天線,分集技術(shù)

1、天線的基本功能是天線的基本功能是輻射和接收輻射和接收無線電波無線電波。發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電滋波轉(zhuǎn)換磁波；接收時，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。為高頻電流。 根據(jù)電磁場理論，當(dāng)導(dǎo)體通根據(jù)電磁場理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流時會在周圍空間產(chǎn)生過高頻電流時會在周圍空間產(chǎn)生電場和磁場。電場和磁場。 當(dāng)導(dǎo)體長度足夠大（能夠當(dāng)導(dǎo)體長度足夠大（能夠與波長相比擬時），就能使電磁與波長相比擬時），就能使電磁波有效輻射出去；波有效輻射出去；電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌觥Ｏ蛩拿鎮(zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌?。在交變電磁場中放置一?dǎo)線，在在

2、交變電磁場中放置一導(dǎo)線，在電磁波的作用下，導(dǎo)線會產(chǎn)生感應(yīng)電磁波的作用下，導(dǎo)線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電動勢。該導(dǎo)線與接收設(shè)備相連，在接收該導(dǎo)線與接收設(shè)備相連，在接收設(shè)備的輸入端就會產(chǎn)生高頻電流。設(shè)備的輸入端就會產(chǎn)生高頻電流。發(fā)信天線和收信天線都屬于能發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有量變換器，具有“可逆性可逆性”；天線用作天線用作發(fā)信時的參數(shù)和收信發(fā)信時的參數(shù)和收信時的參數(shù)保持不變時的參數(shù)保持不變，這就是天，這就是天線的互易原理。線的互易原理。移動通信中討論天線的性能主要關(guān)移動通信中討論天線的性能主要關(guān)心其心其信號覆蓋范圍信號覆蓋范圍和和輻射強度輻射強度。決定天線性能因素有些與天線本身決定天線

3、性能因素有些與天線本身無關(guān)，如天線架設(shè)高度等。無關(guān)，如天線架設(shè)高度等。有些因素與天線的設(shè)計生產(chǎn)工藝相有些因素與天線的設(shè)計生產(chǎn)工藝相關(guān)，這些因素稱為關(guān)，這些因素稱為天線參數(shù)。天線參數(shù)。方向圖方向圖效率效率增益增益輸入阻抗輸入阻抗工作頻帶工作頻帶極化方式極化方式天線對空間不同方向具有不同的輻天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向射或接收能力，這就是天線的方向性。性。在水平面上，輻射與接收無最大方在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為向的天線稱為全向天線全向天線，有一個或，有一個或多個最大方向的天線稱為多個最大方向的天線稱為定向天線定向天線。用來表示天線的輻射或接收強用來表

4、示天線的輻射或接收強度隨空間方向的對應(yīng)關(guān)系。度隨空間方向的對應(yīng)關(guān)系。全向天線由全向天線由于其無方向于其無方向性，所以常性，所以常用在用在一點對一點對多點通信的多點通信的中心臺中心臺。定向天線具有定向天線具有最大輻射或接最大輻射或接收方向，因此收方向，因此能量集中，增能量集中，增益相對較高，益相對較高，適合于適合于遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離點對點通信點對點通信。天線方向圖的最大輻射功率所天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為在的波瓣稱為主瓣主瓣，其余為副，其余為副瓣；瓣；主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低強度降低3 dB的兩點間的夾角的兩點間的夾角定義為定義為波瓣寬度波瓣寬度。 全向

5、天線的水平波瓣寬度為全向天線的水平波瓣寬度為360度度主主瓣瓣第第一一副副瓣瓣后后瓣瓣基站定向天線的基站定向天線的垂直波瓣寬度垂直波瓣寬度為為10度度左右；左右；對于同一種類的天線，增益相對于同一種類的天線，增益相同時，同時，水平波瓣越寬，垂直波水平波瓣越寬，垂直波瓣就越窄；瓣就越窄；較窄的垂直波瓣會在基站近端較窄的垂直波瓣會在基站近端產(chǎn)生信號產(chǎn)生信號“死區(qū)死區(qū)” 。限制信號在所服務(wù)的小區(qū)限制信號在所服務(wù)的小區(qū)范圍內(nèi)，減小范圍內(nèi)，減小“死區(qū)死區(qū)”，降低，降低對其它小區(qū)的干擾。對其它小區(qū)的干擾。機(jī)械下傾：機(jī)械下傾：小于小于10度度電調(diào)下傾：電調(diào)下傾：角度可調(diào)，后瓣同角度可調(diào)，后瓣同時下傾時下傾天

