1、.：.；窗體頂端天線的參數短波通訊是指波長米頻率為的電磁波進展的無線電通訊。短波通訊傳輸信道具有變參特性，電離層易受環境影響，處于不斷變化當中，因此，其通訊質量，不如其它通訊方式如衛星、微波、光纖好。短波通訊系統的效果好壞，主要取決于所運用電臺性能的好壞和天線的帶寬、增益、駐波比、方向性等要素。近年來短波電臺隨著新技術提高開展很快，實現了數字化、固態化、小型化，但天線技術的開展卻較為滯后。由于短波比超短波、衛星、微波的波長長，所以，短波天線體積較大。在短波通訊中，選用一個性能良好的天線對于改善通訊效果極為重要。下面簡單引見短波天線如何選型和幾種常用的天線性能。 一、衡量天線性能要素 天線是無線

2、通訊系統最根本部件，決議了通訊系統的特性。不同的天線有不同的輻射類型、極性、增益以及阻抗。 輻射類型：決議了輻射能量的分配，是天線一切特性中最重要的要素，它包括全向型和方向型。 極性：極性定義了天線最大輻射方向電氣矢量的方向。垂直或單極性天線鞭天線具有垂直極性，程度天線具有程度極性。 增益：天線的增益是天線的根本屬性，可以衡量天線的優劣。增益是指定方向上的最大輻射強度與天線最大輻射強度的比值，通常運用半波雙極天線作為參考天線，其它類型天線最大方向上的輻射強度可以與參考天線進展比較，得出天線增益。普通高增益天線的帶寬較窄。 阻抗和駐波比：天線系統的輸入阻抗直接影響天線發射效率。當駐波比：時沒有反

3、射波，電壓反射比為。當大于時，反射功率也隨之添加。發射天線給出的駐波比值是最大允許值。例如：為：時意味著，反射功率耗費總發射功率的，信號損失。為：時，損失功率，信號降低。 二、幾種常用的短波天線 八木天線 八木天線在短波通訊中通常用于大于以上頻段，八木天線在理想情況下增益可到達，八木天線運用于窄帶和高增益短波通訊，可架設安裝在鐵塔上具有很強的方向性。在一個鐵塔上可同時架設幾個八木天線，八木天線的主要優點是價錢廉價。 對數周期天線 對數周期天線價錢昂貴，但可以運用在多種頻率和仰角上。對數周期天線適宜于中、短波通訊，利用天波信號，效率高，接近于發射期望值。與其它高增益天線相比，對數周期天線方向性更

4、強，對無用方向信號的衰減更大。 長線天線 長線天線優點是構造簡單，價錢低，增益適中。與八木天線和對極周期天線比，長線天線長度方向性和增益低。但其優勢在于，由于其增益與線長度有關，用戶可以找到最正確接納線的長度和角度。經過比較信號波長，計算出線的長度，非常適宜于遠間隔 通訊。當線長倍波長在仰角為度時與雙極天線比增益高，當線長倍于波長時，增益高，仰角下降到度，圖為長線天線增益示圖。 車載挪動天線 挪動天線普通任務在頻段上，為垂直極性天線，性能與機械特性有關，天線長度較短，在低仰角任務時，發射效率適中。在通常情況下，車載天線仰角應大于度，由于天線長度較短，是低效天線。在汽車上，機械特性限制了天線的選

5、擇，但天線可以放置為倒型，這樣添加了天線的垂直輻射面，可以提高發射效率，倒天線適宜用于中短波通訊。 三、常用短波天線性能 方向性天線、簡單的雙極天線適用于短間隔 通訊，但短波遠間隔 通訊信號微弱，甚至被各種噪音淹沒時，天線就需求選擇比雙極天線增益更高的天線。理想方向性天線在任務方向上具有很高增益而無用方向上增益為。 四、不同環境下天線選型 固定站間遠近間隔 通訊 由于固定站間通訊方向是固定不變的，所以普通采用高增益，方向性強的短波天線。通訊間隔 在公里，可運用高增益，低仰角對數周期天線，但天線價錢昂貴。在實際中短波自順應電臺配這種天線，可根本實現北京至昆明，烏魯木齊甚至拉薩全天候通訊。假設通訊

