中級(jí)培訓(xùn)第一模塊之三天線基礎(chǔ)知識(shí)課件教學(xué)內(nèi)容

天線基礎(chǔ)知識(shí)中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中級(jí)培訓(xùn)第一模塊之三內(nèi)容介紹天線理論基礎(chǔ)知識(shí)不同天線的適用范圍及特點(diǎn)工作中的注意事項(xiàng)

天線基礎(chǔ)知識(shí)1.1天線的作用與地位無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)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(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來，并通過饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無(wú)線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸悾嚎煞譃橥ㄐ盘炀€、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類：可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類：可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；按極化方式分類：垂直極化、水平極化、交叉極化等天線理論基礎(chǔ)知識(shí)*

電磁波的輻射

導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。如圖1.1a所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)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1.1b所示，電場(chǎng)就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度L增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。圖1.1a圖1.1b天線理論基礎(chǔ)知識(shí)1.3天線方向性1.3.1

天線方向性（全向天線）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(duì)稱振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖（圖1.3.1a）。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，圖1.3.1b與圖1.3.1c給出了它的兩個(gè)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1.3.1b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1.3.1c可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。圖1.3.1c水平面方向圖圖1.3.1b垂直面方向圖圖1.3.1a立體方向圖天線理論基礎(chǔ)知識(shí)1.3.2

天線方向性增強(qiáng)（全向天線）若干個(gè)對(duì)稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。下圖是4個(gè)半波對(duì)稱振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖立體方向圖天線理論基礎(chǔ)知識(shí)也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向（定向天線）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(gè)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(gè)基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。扇形區(qū)覆蓋（垂直陣列帶平面反射板）平面反射板天線理論基礎(chǔ)知識(shí)1.3.3

增益天線增益是用來衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。

一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直方向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要，因?yàn)樗鼪Q定蜂窩邊緣的信號(hào)電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。DBi是相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對(duì)于對(duì)稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地，GSM定向基站的天線增益為15.5dBi/18.5dBi，全向的為11dBi。

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1.3.4

波瓣寬度（半功率角）

方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)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，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。

-3dB點(diǎn)

-3dB點(diǎn)峰值方向（最大輻射方向）天線理論基礎(chǔ)知識(shí)

1.3.5

前后比

方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F/B

。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F/B的計(jì)算十分簡(jiǎn)單------

F/B

=10Lg{（前向功率密度）/（后向功率密度）}

對(duì)天線的前后比F/B有要求時(shí)，其典型值為（18~30）dB，特殊情況下則要求達(dá)（35~40）dB.

簡(jiǎn)單理解：可以簡(jiǎn)單的把天線發(fā)射的能量定義為一個(gè)氣球，如果前后比小了，意味著后面發(fā)射功率大了，覆蓋方向上的能量小了，造成覆蓋變差，同時(shí)可能引起干擾。

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1.3.6

上旁瓣抑制以及下傾角

對(duì)于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制。基站的服務(wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)電話用戶，指向天空的輻射是毫無(wú)意義的，同時(shí)上旁瓣信號(hào)如果很強(qiáng)，容易造成對(duì)遠(yuǎn)處基站的干擾。

為了使信號(hào)根好的到達(dá)覆蓋區(qū)域，需要對(duì)天線在機(jī)械安裝時(shí)價(jià)一定的角度，是天線的主波瓣方向?qū)@覆蓋區(qū)域，即加強(qiáng)了覆蓋，同時(shí)又減少了信號(hào)越區(qū)覆蓋，形成干擾。天線的基本知識(shí)天線理論基礎(chǔ)知識(shí)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(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化（電場(chǎng)垂直于地面）---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。水平極化EE天線理論基礎(chǔ)知識(shí)為什么垂直極化天線更常用？天線理論基礎(chǔ)知識(shí)前面提到：天線的極化方向與電場(chǎng)方向相同，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此就稱為垂直極化波，否則就稱為水平極化波。水平極化波傳播時(shí)貼近地面，會(huì)在大地表面形成極化電流，極化電流受大地阻抗的影響，產(chǎn)生熱能，使電信號(hào)迅速衰落，覆蓋距離變短。垂直極化波覆蓋距離更遠(yuǎn)。垂直極化1.4.1雙極化天線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EEEE天線理論基礎(chǔ)知識(shí)下圖示出了兩個(gè)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(gè)接頭。雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的波。

