室內(nèi)分布系統(tǒng)及無源器件

1、室內(nèi)分布系統(tǒng) 及無源器件簡介 2010年北分培訓(xùn)1室內(nèi)分布系統(tǒng)及無源器件簡介室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件2室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介3室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)近幾年在全國各地的移動通信運營商中得到了廣泛應(yīng)用。 什么是室內(nèi)分布系統(tǒng)4室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介室內(nèi)盲區(qū)大型建筑、停車場、辦公樓、賓館和公寓等。話務(wù)量高的大型室內(nèi)場所 車站、機場、商場、體育館、購物中心等，增加微蜂窩建立分層結(jié)構(gòu)。發(fā)生頻繁切換的室內(nèi)場所高層建筑的頂部，收到多個基站的功率近似的信號。 5室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介 覆蓋方面 由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了無線電波較大的傳輸衰耗，形成了移動信號的弱場強區(qū)甚

2、至盲區(qū); 容量方面 建筑物諸如大型購物商場、會議中心，由于移動電話使用密度過大，局部網(wǎng)絡(luò)容量不能滿足用戶需求，無線信道發(fā)生擁塞現(xiàn)象; 質(zhì)量方面 建筑物高層空間極易存在無線頻率干擾，服務(wù)小區(qū)信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)乒乓切換效應(yīng)，話音質(zhì)量難以保證，并出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。6室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介網(wǎng)絡(luò)組成7室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介信源信 號 分 布8室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介9室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介信源特點信源：微蜂窩或基站特點：可增加容量可利用信源功率可獲得純凈的信號，不易干擾信源：直放站放大宏蜂窩信號特點：不占用傳輸路由對于小型室內(nèi)覆蓋可快速完成綜合成本低可轉(zhuǎn)移用戶10室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介11室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介12室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則13室內(nèi)分布

3、系統(tǒng)設(shè)計原則室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計流程通常分以下幾步：收集、整理建筑平面圖?，F(xiàn)場勘查，并收集機房位置、豎井位置等信息。確認覆蓋要求。各運營商有不同的設(shè)計原則，且不同樓宇有不同的覆蓋要求。確定天線點位置及發(fā)射功率。根據(jù)確定位置及功率繪制系統(tǒng)圖，出設(shè)計草案。根據(jù)設(shè)計草案對現(xiàn)場情況進行模擬測試。根據(jù)模測情況修改設(shè)計草案。整理最終方案。14室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則收集、整理建筑平面圖。所需平面圖要包括以下信息： 各建筑單位尺寸、形狀。 各區(qū)域的用途，如辦公區(qū)、庫房等。 平層內(nèi)各線槽或可布線路由。 15室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則現(xiàn)場勘查，并收集機房位置、豎井位置等信息。所需收集以下信息： 機房位置。 豎井位置及走線位

4、置。 各布線路由是否可行。 天花板材質(zhì)。 各中墻體材質(zhì)及結(jié)構(gòu)。 周邊環(huán)境 16室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則確認覆蓋要求。各運營商有不同的設(shè)計原則，且不同樓宇有不同的覆蓋要求。以移動公司07年要求為例：覆蓋達標：大部分區(qū)域（90）信號強度大于-85dbm，且地下層和電梯內(nèi)信號電平大于-94dbm，所有區(qū)域質(zhì)差比（通話等級 57）小于10。覆蓋基本達標：大部分區(qū)域（90）覆蓋達標，但地下層或電梯內(nèi)信號強度小于-94dbm或質(zhì)差比（通話等級 57）10%；局部區(qū)域（1020）信號強度小于-85dbm；覆蓋強度達標，質(zhì)差比（通話等級 57）10%20%。覆蓋不達標：大部分區(qū)域（20）信號強度小于-85dbm；

5、覆蓋強度不達標，質(zhì)差比（通話等級 57）20%。17室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則確定天線點位置及發(fā)射功率。18室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則確定天線點位置及發(fā)射功率。19室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則根據(jù)確定位置及功率繪制系統(tǒng)圖，出設(shè)計草案。20室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計原則根據(jù)設(shè)計草案對現(xiàn)場情況進行模擬測試。根據(jù)模測情況修改設(shè)計草案。整理最終方案。21室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件221.功分器2.耦合器3.3dB電橋4.濾波器5.天線6.饋線室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件功分器: 功分器全稱 “功率分配器”，屬于能量分配器件,可將能量等分成2路、3路或4路輸出。功分器由微帶線、帶狀線或同軸線制成，利用多段阻抗變換器原理達到足夠的帶

