天线原理
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统 19
Comba
Telecom Systems
隔离度
=
隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例
该例子中，隔离度为： 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1000mW (即 1W)
京 信 通 信 系 统
1mW
20
Comba
Telecom Systems
交调
=
天线交调产物是指当两个或多个频率信号 经过天线时，由于天线的非线性而引起的 与原信号有和差关系的射频信号。 = 在多载波T/R双工系统中必需重点考虑充分 了解其非线性特点。 = 我国移动通信系统基站天线技术条件要求 ：三阶交调信号 ≤ -107dBm。
Comba
Telecom Systems
天线如何控制无线辐射能量走向？
=
一个单一偶极子的辐射能量图看起来就象一个“汽车轮胎”
俯视图
侧视图
立体图
=
使“汽车轮胎”“扁平化”，将信号集中到地面需要覆盖的地 区
京
信
通
信
系
统
7
“汽车轮胎”“扁平化”——控制辐射能量走向 Telecom Systems
=
将偶极子组成阵列
波瓣宽度
=
方位角 (如水平面) 图
3dB 波瓣宽度 10dB 波瓣宽度
峰值 - 3dB
峰值 峰值 - 3dB
峰值 - 10dB 120° (eg)
峰值
60° (eg)
峰值 - 10dB
=
仰角(如垂直面) 图
峰值 - 3dB 15° (eg) 峰值 峰值 - 3dB 京 信 通 信 系 统 32° (eg) 峰值 - 10dB 峰值 峰值 - 10dB 14
Comba
Telecom Systems
旁瓣
上旁瓣抑制 (dB)
下旁瓣抑制 (dB)
京
信
通
信
系
统
15
Comba
Telecom Systems
阻抗
= =
阻抗是电磁能量通过介质的一个特性 阻抗的单位为欧姆()。
电缆
天线 50 欧姆 80 欧姆
50 欧姆
为实现良好的性能，阻抗需达到匹配状态
京 信 通 信 系 统 16
Comba
一个偶极子的接收机 功率为1mW（例）
偶极子阵列接收机功率为 4 mW （例）
性能的增强称为增益. 在这里，增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd
集中性更强 的信号
京
信
通
信
系
统
8
Comba
Telecom Systems
方向性聚焦——控制无线辐射能量走向
天线 （俯视图）
“全向阵列”接收机 功率为4mW（例）
Comba
Telecom Systems
天线基本教程
京
信
通
信
系
统
1
Comba
Telecom Systems
天线是什么?
= =
电信号从有线转为无线电波形式向空中发射出去…… 将收集的无线电波转为电信号。
Blah blah blah bl ah
京
信
通
信
系
统
2
Comba
Telecom Systems
无线电波
京
信
通
信
系
统
31
Comba
Telecom Systems
谢 谢
京
信
通
信
系
统
32
京
信
通
信
系
统
23
Comba
Telecom Systems
= 天线的选取： 为了达到无缝隙覆盖，同时减少小区
间的相互干扰，正确选择基站天线是十分重要的。 A、 目前对于三扇区在话务量密集地区通常选用半功 率波束宽度为65o的双极化定向天线； B、 对于话务量不大，主要考虑覆盖面积大的要求， 此时基站间距大，则可用全向天线。
= 遥控电调电下倾天线
前面我们已经介绍了在网络优化中需要不断地调整 天线的俯仰角。目前实现天线俯仰角的方法主要有 两种： 1、机械下倾 2、电下倾
京
信
通
信
系
统
28
Comba
Telecom Systems
无下倾
电下倾
机械下倾
京
信
通
信
系
统
29
Comba
Telecom Systems
10°电下倾
6° 电下倾 + 4° 机械下倾
京
信
通
信
系
统
26
Comba
Telecom Systems
= 常用分集技术有：极化分集和空间分集。
极化分集：利用不同极化天线的接收信号之间的不相 关性获得分集增益。 空间分集：利用信号路径衰落不相关性获得分集增益 。可分为：水平分集和垂直分集。
京
信
通
信
系
统
27
Comba
Telecom Systems
京
信
通
信
系
统
24
Comba
Telecom Systems
= 下倾角的调整： 对高话务量区也可通过调整基站天
线的俯仰角改善照射区的范围，使基站的业务接入 能力加大；而对低话务量区也可通过调整基站天线 的俯仰角加大照射区范围，吸入更多的话务量，这 样可以使整个网络的容量扩大，通话质量提高。根 据公式 θ=arctg(h/R)＋A/2（式中A是垂直半功率宽 度，h为基站天线高度，R为覆盖半径），可算出天 线的俯仰角θ（波束倾角）。
=
无线电波是电磁能量在空中传播时的“振动”
=
=
无线电波在空中以30万公里/秒的速率传播
无线电波就象池塘水面顶部的波纹
=
无线电波在传播过程中会衰减
京
信
通
信
系
统
3
Comba
Telecom Systems
频率与波长
=
频率即“振动”的速率，或解释为在一秒内通过的波的数量（即
每秒的周期数，又叫赫兹，如取一百万作为单位，则为兆赫兹）
京
信
通
信
系
统
25
Comba
Telecom Systems
= 天线高度的调整：为了减少照射区内由于建筑物而
产生的阻抗效应，还需对天线架设高度进行调整， 这样才能保证照射区内满足最低照射电平要求。
= 塔下“黑”的问题的解决：利用赋形天线（上旁瓣
抑制、下旁瓣零值填充），可以降低其它基站带来 的干扰及彻底解决塔下“黑”的问题。
“扇形天线”接收机功率为 8mW （例）
“扇形天线”中的反射板将能量聚焦到一个方向，进一步提高了天线的增益。
在这个例子中，扇形天线的增益比单一偶极子的增益为：
10log(8mW/1mW) = 9dBd
京 信 通 信 系 统 9
Comba
Telecom Systems
