無線通信基礎

2023/1/161無線技術基礎本部分重點:

熟悉并掌握無線電波的基本知識

熟悉并掌握天線的基本知識第一部分基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的傳播

什么叫無線電波？

無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向?；靖拍铍姶挪ǖ母拍铍姶挪ǎㄓ址Q電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，有效地傳遞能量和動量。基本概念電磁波的概念無線電波的極化

無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。

無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質有關。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒質中的傳播速度為：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε為傳播媒質的相對介電常數?？諝獾南鄬殡姵蹬c真空的相對介電常數很接近，略大于１。無線電波在傳播時電波會減弱

因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認為它等于光速?；靖拍铍姶挪ǖ母拍顐鬏斀橘|傳輸介質（通信介質）：計算機用以收發(fā)電子/光子信號的物理路徑。分類如下：引導性介質（線纜介質）電磁波沿著一個固態(tài)介質傳播。例如：金屬導體、玻璃。非引導性介質（無線介質）提供了傳輸電磁信號的手段，但不加以引導。例如：大氣層、外層空間。無線傳輸的電磁頻譜無線頻譜的分配頻率統(tǒng)一分配（FCC/ITU_R/各個國家）根據信息類型分配頻譜（AM/FM無線電臺、TV、蜂窩電話…）工業(yè)科學醫(yī)學頻段（ISM）可自由使用但限制功率專用于非許可的商業(yè)用途救護車、出租車、無線遙控玩具、無線電家用設備等工業(yè)科學醫(yī)學頻段全向傳播與定向傳播全向傳播（Omnidirectional）信號沿所有方向傳播可被所有的天線接收發(fā)射設備和接收設備不必在物理上對準定向傳播（directional）天線把所有的能量集中于一小束電磁波無線電波的傳播方式基本概念電磁波的概念直射直射是無線電波在自由空間傳播的方式。反射當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生反射。反射常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，就發(fā)生繞射。散射當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體，并且單位體積內這種障礙物數目非常巨大時，就會發(fā)生散射。反射（reflection）反射：當信號遇到表面大于信號波長的障礙物（地球表面、高建筑物、大型墻面）導致信號的相位發(fā)生漂移衍射（Diffraction）衍射：當信號遇到大于波長的不可穿透物的邊緣（如無線電波中途遇到的尖銳不規(guī)則的邊緣物），即使沒有來自發(fā)送器的視線信號，也可接收到信號。散射（Scattering）散射：當信號遇到波長更小的物體（樹葉、街牌、燈柱）就發(fā)散成幾個弱的出境信號散射（Scattering）散射還與障礙物表面的粗糙度有關。表面越粗糙，越容易引起散射。例如，在戶外，樹木和路標都會導致移動電話信號的散射。在室內，椅子、書籍和計算機都會導致無線Lan信號的散射。反射、衍射和散射衰落特性基本概念電磁波的概念衰落一般分為快衰落與慢衰落兩種慢衰落慢衰落是由接收點周圍地形地物對信號反射，使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動，則某點信號電平與該點和發(fā)射機的距離有關。快衰落快衰落是疊加在慢衰落的信號上的，這個衰落的速度很快，每秒鐘可達到幾十次，除與地形地物有關，還與MS的速度和信號的波長有關，并且幅度可達幾十個dB，信號的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。信號強度慢衰落快衰落移動臺路徑

對于移動通信的電波傳播,其衰落特性由下列已知公式及圖示表征

---自由空間的傳播衰耗：

Lbs＝32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz)(5)

---準平滑地形市區(qū)路徑傳播衰耗中值：

Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)(6)

Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)為相應的修正因子，其中An(f,d)為基本衰耗中值，Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子，Hm(hm,f)為移動天線高度增益因子。衰落特性基本概念電磁波的概念基本概念電磁波的概念準平滑地形高區(qū)路徑傳播衰耗中值基本概念電磁波的概念

移動臺天線高度增益因子基本概念電磁波的概念

基站天線高度增益因子

該關系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示，其中Ｖ為速度，單位為米/秒；ｆ為頻率，單位為赫芝；λ為波長，單位為米。由上述關系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數ε約為2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44，λε≈λ/1.44。波長無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系基本概念電磁波的概念超短波的傳播基本概念電磁波的概念