6、質量要求不是太高也可運用價錢相對廉價的天線如八木天線，長線天線，但長線天線需用天調。間隔 在以內時采用程度雙極天線可獲得較好效果，但程度雙極天線占地較大，中心站電臺較多不適宜布天線陣。 固定站與挪動站間通訊 由于挪動站在運動中，通訊方向不固定，所以中心站的天線應選用全向天線，例如，多膜短波寬帶天線或配有天線調諧器的鞭狀天線。多膜天線雖然價錢較貴，但是一個天線竿上可以繞三副天線倆副高仰角天線，一副低仰角天線遠、近間隔 通訊均可兼顧。中心站也可用鞭狀天線，鞭狀天線的仰角低，近距-公里通訊困難，遠間隔 -公里只需頻率適宜，通訊效果較好。 挪動站天線由于安裝面的限制，多采用鞭狀天線，國內有時用柵網、雙

7、環、三環天線。遠間隔 通訊時，鞭狀天線豎直，近間隔 通訊那么可以放置為倒型，這樣運用添加了天線的垂直輻射面，可以提高發射效率。只需天線的發射角、電臺的任務頻率適宜，可以抑制短波盲區-公里的通訊困難。 干擾環境下的天線選型 電臺干擾是指任務在當前任務頻率附近的無線電臺的干擾，其中包括敵方有認識的電子干擾。由于短波通訊的頻帶非常窄，而且如今短波用戶越來越多，因此電臺干擾就成為影響短波通訊順暢的主要干擾源。特別對于軍用通訊系統，這種情況尤其嚴重。電臺的干擾與其他自然條件引起的干擾有很大的不同，它帶有很大的隨機性和不可預測性。在敵方有認識的電子干擾情況下，采用高增益、方向性強的對數周期天線可獲得一定的

8、效果。當然，抑制干擾主要提高短波電臺性能發射功率、接納靈敏度等等或者采用頻率自順應、短波寬帶跳頻技術。假設需求數傳，調制解調器性能也非常關鍵，帶有交錯功能的串行體制短波高速調制解調器具有良好的抗干擾性能。 天線增益是指： 在輸入功率相等的條件下，實踐天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描畫一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有親密的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來了解增益的物理含義-為在一定的間隔 上的某點處產生一定大小的信號，假設用理想的無方向性點源作為發射天線，需求100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB

9、= 20倍 的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。半波對稱振子的增益為G = 2.15 dBi；4個半波對稱振子 沿垂線上下陳列，構成一個垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源) 。假設以半波對稱振子作比較對象，那么增益的單位是dBd .半波對稱振子的增益為G = 0 dBd 由于是本人跟本人比，比值為1，取對數得零值。 ； 垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 2.15 = 6 dBd 。 對

10、于程度極化方式的天線來講，通常以一個半波程度放置的偶極子天線為規范天線，其增益為0dB實踐指dBd。調頻二偶極子反射板天線的增益經過計算和實驗數據，其結果根本一致。相對于半波偶極子天線的增益最高只能做到7.5dB。當天線在進展組陣時，天線系統增益為7.5dB。計算推論如下：總功率在一層四面分配時，天線功率將損失6dB，此時天線增益為7.5-6.5=1.5dB；再根據天線層數添加一倍時天線系統增益將添加3dB的原理，因此兩層天線增益就為1.5+3=4.5dB；當天線層數為四層時，天線系統增益就為1.5+3+3=7.5dB，故四層四面調頻二偶極子板天線系統增益也只能做到7.5dB。 假設天線為全波

11、長二偶極子板天線時，其單片天線增益可以做到8-8.5dB，四層四面分配組陣時，其單片天線增益為8-8.5dB。 天線根底知識1 天線 1.1 天線的作用與位置 無線電發射機輸出的射頻信號功率，經過饋線電纜保送到天線，由天線以電磁波方式輻射出去。電磁波到達接納地點后，由天線接下來僅僅接納很小很小一部分功率，并經過饋線送到無線電接納機。可見，天線是發射和接納電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通訊。天線種類繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場所、不同要求等不同情況下運用。對于眾多種類的天線，進展適當的分類是必要的：按用途分類，可分為通訊天線、電視天線、雷達天線等；按任務頻段分類，可

12、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；等等分類。*電磁波的輻射 導線上有交變電流流動時，就可以發生電磁波的輻射，輻射的才干與導線的長度和外形有關。如 圖1.1 a 所示，假設兩導線的間隔 很近，電場被束縛在兩導線之間，因此輻射很微弱；將兩導線張開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因此輻射加強。 必需指出，當導線的長度 L 遠小于波長 時，輻射很微弱；導線的長度 L 增大到可與波長相比較時，導線上的電流將大大添加，因此就能構成較強的輻射。1.2 對稱振子 對稱振子是一種經典的、迄今為止運用最廣泛的天線

