基站天线的结构、种类和工作原理教案

在移动通信系统中，空间无线信号的发射和接收都是依靠移动天线来实现的。因此，天线对于移动通信网络来说，起着举足轻重的作用，如果天线的选择不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响到整个移动通信网络的运行质量。本章将介绍天线的基本工作原理、结构、种类、技术参数以及天线的选择等知识。

11.1 天线的基本工作原理

当导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长

度和形状有关。如图11-1a、b所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，如图11-1c所示，这时两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而电磁波辐射能

力较强。

a）两导线平行 b）两导线平行呈现一定夹角 c）两导线平行呈现180°

图9-1 电磁波的辐射能力与导线的形状

从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为

在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传

输的电磁波。

当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱；当导线的长度增大

到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将

上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长

度为四分之一波长的对称振子称为半波振子；两臂总长与波长相等的振子，称为全波

对称振子。将振子折合起来的，称为折合振子。半波振子如图11-2所示。

图11-2 半波振子

由于单个天线的辐射方向性不够强，为了得到方向性较强的天线，常采用天线阵

列的形式，所谓天线阵列就是将许多个天线按照一定的方式进行排列所形成的阵列，输入到每个天线的信号的幅度和相位都可以是不同的，这样通过合理控制各天线输入信号的幅度与相位，就可以得到所需要的天线特性。

电磁波在自由空间或传输线内的传播过程中是相互独立的，向左传播的电磁波的存在不会影响向右传播的电磁波，因此一副天线可以同时作为接收和发射天线进行工作。

11.2 基站天线的种类

基站天线按照水平方向图的特性可分为全向天线与定向天线两种，全向天线在水平面内的所有方向上辐射出的无线电波能量都是相同的，但在垂直面内不同方向上辐射出的无线电波能量是不同的。定向天线在水平面与垂直面内的所有方向上辐射出的无线电波能量都是不同的。

按照极化特性可分为单极化天线与双极化天线两种。一般来说，全向天线多为单极化天线，定向天线有单极化天线和双极化天线两种。

单极化天线多为垂直极化天线，其振子单元的极化方向为垂直方向，而双极化天线多为45°斜极化天线，其振子单元为左斜45°与右斜45°极化相交叉的振子，如图11-3所示。

图11-3 双极化方式天线结构

双极化天线相当于两副单极化天线合并在一副天线中，采用双极化天线可以减少塔上天线数量，减少工程安装的工作量，因而可以减少系统成本，因此目前得到广泛的使用。

按照应用的场合可以分为室外天线与室内天线。

11.3 基站天线的结构

在移动通信系统中使用的基站天线由多个基本单元振子、馈电网络、天线接头和天线罩组成，如图11-4所示。

图11-4 基站定向天线和全向天线结构图

其中单元振子一般为长度是半个波长的半波振子，馈电网络一般采用等功率的功分网络。

天线的接头一般采用DIN型（7/16型）接头，接头的位置一般在天线的底部，也有装在天线的背部。

在天线的外面，用天线罩将单元振子和馈电网络密封，以保护天线不易损坏。天线罩的材料一般为PVC材料或玻璃钢材料，其特点是对无线电波的损耗较小，强度也较好。

由于天线工作在室外环境中，为了防止进水对天线的性能产生影响，在天线的底部一般都有排水孔。

对于定向天线，在单元振子的后面是一块金属平板，作为反射面来提高天线的增益。