無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前GSM和CDMA移動通信使用的頻段都屬于UHF（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。

超短波和微波的視距傳播

超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內超短波的傳播區(qū)域習慣上稱為“照明區(qū)”。在直視距離內超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。超短波和微波的視距傳播(續(xù)上）基本概念電磁波的概念

直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關系，并受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關系式可知:AB＝3.57(√HT+√HR)(公里)

由于大氣層對超短波的折射作用，有效傳播直視距離為:AB＝4.12(√HT+√HR)(公里)BARTRRO'接收天線高HR發(fā)射天線高HT電波的多徑傳播基本概念電磁波的概念

電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產生反射。因此，到達接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現象就叫多徑傳輸。由于多途徑傳播使得信號場強分布相當復雜，波動很大；也由于多徑傳輸的影響，會使電波的極化方向發(fā)生變化，因此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波的反射能力比磚墻強。我們應盡量避免多徑傳輸效應的影響。同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應。電波的多徑傳播基本概念電磁波的概念電波的繞射傳播基本概念電磁波的概念

電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的“陰影區(qū)”。信號質量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關，還和頻率有關。例如一個建筑物的高度為１０米，在距建筑物２００米處接收的信號質量幾乎不受影響，但在距建筑物１００米處，接收信號場強將比無高摟時明顯減弱。這時，如果接收的是２１６～２２３兆赫的電視信號，接收信號場強比無高摟時減弱１６分貝，當接收６７０兆赫的電視信號時，接收信號場強將比無高摟時減弱２０分貝。如果建筑物的高度增加到５０米時，則在距建筑物１０００米以內，接收信號的場強都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠，影響越小。因此，架設天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產生的各種不利因素，并努力加以避免。用分集接收改善信號電平基本概念電磁波的概念把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間…...收集無線電波并產生電信號天線的概念基本概念天線的概念天線的作用就是將傳輸線中的高頻電磁能轉化為自由空間的電磁波，或反之將自由空間的電磁波轉化為傳輸線中的高頻電磁能。了解天線的相關性能，必須掌握自由空間中的電磁波相關知識及高頻傳輸的相關知識。天線的作用基本概念天線的概念垂直極化水平極化+45度傾斜的極化-45度傾斜的極化

天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向天線的極化基本概念天線的概念V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)雙極化天線基本概念天線的概念

傳輸兩個獨立的波，兩個天線為一個整體。

如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉的，就叫作橢圓極化波。旋轉過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉的叫右旋圓極化波，反時針方向旋轉的叫做左旋圓極化波。垂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，在接收過程中通常都要產生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量。圓極化波基本概念天線的概念

當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。

極化損失基本概念天線的概念

隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出現的比例。

1000mW(即1W)1mW在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW)=30dB（極化）隔離基本概念天線的概念

導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有關.如果導線位置如由于兩導線的距離很近，且兩導線所產生的感應電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產生的感應電動勢方向相同，因而輻射較強。當導線的長度ｌ遠小于波長時，導線的電流很小，輻射很微弱.

當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子。天線輻射電磁波的原理基本概念天線的原理

天線可視為一個四端網絡基本概念天線的原理基本概念天線的原理同軸線變化為天線

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。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。波長1/2波長一個1/2波長的對稱振子在

800MHz約200mm長

400MHz約400mm長1/4波長1/4波長1/2波長振子對稱振子基本概念天線的概念基本概念天線的原理半波振子上的場分布

天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。輸入阻抗與天線的結構和工作波長有關，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導線，其輸入阻抗為（73.1＋ｊ42.5）歐姆。當把振子長度縮短３％～５％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，即使半波振子的輸入阻抗為73.1歐（標稱75歐）。而全長約為一個波長，且折合彎成Ｕ形管形狀由中間對稱饋電的折合半波振子，可看成是兩個基本半波振子的并聯(lián)，而輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即292歐（標稱300歐）。天線的輸入阻抗基本概念天線的概念

天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示.

