移动通信技术——第8章 天馈系统

它定量地描述一个天线把输入功率集 中辐射的程度。 增益显然与天线方向图有密切的关系， 在相同的条件下，方向图主瓣越窄，副瓣 越小，增益越高，电波传播的距离越远。 表示天线增益的单位通常有两个：dBi、 dBd。两者之间的关系为：dBi=dBd+2.15。
3．电压驻波比（VSWR）
在无线电通信中，天线与馈线的阻抗 不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，能 量就会产生反射折回。 为了表征和测量天线中正向波与反射 波的情况，人们建立了“驻波比”这一概 念。 天线驻波比是表示天馈线与基站匹配 程度的指标。电压驻波比（VSWR）的值 在1到无穷大之间。
吸顶天线：是移动通信系统天线的一种，主 要用于室内信号覆盖。 壁挂天线：室内壁挂天线应用场景类似于吸 顶天线，因此同样必须具有结构轻巧、外形 美观、安装方便等特点。


八木天线：具有增益较高、结构轻巧、 架设方便、价格便宜等优点。

栅状抛物面天线：由于抛物面具有良好 的聚焦作用，因此抛物面天线集射能力 强，直径为1.5m的栅状抛物面天线，在 900MHz频段，其增益即可达G=20dBi。
第8章 天馈系统
8.1 天线
8.2
馈线
本章主要内容如下。 ① 天线的定义及分类。 ② 天线性能指标。 ③ 移动通信常用天线种类及特点。 ④ 馈线的定义及天馈连接。
8.1 天线
8.1.1 天线原理
天线的定义：用金属导线、金属面 或其他介质材料构成一定形状，架设在 一定空间，将从发射机馈给的射频电能 转换为向空间辐射的电磁波能，或者把 空间传播的电磁波能转化为射频电能并 输送到接收机的装置。
在移动通信系统中，通常是按前一 种定义的，具体的说，天线的频带宽度 就是天线的驻波比VSWR不超过1.5时天 线的工作频率范围。
5．输入阻抗
天线的输入阻抗定义为天线输入端 信号电压与信号电流之比。
6．回波损耗（Return Loss）
回波损耗是由于因反射而导致的能 量损耗，以分贝值表示。
7．极化方式
9．前后比
天线的方向图中，前后比定义为天 线主瓣功率与天线后向（180°±30°的 范围内）的副瓣功率之比。
10．下倾角
天线下倾是无线电中用于将天线方 向图的主瓣调低于水平面的一种手段， 常用于增强主服务区信号电平、减小对 其他小区干扰的手段。 通常天线的下倾方式有机械下倾、 电子下倾两种方式。
全向天线：即在水平方向图上表现为360° 都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。 定向天线：即在水平方向图上表现为一定角 度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。

机械天线：即指使用机械调整下倾角度 的移动天线。 电调天线：即指使用电子调整下倾角度 的移动天线。


双极化天线：是一种新型天线技术，组合 了+45°和−45°两副极化方向相互正交的 天线并同时工作在收发双工模式下，因此 其最突出的优点是节省单个定向基站的天 线数量。
1．方向图
天线方向图是描述天线发出无线电 波的强度与方向（角度）之间依赖关系 的图形。
图8-3 三维辐射方向图
2．增益（Gain）
天线作为一种无源器件，仅仅起能 量转化作用而不能放大信号。
天线增益是作为天线的重要指标之 一，是指天线将发射功率往某一指定方 向集中辐射的能力，定义为：在输入功 率相等的条件下，实际天线与理想点源 在空间同一点处所产生的场强的平方之 比，即功率之比。
8.1.3 天线的类型
（1）按工作性质天线可分为发射天线和 接收天线。 （2）按结构形式和工作原理天线可分为 线天线和面天线等。描述天线的特性参 量有方向图、方向性系数、增益、输入 阻抗、辐射效率、极化和带宽等。 （3）按维数天线可分可以分成一维天线 和二维天线两种类型。
（4）根据使用场合的不同天线可以分为 手持台天线、车载天线、基站天线三大 类。 （5）移动通信常用的天线。
天线是一种变换器，是在无线电设 备中用来发射或接收电磁波的部件。 一般天线都具有可逆性，即同一副 天线既可用作发射天线，也可用作接收 天线。 同一天线作为发射或接收的基本特 性参数是相同的。这就是天线的互易定 理。
பைடு நூலகம்
天线振子是构成天线的最基本单位。 当导线上有交变电流流动时，就可以 发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的 长度和形状有关。
天线的极化是指无线电波的电场方 向相对于地球表面的指向，它由天线的 物理结构和指向决定。
线极化又分为水平极化、垂直极化 和±45°极化。 一般情况下，移动通信中多采用垂 直极化或±45°极化方式，广播系统通 常采用水平极化的极化方式，卫星通信 通常采用椭圆极化的极化方式。
把垂直极化和水平极化两种极化的 天线组合在一起，或者，把+45极化和 −45°极化两种极化的天线组合在一起， 就构成了一种新的天线-双极化天线。 垂直极化波要用具有垂直极化特性 的天线来接收，水平极化波要用具有水 平极化特性的天线来接收。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比 为无穷大表示全反射，完全失配。 一般要求天线的驻波比小于1.5，驻 波比是越小越好，但工程上没有必要追 求过小的驻波比。
4．天线带宽
将天线的谐振频率点附近的一段频段， 定义为天线带宽。 天线的频带宽度有两种不同的定义：一 种是指在驻波比SWR≤1.5条件下，天线的工 作频带宽度；另一种是指天线增益下降3分贝 范围内的频带宽度。
8．波瓣宽度
天线方向图通常都有两个或多个瓣，其 中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称 为副瓣或旁瓣。 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降 低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角 定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度 或半功率角），如图8-5所示。
波瓣宽度越窄，方向性越好，作用 距离越远，抗干扰能力越强。
8.2 馈线
馈线是在发射设备和天线之间传输信号的导 线。 信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗 外，还有绝缘材料的介质损耗。 这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的 提高而增加。 因此，应合理布局、尽量缩短馈线长度。
移动通信常用馈线类型有1/2″、7/8″、 5/4″3种。 其中7/8″馈线主要用于长度大于20M的 馈线，但当900MHz系统的馈线长度大于80 米时，采用5/4″馈线；当1 800MHz系统的馈 线长度大于50米时，应采用5/4″馈线；1/2″ 馈线主要用于天线与7/8″馈线、7/8″馈线与 设备的发射单元的链接。
两臂长度相等的振子叫作对称振子。 每臂长度为1/4波长、全长为二分之一 波长的振子，称半波对称振子，如图8-2所 示。
图8-1 导线间距与辐射强度的示意图
8.1.2 天线的性能指标
一般用各种参数来表征天线不同的 性能。 表征天线性能的主要参数包括电性 能参数和机械性能参数。
机械性能参数，如尺寸、重量、风载荷、工作 温度、工作湿度、雷电防护、防潮、防盐雾、防霉 菌等都比较直观，容易理解；而电性能参数有方向 图、增益、输入阻抗、电压驻波比、回波损耗、极 化方式、隔离度、波瓣宽度、前后比、下倾角等。