13、，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地運用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見 圖1.2 a 。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，留意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半曲折合振子, 見 圖1.2 b。1.3 天線方向性的討論 1.3.1 天線方向性 發射天線的根本功能之一是把從饋線獲得的能量向周圍空間輻射出去，根本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂

14、直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈 形的立體方向圖圖1.3.1 a。立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，圖1.3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描畫天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在程度面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在程度面上各個方向上的輻射一樣大。1.3.2 天線方向性加強 假設干個對稱振子組陣，可以控制輻射，產生“扁平的面包圈 ，把信號進一步集中到在程度面方向上。以下圖是4個半波振子沿垂線上下陳列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。 也可以利用反射板可把輻射能控制到

15、單側方向，平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區覆蓋天線。下面的程度面方向圖闡明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側方向，提高了增益。 拋物反射面的運用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構成包括兩個根本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點上的輻射源。1.3.3 增益 增益是指：在輸入功率相等的條件下，實踐天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描畫一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有親密的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高?？梢赃@樣來了解增益的物理含義-為在一定的間

16、隔 上的某點處產生一定大小的信號，假設用理想的無方向性點源作為發射天線，需求100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W 。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。半波對稱振子的增益為G=2.15dBi。 4個半波對稱振子沿垂線上下陳列，構成一個垂直四元陣，其增益約為G=8.15dBi ( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。 假設以半波對稱振子作比較對象，其增益的單位是dBd。 半波對稱振子的增益為G=0dBd由于是本人跟本人

17、比，比值為1，取對數得零值。垂直四元陣，其增益約為G=8.152.15=6dBd。1.3.4 波瓣寬度 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其他的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.4 a ,在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低 3 dB功率密度降低一半的兩點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，作用間隔 越遠，抗干擾才干越強。 還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降低 10dB 功率密度降至非常之一 的兩個點間的夾角，見圖1.3.4 b。 1.3.5 前后比 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前

18、后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向輻射或接納越小。前后比F / B 的計算非常簡單- F / B = 10 Lg 前向功率密度/后向功率密度 對天線的前后比F / B有要求時，其典型值為 18 30dB，特殊情況下那么要求達35 40dB。 1.3.6 天線增益的假設干近似計算式 1天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于普通天線，可用下式估算其增益： GdBi= 10 Lg 32000 / 23dB,E 23dB,H 式中， 23dB,E 與 23dB,H 分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度； 32000 是統計出來的閱歷數據。 2對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益： GdB i=

19、10 Lg 4.5 D / 0 2 式中，D 為拋物面直徑； 0 為中心任務波長； 4.5 是統計出來的閱歷數據。 3對于直立全向天線，有近似計算式 G dBi = 10 Lg 2 L / 0 式中，L 為天線長度； 0 為中心任務波長；1.3.7 上旁瓣抑制 對于基站天線，人們經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能夠弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制 ?；镜男Яο笫堑孛嫔系呐矂佑脩簦赶蛱炜盏妮椛涫呛翢o意義的。 1.3.8 天線的下傾 為使主波瓣指向地面，安頓時需求將天線適度下傾。1.4 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定：電場的方向就是

20、天線極化方向。普通運用的天線為單極化的。以下圖示出了兩種根本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；程度極化-也是要被用到的。 1.4.1 雙極化天線 以下圖示出了另兩種單極化的情況：+45極化 與 -45極化，它們僅僅在特殊場所下運用。這樣，共有四種單極化了，見以下圖。把垂直極化和程度極化兩種極化的天線組合在一同，或者，把 +45極化和 -45極化兩種極化的天線組合在一同，就構成了一種新的天線-雙極化天線。 以下圖示出了兩個單極化天線安裝在一同組成一付雙極化天線，留意，雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射或接納兩個極化在空間相互正交垂直的波。 1.4.2 極化損失 垂直極化波要器具有垂直極化