+45/-45雙極化天線更常用。為什么？V/H（垂直/水平）型雙極化+45°/-45°

型雙極化天線理論基礎(chǔ)知識(shí)從前面我們已經(jīng)知道了表征天線性能的一些參數(shù)：方向圖，增益、半功率角、極化方式、前后比還有部分表征天線性能的參數(shù)：頻段、輸入阻抗、駐波比、重量、尺寸等，不再一一介紹。下面將結(jié)合實(shí)際工作中使用的天線講解不同天線的適用范圍及特點(diǎn)。天線理論基礎(chǔ)知識(shí)不同天線的適用范圍及特點(diǎn)全向天線：適用范圍：一般用于話務(wù)量較低以滿足覆蓋為主的農(nóng)村特點(diǎn)：天線增益小，僅僅11dbi覆蓋時(shí)不存在縫隙，但容易產(chǎn)生“燈下黑”，所以鐵塔高度不能太高。（或者使用電下傾天線解決“燈下黑”）由于鐵塔對(duì)天線的發(fā)射功率有較大的衰減，所以天線的發(fā)射方向應(yīng)對(duì)著覆蓋區(qū)。例如，垂直于道路等天線的垂直度要求較高，否則嚴(yán)重影響覆蓋的效果。由于鐵塔的陰影效應(yīng)，所以分集接收天線應(yīng)該放置在主發(fā)射天線的背側(cè)，以分集增益來補(bǔ)償陰影效應(yīng)。為了能夠滿足更高的隔離度，要求主發(fā)射天線和分極天線應(yīng)該處于不同的平臺(tái)。不同天線的適用范圍及特點(diǎn)65度交叉極化天線（+45/-45度）適用范圍：市區(qū)、縣城以及基站密度高的區(qū)域特點(diǎn)：天線增益15.5dbi一個(gè)扇區(qū)一根天線，安裝簡(jiǎn)單。出問題時(shí)不容易察覺。覆蓋區(qū)域容易控制。半功率較小，重疊區(qū)域少，可以減少干擾。不同天線的適用范圍及特點(diǎn)定向單極化120度天線（高增益）適用范圍：用于覆蓋農(nóng)村的基站特點(diǎn)：天線增益18.5dbi，增益高，有利于深度覆蓋。每個(gè)扇區(qū)有兩根天線，需要滿足3米的隔離度，因此需要的空間大。一個(gè)扇區(qū)的兩個(gè)天線的覆蓋區(qū)域不容易控制，容易因?yàn)楦采w區(qū)不同而產(chǎn)生不良的影響（掉話、呼叫失敗等）重量重，在進(jìn)行安裝時(shí)，要求天線抱桿穩(wěn)固可靠。半功率角較大，重疊區(qū)域相對(duì)較多，避免了夾縫的覆蓋死角。不同天線的適用范圍及特點(diǎn)目前還有一些特定的天線：半功率角更小的天線：用于基站密度很高的市區(qū)增益更小的天線：用于高話務(wù)密度區(qū)域或者室內(nèi)覆蓋雙向型天線：用于道路覆蓋雙極化高增益天線：用于鐵塔平臺(tái)緊張的農(nóng)村覆蓋電下傾天線：解決特殊情況，如“燈下黑”、市區(qū)內(nèi)的高站等不同天線的適用范圍及特點(diǎn)從下圖可以看出為什么市區(qū)的高站要采用電下傾天線了吧？工作中的注意事項(xiàng)固定天線的抱桿一定要垂直，否則波瓣發(fā)生