天线原理基础知识大全
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HUAWEI TECH.
无线网络规划培训
——天线基础知识
华为无线规划设计部
1
内容介绍
HUAWEI TECH.
一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
6
天线设计的概念
HUAWEI TECH.
天线设计的考虑因素：
区域结构----确定信号覆盖区和天线方向图 基地站天线----天线高度、结构固定和波束下倾要求 噪声电平----热噪声和环境噪声 干扰----干扰电平、特点，同信道和邻近信道的影响 信号要求----最佳工作频率、带宽、交调影响和频谱复 用 研制和加工成本 可靠性----所需要的技术维护、安装连接及其费用 易损坏性----室外架设、锈蚀、腐烂 用户意见
防潮、防盐雾、防霉菌，全向天线必须允许天线倒置 安装
31
天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
•室内小天线
全 向 天 线
主要指标： 主 要 指 标 ： 频段： 频 段 ： 单频段： GSM ，D DCS 单 频 段 ： G S M ， C S 双频段： GSM&DCS 双 频 段 ： G S M & D C S 增益： 2dBi ，3 3dBi 增 益 ： 2 d B i ， d B i 接 头 ： N _ F ， S M A _ F 接头： N_F ， SMA_F 功 率 容 量 ： 2 5 W ， 5 0 W 功率容量： 25W ， 50W
19
天线的分集
HUAWEI TECH.
•电磁信号的衰落
接收功率（dBm） -20
快衰落 慢衰落
-40
-60
10
20
30
距离(m)
20
天线的分集
HUAWEI TECH.
——信号衰落
慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影 效应，接收信号强度下降， 但该场强中值随地理改变 变化缓慢，故称慢衰落 快衰落
1
1、全向天线或角形反射器天线 七十年代的移动通信系统中，用户少，较少的载频 和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求。 2、单极化天线 八十年代中期至九十年代中后期，应用于gsm数据蜂 窝通信系统。 每小区三副天线，对安装的空间提出了极高的要求 3、双极化天线 4、自适应天线及智能天线
天 线 发 展 趋 向
25
天线基础知识
HUAWEI TECH.
一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
26
天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
3.1 基站天线
9
天线的基本知识
HUAWEI TECH.
3.1 基站天线 具体设计天线时，重要的是要估计天线硬件加工后如何安 装。对于基站天线，安装可能大于天线本身的成本。为此，
重要的不仅是要考虑降低加工成本，而且还要开发一种易
于安装的天线结构设计。
10
天线基础知识
HUAWEI TECH.
一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
Fra Baidu bibliotek
4
天线基础知识
HUAWEI TECH.
一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线设计的概念
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系统要求及对应的技术
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1、业务区内能量辐射均匀且天线增益尽可能高 ——垂直线阵，提高增益 2、多信道通信，要求天线具有宽频带特性和和分路功能 ——GSM蜂窝系统中基站设备频带宽度为890--960MHz， 其中890--915MHz用于收信，935-960MHz用于发信，天线带 宽要求大于8%，带内VSWR小于1.5。当天线既发射又接收时， 就会产生无源交调增加交调干扰。
•3阶交调和5阶交调 假定两个发射载波的频率为Fi和Fj，那么第(m + n)次的 交调便为： Flm＝mFi＋nFj m和n为正奇数
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无源交调
无源交调的基本抑制方法 PIM生成点 辐射器 接头 焊接 锈蚀 馈电网络 抑制方法 尽可能用印刷天线代替振子单元 增加接触面积，采用镀银件 减少焊点数量，焊点出增加焊料 表面涂镀处理，防止生成氧化物 尽可能用一体化带状线或微带线 代替电缆线
天线的设计主要依靠一些著名的数学方法和计算机辅助 设计（CAD) ——有限差分时域法（FDTD)，允许辐射结构为 任意形状。 UHF频段的全向天线均属线型结构天线，通常用矩量法分 析设计 UHF以上的定向天线大多采用线形振子或贴层激励的平板 式结构，可以用矩量法和几何绕射理论(GTD混合法)分析 计算 应用上，采用仿真软件进行设计，无需追求理论分析
重量尽可能轻
• 风载荷 风速36m/s时正常工作，56m/s时不被破坏 • 工作温度 在环境温度-40℃-+65℃范围内正常工作
30
天线主要指标规范
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•湿度要求 基站天线应在环境温度-40℃-+65℃范围内正常工作 •雷电防护 基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地 •三防能力
•电压驻波比
VWSR<1.5
•增益
天线的方向特性一般以方向性图来描述
天线增益以分贝表示，通常用dBi和dBd表 示 •半功率波束宽度(HPBW) 垂直面内半功率宽度、水平面内半功率宽度
27
天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
•前后比（F/B) 前后比是衡量天线后向波束抑制能力的重要指标， 在18－45dB范围内，900/1800M定向天线前后比为20-25dB •收发隔离 多口天线收发公用时，端口之间的隔离度大于30dB •极化 天线通常使用＋45度和－45度正交双线极化。以大地为基 准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VP），平行于地 面为水平极化（HP）。
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天线的分类
HUAWEI TECH.