21、特性的天線來接納，程度極化波要器具有程度極化特性的天線來接納。右旋圓極化波要器具有右旋圓極化特性的天線來接納，而左旋圓極化波要器具有左旋圓極化特性的天線來接納。 當來波的極化方向與接納天線的極化方向不一致時，接納到的信號都會變小，也就是說，發生極化損失。例如：當用+ 45 極化天線接納垂直極化或程度極化波時，或者，當用垂直極化天線接納 +45 極化或 -45極化波時，等等情況下，都要產生極化損失。用圓極化天線接納任一線極化波，或者，用線極化天線接納任一圓極化波，等等情況下，也必然發生極化損失-只能接納到來波的一半能量。 當接納天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用程度極化的接納天線接

22、納垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接納天線接納左旋圓極化的來波時，天線就完全接納不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。1.4.3 極化隔離 理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現。例如以下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為10W，結果在程度極化天線的輸出端測得的輸出功率為 10mW。1.5 天線的輸入阻抗 Zin 定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。 輸入阻抗具有電阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會減少天線從饋

23、線對信號功率的提取，因此，必需使電抗分量盡能夠為零，也就是應盡能夠使天線的輸入阻抗為純電阻?，F實上，即使是設計、調試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。 輸入阻抗與天線的構造、尺寸以及任務波長有關，半波對稱振子是最重要的根本天線 ，其輸入阻抗為 Zin = 73.142.5 (歐) 。當把其長度縮短時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐) ,標稱 75 歐 。留意，嚴厲的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。 順便指出，半曲折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即 Zin = 280 (歐) ,標稱300歐

24、。 有趣的是，對于任一天線，人們總可經過天線阻抗調試，在要求的任務頻率范圍內，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐-這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必需的。1.6 天線的任務頻率范圍頻帶寬度 無論是發射天線還是接納天線，它們總是在一定的頻率范圍頻帶寬度內任務的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的任務頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內的頻帶寬度。 在挪動通訊系統中，通常是按前一種定義的，詳細的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR 不超越 1.5 時，天線的任務

25、頻率范圍。 普通說來，在任務頻帶寬度內的各個頻率點上, 天線性能是有差別的，但這種差別呵斥的性能下降是可以接受的。1.7 挪動通訊常用的基站天線、直放站天線與室內天線 1.7.1 板狀天線 無論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優點是：增益高、扇形區方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及運用壽命長。 板狀天線也經常被用作為直放站的用戶天線，根據作用扇形區的范圍大小，應選擇相應的天線型號。1.7.1 a 基站板狀天線根本技術目的例如 頻率范圍824-960 MHz頻帶寬度70MHz增益14 17 dBi極化垂直標稱阻抗50

26、 Ohm電壓駐波比 1.4前后比25dB下傾角可調3 8半功率波束寬度程度面 60 120 垂直面 16 8 垂直面上旁瓣抑制 -12 dB互調 110 dBm1.7.1 b 板狀天線高增益的構成A. 采用多個半波振子排成一個垂直放置的直線陣B. 在直線陣的一側加一塊反射板 以帶反射板的二半波振子垂直陣為例增益為 G = 11 14 dBi C. 為提高板狀天線的增益，還可以進一步采用八個半波振子排陣 前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為 8 dBi；一側加有一個反射板的四元式直線陣，即常規板狀天線，其增益約為 14 17 dBi。 一側加有一個反射板的八元式直線陣，即加

27、長型板狀天線，其增益約為 16 19 dBi。 不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規板狀天線的一倍，達 2.4 m 左右。1.7.2 高增益柵狀拋物面天線 從性能價錢比出發，人們經常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射才干強，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達 G = 20dBi。它特別適用于點對點的通訊，例如它經常被選用為直放站的施主天線。 拋物面采用柵狀構造，一是為了減輕天線的分量，二是為了減少風的阻力。 拋物面天線普通都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統防自激而對接納天線所提出的必

28、需滿足的技術目的。1.7.3 八木定向天線 八木定向天線，具有增益較高、構造輕巧、架設方便、價錢廉價等優點。因此，它特別適用于點對點的通訊，例如它是室內分布系統的室外接納天線的首選天線類型。 八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線，其增益可達 10-15dBi。 1.7.4 室內吸頂天線 室內吸頂天線必需具有構造輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。 現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花樣很多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內部構造，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶實際的根底上，借助計算機的輔助設計，以及運用網絡分析儀進展調試，所以能很好地滿足

