基站天线的基本原理及电波传播.

1、Lucent Technologies Proprietary 1 基站天线的基本原理及电波传播 基站天线的基本原理及电波传播 Lucent Technologies Proprietary 2 天线知识概述 天线的定义 典型的基站天线类型 基站天线的主要电气特性 基站天线的主要机械特性 基站天线的主要环境特性 天线的基本原理 电波传播基本知识 内容 Lucent Technologies Proprietary 3 天线知识概述 天线知识概述 Lucent Technologies Proprietary 4 天线是一种将传输线送来的高频传导电流转变成空间电磁 波或反向过程的装置。 天线是无源而非有源器件。 天线的增益是指它与各向同性（isotropic)天线相比，能量 集中的增大倍数（dBi)。或与偶极子（dipole)天线相比， 能量集中的增大倍数（dBd)。 天线的定义 Lucent Technologies Proprietary 5 全向天线 定向天线 按结构分 板状天线 对数周期天线 按极化方式分 单极化天线 双极化天线 交叉极化（垂直和水平） 斜极化（+45 度和 -4

2、5 度） 典型的基站天线类型 Lucent Technologies Proprietary 6 天线增益 Gain（单位：dBd 或 dBi） 带宽 Bandwidth（单位：MHz ） 方向图 Pattern 水平波瓣宽度（单位：degree） 垂直波瓣宽度（单位：degree） 前后比 Front-to-Back Ratio（单位：dB） 驻波比VSWR 回损 Return Loss（单位： dB） 功率容量 Maximum Input Power（单位：Watt） 基站天线的主要电气特性 (1) Lucent Technologies Proprietary 7 极化方式 Polarization 下倾角 Downtilt（单位：degree） 三阶互调 Intermodulation（单位：dBc） 阻抗 Independence （单位：ohms） 雷电防护 Lightning protection 基站天线的主要电气特性 (2) Lucent Technologies Proprietary 8 天线尺寸 天线重量 天线罩材 构造特点 安装附件，配合抱杆、外墙等多种安装方

3、式使用 安装附件，可供现场调整下倾角使用 接头的类型和位置 基站天线的主要机械特性 Lucent Technologies Proprietary 9 盐雾, IEC 68-2-1 冰雪, IEC 68-2-1 热, IEC 68-2-2 太阳辐射, IEC 68-2-5 震动, IEC 68-2-6 热冲击, IEC 68-2-14 淋雨, IEC 68-2-18 机械冲击, IEC 68-2-27 湿度, IEC 68-2-30 最大可承载风速 基站天线的主要环境特性 Lucent Technologies Proprietary 10 天线基本原理 天线基本原理 Lucent Technologies Proprietary 11 天线辐射 天线增益 的含义 dBd与dBi的对比 基站天线的增益要求 天线带宽 天线方向图 增益和波瓣宽度的关系 驻波比VSWR 与回损的关系 前后比 互调 下倾角 知识点 Lucent Technologies Proprietary 12 天线接通信号源后，辐射元件产生电场与磁场 电场方向与辐射元件方向一致 磁场环绕在以辐射元件为圆心的轴上，其方向

4、与电场正交 电磁波的方向分别正交于电场E和磁场H 天线辐射 Lucent Technologies Proprietary 13 天线阵列（辐射线性阵列） 基本单元：半波偶极子 增加一倍半波偶极子个数，增益增加3dB。 天线增益的含义 Lucent Technologies Proprietary 14 天线增益全向天线 Four connected Half-wave dipoles Radome (fibre glas, plastics) One element: 2.1 dBi / 0 dBd Two elements: 5.1 dBi / 3 dBd Four elements: 8.1 dBi / 6 dBd Eigth elements: 11.1 dBi / 9 dBd 一般来说，并不推荐更高的增益，因为高增 益会使偶极子的间距太小并且天线太大。 天线一般是垂直极化。 Lucent Technologies Proprietary 15 天线增益是一个相对的概念。 大多数VHF/UHF天线厂商使用偶极子做为参考（单位：dBd）。 微波天线厂商常用各向同性源做为参考。（单

5、位：dBi) 天线增益（ dBi ) = 天线增益 （ dBd ）+ 2.15 dBd与dBi 的对比 Lucent Technologies Proprietary 16 Cellular系统天线的带宽 PCS系统天线的带宽 双波段天线 天线带宽 Lucent Technologies Proprietary 17 垂直面方向图 - 天线方向图的侧视图 - 典型的带宽为415度 水平面方向图 - 天线方向图的俯视图 - 典型的带宽为20360度 天线方向图 Lucent Technologies Proprietary 18 天线方向图示例 Lucent Technologies Proprietary 19 增益可用以下公式简略表示： G (dBi) = 10 log(29000/) = 天线的水平带宽（度） = 天线的垂直带宽（度） 增益和波瓣宽度的关系 Lucent Technologies Proprietary 20 驻波比VSWR定义如下： 回损定义如下： 传输损耗定义如下： TL= -10 log1-Reflected power/Forward power 驻波比VS

