天線基本原理及應(yīng)用

1、 京信通信 未來無限延伸二、天線主要性能參數(shù)二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理一、天線輻射原理天饋系統(tǒng)簡介強化天線的性能和品質(zhì)起著四兩撥千斤強化天線的性能和品質(zhì)起著四兩撥千斤的作用。的作用。天線天線防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/87/8“）饋線卡饋線卡接地裝置接地裝置接頭密封件接頭密封件絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVCPVC絕緣膠帶絕緣膠帶天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架抱桿抱桿室外饋線室外饋線室內(nèi)超柔饋線室內(nèi)超柔饋線饋線過線窗饋線過線窗基站主設(shè)備基站主設(shè)備一、天線輻射原理一、天線輻射原理 天線的定義天線的定義 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地能夠有效地向空間某特定方向輻

2、射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。 一、天線輻射原理一、天線輻射原理天線功能天線功能能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化空間電磁波定向輻射（接收）定向輻射（接收）電纜內(nèi)高頻電流電纜內(nèi)高頻電流無線電設(shè)備效率要求效率要求-追追求高效率求高效率方向圖要求方向圖要求-滿足特定空間分布要求滿足特定空間分布要求進得去，進得去，出得來。出得來。 天線的輻射原理天線的輻射原理一、天線輻射原理一、天線輻射原理半波振子是天線的基本輻射單元，波長越長，天線半波振子越大。半波振子是天線的基本輻射單元，波長越長，天線半波振子越大。 天線半波振子天線半波振子一、一、天線輻射原理天線輻

3、射原理1/4 1/4 波波長長半波振子半波振子 （電長（電長度）度）水平面水平面垂直面垂直面1/4 1/4 波波長長1/2 1/2 波波長長半波振子示例：半波振子示例：一、一、天線輻射原理天線輻射原理一、一、天線輻射原理天線輻射原理天線的極化方式天線的極化方式天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向垂直極化水平極化+ 45度傾斜的極化- 45度傾斜的極化 天線輻射方向圖天線輻射方向圖用來表述天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射和接收電磁波的能力。一般為三維輻射立體圖。單個輻射單元單個輻射單元多單元陣列多單元陣列一、一、天線輻射原理天線輻射原理實際評判中是其轉(zhuǎn)化成的二維平面圖形，即水平實際評判中

4、是其轉(zhuǎn)化成的二維平面圖形，即水平面方向圖及垂直面方向圖。面方向圖及垂直面方向圖。水平面水平面一、一、天線輻射原理天線輻射原理 天線輻射方向圖天線輻射方向圖垂直面垂直面同一款基站天線有多種設(shè)計方案來實現(xiàn)。同一款基站天線有多種設(shè)計方案來實現(xiàn)。設(shè)計方案涉及到天線的以下四部分：設(shè)計方案涉及到天線的以下四部分：1 1、輻射單元（對稱振子、輻射單元（對稱振子 or or 貼片貼片 陣元陣元 ）2 2、反射板（底板）、反射板（底板）3 3、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）4 4、封裝防護（天線罩）、封裝防護（天線罩）饋電網(wǎng)絡(luò)饋電網(wǎng)絡(luò) 天線組成部件天線組成部件一、一、天線輻射原理天線輻射原理

5、振子振子反射板反射板天線罩天線罩京信通信 未來無限延伸二、天線主要性能參數(shù)二、天線主要性能參數(shù)一、天線輻射原理一、天線輻射原理二、天線主要性能參數(shù)二、天線主要性能參數(shù)無論天線還是其他通信產(chǎn)品，總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作，無論天線還是其他通信產(chǎn)品，總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作，其取決于指標的要求。通常情況下，滿足指標要求的頻率范圍即可為天線的其取決于指標的要求。通常情況下，滿足指標要求的頻率范圍即可為天線的工作頻率。工作頻率。一般來說，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上，天線性能是有差異的。一般來說，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上，天線性能是有差異的。因此，因此，在相同的指標要

6、求下，工作頻帶越寬，天線設(shè)計難度越大。在相同的指標要求下，工作頻帶越寬，天線設(shè)計難度越大。 天線工作頻率天線工作頻率輻射參數(shù)輻射參數(shù)主瓣；主瓣；副瓣；副瓣；半功率波束寬度；半功率波束寬度；增益；增益；波束下傾角；波束下傾角；前后比；前后比；交叉極化鑒別率；交叉極化鑒別率；上旁瓣抑制；上旁瓣抑制；下零點填充；下零點填充；天線輻射方向圖天線輻射方向圖二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)基礎(chǔ)指標指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂

7、直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)10dB 波束寬度120 (eg)峰值峰值 - 10dB峰值 - 10dB60 (eg)峰值峰值 - 3dB峰值 - 3dB3dB 波束寬度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)最大輻射方向偏離天線法線方向的角度。最大輻射方向偏離天線法線方向的角度。 45 波束偏移較大，方向圖一致波束偏移較大，方向圖一致性較差時，會使覆蓋區(qū)距離性較

8、差時，會使覆蓋區(qū)距離向相鄰扇區(qū)的交疊區(qū)域發(fā)生向相鄰扇區(qū)的交疊區(qū)域發(fā)生變化，對距離向覆蓋帶來不變化，對距離向覆蓋帶來不利影響。利影響。 對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)電下傾角精度電下傾角精度二、二

9、、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)夾角夾角法線方向法線方向最大輻射方向最大輻射方向?qū)W(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù) 30 3030范圍內(nèi)范圍內(nèi)(?)(?)的

10、最差值的最差值后向功率后向功率前向功率前向功率二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)25天線增益是用來衡量天線朝一個特定方

11、向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線重要的參數(shù)之一。線重要的參數(shù)之一。天線增益越高，方向性越好，能量越集中，天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣波瓣越窄。越窄。增益越高，天線長度越長。增益越高，天線長度越長。二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)26二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射 一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較的增益用一個天線與對稱振子相比較的增益用“dBd”“dBd”表示表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用一個天線與各向同性輻射

12、器相比較的增益用“dBi”“dBi”表示表示例如例如: 0dBd = 2.15dBi: 0dBd = 2.15dBi, , 例如：對于一面增益為例如：對于一面增益為16dBd16dBd的天線的天線, ,其增益折算成單位為其增益折算成單位為dBidBi時時, ,則為則為18.15dbi.18.15dbi. 對稱振子的增益為2.15dB 對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升

13、網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零點填充零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù) 為了獲得良好的上行分集增益，要求雙極化天線應(yīng)該具有良好的正交極化特性，即在為了獲得良好的上行分集增益，要求雙極化天線應(yīng)該具有良好的正交極化特性，即在6060的扇形服務(wù)區(qū)內(nèi)，交叉極化方向圖電平應(yīng)該比相應(yīng)角度上的主極化電平有明顯的的扇形服務(wù)區(qū)內(nèi)，交叉極化方向圖電平應(yīng)該比相應(yīng)角度上的主極化電平有明顯的降低，其差別（交叉極化比）在最大輻射方向應(yīng)大降低，其差別（交叉極化比）在最大輻射方向應(yīng)大15dB15dB，在，在6060內(nèi)應(yīng)大于內(nèi)應(yīng)大

14、于10dB10dB，最低最低門檻也應(yīng)該大于門檻也應(yīng)該大于7dB7dB，如圖所示。如此，才可以認為兩個極化接收到的信號互不相關(guān)。，如圖所示。如此，才可以認為兩個極化接收到的信號互不相關(guān)。二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零點填充零點填充方向

15、圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對于城區(qū)建筑物密集的應(yīng)用場景，一方面因通信容量大要求縮小蜂窩，另一方面因?qū)τ诔菂^(qū)建筑物密集的應(yīng)用場景，一方面因通信容量大要求縮小蜂窩，另一方面因樓房遮擋和多徑反射，難以實現(xiàn)大距離覆蓋。通常采用增益樓房遮擋和多徑反射，難以實現(xiàn)大距離覆蓋。通常采用增益1315dBi1315dBi的低增益天線，的低增益天線，大下傾角做微蜂窩覆蓋，從而，主波束的上側(cè)第一、二旁瓣指向前方同頻小區(qū)的可大下傾角做微蜂窩覆蓋，從而，主波束的上側(cè)第一、二旁瓣指向前方同頻小區(qū)的可能性很大，這就要求在設(shè)計天線時，設(shè)法對上旁瓣進行抑制，從而降低干擾。能性很大，這就要求在設(shè)計天線

16、時，設(shè)法對上旁瓣進行抑制，從而降低干擾。二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù) 二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度對網(wǎng)絡(luò)的不同影響程度天

17、線參數(shù)天線參數(shù)滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求的基礎(chǔ)指標水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性水平面波束寬度、波束偏移及方向圖一致性垂直面波束寬度及電下傾角度垂直面波束寬度及電下傾角度前后比前后比增益增益能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標能夠提升網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的輔助指標交叉極化比交叉極化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零點填充下零點填充方向圖圓度方向圖圓度二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立體圖立體圖二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)電壓駐波比電壓駐波比（VSWRVSWR）：）：為傳輸線上的電壓最大值與電壓最小值之比。為傳輸線上的電壓最大值與