6、寬。功分器規(guī)格是根據(jù)輸出端口的數(shù)量進行劃分的，室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用到的功分器有一分二、一分三、一分四等幾種規(guī)格，它們每一路輸出信號的功率分別等于輸入信號功率的1/2、1/3和1/4。另有不等分功分器，一般使用較少。室內(nèi)分布工程采用的功分器必須具有寬帶性能，頻段范圍為8002500MHz，基本滿足現(xiàn)有無線通信信號的覆蓋要求。隨著數(shù)字集群和WIFI信號的逐漸商用，對公分器的頻段范圍也提出了更寬的要求：7903500MHz。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件24左圖中藍色部分為經(jīng)過三級阻抗變換的微帶線；綠色部分為羅杰斯介質(zhì)板，具有特定的介電常數(shù)。各端口輸出能量是輸入能量的1/2，即-3dB。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常

7、用的無源器件微帶二功分器: 在不同寬度微帶線的節(jié)點處需要焊接隔離電阻，圖中沒有標明各端口輸出能量是輸入能量的1/3，即-4.8dB。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件微帶三功分器: 四功分在實現(xiàn)形式上相當于3個二功分各端口輸出能量是輸入能量的1/4，即-6dB 。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件微帶四功分器: 腔體功分器使用銅制鍍銀圓柱形同軸傳輸線，具用承受功率大的特點，但由于沒有隔離電阻，其端口隔離度幾乎為0dB.室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件腔體功分器: 28左圖中白色部分為三級阻抗變換的同軸傳輸線，黃色部分為接頭的插針。每一節(jié)傳輸線長度為波長的1/4室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件腔體功分器: 29功分

8、器的應(yīng)用：功分器屬于能量分配器件，可將饋線中 傳輸?shù)男盘栠M行功率等分，對于基站下行信號，功分器為功率分配器，對于基站上行信號，功分器為功率合成器。微帶功分器有良好的端口隔離度，但不能承受大功率信號的沖擊，故多在小功率覆蓋工程、隔離度要求較高的條件下使用。腔體功分器彌補了大功率的需求，而且插入損耗略小于微帶功分器，在隔離度要求不高的信號覆蓋工程得到廣泛應(yīng)用。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件30功分器技術(shù)指標：室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件31無源器件主要技術(shù)指標：工作頻帶：滿足指標要求的工作頻率范圍，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程的頻帶 800MHz2500MHz。插入損耗：系統(tǒng)因加入功分器后的單路損耗，一般地，插損要

9、求不超過0.5dB。隔離度：功分器各輸出端口之間信號相互耦合的大小。隔離度越大，相互干擾越小，性能越好，通常要求在-20dB以下。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件32無源器件主要技術(shù)指標：輸出波動：在工作頻帶內(nèi)各輸出端口信號電平的最大值與最小值之差。差別越小越平坦，一般要求不超過0.3dB。功率容量：器件能承受的最大輸入功率，通常微帶器件為50W，腔體器件為200W。三階互調(diào): 互調(diào)干擾指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率混合后所產(chǎn)生的噪音?；フ{(diào)干擾集中在各系統(tǒng)的下行輸出，主要表現(xiàn)為三階互調(diào)干擾。如果互調(diào)產(chǎn)物落在自身或某一其他系統(tǒng)的上行接收頻段內(nèi)，從而對該系統(tǒng)基站的接收靈敏度造成一定的影響。工程應(yīng)用

