移动通信基站及天线基本知识
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? 剖面方向图
水平剖面
水平方向图（磁场 )
垂直剖面
水平方向图（电场 )
天线基本概念
? 天线的远-近场
? 天线的辐射场区分三个区域近区、远 区和中间区域。远区场是天线辐射电 磁波的一个区域，也是接收区域，在 此区域内，电场强度的大小与离开天 线的距离成反比。天线的辐射性能在 远场区内测试 .
远场（D）：
小天线 （天线小于一个波长的尺寸）
D [ m] > 10λ
大天线
D [ m] > 2L 2/λ
例如：900 MHz 天线 L=2 m λ= 0.325m
D = 24.6m
发射天线
近场区域 接收天线
天线基本概念
? 隔离度
? 隔离度代表馈送到天线一 个端口的信号在另一相邻 天线端口中出现的比例。
水平隔离 垂直隔离
? 波传播：
无线电波持续进行电能（电场）和磁能（磁 场）间的相互转换的过程。
电场
磁场
电场 传播方向
磁场
电场
天线基本概念
? 阻抗
传输线上各点电压 与电流的比值等于特 性阻抗。
? 为充分优化系统性能，系 统所有的设备必须匹配连 接。
? 设备通常是50欧的特性阻 抗。
? VSWR 反应了设备的50 欧特性阻抗的偏离值大小。?基站50?
E
波长
天线基本概念
? 对称振子上的电场和磁场
? 最大电压在对称振子末端； 电场线布满其之间。
电压
? 对称振子上的电流与电压大 小相反（馈电点处最大；对 称振子末端处最小）,电流 产生磁场。
电场
电流 磁场
天线基本概念
? 对称振子上的电场和磁场
? 电压(电场（E）平面)
电流(磁场（H）平面)
天线基本概念
移动通信基站及其天线
基 本 知识
天线基本概念
? 天线理论 ? 天线术语 ? 天线类型
天线基本概念
? 什么是天线?
? 天线是对两种传输形式电磁波进行相互转换 . ? 天线是接收和发射电磁波的设备 .
? 电缆界限电磁波
空间自由电磁波
天线基本概念
开路的传输线可说明天线的辐射原理
发射机产生的高频振荡功率经过传输线时 电磁波是不能向外辐射的。
? 失配损耗
? 由于反射(或返回)功率，该损耗会影响到系统性能。
? VSWR
1.5
1.3
1.2
? 失配损耗（dB） 0.18
0.08 0.04
天线基本概念
? VSWR 驻波比
? 比较在天线端口和馈电电 缆端口的驻波测量结果
? 通过馈电电缆衰减后测试的 VSWR 和回波损耗的值比在天 线端口直接测量的值好.
? 表征天线向一定方向辐 射电磁波功率的能力。
? 为将辐射功率沿水平方向集 中到某一区域，应垂直放置 半波对称振子并同相位连接.
? 对称振子数增加两倍时半功 率波瓣宽度大约减少是1/2
? 主方向上增益增加3dB
1λ/2阵子 78°
32° 2λ/2阵子
15° 4λ/2阵子
7° 8λ/2阵子
0dB 3dB 6dB 9dB
天线基本概念
? 天线增益
? 增益的单位dBd 或dBi
? 半波对称振子（dBd）
垂直方向图
水平方向图
? 全向辐射单元（dBi）
? dBi = dBd + 2.15
天线基本概念
水平全向天线 （λ/2 对称振子）
? 天线增益
? 在水平面上波瓣宽
反射体前 (λ/2 对称振子)
度减小一半,增益增
加到3dB
? VSWR= U最大 /U最小 ? 范围：1 ～ ∞
? 回波损耗(衰减) ? αr(dB)= 20 logUR ? 20 logUV
传输方向
P V/UV
同轴电缆
反射方向
P R/UR
驻波
U max U min
天线基本概念
? VSWR 驻波比
? 移动通信网络的要求值 ? VSWR <1.5 ? 相应回波损耗 <14dB
? 事实上，由于馈电电缆和连接 器无法提供驻波比是1的理想 值，所以在电缆口测试的天线 VSWR 值难以准确。
天线基本概念
? 极化
? 极化是指电场矢量振动的方向.
? 以对称振子为例:
? 对称振子垂直方向 垂直极化 主要用于移动通讯
? 对称振子水平方向 水平极化 主要用于广播电视
? 振子倾斜45°方向 交叉极化 用于数字蜂窝式网络
天线基本概念
? 当传输线开路并张开后，可允许电波从电 缆中自行释放 .