18、電壓最小值之比。天線電路參數(shù)：駐波比、隔離度、三階互調(diào)天線電路參數(shù)：駐波比、隔離度、三階互調(diào) 當天線端口沒有反射時，就是理想匹配，駐波比為當天線端口沒有反射時，就是理想匹配，駐波比為1 1；當天線端口全反射時，；當天線端口全反射時，駐波比為無窮大。駐波比為無窮大。 二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)電壓駐波比是天線高效率輻射的基本指標要求。電壓駐波比是天線高效率輻射的基本指標要求。在全頻段內(nèi)考察在全頻段內(nèi)考察VSWRVSWR，取最大值為指標。，取最大值為指標。 駐波告警！駐波告警！評估舉例：指標為評估舉例：指標為1.51.5，所有頻點都需要優(yōu)于該指標。，所有頻點都需要優(yōu)于該指標。減小的天

19、線輻射功率減小的天線輻射功率VSWR VSWR 回波損耗回波損耗(dB)(dB)反射功率反射功率(dB)(dB)3.0 6.0 25%1.252.0 9.5 11%0.51.8 11.0 8.0%0.361.5 14.0 4.0%0.171.4 15.5 2.8%0.121.3 17.5 1.7%0.071.2 21.0 0.8%0.03二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)是指某一極化接收到的另一極化信號的比例。是指某一極化接收到的另一極化信號的比例。一般指雙極化天線中兩個極化直接的隔離。一般指雙極化天線中兩個極化直接的隔離。 28dB? 28dB? 駐波告警！駐波告警！10001000m

20、W (mW (即即 1 1W)W)1 1mWmW該例子中，隔離度為：10log(1000mW/1mW) = 30dB二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù) 確保天線發(fā)射的交調(diào)干擾不影響接收機的靈敏度確保天線發(fā)射的交調(diào)干擾不影響接收機的靈敏度 -107dBm ?-107dBm ? 在全頻段內(nèi)考察在全頻段內(nèi)考察PIM3PIM3，取最大值為指標。取最大值為指標。 可通過交調(diào)指標反映供應(yīng)商天線產(chǎn)品的綜合水平，特別是物料生產(chǎn)及裝配過程的可通過交調(diào)指標反映供應(yīng)商天線產(chǎn)品的綜合水平，特別是物料生產(chǎn)及裝配過程的 質(zhì)量控制能力。質(zhì)量控制能力。二、二、天線主要性能參數(shù)天線主要性能參數(shù)互調(diào)干擾的必要條件：足夠強的

21、互調(diào)信號電平互調(diào)干擾的必要條件：足夠強的互調(diào)信號電平+ +能夠落入到系統(tǒng)接收頻帶能夠落入到系統(tǒng)接收頻帶移動通信系移動通信系統(tǒng)統(tǒng)下行頻段下行頻段Tx(MHz)Tx(MHz)上行頻段上行頻段Rx(MHz)Rx(MHz)三階交調(diào)頻段三階交調(diào)頻段(MHz)(MHz)五階交調(diào)頻段五階交調(diào)頻段(MHz)(MHz)結(jié)論結(jié)論移動移動EGSM900EGSM900930-935930-935885-890885-890925940925940920945920945三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段移動移動GSM900GSM9009359549359548909098909099169739

22、16973897992897992三階不落入到三階不落入到RxRx頻段，頻段，五階落入到自身五階落入到自身Rx Rx 的的897909897909頻段和聯(lián)頻段和聯(lián)通通GSM900 Rx GSM900 Rx 的的909915909915頻段頻段聯(lián)通聯(lián)通GSM900GSM900954960954960909915909915948966948966942972942972三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段電信電信CDMA800CDMA800870880870880825835825835860890860890850900850900三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到R

23、xRx頻段頻段三階落入到移動三階落入到移動EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890頻段；頻段；五階落入到移動五階落入到移動EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890頻段和移動頻段和移動GSM900 Rx GSM900 Rx 的的890900890900頻段頻段移動移動GSM1800GSM18001805182518051825 171017301710173017851845178518451765186517651865三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段聯(lián)通聯(lián)通GSM1800GSM18001840185018401850 174517551745175518301860183018601820187018201870三階、五階都不落入到三階、五階都不落入到RxRx頻段頻段聯(lián)通聯(lián)通WCDMAWCDMA2130214521302145 194019551940195521152160211521602100217521002175三階、五階都不落入到三階、