天线基础知识

3dB 波束宽度
10dB 波束宽度
Peak - 3dB
Peak - 10dB
60° (eg)
Peak
120° (eg)
Peak
• 垂直半功率角
15° (eg)
Peak - 3dB
Peak - 3dB Peak
Peak - 10dB
32° (eg)
Peak - 10dB Peak
Peak - 3dB
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线覆盖率和话音质量有较大的影响。
• 可能以如下方式给出： dBi:基准天线为各向同性辐射器(全向天线）；
dBd:基准天线为自由空间的半波振子（偶极子天线）；
0dBi=2.15dBd
• dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率 值/1mw）
• dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大 或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）
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回波损耗
50 ohms 天线特性阻抗
Forward: 10W Return: 0.5W
80 ohms 天线输入阻抗
9.5 W
反射系数T＝丨80-50丨/丨80+50丨，VSWR=丨1+T丨/丨1-T丨； 回波损耗为 20log丨T丨= 12.76dB
1/4 波长h
Dipole
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• 振子的工作性能与其长度和波长的匹配有关：
Optimum 1/2 wavelength for dipole at 850MHz
at at 820 890 MHz MHz
天线振子
820 MHz的1/2波长 ~ 180mm, 890 MHz的1/2波长 ~ 170mm 天线应取值在 ~ 850MHz - 175mm
• 为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充， 不能有明显的零深。通过垂直平面的余割平方赋形波束设计，可 以消除主瓣下方的零点，从而使所需覆盖区域有相等的接收信号 电平。该技术也称为零点填充技术。
• 高增益天线由于其垂直波束宽度较窄，尤其需要采用零点填充技 术来有效改善近处覆盖。 通常零深相对于主波束大于-26dB即表 示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零 点填充为10%，这两种表示方法的关系为：
➢增益下降3dB时的频带宽度； ➢在规定的驻波比下的频带宽度。
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各网络频率范围
移动：935-954MHz 890-909MHz(19M带宽) 联通：954-960MHz 909-915MHz(6M带宽) CDMA: 820-896MHz WCDMA：2110-2170MHz 1920-1980MHz 目前TD有三个频段1880-1920MHz、2010-2025MHz、 2300-2400MHz(共155M带宽)
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振子
• 振子是天线应用中最普遍采用的一种方式。 • 振子的长度与工作频率的波长成对应关系。 λ＝Ｖ/ｆ
波长
1/2 波长
1/2 波长极子的长度 800MHz 400MHz
~200mm 长度 ~400mm 长度
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1/4 波长 1/2 波长
本课程为天线基础，共二部分内容：
一、天线工作原理简介 二、天线的技术参数说明
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第一部分 天线工作原理简介
在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各 向同性（Isotropic）天线。各向同性天线是一种理 论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐 射点源，能量以该点为中心以电磁场的形式向四周 均匀辐射，为一球面波。半波振子是 GSM基站主用 天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率 高
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零点填充
• 零点填充：基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，当固定在一 定高度的天线照射在一有限的水平面区域内，天线的垂直方向图 表明由于有旁瓣零点的存在，在需要覆盖的区域就有可能产生盲 区问题。
• 从发射的角度来看，由于垂直于地面的 手机更容易与垂直极化信号匹配，因此 垂直单极化天线会比其他非垂直极化天 线的覆盖效果要好一些。
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方向图立体图
单振子辐射呈圈饼状(Dipole)
各向同性辐射体(Isotropic)
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3
什么是天线？
• 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号
Blah blah blah blah
天线输入阻抗与特性阻抗不一致，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波。电压驻波过大，将缩
短通信距离，容易烧坏功放管。
•电压反射系数为任意一点反射波电压与入射波电压之比。
•VSWR （电压驻波比）为相邻电压最大值与最小值之比。（VSWR最大值应小于或等于1.5:1，即入射阻
抗应小于75ohms）
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各向同性辐射体 (Isotropic)
“dBd”以半波振子为基准 “dBi”以各向同性辐射体为基准
eg: 3dBi = 5.15dBd
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基站天线增益（总结）
• 天线的增益：一般指天线在其最大辐射方向上的增益，是和 基准天线相对比的一个相对值，有时也称为功率增益。对无
增益与天线的方向图有关。方向图中主波束 越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。可以看出高的增益是以 减小天线波束的照射范围为代价的。
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dBd 和 dBi
单振子辐射呈圈饼状(Dipole)
2.15dB
以各向同性辐射体为基准的 振子增益为 2.15dB
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• 前后比是天线前向和后向之间的功率比值，一般来讲， 前后比是越大越好。防止天线后向信号干扰天线后方 的前向信号。尤其应用在城市中密集住宅小区，最好 能达到30db，可以有效降低后瓣对高层建筑的室内干 扰。现在一般的天线前后比为20db左右；全向天线是 没有前后比的。
• 天线的前后比在一般情况下当然是越大越好，但是在 某些特定的条件下也并不绝对是这样，比如，以两扇 区的定向站连续覆盖高速公路时，由于大多数用户都 是快速移动用户，为保证切换的正常进行，定向天线 的前后比不宜太大，否则可能会由于两定向小区交叠 深度太小而导致切换不及时造成掉话的情况。（同时 要考虑塔型因素）
外由天线垂直方向图也可看出，当地面上所处的位置正好处于波束
的零值点照射后则出现了“塔下黑”的现象，解决“塔下黑”的方
法最好是采用零值填充天线，其次通过使波束下倾也可缓解“塔下
黑”的区域。
90
90
120
60
120
60
150