•基站天线的结构或类型取决于业务区域的大小和形状以及蜂窝区 和信道数量 •从功能和天线特性的角度
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赋形波束设计
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•赋形波束技术意义 ——提高空间频率复用度
•赋形波束类型
扇形波束 余割波束
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
HUAWEI TECH.
•旁瓣压缩
主波束附近的旁瓣压缩，可有效地缩小频率复用的距离
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
32
谢谢大家！
12
系统要求及对应的技术
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3、频率复用技术 ——主波束倾斜，波束赋形技术
4、电磁波的衰落特性
——分集技术：空间分集、计划分集
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系统要求及对应的技术
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•主波束倾斜
在紧密频率复用方式下，采用主波束倾斜技术可以有效的降低同 邻信道干扰
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系统要求及对应的技术
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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GSM天线的发展趋向
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天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
• 功率容量 单载波功率20w，天线单端口功率容量大于200w • 零点填充
零深相对与天线主瓣大于－20dB
• 上副瓣抑制 上第一副瓣电平小于－18dB • 无源交调 无源交调小于2*10w
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天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
• 天线尺寸 外形尺寸尽可能小，便于储存、运输、安装和安全 • 天线重量
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天线基础知识
HUAWEI TECH.
一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线的基本技术
HUAWEI TECH.
多径信号的矢量合成形 成随机驻波场，移动台通 过该驻波场引起场强起伏， 称快衰落
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天线的分集
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•空间分集
d=0.11hbe hbe为基站分集接收天线的有效高度，d为基站分集接收天 线的间距
•极化分集
+45°/-45°双极化天线可得到与空间分集天线相同的分 集增益
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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无源交调
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•无源交调是产生同信道干扰的主要因素之一 ——GSM蜂窝系统中，收发信交调功率值小于-103 dBm。
无线网络规划培训
——天线基础知识
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1
内容介绍
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线设计的概念
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天线设计的考虑因素：
区域结构----确定信号覆盖区和天线方向图 基地站天线----天线高度、结构固定和波束下倾要求 噪声电平----热噪声和环境噪声 干扰----干扰电平、特点，同信道和邻近信道的影响 信号要求----最佳工作频率、带宽、交调影响和频谱复 用 研制和加工成本 可靠性----所需要的技术维护、安装连接及其费用 易损坏性----室外架设、锈蚀、腐烂 用户意见
防潮、防盐雾、防霉菌，全向天线必须允许天线倒置 安装
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天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
•室内小天线
全 向 天 线
主要指标： 主 要 指 标 ： 频段： 频 段 ： 单频段： GSM ，D DCS 单 频 段 ： G S M ， C S 双频段： GSM&DCS 双 频 段 ： G S M & D C S 增益： 2dBi ，3 3dBi 增 益 ： 2 d B i ， d B i 接 头 ： N _ F ， S M A _ F 接头： N_F ， SMA_F 功 率 容 量 ： 2 5 W ， 5 0 W 功率容量： 25W ， 50W
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天线的分集
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•电磁信号的衰落
接收功率（dBm） -20
快衰落 慢衰落
-40
-60
10
20
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距离(m)
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天线的分集
HUAWEI TECH.
——信号衰落
慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影 效应，接收信号强度下降， 但该场强中值随地理改变 变化缓慢，故称慢衰落 快衰落
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1、全向天线或角形反射器天线 七十年代的移动通信系统中，用户少，较少的载频 和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求。 2、单极化天线 八十年代中期至九十年代中后期，应用于gsm数据蜂 窝通信系统。 每小区三副天线，对安装的空间提出了极高的要求 3、双极化天线 4、自适应天线及智能天线
天 线 发 展 趋 向
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
3.1 基站天线
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天线的基本知识
HUAWEI TECH.
3.1 基站天线 具体设计天线时，重要的是要估计天线硬件加工后如何安 装。对于基站天线，安装可能大于天线本身的成本。为此，
重要的不仅是要考虑降低加工成本，而且还要开发一种易
于安装的天线结构设计。
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线设计的概念
HUAWEI TECH.
11
系统要求及对应的技术
HUAWEI TECH.
