WCDMA天線原理及選型

會計學(xué)1WCDMA天線原理及選型Page2前言天線在無線通信系統(tǒng)中起著重要的作用。WCDMA中各種場景下天線的選型會直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能。第1頁/共66頁Page3參考資料W-天饋設(shè)計指導(dǎo)書W-專題指導(dǎo)書天線選型W-城區(qū)天線選型W-山區(qū)與農(nóng)村天線選型W-高速公路天線選型第2頁/共66頁Page4學(xué)習(xí)完此課程，您將會：掌握天線的作用、基本原理、常見分類、主要技術(shù)指標(biāo)，從而指導(dǎo)如何進行典型場景下的天線選型。目標(biāo)第3頁/共66頁Page5內(nèi)容介紹第一章天線原理第二章天線分類第三章天線主要指標(biāo)第四章天線選型原則第五章天線新技術(shù)第4頁/共66頁Page6內(nèi)容介紹第一章天線原理1.1天線的作用1.2天線工作原理1.3天線工作帶寬1.4天線極化第5頁/共66頁Page71.1天線作用把從導(dǎo)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(chǎn)生電信號第6頁/共66頁Page8天線的位置和作用基站天饋系統(tǒng)示意圖防雷保護器主饋線（7/8“）饋線卡走線架接地裝置接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶天線調(diào)節(jié)支架板狀天線抱桿（50~114mm）室外跳線室內(nèi)超柔跳線饋線過線窗基站天線的作用：將饋管中的高頻電磁能轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波；反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為饋管中的高頻電磁能。第7頁/共66頁Page9內(nèi)容介紹第一章天線原理1.1天線的作用1.2天線工作原理1.3天線工作帶寬1.4天線極化第8頁/共66頁Page101.2天線工作原理導(dǎo)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(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)；當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)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(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。第9頁/共66頁Page111.2天線工作原理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，稱為半波振子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1/2波長波長1/4波長1/4波長1/2波長第10頁/共66頁Page121.2天線工作原理第11頁/共66頁Page13內(nèi)容介紹第一章天線原理1.1天線的作用1.2天線工作原理1.3天線工作帶寬1.4天線極化第12頁/共66頁Page141.3天線工作帶寬無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內(nèi)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(jù)此可定義天線的頻率帶寬。天線工作帶寬有幾種不同的定義：一種是指天線增益下降3dB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)中天線工作帶寬是按后一種定義的。具體的說，就是當(dāng)天線的輸入駐波比≤1.5時，天線的工作帶寬。第13頁/共66頁Page15內(nèi)容介紹第一章天線原理1.1天線的作用1.2天線工作原理1.3天線工作帶寬1.4天線極化第14頁/共66頁Page161.4天線極化天線的極化方向：天線輻射的電磁場的電場方向垂直極化水平極化+45度傾斜的極化-45度傾斜的極化第15頁/共66頁Page17雙極化天線兩個天線為一個整體傳輸兩個獨立的波V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)第16頁/共66頁Page18極化損失當(dāng)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(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)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(chǎn)生3dB的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，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。第17頁/共66頁Page19極化隔離隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出現(xiàn)的比例1000mW(即1W)1mW在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW)=30dB第18頁/共66頁Page20問題天線的作用是什么？天線的阻抗帶寬怎么定義的?雙極化天線實際是兩個天線嗎？為什么用線極化天線接收圓極化波會有3dB損失？第19頁/共66頁Page21內(nèi)容介紹第一章天線原理第二章天線分類第三章天線主要指標(biāo)第四章天線選型原則第五章天線新技術(shù)第20頁/共66頁Page22內(nèi)容介紹第二章天線分類2.1按輻射方向劃分2.2按外形劃分2.3按極化方式劃分第21頁/共66頁Page232.1按輻射方向劃分定向天線全向天線第22頁/共66頁Page242.2按外形劃分板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線第23頁/共66頁Page252.3按極化方式劃分垂直極化全向天線垂直極化定向天線雙極化天線第24頁/共66頁Page26問題根據(jù)定向天線的安裝，怎樣得出它的輻射方向？第25頁/共66頁Page27內(nèi)容介紹第一章天線原理第二章天線分類第三章天線主要指標(biāo)第四章天線選型原則第五章天線新技術(shù)第26頁/共66頁Page28內(nèi)容介紹第三章天線主要指標(biāo)3.1天線電氣指標(biāo)3.2天線機械指標(biāo)第27頁/共66頁Page29天線主要電氣指標(biāo)第28頁/共66頁Page30天線增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線在最大輻射方向與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)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(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。第29頁/共66頁Page31dBd和dBi的區(qū)別一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射對稱振子的增益為2.15dB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=5.15dBi第30頁/共66頁Page32天線方向圖天線輻射的電磁場在固定距離上隨角坐標(biāo)分布的圖形，稱為方向圖。用輻射場強表示的稱為場強方向圖，用功率密度表示的稱之功率方向圖，用相位表示的稱為相位方向圖。在移動通信工程中，通常用功率方向圖來表示，分為水平方向圖和垂直方向圖。第31頁/共66頁Page33天線方向圖對稱半波振子方向圖頂視側(cè)視定向天線方向圖全向天線方向圖第32頁/共66頁Page34天線其它電氣指標(biāo)第33頁/共66頁Page35前后比方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。前后比越大，表示天線的定向接收性能就越好。后向功率前向功率以dB表示的前后比=10log 典型值為25dB左右(前向功率)(反向功率)第34頁/共66頁Page36波束寬度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?！こ躺弦话阌?dB波瓣寬度。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)峰值-3dB點-3dB點32°(eg)峰值-10dB點-10dB點俯仰面即垂直面方向圖第35頁/共66頁Page37波束寬度天線是一種能量集中的裝置，在某個方向輻射的增強意味著其他方向輻射的減弱。通?？梢酝ㄟ^水平面波瓣寬度的縮減來增強某個方向的輻射強度以提高天線增益。在天線增益一定的情況下，天線的水平波束寬度與垂直波束寬度成反比，其關(guān)系可以表示為：