方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。

天線的方向性基本概念天線的概念

天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一定方面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向性表示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻射的方向圖。同時用半功率點之間的夾角表示了天線方向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。

天線輻射的方向圖基本概念天線的概念60°

(eg)峰值

-3dB點

-3dB點3dB波束寬度水平面方向圖峰值-3dB點-3dB點15°(eg)垂直面方向圖立體方向圖天線輻射的方向圖基本概念天線的概念（垂直面波束圖）下旁瓣抑制上旁瓣抑制天線輻射的方向圖基本概念天線的概念天線的方向圖基本概念天線的概念

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內工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小，據此可定義天線的頻率帶寬。有幾種不同的定義：一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度；一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當天線的輸入駐波比≤1.5時，天線的工作帶寬。天線的工作頻率范圍（帶寬）基本概念天線的概念在820MHz1/2波長為~180mm,在890MHz為~170mm175mm對~850MHz將是最佳的該天線的頻帶寬度=890-820=70MHz當天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降，在天線工作頻帶內，天線性能下降不多，仍然是可以接受的。在850MHz1/2波長振子最佳在890MHz天線振子在820MHz天線波長及頻帶與性能的關系基本概念天線的概念天線的駐波比基本概念天線的概念天線駐波比表示天饋線與基站（收發(fā)信機）匹配程度的指標。駐波比的定義：

Umax—饋線上波腹電壓；

Umin—饋線上波節(jié)電壓。ZA天線B饋線AZiABZinTZcUmaxUUmin是由于入射波能量傳輸到天線輸入端B未被全部吸收（輻射）、產生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的駐波比是多少？一個適當的駐波比指標是要在損失能量的數量與制造成本之間進行折中權衡的。

1、VSWR＞1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率；

2、增大了饋線的損耗。7/8＂電纜損耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情況下測的；有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率；

3、在饋線輸入端A，失配嚴重時，發(fā)射機T的輸出功率達不到設計額定值。駐波比的產生基本概念天線的概念

經過計算，駐波比對天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時相比，所減小的總輻射功率的關系如下：

⑴VSRW=3.0時，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)；

⑵VSWR=1.5時，天線反射4%的功率（0.17dB），饋線新增損耗0.19dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失8%(0.36dB)；

⑶VSWR=1.4時，天線反射2.8%的功率（0.12dB），饋線新增損耗0.09dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失4.7%(0.21dB)；

⑷VSWR=1.3時，天線反射1.7%的功率（0.07dB），饋線新增損耗0.06dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失2.9%(0.13dB)?？梢?，VSWR=1.3與VSWR=1.5相比，功率損失僅減少了0.23dB，這在移動通信的衰落傳播中，影響基本可以忽略。然而天線的制造成本卻高得多。駐波比的產生基本概念天線的概念頂視側視在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要求把“面包圈”壓成扁平的一個單一的對稱振子具有“面包圈”形的方向圖。天線的方向圖基本概念天線的概念天線的增益基本概念天線的概念

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生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。在這兒增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一個對稱臺振子假設在接收機中有1mW功率在陣中有4個對稱振子

在接收機中就有4mW功率

更加集中的信號對稱振子基本概念天線的概念對稱振子組陣能夠控制輻射能構成“扁平的面包圈”在我們的“扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里,“扇形覆蓋天線”與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆蓋天線”

將在接收機中有8mW功率

“全向陣”

例如在接收機中為4mW功率(頂視)天線利用反射板可把輻射能控制聚集到一個方向上，反射面放在陣列的一邊構成扇形覆蓋天線。天線方向圖基本概念天線的概念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“dBd”表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.17dBi2.17dB對稱振子的增益為2.17dBdBd和dBi的區(qū)別基本概念天線的概念以dB表示的前后比=10log 典型值為25dB左右目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)

方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為１，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。前向功率天線的前后比基本概念天線的概念反向功率方位即水平面方向圖120°(eg)峰值-10dB點-10dB點10dB波束寬度60°(eg)峰值-3dB點-3dB點3dB波束寬度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向圖

