移动通信天馈系统综合传输效率

导体是用铜、铝、铁等金属制成，因此必然存在着电阻，有电阻就必然
消耗功率。 在导体周围充满了介质，当导体间存在电压差时，介质会出
现分子极化的现象。 介质分子的极化随电压发生变化时，需克服阻力
做功，其所需的能量取自经由传输线递送的电波，这种损耗成为介质
损耗，用电导表示。 另外在阻抗不匹配点的信号反射都会导致功率衰
【关键词】天馈系统；综合传输损耗；综合驻波比
0 引言
移动通信天馈系统传输性能的好坏对网络质量有直接的影响，是 网络优化工作中需要关注的一个重点。影响天馈系统传输性能好坏的 因素主要有工程质量，工程参数设置及天馈自身性能问题。 对于天馈 系统自身传输性能问题， 在优化工作中基本上都是看有无驻波比告 警。 如果没有告警，很多人就认为天馈信号传送没有问题 ，但实际上是 否如此？ 有很多的文档都对驻波比的定义做了介绍并给出了量化分 析，结论是驻波比在 1.5 以下对信号传输影响很有限，在驻波比 为 2.0 时，会导致 0.5dB 的损失，但实际 上 有 些 场 合 下 驻 波 比 为 2.0 时 ，接 收 信号就很差。这又是为什么？诸如此类问题，如果对天馈系统传输性能 理解不好，就很难回答。 本文就从传输线的基础理论入手 ，对天馈系统 的传输性能进行一些的介绍及分析，使用数学推导，对几个重要传输 指标给出比较直观的表达，并作物理意义解析。
（6）
VSWR+1
驻波的存在降低了能量传输效率，同时在电压波腹点容易出现介
质击穿，过大的驻波对发射机也是个严重威胁，所以在电信系统中阻
抗匹配十分重要。
2 天馈系统传输损耗分析
图 1 传输线电路模型
沿传输线电压电流表达式为：
觶 觶 V觶
觶 d 觶 =V觶 2
αd
e
jβd
e
-2αd -j2βd
1+Γe e
可以看出回波损耗 RL 与反射系数的关系：
RL=10log
Pi Pr
=10log
1
2
Γ
（8）
传 输 线 始 端 的 平 均 入 射 功 率 （d=l）为 ：
2
P（1）=Re 觶觶V觶 觶 1 觶 觶觶I觶 觶 1 觶 觶觶=
V觶 2 Zc
2αl
e
（9）
那么总的功率传输损耗为：
2αl
2αl
2
LP =
P（1） P（0）
1 天馈系统信号传输理论模型
移动通信系统所用天馈为同轴电缆传输线，其两根导线为芯线和 屏蔽铜网。 由于其长度与波长可比拟，所以对天馈系统信号传输进行 分析时通常采用分布参数电路理论进行分析。 区别于集总参数电路， 在分布电路参数中电阻、电容、电感及电导不但互不可分，而且还沿电 路分布。在分析时可以将这个电路看成是许多个尺寸极小的集总链路 链接而成，传输线的基本方程式是用偏微分方程来表达，在边界条件 和初始条件给定后，可据此确定传输线上任意点的电压和电流，并从 而得知电压和电流在传输线上的分布。 其模型及数学表达式如图 1。
=
觶1-e觶 Γ 觶 2 觶= e
（VSWR+1） 4*VSWR
（10）
从上面的公式看得很清楚， 功率总的传输损耗由两部分构成，一
移动通信天馈系统综合传输效率分析
陈 胜1 金 剑2 （1．电子科技大学 通信与信息工程学院，四川 成都 610072；2．中国人民解放军武警工程大学 信息工程系，陕西 西安 100000）
【摘 要】本文从基本的传输线理论入手，对天馈系统传输性能相关的重要参数做了介绍说明，对工程中关心的综合损耗及驻波比进行理 论推导，加深对天馈系统传输性能的认识。
Γ：反 射 系 数 ，反 射 电 压 与 入 射 电 压 值 比 ，也 可 表 达 为 ：Γ= ZL -Zc ZL +Zc
反映负载阻抗与传输线阻抗匹配程度，如 果 匹 配 ，Γ 为 0，那 么 只 有 入
射波，没有反射波。
Zc：传 输 线 特 性 阻 抗 ，仅 与 传 输 线 的 结 构 、材 料 及 线 径 有 关 ，与 长 度无关。
位置变化，电波的相位是不断发生变化的，像是不断向前行进的波，故
称行波。 而驻波是反射波与入射波相互干涉的结果，随着位置变化，只
Baidu Nhomakorabea有强度发生周期性的变化，每处的电压没有相位的变化，不随时间而
改变，这种波折空间似乎是驻立不动的，所以叫驻波。 同样从表达式可
以看出，驻波具有波腹与波节，相邻波节之间的距离为 λ ，波节与波 2
（1）
觶 觶 I觶 觶 d 觶 = V觶 2
αd jβd
ee
-2αd -j2βd
1-Γe e
（2）
Z觶 c
其含义为：传输线上任意点的电压和电流是由到达该点的入射波
与反射波叠加而成的，此点到传输线终端的距离为 d。 反射波的存在
意味着传送到传输线终端的功率不能全部为负载吸收，从而降低了传
输效率。
式中：
减。 根据表达式（1）、（2），可以得到到达传输线终端的平均功率为（d
=0 ） 为 ：
2
P（0）=Re 觶觶V觶 觶 0 觶 觶觶I觶 觶 0 觶 觶觶=
V觶 2 Zc
觶1- 觶 觶 Γ 觶 2
（7）
功率由入射功率与反射功率合成，定义以 dB 表示的 Pi/Pr 为回波
损耗 RL（return loss），表示反射功率 比 入 射 功 率 下 降 的 幅 度 ，由 式 （7）
V觶
觶 d 觶 =V觶 2
αd
e
（1-Γ
jβd
）e
+2ΓV觶 2
αd
e
cosβd
（3）
I觶 觶 d 觶 = V觶 2
（1-Γ
αd
）e
jβd
e
+j2Γ
V觶 2
αd
e sinβd
（4）
Rc
Rc
第一项代表行波，第二项代表驻波，即传输线上同时存在行波与
驻波。 行波与驻波的差别从公式可以看得很清楚，对于行波来讲，随着
腹之间的距离为 λ 。 驻波的产生是阻抗失配导致的，如果阻抗匹配，Γ 4
为 0，就不存在驻波了。 定义驻波比波腹电压与波节电压之比：
VSWR=
V觶 觶 d 觶 max V觶 觶 d 觶 min
=
1+ 觶 Γ 觶 1- 觶 Γ 觶
（5）
反过来反射系数可以用 VSWR 来表示：
觶 Γ 觶 = VSWR-1
α：衰减系数，定义为信号沿线路传输一个单位长度时，电压幅度
衰减 eα△z 倍。 此系数只是取决于传输线的结构和传输线的材料 。
β：相移系数，定义为信号沿线路传输一个单位长度时，相角滞后
β△z（rad）。 此系数只是取决于传输线的结构和传输线的材料。
将此公式改写下，也可表示为：
有多种因素会导致信号在天馈系统中传输时受到衰减。传输线的