天线的基本特性
1、增益 2、前后比 3、波瓣宽度 4、旁瓣 5、天线下倾角 6、阻抗 7、回波损耗 8、极化 9、隔离度
京
~200mm 长 ~400mm 长
信 通 信 系 统 5
Comba
Telecom Systems
频率范围
= =
当波长不是最优值时，性能下降 在频率范围内可保持可接受的性能水平
850MHz偶极子的1/2波长最 优值
820 MHz
890 MHz
天线偶极子
820 MHz 的1/2 波长~ 180mm, 890 MHz 的 1/2 波长 ~ 170mm 天线将优化为 ~ 850MHz - 175mm 天线带宽 = 890 - 820 = 70MHz 京 信 通 信 系 统 6
低频
高频
=
波长是波在两个相邻周期上的相同点的距离
波长
京
信
通
信
系
统Leabharlann Baidu
4
Comba
Telecom Systems
偶极子
=
偶极子是天线中广泛应用的一种辐射单元。
=
偶极子的长度与波长成正例。
波长 1/4 波长 1/2 波长 1/4 波长 1/2 波长
偶极子
A 1/2 波长偶极子的长度
800MHz 400MHz is is
京
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通
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统
21
Comba
Telecom Systems
网络优化中的天线
1、天线分集技术
2、 遥控电调电下倾天线
京
信
通
信
系
统
22
Comba
Telecom Systems
网络优化中天线的作用
= 抗衰落方式：我们都很熟悉在移动通信中由于多径
传输使信号产生快衰落，衰落电平变化幅度可达 30dB，每秒钟近20次，这显然是严重的干扰。 A、 目前解决多径干涉引起的快衰落主要依靠天线的 空间分集与极化分集； B、 第三代移动通信中利用Rake接收机技术及智能天 线可以更有效的解决多径传输引起的信号快衰落效 应。
京 信 通 信 系 统 12
Comba
Telecom Systems
前后比
=
前后比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比
后向功率
前向功率
前后比(dB)
= 10 log
前向功率 后向功率
，典型值约为25dB
目的是尽可能减少后向辐射功率
京 信 通 信 系 统 13
Comba
Telecom Systems
京
信
通
信
系
统
10
Comba
Telecom Systems
增 益
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。
Comba
Telecom Systems
回波损耗
=
阻抗的变化会干扰能量流传输的方式，并使部分能量反弹
前向: 10W 50 欧姆 80 欧姆 9.5 W
回波: 0.5W
此例中，回波损耗为
10log(10/0.5) = 13dB
VSWR (驻波比) 是对此现象的另一种度量方法，
京 信 通 信 系 统 17
京
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通
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统
11
Comba
Telecom Systems
dBd 和 dBi
单一偶极子的 “汽车轮胎”形辐射图
全向辐射器在各个方向上 的辐射能量相等
2.17dB
天线相对于偶极子的增益用 “dBd” 表示 天线相对于全向辐射器的增益用 “dBi” 表示 如: 3dBd = 5.17dBi
偶极子比全向辐射器的增益高 2.17dB
京 信 通 信 系 统
10°机械下倾
30
Comba
Telecom Systems
= 由图可以看出机械下倾方法。当下倾角度达到10o时
，水平方向图严重变形，必然产生越区覆盖；而电 下倾时，水平方向图基本保持不变。由此可看出采 用机械下倾天线在网络优化中所存在的问题，也可 看出采用电下倾天线在性能上远远优于机械下倾天 线。
Comba
Telecom Systems
极化
=
无线电波振动的平面称为它的极化面
垂直方式
水平方式
+ 45斜角
- 45斜角
京
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通
信
系
统
18
Comba
Telecom Systems
双极化天线
= =
即一个单元中有两个天线 两个天线中的波是相互独立的
V/H (垂直/水平)
京 信 通 信 系
斜角 (+/- 45°)
Comba
Telecom Systems
隔离度
=
隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例
该例子中，隔离度为： 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1000mW (即 1W)
京 信 通 信 系 统
1mW
20
Comba
Telecom Systems
交调
=
天线交调产物是指当两个或多个频率信号 经过天线时，由于天线的非线性而引起的 与原信号有和差关系的射频信号。 = 在多载波T/R双工系统中必需重点考虑充分 了解其非线性特点。 = 我国移动通信系统基站天线技术条件要求 ：三阶交调信号 ≤ -107dBm。
Comba
Telecom Systems
天线如何控制无线辐射能量走向？
=
一个单一偶极子的辐射能量图看起来就象一个“汽车轮胎”
俯视图
侧视图
立体图
=
使“汽车轮胎”“扁平化”，将信号集中到地面需要覆盖的地 区
京
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通
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系
统
7
“汽车轮胎”“扁平化”——控制辐射能量走向 Telecom Systems
=
将偶极子组成阵列
波瓣宽度
