天线原理

振子
一个1/2波长的半波振子 在
800MHz 约 300mm长
半波振子上的场分布
电压在中心最小
电流在中心最大
电场在中心最强
磁场在中心最大
3、电磁波的传播 • 通过电场、磁场之间不断的能量转换，电磁波得 以从半波振子向外传播，电场和磁场的方向与传 播方向保持垂直。
振 子
磁场 电场 电场 电波传输方向
旁 瓣 后瓣
主瓣
参数：零功率波瓣宽度 旁瓣电平
半功率点波瓣宽度 前后功率比
3dB波束宽度
天线增益
• 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、旁瓣越小，增益越高。
在阵中有4个对称振子
天线增益
磁场 电场
二、天线的参数
• 1、天线方向性 • 方向性对于发射天线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.
• 用电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形来表示
• 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。
三、无线覆盖的主要技术 • 1、天线俯仰角:
18o
一般来讲，当天线垂直安装时， 其最大增益方向朝着地平线。
40m
S S’
S’’
由于基站天线均架设于高塔上，这样为保证 处于地面上的接收者有足够的功率覆盖， 天线就必须倾斜，具体倾斜角度由塔高和 用户与基站的距离d来决定
两种天线倾斜方法: 机械俯仰角 电调俯仰角
约为8dB,一侧加有反射板的四元式直线阵， 其增益为（14～17）dB，即常规板状天线， 也就是所说的低增益天线。一侧加有反射 板的八元式直线阵，其增益约为（16～19） dB，即加长型板状天线，即所说的高增益 天线。
3、天线的极化
• 指在天线的最大辐射方向上的电场矢量的空间 指向。——极化方向 • 若在任何时间都保持不变——直线极化 若电场矢量方向与地面平行——水平极化波
天线方向图
一个单一的半波振子具有“面包圈” 形的方向 图
顶视 侧视
水平面
垂直面
方向不同辐射的电磁场强度不同
波束宽度
增益与天线尺寸的关系
天线的方向图
面包圈
4个对称振子扁平的面包圈
天线的方向性
实测的三维图
前后波瓣
方向图比较
理想孤立 波源 定向天线
理论半 波振子
波瓣
天线的波瓣与参数
机械俯仰角与电调俯仰角
• 用机械方式使天线下倾是改变天线垂直方向辐射 特性最简单的方法，也是目前通用的方法。 • 电调俯仰角：通过改变馈入各振子的信号相位， 可以改变天线主瓣的下倾角度。 电调俯仰角的优点就是天线在各方位角度的方向 图下倾都是一致的，这样水平平面上波瓣的半功 率角将保持恒定。但电调俯仰角天线的造价比较 昂贵，目前尚未广泛应用。
天线辐射参数
增益
天线提高增益形成的主要途径。
• 一是采用多个半波振子排成一个垂直放置的直
线阵，半波振子越多，增益越大，能量也越集
中于水平方向上。
• 另一个是利用反射板把辐射控制到单侧方向， 将平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖 天线。
天馈线的匹配
天线增益计算
• 由四个半波振子组成的垂直直线阵的增益
一、天线基本知识
• 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号
Blah blah blah bl ah
•
•
1、电磁波是如何辐射的?
导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁 波的辐射，但辐射的能力与导线的长度和形状有 关。若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线 之间，因而辐射很微弱；将两导线张开电场就散 播在周围空间，因而辐射增强。
若覆盖距离较远，则采用三个65°天线。
防灯下黑问题：选用零点填充功能的天线或下倾的方法
来解决。
• 公路覆盖：采用窄波束的定向天线。
根据网络的覆盖要求、话务量、干扰、和网络的服务质
量等实际情况来选择天线。
• 城区环境： 半功率宽度为65°以减小相邻扇区的重叠区 采用中等增益天线
• 郊区环境：
半功率宽度为90°，一般不采用全向站型
一般下倾角也较小。 • 农村基站：
若无明显的方向性，话务分布比较分散——全向天线
若电场矢量方向与地面垂直——垂直极化波
4、天线的其它技术指标
• 电压驻波比：由于天线输入阻抗和特性阻
抗的不一致，反射波和入射波在馈线上叠 加形成驻波。相邻电压最大值和最小值之 比称为电压驻波比。 电压驻波比过大，将缩短通信距离，并且 反射功率返回发射机功放部分，容易烧坏
功放管。
• 回波损耗:天线接头处的反射功率与入射功 率的比值.——天线的匹配 • 前后比：后瓣电平与最大波束电平之差。 ——后向干扰 >40dB • 旁瓣抑制:旁瓣电平与最大波束电平之差.。 ——同频干扰 >18dB • 天线尺寸和重量 • 风载荷 • 工作温度和湿度 • 雷电防护等
电下倾的产生
无下倾时 在馈电网络wk.baidu.com 路径长度相等
有下倾时 在馈电网络中 路径长度不相等
对天线俯仰角的优化 • 对天线俯仰角，在优化时通常将天线垂直平面方 向图中上3dB半功率点指向小区边界，而不是将
最大辐射方向对准小区边界，这样做的目的是为
进一步增强本小区覆盖场强。
天线俯仰角的计算公式为：
• θ＝arctg（H／R）十Am • 其中H为天线高度，R为小区半径，Am是修 正值，常取天线垂直平面的半功率角α/2。
• 当导线的长度 L 远小于波长 λ 时，辐射很微弱；导
线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电
流变换将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
同轴线变为天线示意图
2、半波振子-----全向天线
• 结构：两臂长度相等的振子叫做对称振子。
每臂长度为四分之一波长。
波长 1/4波长
1/4波长 1/2波长
θ
H
θ
R
2、波束宽度与覆盖区域的关系
水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关 垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
机械下倾情况下的波束覆盖
无下倾
机械下倾
3、室内覆盖系统 • 微蜂窝基站+有线接入室内覆盖系统 • 采用直放站
四、不同环境的基站天线选择原则
无线网络规划中，天线的选择是一个很重要的部分，应