在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。波瓣寬度基本概念天線的概念下旁瓣上旁瓣方向圖旁瓣顯示基本概念天線的概念基本概念天線的概念全向天線增益與垂直波瓣寬度9dBd全向天線基本概念天線的概念各類天線(圖示)基本概念天線的概念拋物面天線基本概念天線的概念0。、rFZD

由拋物反射面的幾何關系可得反射面的方程為：在直角坐標中r2＝4F(F－Z)在極坐標中＝F/cos2(/2)式中F是焦距；D是直徑；是焦點到反射面的距離；是與－Z軸的夾角。

反射面的半張角0與F/D的關系為：

拋物面天線的簡單幾何關系幾種常用的反射面天線基本概念天線的概念饋源主反射面副反射面反射面饋源反射面饋源副反射面饋源主反射面按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和偏饋。按反射面的設置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。

反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關，與它對反射面邊緣的照射電平有關。如果饋源對反射面的照射是均勻的天線增益就高，但同時天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情況下，饋源照射呈鐘形分布?？紤]增益和旁瓣要求，在反射面邊緣的照射電平一般取-10～-12dB.

口面直徑為D的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公式近似計算：

增益主瓣寬度拋物面天線的增益與瓣寬基本概念天線的概念拋物面天線的帶寬基本概念天線的概念

它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于饋源，當采用圓極化饋源時，對單反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相反，對雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對于單線極化應用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代實體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導體直徑有關。拋物面天線原形是建立在幾何光學基礎上的。通常反射面直徑、至少要在6以上。例如在1GHz采用拋物面天線其直徑至少就要1.8m。因此它主要適用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為50cm，工作頻率為11GHz的拋物面天線為例，其增益約為G32.2dB～33.3dB，半功率瓣寬0.53.8度在這種情況下，在10公里距離上架設的該種天線波束對準偏離目標方向1.9度，即偏開330米時，信號強度就將降低3dB.

由此也可看出，在工作頻率為11GHz時，其收發(fā)天線的調整對準要比工作頻率為1GHz時難得多。基本概念天線的概念相關天線增益與水平波瓣寬度

一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。當旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示：

反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故：天線增益與方向圖的關系基本概念天線的概念基本概念天線的概念天線增益與方向圖半功率波瓣寬度的關系

為使波束指向朝向地面，需要天線下傾無下傾電下傾機械下傾

由圖可以看出機械下傾方法。當下傾角度達到10o時，水平方向圖嚴重變形，必然產生越區(qū)覆蓋；而電下傾時，水平方向圖基本保持不變。天線的下傾基本概念天線的概念6°

電下傾+4°

機械下傾10°機械下傾10°電下傾

電下傾下的波束覆蓋基本概念天線的概念天線波束下傾的演示基本概念天線的概念天線波束下傾的作用基本概念天線的概念

控制覆蓋減小交調電下傾的實現方式

右圖天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波水平覆蓋的范圍天線垂直波束寬度決定了傳輸距離及縱向覆蓋。天線參數在無線組網中的作用基本概念天線的概念

連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務是有效地傳輸信號能量。因此它應能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，或將發(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。當傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做長傳輸線，簡稱長線。傳輸線及饋線基本概念傳輸線的概念

超短波段的傳輸線一般有兩種：平行線傳輸線和同軸電纜傳輸線（微波傳輸線有波導和微帶等）。平行線傳輸線通常由兩根平行的導線組成。它是對稱式或平衡式的傳輸線。這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導線為芯線和屏蔽銅網，因銅網接地，兩根導體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。傳輸線的種類基本概念傳輸線的概念

無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗，用符號Ｚ。表示。同軸電纜的特性阻抗

Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)Ω。通常Ｚ。=50Ω/或75Ω

式中，D為同軸電纜外導體銅網內徑；d為其芯線外徑；εr為導體間絕緣介質的相對介電常數。由上式不難看出，饋線特性阻抗與導體直徑、導體間距和導體間介質的介電常數有關，與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗大小無關。傳輸線的特性阻抗基本概念傳輸線的概念