10、時指標范圍是-120-140dBm(220W)室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件33電壓駐波比（VSWR）： 衡量功分器輸入/輸出端口的反射信號大小，要求小于1.3（即回波損耗不超過-18dB）。 駐波比（voltage standing wave rate）是衡量器件性能的一個關(guān)鍵指標，反應(yīng)器件與系統(tǒng)中其它部件的匹配程度。當系統(tǒng)不匹配時, 饋線上同時存在入射波Ei和反射波Er。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波電壓與反射波電壓的幅度相加形成一個最大電壓振幅Emax，稱為波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓幅度相減形成一個最小電壓振幅Emin，稱為波節(jié)。其它各點電壓的幅度值則介于波腹與波節(jié)

11、之間，這種合成波稱為駐波。 室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件34 電壓駐波比則是波腹電壓與波節(jié)電壓的比值，即 VSWREmax/Emin 電壓駐波比是衡量信號輸入到天線端口時被反射回能量大小的指標。該指標另一個含義相同的名稱是回波損耗，單位為分貝（dB），二者可如下?lián)Q算：回波損耗 = 20logVSWR 1VSWR + 1室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件35與VSWR相關(guān)的基本概念1）反射系數(shù)：反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，通常記為 R，計算式如下 其中，ZL為傳輸線終端負載阻抗，Z0為傳輸線特性阻抗。 2) VSWR與R間的關(guān)系：終端負載阻抗L和特性阻抗0越接近，反射系數(shù)R 越小，駐波

12、比VSWR 越接近于1，匹配也就越好。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件36 耦合器的兩個輸出端分別稱為主線端口（也稱直通端口）和耦合端口；通常情況下，大部分能量都由主線端口輸出，耦合端輸出較少。與功分器類似，該配件在工程上亦用于對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)進行能量分配的場合。 室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件耦合器: 37 如圖示，耦合器是一個四端口器件。1-4和2-3為兩根傳輸線，線間有一定的耦合機構(gòu)。當電磁波從端口1輸入時，除了有一部分能量直接從端口4輸出外，同時還有一部分能量到2-3通道中，從端口3或2輸出。從端口3輸出而端口2無輸出時，成為“同向定向耦合器”（指1-4和2-3通道的傳輸方向相同）；從端口2輸

13、出而端口3無輸出，成為“反向定向耦合器”。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件耦合器: 38輸入信號耦合信號直通信號輸入端口主線/直通端口耦合端口50副線主線主通道室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件耦合器: 39定向耦合器是典型的4端口器件耦合度主要是靠控制主線和副線之間的距離實現(xiàn)的，間距越小、耦合度越大。 端口作用直通：1 2耦合：1 4隔離：2 4負載：3端口5dB10dB20dB30dB1111222233334444室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件40定向耦合器可將能量按任意比例分配，其規(guī)格根據(jù)耦合端輸出信號電平的大小劃分。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程常用耦合器的規(guī)格及其基本性能如下：定向耦合器耦合比例耦合度直通損耗5

14、dB耦合器1/3-5dB-1.65dB6dB耦合器1/4-6dB-1.25dB7dB耦合器1/5-7dB-0.97dB10dB耦合器1/10-10dB-0.46dB15dB耦合器1/32-15dB-0.14dB20dB耦合器1/100-20dB-0.044dB30dB耦合器1/1000-30dB-0.0043dB室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件41耦合度C: 主通道的輸入功率P入與耦合通道的輸出功率P耦之比的分貝 數(shù)為耦合度或稱多度衰減C= 10lg(P入/ P耦)方向性D: 輔線中耦通道和隔離通道輸出功率之比的分貝數(shù) D= 10lg(P耦/ P隔) 隔離度I: 主通道功率P入與隔離通道輸出功率P

15、隔之比的分貝數(shù) I= 10lg(P入/ P耦) 各指標之間的關(guān)系： D與I 都是描述定向耦合器定向性能的量，但實際上多用D 少用I. I=D+C D=I-C室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件主要技術(shù)指標: 42功能：耦合器類似于功分器，都屬于能量分配器件，不同之處為： 1.功分器只能將能量等分成兩路、三路或四路輸出 2.耦合器可將能量按任意比例分配輸出用途：在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，需將施主天線接收到的基站信源通過同 頻或移頻放大后再合理傳送至室內(nèi)各個房間/盲區(qū)，該過程要 對輸入信號進行多次/多通道的能量分配，功分器/耦合器即 用于具體分配場合。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件功能與用途 43 3dB電橋?qū)嶋H上

