端口阻抗是50欧姆，一般系统都是）
所以：dBuv = dBm + 107 dB
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dBd and dBi
理想点源（无耗均匀辐射器）
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增益与波束宽度的联系
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一般来说，波束宽度越窄，天线增益越大；
在天线前后比、旁瓣正常的情况下，天线能达到的最
大增益为:G(dBi)=10lg(
2
) 32000
0.5E2 0.5H
对于全向天线，考虑到损耗及辐射效率，增益可以用
公式G(dBi)=10lg(
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方向图（Radiation Pattern）
➢ 通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁 波功率大小的曲线来表示天线的方向性 ---天线方向图;
➢ 方向图特性－－波束宽度、前后比、旁瓣抑制
水平面方向图 垂直面方向图
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3dB 波束宽度
60°
(eg )
15°
2.15dB
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天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的 电磁波或将空间电磁波转化成传输线中的电磁 能的设备。因为天线是无源器件，所以仅仅起 得是转化作用而不能放大信号，那么我们为什 么又说XX天线的增益是10dbi呢？
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增益（Gain）
➢天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是 将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入 功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天 线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益 就越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代 价的。 ➢天线辐射能量集束程度和能量转换效率的总效益
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旁瓣（Sidelobes）
上副瓣抑制 (dB) 下副瓣抑制 (dB)
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旁瓣抑制与零点填充 （Elevation Upper Side lobes & Null Fill）
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3．极化方式，驻波比，天线带宽，阻抗
在天线的各项参数里有一个很重要的参数就是 极化方式。天线的极化就是指天线辐射时形成 的电场强度（图中红箭头）方向。当电场强度 方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波； 当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为 水平极化波。
1/4 Wavelength Dipole
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多个半波振子组成天线 阵－－基站天线案例
50 ohms
Cable
Antenna 50 ohms
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传输线中 的电磁能 转化成自 由空间的 电磁波
Blahbal h ba l hblah
有效的接 收或发射 电磁波
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能量转换 ；有效定向辐射（或接收）;
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天线是如何形成的？
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半波振子
2.15dB
eg: 0dBd = 2.15dBi
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全向天线的垂直波束宽度和增益
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dBi：前面已解释过，表征相对值，dBi是天 线增益的概念，不是具体单位，i是isotropic （各向同性）简写。实际上就是dB。
dBuV：和dBm相同的概念。我们在场强仪和 手机测试模式上看到的基站场强单位都是它， 和dBm的关系是： dBm：10lg(功率/1mW)；
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半波振子（Dipoles）
Wavelength
1/2 Wavelength
1800MHz ：166mm 900MHz ：333mm 公式：300/f(G) mm
1/4 Wavelength 1/2 Wavelength
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方向图的定义是：用垂直平面和水平平面上表 示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示 天线的方向性。
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理想点源（无耗均匀辐射器）
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和我们的全向天线方向图相比可以看出全向天 线在水平方向上突出了一部分（正的增益）， 在垂直方向上少了一部分（负的增益），由此 得出我们使用的10dbi全向天线是把一个方向的 能量贴补到另一个方向上来实现无源增益的。
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G(dBi)=10lg(
2
)估算 27000
0.5E2 0.5H
举例：MB1800-65-17D 垂直波束宽度7.5度，测试增益
大于17dBi，用上面公式估算出来17.4dBi;
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- 45degree slant
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V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
双极化天线：在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化（或者是+/45°极化）两副天线做在一起的天线
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极化（端口）隔离（Isolation）
1000mW ( 1W)
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10log(1000mW/1mW) = 30dB
1mW
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G（、）=效率×4 U（、）/PA 单位：dBi or dBd
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几个有用的增益表示含义
dB，dBm，dBi，dBuv dB：仅仅是个相对值，dB＝10log（P1/P2），比如A基 站的发射功率是600mw，B基站是300mw，那么A基站 比B基站发射功率高10lg（600/300）＝3 dB，从公式中 可以看出dB是表征两个功率的相对值，是没有单位的。 dB是一个无单位的量纲。
dBm ： 是 一 个 考 证 功 率 绝 对 值 的 值 ， 公 式 为 dBm=10lg(功率/1mW)，如我们常用的基站是500mw， 换算成dBm就是10lg(500mW/1mW)＝27dBm（意思是 27dB毫瓦）。还有一个单位dBW是将公式中的1mW改成 1W ， 其 他 都 一 样 。 1W=30dbm;1mw=0dbm ， 1W ＝ 0dbW
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移动基站天线基本理论
1、基本概念 2、方向图和增益 3、极化方式、天线带宽、阻抗、驻波比 4、分集接收、下倾角、无源交调、交叉极化 5、天线在结构上的考虑、环境试验 6、天线在无线组网中的作用
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摩 比 天 线
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天线基本特性
what is antenna?
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前后比（Front to Back Ratio）
主瓣最大值与后瓣最大值之比
后向功率
F/B = 10 log
(前向功率) 后向功率)
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typically ： 25dB
前向功率
例：1个 dipole
接收功率：1mW
多个 dipole组阵
接收功率：4 mW
GAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
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板状定向天线的水平波束宽度和增益
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2.天线的方向性— 方向图与增益
天线功能之一就是有效的定向辐射或接收，而天线是 无源，本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是起 着在空间重新分配能量的作用，即把能量集中在所要 的方向，在不需要的方向抑制－－天线的方向性。
2020/4/14