信號在饋線里傳輸，除有導體的電阻損耗外，還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應合理布局盡量縮短饋線長度。損耗的大小用衰減常數表示。單位用分貝（dB）／米或分貝／百米表示。這里順便再說明一下分貝的概念，當輸入功率為Ｐ。輸出功率為Ｐ時，傳輸損耗可用γ表示，γ(dB)＝10×log(Ｐ。/Ｐ)(分貝)。饋線衰減常數基本概念傳輸線的概念

什么叫匹配？我們可簡單地認為，饋線終端所接負載阻抗Ｚ等于饋線特性阻抗Ｚ。時，稱為饋線終端是匹配連接的。當使用的終端負載是天線時，如果天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化就較小，容易和饋線保持匹配，這時振子的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受周圍物體存在和雜散電容的影響。為了使饋線與天線嚴格匹配，在架設天線時還需要通過測量，適當地調整天線的結構，或加裝匹配裝置。匹配的概念基本概念傳輸線的概念 電纜

50ohms天線

50ohms 80ohms要獲得良好的電性能阻抗必須匹配。匹配和失配例基本概念傳輸線的概念

當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就不能全部將饋線上傳輸的高頻能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。反射損耗基本概念傳輸線的概念反射損耗示例基本概念傳輸線的概念9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W這里的反射損耗為10log(10/0.5)=13dBVSWR是反射損耗的另一種計量

在不匹配的情況下,饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。其它各點的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數。

反射波幅度

（Ｚ－Ｚ。）反射系數Γ＝─────＝───────

入射波幅度

（Ｚ＋Ｚ。）

駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比(VSWR)

駐波波腹電壓幅度最大值Ｖmax（1+Γ）駐波系數Ｓ＝────────────＝────

駐波波節(jié)電壓輻度最小值Ｖmin（1-Γ）終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數越小，駐波系數越接近于１，匹配也就越好。饋線和天線的電壓駐波比基本概念傳輸線的概念駐波比、反射損耗和反射系數基本概念傳輸的概念

電源、負載和傳輸線，根據它們對地的關系，都可以分成平衡和不平衡兩類。若電源兩端與地之間的電壓大小相等，極性相反，就稱為平衡電源，否則稱為不平衡電源；與此相似，若負載兩端或傳輸線兩導體與地之間阻抗相同，則稱為平衡負載或平衡（饋線）傳輸線，否則為不平衡負載或不平衡（饋線）傳輸線。在不平衡電源或不平衡負載之間應當用同軸電纜連接，在平衡電源與平衡負載之間應當用平行（饋線）傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸電磁能，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。為了解決這個問題，通常在中間加裝“平衡－不平衡”的轉換裝置，一般稱為平衡變換器。平衡裝置基本概念傳輸的概念

又稱“Ｕ”形平衡變換器，它用于不平衡饋線與平衡負載連接時的平衡變換，并有阻抗變換作用。移動通信系統(tǒng)中，采用的同軸電纜通常特性阻抗為50歐，所以還必須采用適當間距的振子將折合式半波振子天線的阻抗調整到200歐左右，才能實現最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。Λ/2RL/2RL/2二分之一波長平衡變換器基本概念傳輸的概念1/4波長

利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質實現天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換。四分之一波長平衡—不平衡變換器基本概念傳輸的概念頻率范圍界MHz820-890頻帶寬度MHz70增益dBi15極化Vertical阻抗50反射損耗dB>18半功率(3dB)

方位64°

俯仰18°10分貝(10dB)波束寬度方位120°俯仰30°前后比dB>30俯仰上旁瓣抑制dB<-12俯仰下旁瓣抑制dB<-14下傾角(可調)2-10°基本概念天線的概念典型移動基站天線指標綜述

基本概念基站天饋系統(tǒng)8防雷保護器主饋線（7/8“）5饋線卡6走線架4接地裝置3接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶1天線調節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線抱桿（50~114mm）2室外饋線9室內超柔饋線7饋線過線窗基站主設備基站天饋系統(tǒng)示意圖

1、天線調節(jié)支架用于調整天線的俯仰角度，范圍為：0°~15°；

2、室外跳線用于天線與7/8〞主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2〞

饋線，長度一般為3米。

3、接頭密封件用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封。常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶。

