天馈系统基本概念和天线安装规范

天馈系统基本概念和天线安装规范

天馈系统是无线网络规划和优化中关键的一环，包含天线和与之相连传输信号的馈线。天馈系统的各种工程参数在进行网络优化和规划时的设计是影响网络质量的根本因素。因此，理解、学习天馈系统的基本知识是非常重要的。下面就逐一介绍天馈系统的各种概念。

1）天线的基本概念

a)天线辐射电磁波的基本原理（基本电振子的场强叠加）；

当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。在理论上，如果导线无限小时，就形成线电流元，

线电流元又被称为基本电振子。在天线理论中，分析往往都是从基本电振

子开始的，因为任何长度的线天线都可以分解为许多无限小的线电流元；

而这些天线的辐射场强就是线电流元的场强叠加，因此，天线的辐射能力

是随着天线的长度变化而变化的。

根据麦克斯韦方程，考虑线电流元远区场（辐射区）的情况，当两根导线的距离很接近时（左下图），两导线所产生的感应电动势几乎可以

抵消，因此此时产生的总的辐射变得微弱。但如果将两根导线张开（右下

图），这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方

向也相同，因而此时产生的辐射较强。

当导线的长度L远小于产生的电磁波的波长时，导线的电流很小，因而所产生的辐射也很微弱.；而当导线的长度增大到可与波长相比拟时，

导线上的电流就显著增加，此时就能形成较强的辐射。我们把能产生较强

辐射的直导线称为振子。

当两根导线的粗细和长度相等时，这样的振子叫做对称振子。当振子的

每臂长度为四分之一波长，全长为二分之一波长时，称为半波对称振子（见下图）。当振子的全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称之为折合振子。

对称振子是工程中用到的最简单的天线，它可以作为独立的天线使用，也可以作为复杂天线阵的组成部分或面天线的馈源。对称振子的方向性比基本电振子强一些，但仍然很弱。因此，为了加强某一方向的辐射强度，往往要把好几副天线摆在一起构成天线阵。在GSM 系统中，我们采用的就是各种类型的天线阵。

b) 天线的方向图和能量辐射方向的控制

在实际的工程中，我们往往需要天线只接受或只向某一个方向发射。

因此，我们需要各种各样的具有方向性的天线。天线的方向性就是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.如下图所示，这就是工程意义上的典型的方向图。方向图又分为水平方向图和垂直方向图两种。

波长

1/2波长 一个1/2波长的对称振子 在

800MHz 约 200mm 长

400MHz 约 400mm 长

方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁

波的能力。那么，天线的辐射方向是如何被控制的呢？在上一节中，我们了解到最简单的天线系统是“对称振子”，因此，我们先看一下，一个单一的对称振子的方向图是什么样的。如下图所示，对称振子具有“面包圈” 形的方向图。

实际工程中，为了把信号集中到所需要的地方，我们往往要求把“面

包圈” 压成扁平的形状（下图），以此达到更集中的能量输出。而对

称振子组阵能达到这一效果，增强能量的方向性。 0 dB -3 dB

-10 dB 0 dB -3 dB

-10 dB

vertical horizontal sidelobe

null direction main beam HPBW

Horizontal and vertical antenna diagram with some antenna

顶视 侧视

⏹ 当对称振子组阵将辐射能控制成“扁平的面包圈”形状后，在水平方向

的能量就大大增加，增加的能量称为”天线的增益”。由此引出“增益”的概念。

“增益”是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单

元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般

与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。

⏹ 我们为了将能量更加集中，可把辐射能控制聚焦到一个方向，达到扇

形覆盖的效果，我们可以将反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天

线。（如下图）

在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd

更加集中的信号

在阵中有4个对称振子 在接收机中就有4 mW 功率

一个对称振子,假设在接

收机中有1mW 功率 侧视

在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步

提高了增益。这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd

在这里，我们注意到“dbd ”这一单位，而dBd 和 dBi 是有区别的。

也就是说：

c) 天线的极化方向

天线所产生的电磁波，在远处接受点处的局部范围内可视为平面波，

该平面波按极化可分为线极化波、椭圆极化波或圆极化波。相应产生这些

极化波的天线称为线极化天线、椭圆极化天线或圆极化天线。天线的极化

一个天线与对称振子相比较的增益

用“dBd”表示

一个天线与各向同性辐射器相比较

的增益

用“dBi”表示 例如: 3dBd =

5.17dBi

一个单一对称振子具有

面包圈形的方向图辐射

一个各向同性的辐射器,在所有方向具有相同的辐射

2.17dB

对称振子的增益为2.17dB

“全向阵”例如,在

接收机中为4mW “扇形覆盖天线 ”将在接收机中有8mW 功率

顶视)

1dbd ＝2.17dbi

3dbd ＝2.17dbi ＋3db ＝5.17dbi