=
方位角 (如水平面) 图
3dB 波瓣宽度 10dB 波瓣宽度
峰值 - 3dB
峰值 峰值 - 3dB
峰值 - 10dB 120° (eg)
峰值
60° (eg)
峰值 - 10dB
=
仰角(如垂直面) 图
峰值 - 3dB 15° (eg) 峰值 峰值 - 3dB 京 信 通 信 系 统 32° (eg) 峰值 - 10dB 峰值 峰值 - 10dB 14
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Telecom Systems
旁瓣
上旁瓣抑制 (dB)
下旁瓣抑制 (dB)
京
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统
15
Comba
Telecom Systems
阻抗
= =
阻抗是电磁能量通过介质的一个特性 阻抗的单位为欧姆()。
电缆
天线 50 欧姆 80 欧姆
50 欧姆
为实现良好的性能，阻抗需达到匹配状态
京 信 通 信 系 统 16
Comba
一个偶极子的接收机 功率为1mW（例）
偶极子阵列接收机功率为 4 mW （例）
性能的增强称为增益. 在这里，增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd
集中性更强 的信号
京
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通
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系
统
8
Comba
Telecom Systems
方向性聚焦——控制无线辐射能量走向
天线 （俯视图）
“全向阵列”接收机 功率为4mW（例）
Comba
Telecom Systems
天线基本教程
京
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通
信
系
统
1
Comba
Telecom Systems
天线是什么?
= =
电信号从有线转为无线电波形式向空中发射出去…… 将收集的无线电波转为电信号。
Blah blah blah bl ah
京
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通
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统
2
Comba
Telecom Systems
无线电波
京
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统
31
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Telecom Systems
谢 谢
京
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统
32
京
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信
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统
23
Comba
Telecom Systems
= 天线的选取： 为了达到无缝隙覆盖，同时减少小区
间的相互干扰，正确选择基站天线是十分重要的。 A、 目前对于三扇区在话务量密集地区通常选用半功 率波束宽度为65o的双极化定向天线； B、 对于话务量不大，主要考虑覆盖面积大的要求， 此时基站间距大，则可用全向天线。
= 遥控电调电下倾天线
前面我们已经介绍了在网络优化中需要不断地调整 天线的俯仰角。目前实现天线俯仰角的方法主要有 两种： 1、机械下倾 2、电下倾
京
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Telecom Systems
无下倾
电下倾
机械下倾
京
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Telecom Systems
10°电下倾
6° 电下倾 + 4° 机械下倾
京
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Comba
Telecom Systems
= 常用分集技术有：极化分集和空间分集。
极化分集：利用不同极化天线的接收信号之间的不相 关性获得分集增益。 空间分集：利用信号路径衰落不相关性获得分集增益 。可分为：水平分集和垂直分集。
京
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27
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Telecom Systems
京
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Telecom Systems
= 下倾角的调整： 对高话务量区也可通过调整基站天
线的俯仰角改善照射区的范围，使基站的业务接入 能力加大；而对低话务量区也可通过调整基站天线 的俯仰角加大照射区范围，吸入更多的话务量，这 样可以使整个网络的容量扩大，通话质量提高。根 据公式 θ=arctg(h/R)＋A/2（式中A是垂直半功率宽 度，h为基站天线高度，R为覆盖半径），可算出天 线的俯仰角θ（波束倾角）。
=
无线电波是电磁能量在空中传播时的“振动”
=
=
无线电波在空中以30万公里/秒的速率传播
无线电波就象池塘水面顶部的波纹
=
无线电波在传播过程中会衰减
京
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Comba
Telecom Systems
频率与波长
=
频率即“振动”的速率，或解释为在一秒内通过的波的数量（即
每秒的周期数，又叫赫兹，如取一百万作为单位，则为兆赫兹）
京
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Comba