4、接地裝置（7/8〞饋線接地件）主要是用來防雷和泄流，安裝時與主饋線的外導體直接連接在一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下部位，接地點方向必須順著電流方向?；靖拍罨咎祓佅到y(tǒng)

基本概念基站天饋系統(tǒng)5、7/8〞饋線卡子用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔1.5米裝一個，水平方向每間隔1米安裝一個（在室內的主饋線部分，不需要安裝卡子，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）。常用的7/8〞卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)。7/8〞雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。6、走線架用于布放主饋線、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。7、饋線過窗器主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、鼠類灰塵進入。8、防雷保護器（避雷器）主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內超柔跳線之間，其接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網?；靖拍罨咎祓佅到y(tǒng)9、室內超柔跳線用于主饋線（經避雷器）與基站主設備之間的連接，常用的跳線采用1/2〞超柔饋線，長度一般為2~3米。由于各公司基站主設備的接口及接口的位置有所不同，因此室內超柔跳線與主設備連接的接頭的規(guī)格亦有所不同，常用的接頭有7/16DIN型、有N型。有直頭、亦有彎頭。10、尼龍黑扎帶主要有兩個作用：

安裝主饋線時，臨時捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后，再將尼龍扎帶剪斷去掉。

在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子，故用尼龍扎帶固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。11、尼龍白扎帶用于捆扎固定室內部分的主饋線及室內超柔跳線。

根據我國國家標準GB9175-88“環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準”，將環(huán)境電磁波容許輻射強度標準分為二級:

一級標準為安全區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群，均不會受到任何有害影響的區(qū)域。第二級標準為中間區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群可能引起潛在性不良反應的區(qū)域。對于300MHz~300GHz的微波，一級標準為：（10w/cm2），二級標準為：（40w/cm2），因此，對于酒店及寫字樓應按一級標準設計，對于商場、商貿中心，可按二級標準設計?；靖拍铍姶虐踩珮藴孰姶虐踩珮藴驶靖拍铍姶虐踩珮藴孰姶虐踩珮藴?/p>

假設天線的EIRP是10dBm=10mw=10000w按一級標準計算：允許的功率密度為10w/cm2，那么能滿足要求的最小距離為：

10000w/4d2=795.77/d2=10w/cm2d2=79.577(cm2)8.92cm

即在距離天線下方9cm的地方可滿足一級衛(wèi)生標準。假設要求離天線20cm處為安全區(qū)，則最大EIRP為：4d2=43.14202=5024cm2EIRP=50240w50mw=17dBm

這就是我們要求室內分布系統(tǒng)EIRP在10~15dBm的原因。而對于商場、機場等非長期居住地區(qū)，可按二級標準衡量，其EIRP也不能超過23dBm?；靖拍铍姶虐踩珮藴孰姶虐踩珮藴?/p>

在實際設計中，要將天線增益及載波總數一起考慮。我們采用的吸頂天線為全向，增益為2dBi，在PT=10dBm時，其一級安全距離為：11.3cm，若采用907dBi天線，在天線正前方最大功率處的一級安全距離為：20cm，載波數多時，功率增大，安全距離變小，所以天線應掛于人體觸摸不到的地方為佳。實際上，我國的標準要求十分嚴格，美國及歐洲標準比我們寬松得多。按照歐洲標準，在離天線1.3cm處已處于安全區(qū)，即天線的保護外殼以外均能滿足安全要求，因此，對適當設計的室內分布系統(tǒng)的電磁安全問題不必多慮。歐洲、美國及我國標準的對比10w/cm2