16、是一種功率平分的定向耦合器。其原理為四端口網(wǎng)絡(luò)器件，以微帶形式實現(xiàn)。按照結(jié)構(gòu)分類，可分為環(huán)形電橋、分支線電橋和耦合線電橋電橋外觀圖室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件3dB電橋: 44結(jié)構(gòu)原理432112343412環(huán)形電橋分支線電橋耦合線電橋室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件45相位特性圖中1、2、3、4標號為端口，即信號從3、4端口輸入時，功率都平分到1、2端口，并且1、2端口之間相互隔離。環(huán)形電橋的特性為3端口進入的信號至1、2端口時彼此相位相同，4端口進入信號則彼此相位相反。分支線與耦合線電橋的相位關(guān)系與環(huán)形電橋不同，當信號從3端口進入分至1、2端口，則2端口的相位比1端口領(lǐng)先90，便形成了端口1和

17、2直接的隔離作用；而當4端口輸入時，則1端口的相位要領(lǐng)先90。分支線和耦合線具有兩個對稱面，即其結(jié)構(gòu)的上下、左右都對稱，因此1、2端口和3、4端口是互易的，其特性完全相同。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件46實際結(jié)構(gòu)模型為工程使用方便，將端口1和4的位置進行對調(diào)，避免輸入與輸出口交錯。 而且輸入與輸出口是可以對調(diào)使用的。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件47參數(shù)技術(shù)指標工作頻率范圍8002500MHz插損3.2dB駐波系數(shù)1.2隔離度30dB輸出不平坦度0.3dB功率容量150W,200W接口 N型陰頭50三階互調(diào)-140dBc(2*43dBm)環(huán)境溫度-25+65（外部環(huán)境溫度）電橋技術(shù)指標室內(nèi)分布系

18、統(tǒng)中常用的無源器件48電橋的應(yīng)用1 電橋由于輸入/輸出端隔離度高，?？稍谕l合路時使用，如移動與 聯(lián)通的GSM信號合路；亦或小靈通信令信道和控制信道之間合路。2 電橋應(yīng)用時其輸出端負載必須匹配，盡量做到負載一致。3 電橋的作用和同頻合路器相似，僅不能承受較大功率室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件49微波及其特點所謂微波是一種具有極高頻率（通常為300MHz300GHz ），波長很短，通常為1m1mm的電磁波。微波具有似光性和似聲性、穿透性、信息容量大等特點。濾波器的基本原理濾波器顧名思義就是對電磁波信號進行過濾，讓需要的信號通過，抑制不需要的信號，主要目的為了解決不同頻段、不同形式的無線通訊系統(tǒng)之間

19、的干擾問題。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件50濾波器的四種形式低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件51低通濾波器電路原型帶通濾波器電路原型室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件52濾波器的實現(xiàn)形式集總參數(shù)濾波器微帶線、帶狀線濾波器同軸腔體濾波器波導(dǎo)濾波器介質(zhì)濾波器室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件53同軸諧振腔濾波器 其結(jié)構(gòu)排列比較靈活，適合于100MHz40GHz頻段帶通濾波器的設(shè)計，在當今移動通信頻段領(lǐng)域使用最多的當是同軸腔，它的基本原理是根據(jù)四分之一開路線和二分之一短路線所等效的LCR諧振電路。在實際的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)中，我們使用了改進的雙同軸UIR(均勻阻抗匹配)四分之一波

20、長諧振結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)通用，易于開發(fā)移植，適用移動通信全頻段；調(diào)節(jié)范圍大，對公差要求不高，非常適于初等產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)；功率容量大，采用電耦合輸入輸出，所以產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性很好。 室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件54濾波器的結(jié)構(gòu)主要由諧振腔、諧振柱、調(diào)諧螺桿組成室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件55通帶工作頻段 即濾波器允許通過電磁波的頻率范圍。通帶的理解在生產(chǎn)過程提供的技術(shù)指標規(guī)定嚴格了的，不需要怎樣的去按照上面的定義去具體計算。也可以這樣說，如果我們的差損要求是0.8db，通帶需要10M的帶寬，那么我們的通帶就可以說成是0.8db帶寬為10M。帶內(nèi)波動 在規(guī)定的帶寬內(nèi),插入損耗最大點減