Telecom Systems
= 天线高度的调整：为了减少照射区内由于建筑物而
产生的阻抗效应，还需对天线架设高度进行调整， 这样才能保证照射区内满足最低照射电平要求。
= 塔下“黑”的问题的解决：利用赋形天线（上旁瓣
抑制、下旁瓣零值填充），可以降低其它基站带来 的干扰及彻底解决塔下“黑”的问题。
“扇形天线”接收机功率为 8mW （例）
“扇形天线”中的反射板将能量聚焦到一个方向，进一步提高了天线的增益。
在这个例子中，扇形天线的增益比单一偶极子的增益为：
10log(8mW/1mW) = 9dBd
京 信 通 信 系 统 9
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Telecom Systems
天线的基本特性
1、增益 2、前后比 3、波瓣宽度 4、旁瓣 5、天线下倾角 6、阻抗 7、回波损耗 8、极化 9、隔离度
京
~200mm 长 ~400mm 长
信 通 信 系 统 5
Comba
Telecom Systems
频率范围
= =
当波长不是最优值时，性能下降 在频率范围内可保持可接受的性能水平
850MHz偶极子的1/2波长最 优值
820 MHz
890 MHz
天线偶极子
820 MHz 的1/2 波长~ 180mm, 890 MHz 的 1/2 波长 ~ 170mm 天线将优化为 ~ 850MHz - 175mm 天线带宽 = 890 - 820 = 70MHz 京 信 通 信 系 统 6
低频
高频
=
波长是波在两个相邻周期上的相同点的距离
波长
京
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通
信
系
统Leabharlann Baidu
4
Comba
Telecom Systems
偶极子
=
偶极子是天线中广泛应用的一种辐射单元。
=
偶极子的长度与波长成正例。
波长 1/4 波长 1/2 波长 1/4 波长 1/2 波长
偶极子
A 1/2 波长偶极子的长度
800MHz 400MHz is is
京
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网络优化中的天线
1、天线分集技术
2、 遥控电调电下倾天线
京
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通
信
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统
22
Comba
Telecom Systems
网络优化中天线的作用
= 抗衰落方式：我们都很熟悉在移动通信中由于多径
传输使信号产生快衰落，衰落电平变化幅度可达 30dB，每秒钟近20次，这显然是严重的干扰。 A、 目前解决多径干涉引起的快衰落主要依靠天线的 空间分集与极化分集； B、 第三代移动通信中利用Rake接收机技术及智能天 线可以更有效的解决多径传输引起的信号快衰落效 应。
京 信 通 信 系 统 12
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Telecom Systems
前后比
=
前后比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比
后向功率
前向功率
前后比(dB)
= 10 log
前向功率 后向功率
，典型值约为25dB
目的是尽可能减少后向辐射功率
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京
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统
10
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Telecom Systems
增 益
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。
Comba
Telecom Systems
回波损耗
=
阻抗的变化会干扰能量流传输的方式，并使部分能量反弹
前向: 10W 50 欧姆 80 欧姆 9.5 W
回波: 0.5W
此例中，回波损耗为
10log(10/0.5) = 13dB
VSWR (驻波比) 是对此现象的另一种度量方法，
京 信 通 信 系 统 17
京
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Telecom Systems
dBd 和 dBi
单一偶极子的 “汽车轮胎”形辐射图
全向辐射器在各个方向上 的辐射能量相等
2.17dB
天线相对于偶极子的增益用 “dBd” 表示 天线相对于全向辐射器的增益用 “dBi” 表示 如: 3dBd = 5.17dBi
偶极子比全向辐射器的增益高 2.17dB
京 信 通 信 系 统
10°机械下倾
30
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= 由图可以看出机械下倾方法。当下倾角度达到10o时
，水平方向图严重变形，必然产生越区覆盖；而电 下倾时，水平方向图基本保持不变。由此可看出采 用机械下倾天线在网络优化中所存在的问题，也可 看出采用电下倾天线在性能上远远优于机械下倾天 线。
Comba
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极化
=
无线电波振动的平面称为它的极化面
垂直方式
水平方式
+ 45斜角
- 45斜角
京
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18
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双极化天线
= =
即一个单元中有两个天线 两个天线中的波是相互独立的
V/H (垂直/水平)
京 信 通 信 系
斜角 (+/- 45°)