10w/cm2

中國

1200w/cm2

F/150=600w/cm2

美國（IEEE）

900w/cm2

F/200=450w/cm2

歐洲（CENELEC）

1800MHz900MHz國家無線網絡的應用從邏輯上可以分成兩類：面向語音的應用voice-oriented面向數據的應用data-oriented

每一類都有局域和廣域兩個應用場合，從而形成四個不同的應用部分。無線網絡應用面向語音的無線網絡應用圍繞著連接PSTN的無線網絡，這些業(yè)務進一步形成局域網應用和廣域網應用。PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork），公共交換電話網絡，一種常用舊式電話系統(tǒng)。面向數據的無線網絡應用圍繞著Internet和計算機通信網絡。這些業(yè)務進一步分為寬帶局域與Ad-hoc（點對點）應用和廣域無線數據應用。無線網絡應用20世紀70年代早期貝爾實驗室研究第一代移動無線電20世紀70年代晚期第一代無繩電話面世1982年研究第二代數字無繩電話CT-21982年部署第一代北歐模擬NMT系統(tǒng)1983年部署美國AMPS系統(tǒng)1983年研究第二代數字蜂窩系統(tǒng)GSM1985年研究無線PBX，DECT1988年開始發(fā)展GSM1988年開始IS-54數字蜂窩1988年研究QualcommCDMA技術（高通公司）1991年部署GSM系統(tǒng)1993年部署PHS/PHP和DCS-18001995年FCC拍賣PCS頻段1995年完成PACS1998年開始3G標準化面向語音無線網絡發(fā)展的重大事件貝爾實驗室的FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）模擬蜂窩系統(tǒng)技術歐洲的NMT（NordicMobileTelephony，北歐移動電話）美國的AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem，高級移動電話系統(tǒng)）北歐的TDMA（TimeDivisionMultipleAccess，時分多址）數字蜂窩系統(tǒng)技術GSM（GlobalSystemforMobilecommunication，全球移動通信系統(tǒng)，簡稱“全球通”）北美的CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）數字蜂窩系統(tǒng)技術3G（第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)）技術面向語音的廣域無線應用無繩電話英國的CT-2歐洲的DECT（DigitalEuropeanCordlessTelephone，數字歐洲無繩電話）PCS服務日本的PHP（PersonalHandyPhone，個人手持電話），后來成為PHS（PersonalHandyphoneSystem個人手持系統(tǒng)，即“小靈通”）英國的DCS-1800（GSM技術）美國的PACS（PersonAccessCommunicationsSystem，個人接入通信系統(tǒng)）面向語音的局域無線應用1979年普及紅外線（瑞士IBM實驗室）1980年使用SAW設備擴展頻譜（美國加州HP實驗室）20世紀80年代初期無線調制解調器（數據無線通信）1983年ARDIS（Motorola/IBM）1985年ISM頻段用于商業(yè)擴頻應用1986年Mobitex（瑞典電信和Ericsson）1990年無線局域網標準IEEE802.111990年RAM移動產品發(fā)布1991年RAM移動（Mobitex）1992年組成WINForum1992年歐洲的ETSI和HiperLAN1993年歐洲發(fā)布2.4、5.2和17.1～17.3頻段1993年CDPD（IBM和9家運營公司）1994年PCS的需要許可證頻段和免許可證頻段面向數據無線網絡發(fā)展的重大事件1996年無線ATM論壇創(chuàng)立1997年發(fā)布U-NII頻段、IEEE802.11完成、GPRS出現1998年推出IEEE802.11b和藍牙技術1999年IEEE802.11g/HiperLAN-2出現面向數據無線網絡發(fā)展的重大事件（續(xù)）Motorola和IBM的ARDISEricsson的Mobitex美國的CDPD（CellularDigitalPacketData，蜂窩數字分組數據）GSM上的GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線業(yè)務）3G技術面向數據的廣域無線應用寬帶無線局域網和Ad-hoc網絡的一個主要特點是工作在ISM免許可證頻段。寬帶局域無線應用WLAN（無線局域網）IEEE的802.11歐洲的HiperLANWATM（無線ATM）Ad-hoc應用（WPAN）藍牙（Bluetooth）面向數據的寬帶局域無線與Ad-hoc應用第一代（1G）無線系統(tǒng)是面向語音的模擬無線系統(tǒng)，使用FDMA技術實現。典型的1G標準：美國的AMPS、歐洲的TACS。第二代（2G）無線系統(tǒng)是面向語音的數字無線系統(tǒng)，使用TDMA或窄帶CDMA技術實現。典型的2G數字蜂窩移動標準：歐洲的GSM、北美的IS-54（IS-136）和IS-95以及日本的JDC，2GPCS標準：歐洲的CT-2和D