? 天线的基本辐射元件：λ/2 对称振子
辐射电磁波
发射机
? 波长
天线基本概念
? 对称振子辐射频率的大小取决于机械长度，它是相应波长的一半。 ? 频率：表示每秒钟的周波数 ? 波长：每个周波的长度 ? 频率与波长的关系： ? 如：f =935 MHz → λ= 0.32 m → 对称振子长 约160 mm 波长
? IMD@2? 43dBm ? f1, f2, 2f1-f2, 2f2-f1
910MHz ,935MHz,960MHz ,990MHz
反射体前
(2λ/2 对称振子)
? 天线增益表示的是
“垂直”和“水平”
增益的总和
半功率波瓣宽度 360 °
增益 0dB
180 °
3dB
90 °
6dB
天线基本概念
? 板状天线
? 移动通信常用的定向板状天线 ? 水平波束宽度65° 增益 15dBi
水平方向图
垂直方向图
天线基本概念
定向天线立体辐射图
天线基本概念
单极化天线
天线基本概念
? 隔离度
1000mW ( 即1W)
在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1mWWWW
双极化天线
天线基本概念
? 三阶互调（Third Order Inter modulation ）
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一定关系的其它 离散射频信号。
天线基本概念
辐射图
表示天线所辐射电磁波随空间方向分布的图形。 用垂直切面和水平切面来描述天线三维方向图 对于垂直极化天线：水平方向图 = 水平平面（磁场）
垂直方向图 = 垂直平面（电场） 半功率波瓣宽度
波瓣宽度的大小取决于半功率角（功率从最大点减少到3dB 时天 线波束宽度夹角）
天线基本概念
? 天线增益
天线50? 放大器50?
馈线50? 滤波器50?
天线基本概念
? VSWR 驻波比
信号发生器产生频率，然后将其发送到终端负载。
但终端负载实际中不可能接收全部输入功率（绿线），因而 会将部分输入功率（红线）反射回发射端。
信号发生器
终端负载
输入信号
反射信号
天线基本概念
? VSWR 驻波比
源自文库是由于入射波能量传输 到天线输入端并未被全 部吸收（辐射）产生的 反射波迭加而形成的。
水平剖面
水平方向图（磁场 )
垂直剖面
水平方向图（电场 )
天线基本概念
? 天线的远-近场
? 天线的辐射场区分三个区域近区、远 区和中间区域。远区场是天线辐射电 磁波的一个区域，也是接收区域，在 此区域内，电场强度的大小与离开天 线的距离成反比。天线的辐射性能在 远场区内测试 .
远场（D）：
小天线 （天线小于一个波长的尺寸）
D [ m] > 10λ
大天线
D [ m] > 2L 2/λ
例如：900 MHz 天线 L=2 m λ= 0.325m
D = 24.6m
发射天线
近场区域 接收天线
天线基本概念
? 隔离度
? 隔离度代表馈送到天线一 个端口的信号在另一相邻 天线端口中出现的比例。
水平隔离 垂直隔离
? 波传播：
无线电波持续进行电能（电场）和磁能（磁 场）间的相互转换的过程。
电场
磁场
电场 传播方向
磁场
电场
天线基本概念
? 阻抗
传输线上各点电压 与电流的比值等于特 性阻抗。
? 为充分优化系统性能，系 统所有的设备必须匹配连 接。
? 设备通常是50欧的特性阻 抗。
? VSWR 反应了设备的50 欧特性阻抗的偏离值大小。?基站50?
E
波长
天线基本概念
? 对称振子上的电场和磁场
? 最大电压在对称振子末端； 电场线布满其之间。
电压
? 对称振子上的电流与电压大 小相反（馈电点处最大；对 称振子末端处最小）,电流 产生磁场。
电场
电流 磁场
天线基本概念
? 对称振子上的电场和磁场
? 电压(电场（E）平面)
电流(磁场（H）平面)
天线基本概念
移动通信基站及其天线
基 本 知识
天线基本概念
? 天线理论 ? 天线术语 ? 天线类型
天线基本概念
? 什么是天线?
? 天线是对两种传输形式电磁波进行相互转换 . ? 天线是接收和发射电磁波的设备 .