21、去最小點的即為帶內(nèi)波動。又叫帶內(nèi)波紋或者通帶波紋。指通帶內(nèi)信號幅度的起伏程度，也受限于諧振器的固有Q值，一般希望盡可能的小。 室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件56隔離度 為了區(qū)分在有兩個或者兩個以上通帶情況下（例如雙工器，合路器）相互通帶之間的帶外抑制，這時我們統(tǒng)一稱帶外抑制為隔離。 帶外抑制 又稱阻帶抑制,理想的濾波器是矩形的，通帶內(nèi)的信號全部通過，通道外 的信號全部過濾掉，但實際情況是，只能過濾掉一部分能量，帶外抑制 度反應(yīng)了對過濾信號的衰減幅度,對不需要的頻率點，信號的抑制能力， 一般希望盡可能的大，并在通帶范圍外陡峭的下降，通常取帶外與帶寬 為一定比值的某一頻率的衰減值作為此項指標。帶外抑

22、制這個概念實際 上還是屬于損耗的范疇，只是我們現(xiàn)在所說指的是在通帶外，信號的衰 減已經(jīng)被抑制得比較充分，這個具體的損耗值就是帶外抑制的值室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件57 插入損耗 又稱衰減,在理想情況下，插入到射頻電路中的理想濾波器，不應(yīng)在其 通帶內(nèi)引入任何功率損耗.然而現(xiàn)實中我們無法消除濾波器固有的,某種 程度的功率損耗.插入損耗定量的描述了功率響應(yīng)幅度與0dB基準的插值, 其數(shù)學(xué)表達式為: 其中PL 是濾波器向負載輸出的功率, Pin 是濾波器從信號源得到的輸入 功率,一般希望插入損耗越小越好。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件58CDMAGSMGSM對CDMA的雜散干擾CDMA對GSM的雜散干

23、擾10M隔離帶CDMA / GSM 雙頻合路器室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件59公司濾波器產(chǎn)品簡介公司已順利通過了 華為 中興 諾基亞/西門子 大唐 愛立信 阿爾卡特 北電等通信主設(shè)備商的審核認證，正式成為其主要供貨商。室內(nèi)分布系統(tǒng)中常用的無源器件60天線 1.1 天線的作用與地位無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢姡炀€是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。 天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求

24、等不同情況下使用。61電磁波的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如 圖1.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當導(dǎo)線的長度 L 遠小于波長 時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。圖1.1 a圖1.1 b621.2 對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振

25、子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見 圖1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見 圖1.2 b 。1/4波長對稱振子1/4波長1/2波長圖1.2 a圖1.2 b631.3 天線方向性的討論 天線方向性 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平

26、放的 “面包圈” 形的立體方向圖（圖1.3.1 a）。 立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難， 圖1.3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。圖1.3.1 c 水平面方向圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖圖1.3.1 a 立體方向圖64天線方向性增強 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號進一步集中到在水平面方向上。 下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四

27、元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖立體方向圖65也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向 平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。全向陣 （垂直陣列 不帶平面反射板） 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個基本要素：拋物反射面 和 放置在拋物面焦點上的輻射源。 扇形區(qū)覆蓋 （垂直陣列 帶平面反射板）平面反射板66增益 增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號

28、的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義-為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。 半波對稱振子的增益為G = 2.15 dBi ; 4個半波對稱振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個垂直四元陣，其增

29、益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源) 。 如果以半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是dBd . 半波對稱振子的增益為G = 0 dBd （因為是自己跟自己比，比值為1，取對數(shù)得零值。） ； 垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 2.15 = 6 dBd . 67波瓣寬度 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.4 a , 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越

30、好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 還有一種波瓣寬度，即 10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個點間的夾角，見圖1.3.4 b . 3dB 波瓣寬度 - 3dB點 - 3dB點10dB 波瓣寬度 -10dB點 - 10dB點峰值方向 （最大輻射方向）圖1.3.4 a圖1.3.4 b峰值方向 （最大輻射方向）68天線增益的若干近似計算式 1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益： G（ dBi ） = 10 Lg 32000 / （ 23dB,E 23dB,H ） 式中， 23dB,E 與 23dB,H 分別為天線在