29、在非常寬的任務頻帶內的駐波比要求，按照國家規范，在很寬的頻帶內任務的天線其駐波比目的為VSWR 2 。當然，能到達VSWR 1.5 更好。順便指出，室內吸頂天線屬于低增益天線, 普通為G = 2 dBi。1.7.5 室內壁掛天線 室內壁掛天線同樣必需具有構造輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。 現今市場上見到的室內壁掛天線，外形花樣很多，但其內芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內部構造，屬于空氣介質型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助構造，借助計算機的輔助設計，以及運用網絡分析儀進展調試，所以能較好地滿足了任務寬頻帶的要求。順便指出，室內壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dBi。

30、2 電波傳播的幾個根本概念 目前GSM和CDMA挪動通訊運用的頻段為： GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHz CDMA: 806 - 896 MHz 806 - 960 MHz 頻率范圍屬超短波范圍；1710 1880 MHz 頻率范圍屬微波范圍。 電波的頻率不同，或者說波長不同，其傳播特點也不完全一樣，甚至很不一樣。 2.1 自在空間通訊間隔 方程 設發射功率為PT，發射天線增益為GT，任務頻率為f . 接納功率為PR，接納天線增益為GR，收、發天線間間隔 為R，那么電波在無環境干擾時，傳播途中的電波損耗 L0 有以下表達式： L0 (dB) = 10 Lg

31、PT / PR = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) 舉例 設：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz 問：R = 500 m 時， PR = ？ 解答： (1) L0 (dB) 的計算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB) 2PR 的計算 PR = P

32、T / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( W ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( W ) / 6.412 = 0.156 ( W ) = 156 ( mW ) 順便指出，1.9GHz電波在穿透一層磚墻時，大約損失 (1015) dB 2.2 超短波和微波的傳播視距 2.2.1 極限直視間隔 超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地外表波衰減很快，因此不能依托地外表波作較遠間隔 的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡單地說，空間波是在空間范圍內沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個極限直視間

33、隔 Rmax 。在最遠直視間隔 之內的區域，習慣上稱為照明區；極限直視間隔 Rmax以外的區域，那么稱為陰影區。不言而語，利用超短波、微波進展通訊時，接納點應落在發射天線極限直視間隔 Rmax內。 受地球曲率半徑的影響，極限直視間隔 Rmax 和發射天線與接納天線的高度HT 與 HR間的關系 為 ： Rmax 3.57 HT (m) +HR (m) (km) 思索到大氣層對電波的折射作用，極限直視間隔 應修正為 Rmax 4.12 HT (m) +HR (m) (km) 由于電磁波的頻率遠低于光波的頻率，電波傳播的有效直視間隔 Re 約為 極限直視間隔 Rmax 的 70% ，即 Re = 0

34、.7 Rmax . 例如，HT 與 HR 分別為 49 m 和 1.7 m，那么有效直視間隔 為 Re = 24 km。2.3 電波在平面地上的傳播特征 由發射天線直接射到接納點的電波稱為直射波；發射天線發出的指向地面的電波，被地面反射而到達接納點的電波稱為反射波。顯然，接納點的信號應該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會象 1 + 1 = 2 那樣簡單地代數相加，合成結果會隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個波長的奇數倍時，直射波和反射波信號相加，合成為最大；波程差為一個波長的倍數時，直射波和反射波信號相減，合成為最小?？梢?，地面反射的存在，使得信號強度的空間分布變得相當

35、復雜。 實踐丈量指出：在一定的間隔 Ri之內，信號強度隨間隔 或天線高度的添加都會作起伏變化；在一定的間隔 Ri之外，隨間隔 的添加或天線高度的減少，信號強度將。單調下降。實際計算給出了這個 Ri 和天線高度 HT與 HR 的關系式： Ri = 4 HT HR / l ， l 是波長。 不言而喻，Ri 必需小于極限直視間隔 Rmax。2.4 電波的多徑傳播 在超短波、微波波段，電波在傳播過程中還會遇到妨礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等)對電波產生反射。因此，到達接納天線的還有多種反射波廣義地說，地面反射波也應包括在內，這種景象叫為多徑傳播。由于多徑傳輸，使得信號場強的空間分布變得相當復雜，動

36、搖很大，有的地方信號場強加強，有的地方信號場強減弱；也由于多徑傳輸的影響，還會使電波的極化方向發生變化。另外，不同的妨礙物對電波的反射才干也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波、微波的反射才干比磚墻強。我們應盡量抑制多徑傳輸效應的負面影響，這也正是在通訊質量要求較高的通訊網中，人們經常采用空間分集技術或極化分集技術的緣由。2.5 電波的繞射傳播 在傳播途徑中遇到大妨礙物時，電波會繞過妨礙物向前傳播，這種景象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高，波長短，繞射才干弱，在高大建筑物后面信號強度小，構成所謂的“陰影區。信號質量遭到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關，和接納天線與建筑物之間的間隔 有關，