1、业务区内能量辐射均匀且天线增益尽可能高 ——垂直线阵，提高增益 2、多信道通信，要求天线具有宽频带特性和和分路功能 ——GSM蜂窝系统中基站设备频带宽度为890--960MHz， 其中890--915MHz用于收信，935-960MHz用于发信，天线带 宽要求大于8%，带内VSWR小于1.5。当天线既发射又接收时， 就会产生无源交调增加交调干扰。
•3阶交调和5阶交调 假定两个发射载波的频率为Fi和Fj，那么第(m + n)次的 交调便为： Flm＝mFi＋nFj m和n为正奇数
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HUAWEI TECH.
无源交调
无源交调的基本抑制方法 PIM生成点 辐射器 接头 焊接 锈蚀 馈电网络 抑制方法 尽可能用印刷天线代替振子单元 增加接触面积，采用镀银件 减少焊点数量，焊点出增加焊料 表面涂镀处理，防止生成氧化物 尽可能用一体化带状线或微带线 代替电缆线
天线的设计主要依靠一些著名的数学方法和计算机辅助 设计（CAD) ——有限差分时域法（FDTD)，允许辐射结构为 任意形状。 UHF频段的全向天线均属线型结构天线，通常用矩量法分 析设计 UHF以上的定向天线大多采用线形振子或贴层激励的平板 式结构，可以用矩量法和几何绕射理论(GTD混合法)分析 计算 应用上，采用仿真软件进行设计，无需追求理论分析
重量尽可能轻
• 风载荷 风速36m/s时正常工作，56m/s时不被破坏 • 工作温度 在环境温度-40℃-+65℃范围内正常工作
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天线主要指标规范
HUAWEI TECH.
•湿度要求 基站天线应在环境温度-40℃-+65℃范围内正常工作 •雷电防护 基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地 •三防能力
•电压驻波比
VWSR<1.5
•增益
天线的方向特性一般以方向性图来描述
天线增益以分贝表示，通常用dBi和dBd表 示 •半功率波束宽度(HPBW) 垂直面内半功率宽度、水平面内半功率宽度
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天线主要指标规范
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•前后比（F/B) 前后比是衡量天线后向波束抑制能力的重要指标， 在18－45dB范围内，900/1800M定向天线前后比为20-25dB •收发隔离 多口天线收发公用时，端口之间的隔离度大于30dB •极化 天线通常使用＋45度和－45度正交双线极化。以大地为基 准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VP），平行于地 面为水平极化（HP）。
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天线的分类
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•基站天线的结构或类型取决于业务区域的大小和形状以及蜂窝区 和信道数量 •从功能和天线特性的角度
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赋形波束设计
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•赋形波束技术意义 ——提高空间频率复用度
•赋形波束类型
扇形波束 余割波束
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
HUAWEI TECH.
•旁瓣压缩
主波束附近的旁瓣压缩，可有效地缩小频率复用的距离
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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谢谢大家！
12
系统要求及对应的技术
HUAWEI TECH.
3、频率复用技术 ——主波束倾斜，波束赋形技术
4、电磁波的衰落特性
——分集技术：空间分集、计划分集
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系统要求及对应的技术
HUAWEI TECH.
•主波束倾斜
在紧密频率复用方式下，采用主波束倾斜技术可以有效的降低同 邻信道干扰
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系统要求及对应的技术
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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GSM天线的发展趋向
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天线主要指标规范
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• 功率容量 单载波功率20w，天线单端口功率容量大于200w • 零点填充
零深相对与天线主瓣大于－20dB
• 上副瓣抑制 上第一副瓣电平小于－18dB • 无源交调 无源交调小于2*10w
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天线主要指标规范
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• 天线尺寸 外形尺寸尽可能小，便于储存、运输、安装和安全 • 天线重量
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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天线的基本技术
HUAWEI TECH.
多径信号的矢量合成形 成随机驻波场，移动台通 过该驻波场引起场强起伏， 称快衰落
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天线的分集
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•空间分集
d=0.11hbe hbe为基站分集接收天线的有效高度，d为基站分集接收天 线的间距
•极化分集
+45°/-45°双极化天线可得到与空间分集天线相同的分 集增益
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天线基础知识
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一、GSM天线发展趋向 二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术 §3.1 基站天线 §3.2 系统要求及对应的技术 §3.3 天线分类 §3.4 赋形波束设计 §3.5 天线分集 §3.6 无源交调 四、天线主要指标设计规范
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无源交调
HUAWEI TECH.
•无源交调是产生同信道干扰的主要因素之一 ——GSM蜂窝系统中，收发信交调功率值小于-103 dBm。