6、WR 与回损 Lucent Technologies Proprietary 21 VSWRReturn Loss (dB)Transmission Loss (dB) 1.220.83.04 1.317.69.07 1.415.56.12 1.513.98.18 1.612.74.24 1.711.73.30 2.0 9.54.51 3.0 6.02 1.25 驻波比VSWR 与回损 Lucent Technologies Proprietary 22 前后比定义如下： F/B Ratio = (前向增益（dBd or dBi) - (反向增益（ dBd or dBi)） 高前后比的好处 - 减少同频干扰 - 降低复用系数，提高C/I。 前后比 Lucent Technologies Proprietary 23 互调是在非线性设备中两个或多个信号混和后产生的新 信号。 可能生成互调产物的 - 放大器 - 滤波器 - 塔（生锈的金属） - 同轴电缆及接头 - 装配硬件（生锈和腐蚀的金属） - 天线（虚接，虚焊，结合点） 互调(1) Lucent Technologies Propri

7、etary 24 f1f2 22 = f2 - f1 低于低的频率 高于高的频率 不会在频率之间 3rd = 2f1 - f2, 2f2 - f1 is away 5th = 3f1 - 2f2, 3f2 - 2f1 is 2 away 7th = 4f1 - 3f2, 4f2 - 3f1 is 3 away 奇数倍互调信号的能量会落在带内 Frequency 互调 (2) Lucent Technologies Proprietary 25 防止天线侧生成互调产物的方法有： 接头尽量少 所有接头必须牢固、干净 最好是单块集成电路 不使用属性不同的金属 焊接接头尽量少 在信号通路中不使用含铁的金属（例如：镀镍的金属） 在高电流通路中不使用铆钉 注意安装7/16 D型接头时的安装工艺 互调 (3) Lucent Technologies Proprietary 26 合理使用下倾角可以有效控制信号传播 下倾角的获得可通过电子倾角、机械倾角、或两种方 式混和得到 全向天线差不多都是使用电子倾角 板状天线的电子倾角的获得可通过改变注入Feedline长 度或增加正相位延时获得 天线下倾角 (

8、1) Lucent Technologies Proprietary 27 3 dB Beamwidth H D min D max Primary Illumination Area D min = H/tan( + 1/2 垂直带宽) D max = H/tan( - 1/2 垂直带宽) = 下倾角 天线下倾角 (2) Lucent Technologies Proprietary 28 出于不同的工程考虑，给出如下两个公式： (a) = tan-1(H/2R) + Vertical Beamwidth/2 (b) = p - 2 tan-1(R/H) 公式(a) 说明下倾角可减少邻基站（r2R）的3dB干扰。 公式(b) 说明下倾角可以保护基站（rR）边缘的覆盖。 天线下倾角 (3) Lucent Technologies Proprietary 29 机械倾角与电子倾角的比较 天线下倾角 (4) Lucent Technologies Proprietary 30 电波传播的基本知识 电波传播的基本知识 Lucent Technologies Proprietary 31 射频

9、传播 地貌 传播模型 知识点 Lucent Technologies Proprietary 32 自由空间传播 10 log (Pr) = (10 log(Pt) + 10 log(A) - 10 log(4p) - 20 log(r) Lucent Technologies Proprietary 33 环境损耗 Lucent Technologies Proprietary 34 反射导致的延迟 Lucent Technologies Proprietary 35 多径效应 Lucent Technologies Proprietary 36 地面反射 Lucent Technologies Proprietary 37 植物的吸收效应 植物的种类 密度 大小 高度 对于射频信号所产生的影响 穿透损耗 季节性影响 Lucent Technologies Proprietary 38 传播模型 李氏模型 Hata-Okumura 模型 Cost-231-Hata 模型 其他 Lucent Technologies Proprietary 39 Hata-Okumura 模型(1980;T03.30) v标准地貌：城区，郊区，开阔地带 v支持频段：150-1000MHz v基站天线挂高：30-200米 v覆盖距离：1-20公里 v手机高度：1-10米 v不适用于微蜂窝 Lucent Technologies Proprietary 40 Cost 231-Hata 模型 (TS03.30) 标准地貌：城区，郊区，开阔地带 支持频段：1500-2000MHz 基站天线挂高：30-200米

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