本課程為天線基礎，共二部分內容：

一、天線工作原理簡介

二、天線的技術參數說明

第一部分天線工作原理簡介

在繼續論述天線相關理論之前必須首先介紹各向同性（Isotropic）天線。各向同性天線是一種理論模型，實際中并不存在，它把天線假設為一個輻射點源，能量以該點為中心以電磁場的形式向四周均勻輻射，為一球面波。半波振子是GSM基站主用天線的基本單元，半波振子的優點是能量轉換效率高單振子輻射呈圈餅狀(Dipole)各向同性輻射體(Isotropic)方向圖立體圖什么是天線？把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發射到空間…...收集無線電波并產生電信號波長1/2波長1/2波長極子的長度

800MHz~200mm長度

400MHz~400mm長度1/4波長h1/4波長1/2波長Dipole振子是天線應用中最普遍采用的一種方式。振子的長度與工作頻率的波長成對應關系。

λ＝Ｖ/ｆ振子820MHz的1/2波長~180mm,890MHz的1/2波長~170mm天線應取值在~850MHz-175mm天線帶寬=890-820=70MHz振子的工作性能與其長度和波長的匹配有關：Optimum1/2wavelengthfordipoleat850MHzat890MHz天線振子at820MHz俯視圖側視圖單振子工作時呈圈餅形。天線控制原理增益=10log(4mW/1mW)=6dBd單振子

接收端產生1mW的功率幾個振子排成一列

接收端產生4mW功率信號集中振子一般組合成列。天線控制原理功率由于反射在同一方向上疊加，從而增加增益。定向天線的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd“定向天線”

接收端產生8mW功率“全向天線”

接收端產生4mW功率(俯視)天線振子列的側面放置一塊反射板。天線控制原理第二部分天線主要技術指標增益表征天線向一定方向輻射電磁波的能力。一般是指天線在某一規定方向上的輻射功率通量密度與自由空間的各向同性理想點源天線在相同輸入功率時最大輻射功率通量密度之比值，用符號G表示，單位為dBi(如圖)。增益與天線的方向圖有關。方向圖中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高?？梢钥闯龈叩脑鲆媸且詼p小天線波束的照射范圍為代價的。單振子輻射呈圈餅狀(Dipole)各向同性輻射體(Isotropic)“dBd”以半波振子為基準“dBi”以各向同性輻射體為基準eg:3dBi=5.15dBd2.15dB以各向同性輻射體為基準的振子增益為2.15dBdBd和dBi基站天線增益（總結）天線的增益：一般指天線在其最大輻射方向上的增益，是和基準天線相對比的一個相對值，有時也稱為功率增益。對無線覆蓋率和話音質量有較大的影響?？赡芤匀缦路绞浇o出：

dBi:基準天線為各向同性輻射器(全向天線）；

dBd:基準天線為自由空間的半波振子（偶極子天線）；

0dBi=2.15dBddBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）dB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）頻帶寬度天線的工作頻帶寬度簡稱為帶寬，它是指天線的電性能都符合產品標準所規定的要求的頻率范圍。無論發射天線和接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內工作的，天線工作在中心頻率時性能最好，在工作頻帶內性能變化不大。通常有以下幾種情況來定義天線的頻帶寬度：增益下降3dB時的頻帶寬度；在規定的駐波比下的頻帶寬度。各網絡頻率范圍移動：935-954MHz890-909MHz(19M帶寬)聯通：954-960MHz909-915MHz(6M帶寬)CDMA:820-896MHzWCDMA：2110-2170MHz1920-1980MHz

目前TD有三個頻段1880-1920MHz、2010-2025MHz、

2300-2400MHz(共155M帶寬)前后比（dB）=10log 常見的在25dB左右(前瓣功率)(后瓣功率)主瓣功率與后瓣功率比（前后比）即天線中前向主瓣功率與后向主瓣功率的比值。后瓣功率主瓣功率關于前后比在實際應用中應注意的方面前后比是天線前向和后向之間的功率比值，一般來講，前后比是越大越好。防止天線后向信號干擾天線后方的前向信號。尤其應用在城市中密集住宅小區，最好能達到30db，可以有效降低后瓣對高層建筑的室內干擾。現在一般的天線前后比為20db左右；全向天線是沒有前后比的。天線的前后比在一般情況下當然是越大越好，但是在某些特定的條件下也并不絕對是這樣，比如，以兩扇區的定向站連續覆蓋高速公路時，由于大多數用戶都是快速移動用戶，為保證切換的正常進行，定向天線的前后比不宜太大，否則可能會由于兩定向小區交疊深度太小而導致切換不及時造成掉話的情況。（同時要考慮塔型因素）天線的方向性天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示.