31、兩個主平面上的波瓣寬度； 32000 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 2）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益： G（ dB i ） = 10 Lg 4.5 （ D / 0 ）2 式中， D 為拋物面直徑； 0 為中心工作波長； 4.5 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 3）對于直立全向天線，有近似計算式 G（ dBi ） = 10 Lg 2 L / 0 式中， L 為天線長度； 0 為中心工作波長； 69垂直極化1.4 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；水平極化

32、-也是要被用到的。水平極化EE70垂直極化雙極化天線 下圖示出了另兩種單極化的情況：+45 極化 與 -45 極化，它們僅僅在特殊場合下使用。 這樣，共有四種單極化了，見下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者， 把 +45 極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線-雙極化天線。水平極化+45 極化-45 極化EEEE71 下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。V/H（垂直/水平）型 雙 極 化+ 45 / -45 型 雙 極 化72極化損失 垂

33、直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。 當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用+ 45 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收 +45 極化或 -45極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失-只能接收到來波的一半能量。 當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例

34、如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。731.5 天線的輸入阻抗 Zin 定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。 輸入阻抗具有電阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設(shè)計、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長有關(guān)，半

35、波對稱振子是最重要的基本天線 ，其輸入阻抗為 Zin = 73.142.5 (歐) 。當把其長度縮短（）時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐) ,（標稱 75 歐） 。注意，嚴格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。 順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即 Zin = 280 (歐) ,（標稱300歐）。 有趣的是，對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐-這是天線能與饋線處于良好

36、的阻抗匹配所必須的。741.6 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR 不超過 1.5 時，天線的工作頻率范圍。 一般說來，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，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。751.7 移動通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線 板狀天線 無論是GSM

37、 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長。 板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號。76基站板狀天線基本技術(shù)指標示例頻率范圍頻帶寬度增益極化標稱阻抗電壓駐波比半功率波束寬度前后比下傾角（可調(diào)）垂直面上旁瓣抑制824-960 MHz70MHz14 17 dBi垂直50 Ohm 1.425dB 3 8 水平面 60 120 垂直面 16 8 -12 dB互調(diào) 110 dBm77 板狀天線高增益的形成 單個半波振子垂直面方向

38、圖 增益為 G = 2.15 dB兩個半波振子垂直面方向圖 增益為 G = 5.15 dB四個半波振子垂直面方向圖 增益為 G = 8.15 dB單個半波振子兩個半波振子四個半波振子A. 采用多個半波振子排成一個垂直放置的直線陣78兩個半波振子 （帶反射板） 垂直面方向圖兩個半波振子 （帶反射板） 水平面方向圖反射板 長度為L兩個半波振子反射板 寬度為W兩個半波振子兩個半波振子（帶反射板） 在垂直面上的配置兩個半波振子（帶反射板）在水平面上的配置B. 在直線陣的一側(cè)加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）增益為 G = 11 14 dB79C. 為提高板狀天線的增益，還可以進一步采用

39、八個半波振子排陣 前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為 8 dB；一側(cè)加有一個反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為 14 17 dB 。 一側(cè)加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為 16 19 dB . 不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達 2.4 m 左右。80高增益柵狀拋物面天線 從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達 G = 20 dB . 它特別適用于點對點的通信，例

40、如它常常被選用為直放站的施主天線。 拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。 拋物面天線一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標。81八木定向天線 八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。 八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 12 單元的八木定向天線，其增益可達 1015 dB 。 82室內(nèi)吸頂天線 室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。 現(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)吸頂

41、天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計算機的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標為VSWR 2 。當然，能達到VSWR 1.5 更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線, 一般為 G = 2 dB 。 83室內(nèi)壁掛天線 室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。 現(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計算機的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dB 。 841/2同軸電纜序號 名稱 材料 直徑(mm) 1內(nèi)導(dǎo)體銅包鋁線或銅線4.82絕緣體發(fā)泡聚乙烯12.33外導(dǎo)體軌紋銅管13.84護套PE或低煙無鹵防火PE1