37、還和頻率有關。例如有一個建筑物，其高度為 10 米，在建筑物后面間隔 200 米處，接納的信號質量幾乎不受影響，但在 100 米處，接納信號場強比無建筑物時明顯減弱。留意，誠如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號頻率有關，對于 216 223 兆赫的射頻信號，接納信號場強比無建筑物時低16 dB，對于 670 兆赫的射頻信號，接納信號場強比無建筑物時低20dB .假設建筑物高度添加到 50 米時，那么在距建筑物 1000 米以內，接納信號的場強都將遭到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接納天線與建筑物越近，信號強度與通訊質量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接納天線與建筑物越

38、遠，影響越小。因此，選擇基站場地以及架設天線時，一定要思索到繞射傳播能夠產生的各種不利影響，留意到對繞射傳播起影響的各種要素。3 傳輸線的幾個根本概念 銜接天線和發射機輸出端或接納機輸入端的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要義務是有效地傳輸信號能量，因此，它應能將發射機發出的信號功率以最小的損耗傳送到發射天線的輸入端，或將天線接納到的信號以最小的損耗傳送到接納機輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號，這樣，就要求傳輸線必需屏蔽。 順便指出，當傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號的波長時，傳輸線又叫做長線。 3.1 傳輸線的種類 超短波段的傳輸線普通有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；

39、微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導線組成它是對稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導線分別為芯線和屏蔽銅網，因銅網接地，兩根導體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜任務頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。運用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能接近低頻信號線路。3.2 傳輸線的特性阻抗 無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用0 表示。同軸電纜的特性阻抗的計算公式為 。60/rLog ( D/d ) 歐。 式中，D 為同軸電纜外導體銅

40、網內徑； d 為同軸電纜芯線外徑； r為導體間絕緣介質的相對介電常數。 通常0 = 50 歐 ，也有0 = 75 歐的。 由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數r有關，而與饋線長短、任務頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關。3.3 饋線的衰減系數 信號在饋線里傳輸，除有導體的電阻性損耗外，還有絕緣資料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的添加和任務頻率的提高而添加。因此，應合理規劃盡量縮短饋線長度。 單位長度產生的損耗的大小用衰減系數 表示，其單位為 dB / m 分貝米，電纜技術闡明書上的單位大都用 dB / 100 m分貝百米 . 設輸入到饋線的功率為1 ，從長度為

41、 Lm 的饋線輸出的功率為2 ，傳輸損耗TL可表示為： TL 10 Lg ( 1 /2 ) ( dB ) 衰減系數為 TL / L ( dB / m ) 例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜， 900MHz 時衰減系數為 4.1 dB / 100 m ，也可寫成 3 dB / 73 m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過 73 m 長的這種電纜時，功率要少一半。 而普通的非低耗電纜，例如， SYV-9-50-1， 900MHz 時衰減系數為 20.1 dB / 100 m ，也可寫成3dB / 15 m ，也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過15 m

42、 長的這種電纜時，功率就要少一半！3.4 匹配概念 什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負載阻抗L 等于饋線特性阻抗0 時，稱為饋線終端是匹配銜接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負載的入射波，而沒有由終端負載產生的反射波，因此，當天線作為終端負載時，匹配能保證天線獲得全部信號功率。如以下圖所示，當天線阻抗為 50 歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當天線阻抗為 80 歐時，與50歐的電纜是不匹配的。 假設天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線堅持匹配，這時天線的任務頻率范圍就較寬。反之，那么較窄。 在實踐任務中，天線的輸入阻抗還會遭到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，

43、在架設天線時還需求經過丈量，適當地調整天線的部分構造，或加裝匹配安裝。3.5 反射損耗 前面已指出，當饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只需入射波，即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上恣意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去構成反射波。例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75歐姆，一個為50歐姆，阻抗不匹配，其結果是3.6 電壓駐波比 在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射

44、波和反射波相位一樣的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅max ，構成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅min ，構成波節。其它各點的振幅值那么介于波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。 反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數，記為 R 反射波幅度 L0 R 入射波幅度 L0 波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比，記為VSWR 波腹電壓幅度max 1 + RVSWR 波節電壓輻度min 1 - R終端負載阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系數 R 越小，駐波比VSWR 越接近于，匹配也就越好。 3.7 平衡安裝 信號源或負載或傳輸線，根據它們對地

