移动通信天馈系统原理

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小结
l 本章介绍了无线电波和超短波的基本知识，其中主要包 括的内容有：无线电波的概念、无线电波的极化、天线 的概念、天线的极化、圆极化波、极化损失、极化隔离、 超短波和微波的视距传播、电波的多径传播、电波的绕 射传播等方面的内容。
l 通过对本章的学习，应该对无线电波和超短波的特性有 一定的了解，掌握这部分和天线相关的知识。同时，通 过课后习题的学习，可以对这部分的知识加以巩固。
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
什么是天线？
l 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... l 收集无线电波并产生电信号
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
1.3 天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
•垂直极化
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。
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
天线方向图
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
2.4 天线的工作频率范围(带宽)
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的 频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输 送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小， 据此可定义天线的频率带宽。
当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大 大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的 直导线称为振子。
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
天线可视为一个四端网络
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
同轴线变化为天线
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
电磁波的传播
•
振 子
•电场
•磁场
•电场 •电波传输方向
•磁场
•电场
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
无线电波的波长、频率和传播速度的关系：
可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。在公式中，Ｖ为速度，
单位为米/秒；ｆ 为频率，单位为赫芝；λ为波长，单
当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来 波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接 收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天 线极化是隔离的。
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
1.6 (极化)隔离
隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例
输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子， 即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.1＋ｊ 42.5）欧姆。
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
2.3 天线的方向性
天线的方向性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.
•+ 45度倾斜的极化
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•水平极化
•- 45度倾斜的 极化
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
双极化天线 l 两个天线为一个整体，传输两个独立的波。
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•V/H (垂直/水平)
•倾斜 (+/- 45°)
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距 离及建筑物的高度有关，还和频率有关。
也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。 相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。
因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑 对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。
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课程内容
•第一章 无线电波和超短波的基本知 识 •第二章 天线辐射电磁波的基本原理 •第三章 天线传输线的概念介绍 •第四章 基站天馈系统
•
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
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.
•1000mW (即1W)
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•在这种情况下的隔离为 •10log(1000mW/1mW)
= 30dB
•1mW
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
第一节 无线电波的基本知识 第二节 超短波的基本知识
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
2.1 对称振子（半波振子） 两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。
•波长 •1/2波长
•1/4波长 •1/2波长
•1/4波长
•振子
•一个1/2波长的对称振子 在 800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长
电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。 这种现象叫做电波的绕射。
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解答
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的， 这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波 的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平 极化波。
•在 •在 •820 •890 •MHz •MHz
•天线振子
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•在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm • 175mm对~ 850MHz 将是最佳的
•该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MH移z动通信天馈系统原理
问题
无线电波的概念是什么？ 无线电波的波长、频率和传播速度的关系？ 解释无线电波的绕射现象？ 水平极化波和垂直极化波的区别是什么？（请图示）
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解答
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是
相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。
可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。在公式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ 为频率，单位为赫芝；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出， 同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波 长也不一样。
有几种不同的定义：
l
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；
l
另一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
•在 850MHz 1/2 波长振子最 佳
1.4 圆极化波
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作 椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不 变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋 转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。
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。
•
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
第一节 无线电波的基本知识三 节 节内容
第二节 超短波的基本知识
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
1、无线电波的基本知识
1、1 无线电波的概念:
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中， 电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂 直于传播方向。
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
对称振子上的场分布
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第二章 天线辐射电磁波的基本原理
2.2 天线的输入阻抗
天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与 信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量 和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的 有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线 的输入阻抗为纯电阻。
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
多径传播与反射
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
用分集接收改善信号电平
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
2.３ 电波的绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物， 再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较 弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收； 而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当 来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过 程中通常都要产生极化损失。
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
1.5 极化损失
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在 接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线 接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时， 都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
直视距离和发射天线以及接收天线的 高度有关系，并受到地球曲率半径的影响。 由简单的几何关系式可知
AB＝3.57( HT 1/2 +HR 1/2 )(公里)
•A
•RT
•发射天线高HT
•O'
•RR •B
•接收天线高HR
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
2.2 电波的多径传播
电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、 森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此， 到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种 现象就叫多径传输。
由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很 大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变 化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减 弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。
位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波
在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不
一样。
•波长
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
１.２ 无线电波的极化 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而
变化的，这种现象称为无线电波的极化。
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2 超短波的传播
无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频） 超短波段，其高端属于微波。 2.1 超短波和微波的视距传播
超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面 波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播， 它主要是由空间波来传播的。
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第一章 无线电波和超短波的基本知识
无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。 无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３００ ０００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖ＝Ｃ/ （ε）1/2，式中ε为传播媒质的相对介电常数。
•无线电波类似一个 •池塘上的波纹，在传 •播时波会减弱。
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学习目标
学习完本课程，您应该能够对以下知识有基本的了解：
1、无线电波和超短波的基本知识 2、天线辐射电磁波的基本原理介绍 3、关于天线传输线的概念介绍 4、基站天馈系统
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课程内容
•第一章 无线电波和超短波的基本知 识 •第二章 天线辐射电磁波的基本原理 •第三章 天线传输线的概念介绍 •第四章 基站天馈系统
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2020/11/24
移动通信天馈系统原理
引入
移动通信是当今通信领域内最为活跃、发展最为迅 速的领域之一，天线是用户终端与基站控制设备间 通信的桥梁，广泛应用于移动通信和无线接入通信 系统中,它的迅猛发展产生了巨大的推动力，推动 了天线概念的变革和技术的创新。能否对移动通信 中天线方面的知识有深入的了解、全面掌握天线相 关的知识，无论是对产品的安装和维护、网络规划 工作的顺利开展，都有着十分重要的意义。