6、線效率定義為：天線效率定義為：天線輻射功率天線輻射功率Pr與天線輸入功率與天線輸入功率Pin之比之比；天線輻射功率與所消耗的功率天線輻射功率與所消耗的功率Ps之和為輸入功率。之和為輸入功率。天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，效率的乘積，方向圖主瓣越窄，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高副瓣越小，增益就越高。 在同等條件下，天線增益越高，在同等條件下，天線增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)，一般基地電波傳播的距離越遠(yuǎn)，一般基地臺天線都采用高增益天線，臺天線都采用高增益天線，天線的輸入阻抗為天線的輸入阻抗為輸入端電壓輸入端電壓與輸入端電流之比與輸入端電流之比。為使天線

7、能獲得最大的功率，為使天線能獲得最大的功率，應(yīng)使天線輸入阻抗與饋線特性應(yīng)使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗匹配。阻抗匹配。天線的各種電性能參數(shù)不超過允天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時，所對應(yīng)的工作頻率寬許范圍時，所對應(yīng)的工作頻率寬度即為天線工作頻帶。度即為天線工作頻帶。對頻分雙工的收發(fā)共用天線，必對頻分雙工的收發(fā)共用天線，必須考慮天線的工作頻帶寬度。須考慮天線的工作頻帶寬度。分為線極化天線、圓極化天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；和橢圓極化天線；基站多采用線極化方式，又分基站多采用線極化方式，又分為為垂直極化垂直極化和和水平極化水平極化方式；方式； 按工作頻段分：短波、超短按工作頻段

8、分：短波、超短波、微波波、微波按用途分：按用途分：基地臺、移動臺基地臺、移動臺按方向性分：按方向性分：全向、定向全向、定向按結(jié)構(gòu)分：按結(jié)構(gòu)分：線狀、面狀、天線狀、面狀、天線陣列線陣列鞭天線鞭天線（頂端加載）（頂端加載）雙匝環(huán)天線雙匝環(huán)天線三匝環(huán)天線三匝環(huán)天線斜天線斜天線雙極天線雙極天線，籠形天線，籠形天線菱形天線菱形天線行波天線行波天線基地固定式通信設(shè)備天線，主要基地固定式通信設(shè)備天線，主要有有全向天線全向天線和和定向天線定向天線兩種；兩種；受通信范圍要求，基地固定式天受通信范圍要求，基地固定式天線一般采取高架。線一般采取高架。 半波偶極子天線：半波偶極子天線：將半波振子垂將半波振子垂直排列組

9、成，水平方向圖不變，垂直排列組成，水平方向圖不變，垂直方向性將增強；可以是二單元、直方向性將增強；可以是二單元、四單元或六單元。四單元或六單元。 直立鞭天線直立鞭天線同軸偶極天線同軸偶極天線布朗天線布朗天線用于扇形的信號覆蓋，在移動通用于扇形的信號覆蓋，在移動通信中也稱信中也稱扇區(qū)天線扇區(qū)天線；天線增益更高，有利于控制天線天線增益更高，有利于控制天線覆蓋范圍，減小對鄰近小區(qū)的影響。覆蓋范圍，減小對鄰近小區(qū)的影響。角反射天線角反射天線板式天線板式天線引向天線（八木天線）引向天線（八木天線）用于用于隧道隧道等特殊環(huán)境的覆蓋要求；等特殊環(huán)境的覆蓋要求；場強分布均勻、可控性高，工作頻帶場強分布均勻、可

10、控性高，工作頻帶寬、兼容性好。寬、兼容性好。車載臺天線：吸盤鞭天線車載臺天線：吸盤鞭天線手持臺天線：螺旋鞭天線、環(huán)形手持臺天線：螺旋鞭天線、環(huán)形天線天線選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：選擇天線架設(shè)位置應(yīng)注意的問題：1、 天線的發(fā)射或接收方向應(yīng)避開障礙物（樓房、天線的發(fā)射或接收方向應(yīng)避開障礙物（樓房、鐵塔、橋梁等）；鐵塔、橋梁等）；2、 天線架設(shè)地點應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源（高壓線、天線架設(shè)地點應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源（高壓線、航線、鐵塔、公路等）；航線、鐵塔、公路等）；3、 天線應(yīng)盡量架設(shè)在附近的制高點：天線應(yīng)盡量架設(shè)在附近的制高點：4、 若幾付天線同時工作，應(yīng)特別注意左右和上若幾付天線同時工作，應(yīng)特別注意左右

