CDMA天馈系统学习笔记

CDMA天馈系统学习笔记

尹敦峰/2011.2.14

1.学习目的

理解天线的电性能参数，并回答下面的问题：

1）什么是天线的极化方式？

2）天线分集是指什么？

3）什么是天线下倾角、工作频段、前后比及天线增益？

4）天线的输入阻抗指的是什么？

5）如何理解天线的方向图？

6）旁瓣抑制和零点填充是什么概念？

7）什么是驻波比？

8）什么是波束宽度？

9）什么叫三阶互调？

2.学习内容

馈线：以外导体的直径来区分不同种类的馈线，常用的有1/2、7/8、15/8英寸馈线。

馈线越粗，其百米损耗值越小，馈线越硬。各类馈线的百米损耗如下：

（什么是1/2、7/8、15/8的馈线，如何区分和识别？）

跳线：主要指的是1/2英寸的馈线，比较柔软，常用于弯曲度比较大的走线。

天线：天线是基站/馈缆与自由空间之间的有效接口，是传到电流和空间电磁场之间的转换设备，是在空间上和频率上具有选择性的能量接收器和发射器。

天线的电性能参数：

增益：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，通常指天线在最大辐射方向的增益系数。

工作频段：指天线能够正常工作的频带宽度。对于CDMA450系统，可选用带宽450-470MHz的天线；对于CDMA800系统，可选用带宽824-896MHz的天线；对于CDMA1900系统，可选用带宽1850-1990MHz的天线。

工作带宽：指工作频段的上下边界值之差，比如，CDMA800系统天线的工作带宽为896-824=72 MHz。

天线输入阻抗：输入端电压和电流之比，指天线和馈线的连接端的信号电压与信号电流之比。它随着天线长度及工作频率不同而发生变化，其值表征了天线与发射机或接收机的匹配状况。

匹配：我们可简单地认为馈线终端所接负载阻抗（天线阻抗）等于馈线特性阻抗时称为馈线终端是匹配连接的。当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波没有反射波。当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量，入射波的一部分能量反射回来形成反射波，反射波和入射波会在传输线中形成驻波。

反射系数：指的是反射波的电压幅度和入射波的电压幅度比值，符号为Γ。

驻波比：驻波比(SWR)又称电压驻波比(VSWR)，指驻波的电压峰值与电压谷值之比，VSWR=1+Γ/1-Γ，理想的比例为1:1 ，即输入阻抗等于传输线的特性阻抗，但几乎不可能达到。

波传递从甲介质传导到乙介质，会由于介质不同，波的能量会有一部分被反射，这种被反射的波称为驻波，这是基本的物理原理。电磁波有同样的特性，电波在甲组件传导到乙组件时，由于阻抗特性的不同，一部分电磁波的能量被反射回来，我们常称此现象为阻抗不匹配。

回波损耗：RL=-20lgΓ。

极化方式：极化方式即电磁场的振动方向，主要有两种方式，一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化；在圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。极化方式示意图如下：

多径传播：从一个发射天线发射的无线电波，经过两个或更多的不同途径到达一个接收天线的传播现象叫做多径传播。

多径衰落：由于多径传播的存在，导致接收端的接收信号是直达波和多个反射波的合成。由于大气折射是随时间变化的，传播路径差也会随时间和地形地物而变化，多径信号如果同相，则相加；如果反相，则抵消。由此造成接收端信号的幅度变化，称为衰落，我们对这种由于多径传播引起的衰落称为多径衰落。

分集接收：所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。分集的方式有空间分集和计划分集。

空间分集：当两个接收天线间隔一定距离，就可接收到具有不同衰落情况的同一

个信号，这两个信号的相关系数小于0.7 ，就可满足分集接收要求。空间分集可以分为垂直分集和水平分集，一般采用水平分集。

极化分集：在无线信号的传播过程中，多径传播环境会使电磁波的极化方向发生随机变化，称为去极化效应，采用极化分集天线进行接收可以获得分集接受效果。每个载频的每个扇区使用一个±45°双极化天线就可以完成极化分集接收。相对于空间分集而言，采用极化分集方式可以降低对天线安装空间的要求。

方向图：方向图是方向性函数的图形表示，他可以形象描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化关系。辐射特性有辐射强度、场强、相位和极化。通常讨论在远场半径为常数的大球面上，天线辐射（或接收）的功率或者场强随位置方向坐标的变化规律，并分别称为功率方向图和场方向图。天线方向图是在远场区确定的，故又叫远场方向图。

波束宽度：指最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。

下倾角：下倾分为物理下倾（机械下倾）和电子下倾，其作用是控制天线主瓣的覆盖范围。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。选择合适的下倾角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。

前后比：定向天线的前后比是指主瓣的最大辐射方向（规定为0°）的功率通量密度与相反方向附近（规定为180°±20°范围内）的最大功率通量密度之比值，反映了了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一般在25-30dB之间，应优先选用前后比为30dB的天线。

旁瓣抑制：对于小区制蜂窝系统，为了减少对邻区的干扰，基站天线应尽可能降低那些瞄准干扰小区的旁瓣辐射功率，提高旁瓣抑制比，改善覆盖区域无用信号与有用信号之比(D/U)。一般来说，上第一旁瓣电平相对于主瓣最大增益应小于-18dB，对于大区制基站天线无此要求。无线旁瓣对相邻小区的干扰示意图：

零点填充：为了使天线的辐射电平更加均匀，在天线的垂直平面内，下副瓣第一零点采用赋形波束加以设计加以填充。通常零深相对于主波束大于-20db就表示有零点填充。建议天线挂高比较高（通常大于100m）采用零点填充，避免塔下黑的状况，同时也有利于减小天线信号波动。

天线功率容量：指天线能够支持的功率，一般天线的功率容量范围为25-1000W，基站天线的功率容量应大于200W。

三阶互调：是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩的合称为三阶信

号。又因为是这两个信号的相互调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号。产生这个信号的过程称为三阶互调失真。他所表明的是确切含义是，一个线性系统所包含的非线性系数的大小。

3.问题跟踪

1）什么是天线的极化方式？

2）天线分集是指什么？

3）什么是天线下倾角、工作频段、前后比及天线增益？

4）天线的输入阻抗指的是什么？

5）如何理解天线的方向图？

6）旁瓣抑制和零点填充是什么概念？

7）什么是驻波比？

8）什么是波束宽度？

9）什么叫三阶互调？

4.学习小结（对于问题的回顾）