30
150
30
180
0
180
0
0
-10 -20 -30
0 -10 -20 -30
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主瓣功率与后瓣功率比（前后比） • 即天线中前向主瓣功率与后向主瓣功率的比值。
后瓣功率
前后比 （dB） = 10 log
(前瓣功率) (后瓣功率)
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主瓣功率 常见的在 25dB左右
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关于前后比在实际应用中应注意的方面
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极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定 的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极 化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。 如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它 为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平 行，则称它为水平极化波。
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天线的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于 接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具 有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表 示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接 收电磁波的能力。
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天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜
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- 45度倾斜
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水平极化和垂直极化的比较
• 由于水平极化天线的路径损耗大于垂直 极化天线（水平极化波的去极化机会大 于垂直极化波）。
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Peak - 10dB
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水平半功率角和垂直半功率角的关系
G=30000/水平半功率角*垂直半功率角 天线增益=10*log G
天线增益计算举例见PPT天线增益计算
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增益、水平半功率角和垂直半功率角的关系
• Y (dB)＝20log(X%/100%) • 如：零点填充10%，即X=10； 用dB表示：Y=20log(10%/100%)＝
－20dB
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由于基站天线均架设于高塔上，这样为保证处于地面上的接收Hale Waihona Puke Baidu有
足够的功率覆盖，天线就必须倾斜，具体倾斜角度由塔高和用户另
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方向图旁瓣显示
。
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
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阻抗匹配
50 ohms
Cable
Antenna
50 ohms
80 ohms
负载阻抗匹配是指负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此情况下，传输线只有从信源 到负载的入射波，无反射波。 如果反射波较大，波腹电场比行波电场大，容易击穿。 负载阻抗匹配一般采用阻抗匹配器。
天线带宽 = 890 - 820 = 70MHz
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天线控制原理
• 单振子工作时呈圈饼形。
俯视图
侧视图
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天线控制原理
• 振子一般组合成列。
单振子
接收端产生1mW的功率
几个振子排成一列 接收端产生 4 mW 功率
-150
-30
-120
-60
-90
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-150 -120
-30
-60 -90
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旁瓣抑制
上旁瓣抑制： 1、对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效 率； 2、为 减少对邻区的同频干扰。 基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰 区的副瓣，提高D/U值（有用和无用信号强度之 比），上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区 制基站天线无这一要求。
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频带宽度
天线的工作频带宽度简称为带宽，它是指天线 的电性能都符合产品标准所规定的要求的频率范围。 无论发射天线和接收天线，它们总是在一定的频率范 围内工作的，天线工作在中心频率时性能最好，在工 作频带内性能变化不大。通常有以下几种情况来定义 天线的频带宽度：
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第二部分 天线主要技术指标
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增益
表征天线向一定方向辐射电磁波的能力。一般是指天线在 某一规定方向上的辐射功率通量密度与自由空间的各向同性 理想点源天线在相同输入功率时最大辐射功率通量密度之比 值，用符号G表示，单位为dBi(如图)。
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天线方向图
水平面方向图
3dB 波束宽度
- 3dB点
65°
峰值 - 3dB点
垂直面方向图 - 3dB点
15° 15° (eg)
峰值
- 3dB点
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立体方向图
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波束宽度 （水平半功率角和垂直半功率角） • 水平半功率角
增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd
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信号集中
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天线控制原理
• 振子列的侧面放置一块反射板。
天线 (俯视)
“全向天线” 接收端产生4mW 功率
“定向天线” 接收端产生8mW 功率
功率由于反射在同一方向上叠加，从而增加增益。 定向天线的增益为 10log(8mW/1mW) = 9dBd