11、和上下的間距，防止耦合干擾。下的間距，防止耦合干擾。在發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)之間串接通在發(fā)射機(jī)和天饋系統(tǒng)之間串接通過式功率計，檢驗發(fā)射機(jī)功率和反過式功率計，檢驗發(fā)射機(jī)功率和反射功率的大??；射功率的大小；通過駐波比檢測來判斷天饋系統(tǒng)通過駐波比檢測來判斷天饋系統(tǒng)是否正常。是否正常。天線與饋電線主要是靠連接器連天線與饋電線主要是靠連接器連接，采用防水膠泥和防水膠帶進(jìn)行接，采用防水膠泥和防水膠帶進(jìn)行密封密封饋線進(jìn)入室內(nèi)處彎一個返水彎，饋線進(jìn)入室內(nèi)處彎一個返水彎，避免雨水沿饋線進(jìn)入室內(nèi)。避免雨水沿饋線進(jìn)入室內(nèi)?；咎炀€附近要裝置基站天線附近要裝置避雷針避雷針。避雷針在可能條件下應(yīng)盡量遠(yuǎn)離天線，以免影避雷針在可

12、能條件下應(yīng)盡量遠(yuǎn)離天線，以免影響天線方向性；響天線方向性；保護(hù)角應(yīng)小于保護(hù)角應(yīng)小于45o；避雷針一定要連接大地避雷針一定要連接大地天饋線上串接天饋線上串接防雷器。防雷器。 分集接收分集接收是指接收端對它是指接收端對它收到的經(jīng)過多個相互獨立路徑收到的經(jīng)過多個相互獨立路徑傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行特定的處理來傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行特定的處理來減小衰落的深度與持續(xù)時間的減小衰落的深度與持續(xù)時間的方法。方法。t如果一條無線傳播路徑中的信號如果一條無線傳播路徑中的信號經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信立的路徑中可能仍包含著較強的信號。號。分散傳輸：分散傳輸：使接收端能

13、獲得多使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號；的衰落信號；集中處理：集中處理：把收到的多個統(tǒng)計把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進(jìn)行合并以降獨立的衰落信號進(jìn)行合并以降低衰落的影響。低衰落的影響。宏分集：宏分集：減小大尺度衰落的分減小大尺度衰落的分集技術(shù)；集技術(shù)； “多基站多基站”分集分集 微分集：微分集：減小小尺度衰落影響減小小尺度衰落影響的分集技術(shù)。的分集技術(shù)?？臻g分集空間分集時間分集時間分集頻率分集頻率分集極化極化 分集分集場分量分集場分量分集角度分集角度分集 v空間分集的依據(jù)在于空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性快衰落的空間獨立性。v空間分集的接收機(jī)

14、至少需要兩副相隔距離為空間分集的接收機(jī)至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離的天線，間隔距離d與工作波長、地物及天與工作波長、地物及天線高度有關(guān)，在移動信道中，線高度有關(guān)，在移動信道中， 通常?。和ǔＨ。菏袇^(qū)市區(qū) d=0.5郊區(qū)郊區(qū) d=0.8天線天線切換切換邏輯邏輯或解或解調(diào)器調(diào)器輸出輸出1G1G1G12m可變增益可變增益頻率分集方式是指用兩個或兩個頻率分集方式是指用兩個或兩個以上的頻率來傳送相同的信息的以上的頻率來傳送相同的信息的方式。方式。頻率分集的工作原理是基于在頻率分集的工作原理是基于在信信道相干帶寬之外的頻率上不會出道相干帶寬之外的頻率上不會出現(xiàn)同樣的衰落?，F(xiàn)同樣的衰落。 v基本