? 电缆界限电磁波
空间自由电磁波
天线基本概念
开路的传输线可说明天线的辐射原理
发射机产生的高频振荡功率经过传输线时 电磁波是不能向外辐射的。
? 失配损耗
? 由于反射(或返回)功率，该损耗会影响到系统性能。
? VSWR
1.5
1.3
1.2
? 失配损耗（dB） 0.18
0.08 0.04
天线基本概念
? VSWR 驻波比
? 比较在天线端口和馈电电 缆端口的驻波测量结果
? 通过馈电电缆衰减后测试的 VSWR 和回波损耗的值比在天 线端口直接测量的值好.
? 表征天线向一定方向辐 射电磁波功率的能力。
? 为将辐射功率沿水平方向集 中到某一区域，应垂直放置 半波对称振子并同相位连接.
? 对称振子数增加两倍时半功 率波瓣宽度大约减少是1/2
? 主方向上增益增加3dB
1λ/2阵子 78°
32° 2λ/2阵子
15° 4λ/2阵子
7° 8λ/2阵子
0dB 3dB 6dB 9dB
天线基本概念
? 天线增益
? 增益的单位dBd 或dBi
? 半波对称振子（dBd）
垂直方向图
水平方向图
? 全向辐射单元（dBi）
? dBi = dBd + 2.15
天线基本概念
水平全向天线 （λ/2 对称振子）
? 天线增益
? 在水平面上波瓣宽
反射体前 (λ/2 对称振子)
度减小一半,增益增
加到3dB
? VSWR= U最大 /U最小 ? 范围：1 ～ ∞
? 回波损耗(衰减) ? αr(dB)= 20 logUR ? 20 logUV
传输方向
P V/UV
同轴电缆
反射方向
P R/UR
驻波
U max U min
天线基本概念
? VSWR 驻波比
? 移动通信网络的要求值 ? VSWR <1.5 ? 相应回波损耗 <14dB
? 事实上，由于馈电电缆和连接 器无法提供驻波比是1的理想 值，所以在电缆口测试的天线 VSWR 值难以准确。
天线基本概念
? 极化
? 极化是指电场矢量振动的方向.
? 以对称振子为例:
? 对称振子垂直方向 垂直极化 主要用于移动通讯
? 对称振子水平方向 水平极化 主要用于广播电视
? 振子倾斜45°方向 交叉极化 用于数字蜂窝式网络
天线基本概念
? 当传输线开路并张开后，可允许电波从电 缆中自行释放 .
? 天线的基本辐射元件：λ/2 对称振子
辐射电磁波
发射机
? 波长
天线基本概念
? 对称振子辐射频率的大小取决于机械长度，它是相应波长的一半。 ? 频率：表示每秒钟的周波数 ? 波长：每个周波的长度 ? 频率与波长的关系： ? 如：f =935 MHz → λ= 0.32 m → 对称振子长 约160 mm 波长
? IMD@2? 43dBm ? f1, f2, 2f1-f2, 2f2-f1
910MHz ,935MHz,960MHz ,990MHz
反射体前
(2λ/2 对称振子)
? 天线增益表示的是
“垂直”和“水平”
增益的总和
半功率波瓣宽度 360 °
增益 0dB
180 °
3dB
90 °
6dB
天线基本概念
? 板状天线
? 移动通信常用的定向板状天线 ? 水平波束宽度65° 增益 15dBi
水平方向图
垂直方向图
天线基本概念
定向天线立体辐射图
天线基本概念
单极化天线
天线基本概念
? 隔离度
1000mW ( 即1W)
在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1mWWWW
双极化天线
天线基本概念
? 三阶互调（Third Order Inter modulation ）
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一定关系的其它 离散射频信号。
天线基本概念
辐射图
表示天线所辐射电磁波随空间方向分布的图形。 用垂直切面和水平切面来描述天线三维方向图 对于垂直极化天线：水平方向图 = 水平平面（磁场）
垂直方向图 = 垂直平面（电场） 半功率波瓣宽度
波瓣宽度的大小取决于半功率角（功率从最大点减少到3dB 时天 线波束宽度夹角）
天线基本概念
? 天线增益
天线50? 放大器50?
馈线50? 滤波器50?
天线基本概念
? VSWR 驻波比
信号发生器产生频率，然后将其发送到终端负载。
但终端负载实际中不可能接收全部输入功率（绿线），因而 会将部分输入功率（红线）反射回发射端。
信号发生器
终端负载
输入信号
反射信号
天线基本概念
? VSWR 驻波比
源自文库是由于入射波能量传输 到天线输入端并未被全 部吸收（辐射）产生的 反射波迭加而形成的。