其中：Ga為天線增益，單位：dBi；

β為垂直波束寬度，單位：角度；

θ為水平波束寬度，單位：角度。 第36頁/共66頁Page38波束寬度

例如：某一全向天線，增益11dBi，水平波束寬度360°，其垂直波束寬度為：

由于設(shè)計和制造工藝上的差異，實際全向天線的垂直波束寬度往往比上述計算結(jié)果要小。兩者差別越小，說明天線設(shè)計得越好。第37頁/共66頁Page39波束寬度天線增益與波束寬度的關(guān)系第38頁/共66頁Page40天線下傾機械下傾電下傾第39頁/共66頁Page41若ZA

表示天線的輸入阻抗，Z0

為天線的標(biāo)稱特性阻抗，則天線的反射系數(shù)為，。也可以用回波損耗表示端口的匹配特性，。VSWR=1.5:1時，R.L.=13.98dB。天線駐波比9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W第40頁/共66頁Page42天線互調(diào)互調(diào)產(chǎn)生的原因：

存在磁性物質(zhì)

連接處不緊密

不同材料的金屬的接觸

相同材料的接觸表面不光滑無源互調(diào)特性是指接頭，饋線，天線，濾波器等無源部件工作在多個載頻的大功率信號條件下由于部件本身存在非線性而引起的互調(diào)效應(yīng)。常見影響比較大的互調(diào)：三階互調(diào)第41頁/共66頁Page43內(nèi)容介紹第三章天線主要指標(biāo)1.1天線電氣指標(biāo)1.2天線機械指標(biāo)第42頁/共66頁Page44天線的主要機械指標(biāo)天線輸入接口天線尺寸天線重量風(fēng)載荷工作溫度濕度要求雷電防護三防能力第43頁/共66頁Page45內(nèi)容介紹第一章天線原理第二章天線分類第三章天線主要指標(biāo)第四章天線選型原則第五章天線新技術(shù)第44頁/共66頁Page46內(nèi)容介紹第四章天線選型原則4.5山區(qū)4.6近海4.7隧道4.8室內(nèi)4.1城區(qū)4.2郊區(qū)4.3農(nóng)村4.4公路第45頁/共66頁Page474.1天線選型原則－城區(qū)應(yīng)用環(huán)境特點：站址分布較密，要求單基站覆蓋范圍小，盡量減少越區(qū)覆蓋的現(xiàn)象，減少導(dǎo)頻污染，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和容量。天線選取原則：工作頻率：1710~2170MHz極化方式：±45°雙極化水平波束寬度65°增益：15dBi下傾方式：