15、工作原理：空中基本工作原理：空中的的水平極化水平極化和垂直極化路徑是非相關(guān)的。和垂直極化路徑是非相關(guān)的。v使用水平和垂直兩個正交的分集使用水平和垂直兩個正交的分集支路，支路，也稱也稱正交極化分集正交極化分集；v可看作是一種可看作是一種特殊的空間分集方特殊的空間分集方式式，只使用兩副天線，且天線間距，只使用兩副天線，且天線間距縮短縮短。電磁波的電磁波的E場和場和H場載有相同的消息，場載有相同的消息，而反射機(jī)理不同，是互不相關(guān)的；而反射機(jī)理不同，是互不相關(guān)的； 場分量分集不要求天線間有實體上的場分量分集不要求天線間有實體上的間隔，間隔， 可用于較低工作頻段可用于較低工作頻段，而當(dāng)工，而當(dāng)工作頻率較

16、高時，可以容易地實現(xiàn)空間作頻率較高時，可以容易地實現(xiàn)空間分集。分集。使電波通過幾個不同路徑，并以不同使電波通過幾個不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端；而接收端利用角度到達(dá)接收端；而接收端利用多個多個方向性尖銳的接收天線方向性尖銳的接收天線分離出不同方分離出不同方向來的信號分量；向來的信號分量；這些分量具有互相獨立的衰落特性，這些分量具有互相獨立的衰落特性，因而可以實現(xiàn)角度分集。因而可以實現(xiàn)角度分集。以超過信道相干時間的間隔重復(fù)發(fā)送以超過信道相干時間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號的相同的信號的分集分集方式。方式。工作原理工作原理：在在相干時間之外的信號不相干時間之外的信號不會出現(xiàn)同樣的衰落會出現(xiàn)同樣的衰

17、落，也就是說各次發(fā)，也就是說各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的；送信號所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨立的；有利于克服移動信道中因多普勒效應(yīng)有利于克服移動信道中因多普勒效應(yīng)引起的衰落現(xiàn)象。引起的衰落現(xiàn)象。對接收到的多個分集信號，進(jìn)行對接收到的多個分集信號，進(jìn)行合并處理，減小衰落對信號傳輸合并處理，減小衰落對信號傳輸?shù)挠绊?；的影響；一般都使用線性合并器，其通用一般都使用線性合并器，其通用合并信號表達(dá)式為：合并信號表達(dá)式為： MkkkMMtratratratratr12211)()()()()(檢測所有分集支路的信號，檢測所有分集支路的信號，選選擇其中信噪比最高的那一個支擇其中信噪比最高的那一個支路的信

18、號路的信號作為合并器的輸出。作為合并器的輸出。信號表達(dá)式中的加權(quán)系數(shù)只有信號表達(dá)式中的加權(quán)系數(shù)只有一項為一項為1，其余均為，其余均為0。接收機(jī) 1接收機(jī) 2是最佳合并方式；是最佳合并方式；每一支路的每一支路的加權(quán)系數(shù)加權(quán)系數(shù)ak與信號包絡(luò)與信號包絡(luò)rk成成正比而與噪聲功率正比而與噪聲功率Nk成反比，即為：成反比，即為：kbkNra MkkkMkkkRNrrar121輸出信號包絡(luò)為輸出信號包絡(luò)為接收機(jī) 1接收機(jī) 1Mk 1Nkrk2a2a1無需對信號加權(quán)，無需對信號加權(quán)，各支路的信號等各支路的信號等增益相加，增益相加，輸出的信號包絡(luò)為：輸出的信號包絡(luò)為：MkkErr1接收機(jī) 1接收機(jī) 1Mk=1

19、rk在相同分集重數(shù)情況下，在相同分集重數(shù)情況下，最大比值合并最大比值合并方方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；在分集重數(shù)較小時，在分集重數(shù)較小時，等增益合并等增益合并的信噪比的信噪比改善接近最大比值合并，是一種較實用的改善接近最大比值合并，是一種較實用的合并方式；合并方式；選擇式合并選擇式合并只利用了最強的一路信號，而只利用了最強的一路信號，而其它各支路信號都沒有被利用，所得到的其它各支路信號都沒有被利用，所得到的信噪比改善量最少。信噪比改善量最少。 利用信號設(shè)計技術(shù)，將分集作用隱利用信號設(shè)計技術(shù)，將分集作用隱含在被傳輸?shù)男盘栔校Q為含在被傳輸?shù)男盘栔?，稱為隱分集隱分集；常見的隱分集方式：常見的隱分集方式： 交織編碼交織編碼 Rake接收技術(shù)：多徑分集（碼分集）接收技術(shù)：多徑分集（碼分集）基于多徑信