45、的關系，都可以分成平衡和不平衡兩類。 假設信號源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號源，否那么稱為不平衡信號源；假設負載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負載，否那么稱為不平衡負載；假設傳輸線兩導體與地之間阻抗一樣，那么稱為平衡傳輸線，否那么為不平衡傳輸線。在不平衡信號源與不平衡負載之間該當用同軸電纜銜接，在平衡信號源與平衡負載之間該當用平行雙線傳輸線銜接，這樣才干有效地傳輸信號功率，否那么它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常任務。假設要用不平衡傳輸線與平衡負載相銜接，通常的方法是在糧者之間加裝“平衡不平衡的轉換安裝，普通稱為平衡變換器 。3.7.1 二分之

46、一波長平衡變換器 又稱“形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負載半波對稱振子之間的銜接。 “形管平衡變換器還有 1:4 的阻抗變換作用。挪動通訊系統采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調整到200歐左右，實現最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。3.7.2 四分之一波長平衡-不平衡器 利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質實現天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換。 天線根本知識與運用第一講 天線的根底知識表征天線性能的主要參數有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。1.1 天線的輸入阻抗 天線的

47、輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的銜接，最正確情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配任務就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡能夠地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣普通用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，運用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。普通挪動通訊天線的輸入阻抗為50。駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在

48、挪動通訊系統中，普通要求駐波比小于1.5，但實踐運用中VSWR應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并呵斥系統內干擾加大，影響基站的效力性能。回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在挪動通訊系統中，普通要求回波損耗大于14dB。1.2 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時構成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為程度極化波。由于電波的特性，決議了程度極化傳播的信號在貼近地面時會

49、在大地外表產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式那么不易產生極化電流，從而防止了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在挪動通訊系統中，普通均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術的開展，最近又出現了一種雙極化天線。就其設計思緒而言，普通分為垂直與程度極化和45極化兩種方式，性能上普通后者優于前者，因此目前大部分采用的是45極化方式。雙極化天線組合了+45和-45兩副極化方向相互正交的天線，并同時任務在收發雙工方式下，大大節省了每個小區的天線數量；同時由于45為正交極化，有效保證了分集接納的良好效果。其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高

50、約2dB。1.3 天線的增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的才干，它是選擇基站天線最重要的參數之一。普通來說，增益的提高主要依托減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在程度面上堅持全向的輻射性能。天線增益對挪動通訊系統的運轉質量極為重要，由于它決議蜂窩邊緣的信號電平。添加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程，添加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。另外，表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。一樣的條件下，增益越

51、高，電波傳播的間隔 越遠。普通地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。1.4 天線的波瓣寬度波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度天線的輻射圖是度量天線各個方向收發信號才干的一個目的，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系。天線垂直的波瓣寬度普通與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，在一定范圍內經過對天線垂直度俯仰角的調理，可以到達改善小區覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優化中經常采用的一種手段。主要涉及兩個方面程度波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。程度平面的半功率角HPlane Half Power beamwidt

52、h45,60,90等)定義了天線程度平面的波束寬度。角度越大,在扇區交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時，也越容易發生波束畸變,構成越區覆蓋。角度越小，在扇區交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在挪動程度上改善扇區交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產生對其他小區的越區覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，該當采用程度平面的半功率角小的天線，郊區選用程度平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角VPlane Half Power beamwidth:48, 33,15,8定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易經過調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。

53、1.5 前后比(Front-Back Ratio) 闡明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有能夠產生越區覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。普通在2530dB之間，應優先選用前后比為30的天線。第二講 天線的分類與選擇挪動通訊天線的技術開展很快，最初中國主要運用普通的定向和全向型挪動天線，后來普遍運用機械天線，如今一些省市的挪動網曾經開場運用電調天線和雙極化挪動天線。由于目前挪動通訊系統中運用的各種天線的運用頻率，增益和前后比等目的差別不大，都符合網絡目的要求，我們將重點從挪動天線下傾角度改動對天線方向圖及無線網絡的影響方面，對上述幾種天線進展分析比較。2.1 全向天線 全向