預(yù)置6°電下傾、或0~10°可調(diào)電下傾；0~15°可調(diào)機械下傾前后比：≥25dB其他：上副瓣抑制+零點填充第46頁/共66頁Page484.2天線選型原則－郊區(qū)應(yīng)用環(huán)境特點：郊區(qū)的應(yīng)用環(huán)境介于城區(qū)環(huán)境與農(nóng)村環(huán)境之間，有的地方可能更接近城區(qū)，基站數(shù)量不少，這時覆蓋與干擾控制在天線選型時都要考慮。而有的地方可能更接近農(nóng)村地方，覆蓋成為重要因素。因此在天線選型方面可以視實際情況參考城區(qū)及農(nóng)村的天線選型原則。65°或90°水平波束寬度一般不采用預(yù)置電下傾的天線，即使采用預(yù)置電下傾，一般下傾角也比較小。第47頁/共66頁Page494.3天線選型原則－農(nóng)村應(yīng)用環(huán)境特點：基站分布稀疏，話務(wù)量較小，覆蓋要求廣。有的地方會采用孤站覆蓋，覆蓋是最受關(guān)注的問題，這時應(yīng)結(jié)合基站周圍需覆蓋的區(qū)域來考慮天線的選型。天線選取原則：定向天線工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/90°水平波束寬度/18dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充全向天線

工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/11dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充第48頁/共66頁Page504.4天線選型原則－公路應(yīng)用環(huán)境特點：該應(yīng)用環(huán)境下話務(wù)量低、用戶高速移動、此時重點解決的是覆蓋問題。公路覆蓋以帶狀覆蓋為主，故多采用雙扇區(qū)站或“8”字形全向站；在穿過鄉(xiāng)鎮(zhèn)，旅游點的地區(qū)也可采用三扇區(qū)或心形全向站。天線選取原則：定向天線

工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/30°水平波束寬度/21dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充。“8”字形天線

工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/雙向70°水平波束寬度/14dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充。心形天線工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/210°水平波束寬度/12dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充。第49頁/共66頁Page514.5天線選型原則－山區(qū)應(yīng)用環(huán)境特點：在偏遠的丘陵山區(qū)，山體阻擋嚴(yán)重，電波的傳播衰落較大，覆蓋難度大。以下這幾種情況比較常見：盆地型山區(qū)建站、高山上建站、半山腰建站、普通山區(qū)建站等。天線選取原則：定向天線

工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/90°水平波束寬度/15dBi增益/預(yù)置電下傾/零點填充。全向天線工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/11dBi增益/預(yù)置電下傾/零點填充。第50頁/共66頁Page524.6天線選型原則－近海應(yīng)用環(huán)境特點：話務(wù)量較少，覆蓋面廣，無線傳播環(huán)境好。對近海的海面進行覆蓋時，覆蓋距離主要受地球球面曲率、無線傳播衰減限制。考慮到地球球面曲率的影響，對海面進行覆蓋的基站天線一般架設(shè)得很高，超過100m。天線選取原則：定向天線工作頻率1710~2170MHz/垂直極化/30°水平波束寬度/21dBi增益/不預(yù)置下傾/零點填充。第51頁/共66頁Page534.7天線選型原則－隧道應(yīng)用環(huán)境特點：話務(wù)量不大，基本不存在干擾控制的問題，主要是天線的選擇及安裝問題。天線選取原則：小于2公里：建議選擇10-12dBi的八木/對數(shù)周期/平板天線安裝在隧道口內(nèi)側(cè)對2km以下的公路隧道進行覆蓋；大于2公里：建議采用泄漏電纜等解決。第52頁/共66頁Page544.8天線選型原則－室內(nèi)應(yīng)用環(huán)境特點：為解決室內(nèi)覆蓋問題，通常是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，將基站的信號通過有線網(wǎng)絡(luò)直接引入到室內(nèi)各區(qū)域，再通過各室內(nèi)天線完成信號收發(fā)，從而達到消除室內(nèi)覆蓋盲區(qū)，抑制干擾，為室內(nèi)用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。天線選取原則：全向天線工作頻率800~2500MHz/垂直極化/36