方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發射或接收電磁波的能力。天線方向圖65°峰值

-3dB點

-3dB點3dB波束寬度水平面方向圖垂直面方向圖峰值-3dB點-3dB點15°(eg)立體方向圖15°水平半功率角120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dB波束寬度60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB波束寬度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB垂直半功率角波束寬度

（水平半功率角和垂直半功率角）水平半功率角和垂直半功率角的關系G=30000/水平半功率角*垂直半功率角

天線增益=10*log

G

天線增益計算舉例見PPT天線增益計算

增益、水平半功率角和垂直半功率角的關系

零點填充零點填充：基站天線垂直面內采用賦形波束設計時，當固定在一定高度的天線照射在一有限的水平面區域內，天線的垂直方向圖表明由于有旁瓣零點的存在，在需要覆蓋的區域就有可能產生盲區問題。為了使業務區內的輻射電平更均勻，下副瓣第一零點需要填充，不能有明顯的零深。通過垂直平面的余割平方賦形波束設計，可以消除主瓣下方的零點，從而使所需覆蓋區域有相等的接收信號電平。該技術也稱為零點填充技術。高增益天線由于其垂直波束寬度較窄，尤其需要采用零點填充技術來有效改善近處覆蓋。通常零深相對于主波束大于-26dB即表示天線有零點填充，有的供應商采用百分比來表示，如某天線零點填充為10%，這兩種表示方法的關系為：Y(dB)＝20log(X%/100%)如：零點填充10%，即X=10；用dB表示：Y=20log(10%/100%)＝－20dB由于基站天線均架設于高塔上，這樣為保證處于地面上的接收者有足夠的功率覆蓋，天線就必須傾斜，具體傾斜角度由塔高和用戶另外由天線垂直方向圖也可看出，當地面上所處的位置正好處于波束的零值點照射后則出現了“塔下黑”的現象，解決“塔下黑”的方法最好是采用零值填充天線，其次通過使波束下傾也可緩解“塔下黑”的區域。-150-120-90-60-3003060901201501800-10-20-30-150-120-90-60-3003060901201501800-10-20-30旁瓣抑制上旁瓣抑制：

1、對于小區制蜂窩系統，為了提高頻率復用效率；

2、為減少對鄰區的同頻干擾。

基站天線波束賦形時應盡可能降低那些瞄準干擾區的副瓣，提高D/U值（有用和無用信號強度之比），上第一副瓣電平應小于-18dB，對于大區制基站天線無這一要求。

方向圖旁瓣顯示

。

上旁瓣抑制下旁瓣抑制負載阻抗匹配是指負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗的情形，此情況下，傳輸線只有從信源到負載的入射波，無反射波。如果反射波較大，波腹電場比行波電場大，容易擊穿。負載阻抗匹配一般采用阻抗匹配器。

Cable

50ohms

Antenna

50ohms 80ohms阻抗匹配反射系數T＝丨80-50丨/丨80+50丨，VSWR=丨1+T丨/丨1-T丨；回波損耗為20log丨T丨=12.76dB天線輸入阻抗與特性阻抗不一致，產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波。電壓駐波過大，將縮短通信距離，容易燒壞功放管。電壓反射系數為任意一點反射波電壓與入射波電壓之比。

VSWR（電壓駐波比）為相鄰電壓最大值與最小值之比。（VSWR最大值應小于或等于1.5:1，即入射阻抗應小于75ohms）9.5W80ohms天線輸入阻抗50ohms天線特性阻抗Forward:10WReturn:0.5W回波損耗極化無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。垂直極化水平極化+45度傾斜-45度傾斜天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向水平極化和垂直極化的比較由于水平極化天線的路徑損耗大于垂直極化天線（水平極化波的去極化機會大于垂直極化波）。從發射的角度來看，由于垂直于地面的手機更容易與垂直極化信號匹配，因此垂直單極化天線會比其他非垂直極化天線的覆蓋效果要好一些。

V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)2個獨立波雙極化天線2個天線振子位于一個單元內（補充）極化損失

當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。端口隔離度專指雙極化天線，指一個極化方向的輸入功率與反映到另一極化方向上的輸出功率的比值。收發共用時，端口之間隔離度應大于30dB。1000mW(ie1W)1mW隔離度10log(1000mW/1mW)=30dB端口隔離度三階互調是指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率混合后所產生的噪音信號?；フ{產生本來并不存在的“錯誤”信號，此信號會被系統誤認為是真實的信號?；フ{可由有源元件（無線電設備、二極管）或無源元件（電纜、接頭、天線、濾波器）引起。頻率A及B上的載波，產生如下交調信號：1階：A，B2階：（A+B），（A-B）3階：（2A±B），（2B±A）4階：（3A±B），（3B±A），（2A±2B）≤-150dBc(@20W)三階交調(dBm)(2×43dBm)≤107dBm功率容量是指按規定的條件在規定的時間周期內可連續地加到天線上而又不致降低其性能的最大連續射頻功率。天線波束的下傾波束下傾用于：控制覆蓋、減小交調兩種方法:機械下傾、電下傾無下傾電下傾機械下傾電下傾情況下的波束覆蓋無下傾電下傾機械下傾情況下的波束覆蓋無下傾機械下傾下傾方法的比較10°電下傾10°機械下傾6°電下傾+4°機械下傾如何實現可變電下傾天線的下傾方式可以分為機械下傾和電子下傾兩種。天線的機械下傾角度過大時會導致天線方向圖嚴重變形（即主瓣前方產生凹坑），對網絡的覆蓋和干擾帶來許多不確定因素，因此機械下傾角不宜過大。電子下傾通過改變天線振子的相位使得波束的發射方向發生改變，與原來沒有下傾時相比，各個波瓣的功率下降幅度是相同的，從而避免了前述機械下傾時所帶來的缺陷。天線下頃角調整（補充）機械天線與電調天線的區別電調天線與地面垂直安裝（可以選擇0°～5°機械下傾），天線安裝好以后，在調整天線下傾角度過程中，天線本身不動，是通過電信號調整天線振子的相位，改變水平分量和垂直分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，使