54、天線，即在程度方向圖上表現為360都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，普通情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在挪動通訊系統中普通運用與郊縣大區制的站型，覆蓋范圍大。 2.2 定向天線 定向天線，在在程度方向圖上表現為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在挪動通訊系統中普通運用于城區小區制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。根據組網的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站可根據需求選擇不同類型的天線。選擇的根據就是上述技術參數。比如全向站就是采用了

55、各個程度方向增益根本一樣的全向型天線，而定向站就是采用了程度方向增益有明顯變化的定向型天線。普通在市區選擇程度波束寬度B為65的天線，在郊區可選擇程度波束寬度B為65、90或120的天線按照站型配置和當地地理環境而定，而在鄉村選擇可以實現大范圍覆蓋的全向天線那么是最為經濟的。2.3 機械天線 所謂機械天線，即指運用機械調整下傾角度的挪動天線。機械天線與地面垂直安裝好以后，假設因網絡優化的要求，需求調整天線反面支架的位置改動天線的傾角來實現。在調整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋間隔 明顯變化，但天線垂直分量和程度分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。實際證明：機械天線的最正確下傾角度為15；當

56、下傾角度在510變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當下傾角度在10-15變化時，其天線方向圖變化較大；當機械天線下傾15后，天線方向圖外形改動很大，從沒有下傾時的鴨梨形變為紡錘形，這時雖然主瓣方向覆蓋間隔 明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區內，在相鄰基站扇區內也會收到該基站的信號，從而呵斥嚴重的系統內干擾。另外，在日常維護中，假設要調整機械天線下傾角度，整個系統要關機，不能在調整天線傾角的同時進展監測；機械天線調整天線下傾角度非常費事，普通需求維護人員爬到天線安放處進展調整；機械天線的下傾角度是經過計算機模擬分析軟件計算的實際值，同實踐最正確下傾角度有一定的偏向；機械天線調整

57、傾角的步進度數為1，三階互調目的為-120dBc。2.4 電調天線 所謂電調天線，即指運用電子調整下傾角度的挪動天線。電子下傾的原理是經過改動共線陣天線振子的相位，改動垂直分量和程度分量的幅值大小，改動合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改動傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋間隔 縮短，同時又使整個方向性圖在效力小區扇區內減小覆蓋面積但又不產生干擾。實際證明，電調天線下傾角度在1-5變化時，其天線方向圖與機械天線的大致一樣；當下傾角度在5-10變化時，其天線方向圖較機械天線的稍有改善；當下傾角度在10-15變化時，其天線方向圖較機

58、械天線的變化較大；當機械天線下傾15后，其天線方向圖較機械天線的明顯不同，這時天線方向圖外形改動不大，主瓣方向覆蓋間隔 明顯縮短，整個天線方向圖都在本基站扇區內，添加下傾角度，可以使扇區覆蓋面積減少，但不產生干擾，這樣的方向圖是我們需求的，因此采用電調天線可以降低呼損，減小干擾。另外，電調天線允許系統在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進展調整，實時監測調整的效果，調整傾角的步進精度也較高為0.1，因此可以對網絡實現精細調整；電調天線的三階互調目的為-150dBc，較機械天線相差30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。2.5 雙極化天線 雙極化天線是一種新型天線技術，組合了+45和-45兩副

59、極化方向相互正交的天線并同時任務在收發雙工方式下，因此其最突出的優點是節省單個定向基站的天線數量；普通GSM數字挪動通訊網的定向基站三扇區要運用9根天線，每個扇形運用3根天線空間分集，一發兩收，假設運用雙極化天線，每個扇形只需求1根天線；同時由于在雙極化天線中，45的極化正交性可以保證+45和-45兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求30dB，因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調天線的優點，在挪動通訊網中運用雙極化天線同電調天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網的效力質量。假設運用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需求征地建塔，

60、只需求架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節省基建投資，同時使基站規劃更加合理，基站站址的選定更加容易。對于天線的選擇，我們應根據本人挪動網的覆蓋，話務量，干擾和網絡效力質量等實踐情況，選擇適宜本地域挪動網絡需求的挪動天線：- 在基站密集的高話務地域，應該盡量采用雙極化天線和電調天線；- 在邊、郊等話務量不高，基站不密集地域和只需求覆蓋的地域，可以運用傳統的機械天線。我國目前的挪動通訊網在高話務密度區的呼損較高，干擾較大，其中一個重要緣由是機械天線下傾角度過大，天線下傾角度過大，天線方向圖嚴重變形。要處理高話務區的容量缺乏，必需縮短站距，加大天線下傾角度，