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1、天线基本原理及一般选型原则特种天线简介 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一一.无线通信组网中天线的作用无线通信组网中天线的作用把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间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收集无线电波并产生电信号 什么是天线什么是天线?将传输线中的高频电磁能将传输线中的高频电磁能转成为转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频间中的电磁
2、波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性就电磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的电磁波及必然需要了解自由空间中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。高频传输线的一些相关的知识。天线的作用天线的作用 导导线线载载有有交交变变电电流流时时，就就可可以以形形成成电电磁磁波波的的辐辐射射，辐辐射射的的能能力力与与导导线线的的长长短短和和形形状状有有关关.如如由由于于两两导导线线的的距距离离很很近近，且且两两导导线线所所产产生生的的感感应应电电动动势势几几乎乎可可以以抵抵消消，因因而而辐辐射射很很微微弱弱。如如果果将将两两导导线线张张开开，这这时时由由于于两两导导线线的的电
3、电流流方方向向相相同同，由由两两导导线线所所产产生生的的感感应应电电动动势势方方向向相相同同，因因而而辐辐射射较较强强。当当导导线线的的长长度度 L L远远小小于于波波长长时时，导导线线的的电电流流很很小，辐射很微弱小，辐射很微弱.当当导导线线的的长长度度增增大大到到可可与与波波长长相相比比拟拟时时，导导线线上上的的电电流流就就大大大大增增加加，因因而而就就能能形形成成较较强强的的辐辐射射。通通常常将将上上述述能能产产生生显显著著辐射的直导线称为振子。辐射的直导线称为振子。二二.天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理 天线可视为一个四端网络天线可视为一个四端网络 同轴线变化为天线同轴
4、线变化为天线 两两臂臂长长度度相相等等的的振振子子叫叫做做对对称称振振子子。每每臂臂长长度度为为四四分分之之一一波波长长。全全长长与与波波长长相相等等的的振振子子，称称为为全全波波对对称称振振子子。将将振振子子折折合合起来的，称为折合振子。起来的，称为折合振子。1/2波长波长一个一个1/2波长的对称振子波长的对称振子 在在800MHz 约约 200mm长长 400MHz 约约 400mm 长长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长振子振子对称振子对称振子对称振子对称振子波长波长三三.天线的工作频率范围天线的工作频率范围(带宽带宽)无无论论是是发发射射天天线线还还是是接接收收天天线线，它它们
5、们总总是是在在一一定定的的频频率率范范围围内内工工作作的的，通通常常，工工作作在在中中心心频频率率时时天天线线所所能能输输送送的的功功率率最最大大，偏偏离离中中心心频频率率时时它它所所输输送送的的功功率率都都将将减小，据此可定义天线的频率带宽。减小，据此可定义天线的频率带宽。有几种不同的定义：有几种不同的定义：一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在在移移动动通通信信系系统统中中是是按按后后一一种种定定义义的的，具具体体的的说说，就是当天线的输入驻波比就是当天线的输
6、入驻波比1.51.5时，天线的工作带宽。时，天线的工作带宽。半波振子上的场分布半波振子上的场分布在在 820 MHz 1/2 波长波长 为为 180mm,在在890 MHz 为为 170mm 175mm对对 850MHz 将是最佳的将是最佳的该天线的频带宽度该天线的频带宽度=890-820=70MHz当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在在 850MHz 1/2 波长振子波长振子最佳最佳在在 890MHz天线振子天线振子在在820MHz在天线工作频带内在天线工作频带内,天线性能下降不多天线性能下降不多,仍然是可以接受的。仍然是可以接受的。四四.自由空
7、间中的电磁波自由空间中的电磁波 .无线电波无线电波 什什么么叫叫无无线线电电波波？无无线线电电波波是是一一种种能能量量传传输输形形式式，在在传传播播过过程程中中，电电场场和和磁磁场场在在空空间间是是相相互互垂垂直直的的，同同时时这两者又都垂直于传播方向。这两者又都垂直于传播方向。无线电波无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。无无线线电电波波和和光光波波一一样样，它它的的传传播播速速度度和和传传播播媒媒质质有有关关。无无线线电电波波在在真真空空中中的的传传播播速速度度等等于于光光速速。我我们们用用公公里里秒秒表表示示。在在媒媒质质中中的的传传
8、播播速速度度为为：/，式式中中为为传传播播媒媒质质的的相相对对介介电电常常数数。空空气气的的相相对对介介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于。因因此此，无无线线电电波波在在空空气气中中的的传传播播速速度度略略小小于于光光速速，通常我们就认为它等于光速。通常我们就认为它等于光速。电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振振子子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场 可用式可用式 /表示。表示。式式中中，为为速速度度，单单位位为为米米/秒秒；为为频频率率，单单位位为为赫赫兹兹；为波长，单位为米。为波长，单位为米。由由上上述述关关系系式式不不难难
9、看看出出，同同一一频频率率的的无无线线电电波波在在不不同同的的媒媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。我我们们通通常常使使用用的的聚聚四四氟氟乙乙烯烯型型绝绝缘缘同同轴轴射射频频电电缆缆其其相相对对介介电电常常数数约约为为2.12.1，因因此此，/1.44/1.44，/1.44/1.44。波长波长无线电波的波长、频率和传播速度的关系无线电波的波长、频率和传播速度的关系 无无线线电电波波在在空空间间传传播播时时，其其电电场场方方向向是是按按一一定定的的规规律律而而变变化化的的，这这种种现现象象称称为为无无线线电电波波的的极极化化。无无线线电电波
10、波的的电电场场方方向向称称为为电电波波的的极极化化方方向向。如如果果电电波波的的电电场场方方向向垂垂直直于于地地面面，我我们们就就称称它它为为垂垂直直极极化化波波。如如果果电电波波的的电电场场方方向向与与地地面面平平行行，则则称称它它为为水水平平极极化波化波。.无线电波的极化无线电波的极化垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向-45度倾斜的极化度倾斜的极化五五.天线的极化天线的极化3.圆极化波圆极化波 如如果果电电波波在在传传播播过过程程中中电电场场的的方方向向是是旋旋转转的的，就就
11、叫叫作作椭椭圆圆极极化化波波。旋旋转转过过程程中中，如如果果电电场场的的幅幅度度，即即大大小小保保持持不不变变，我我们们就就叫叫它它为为圆圆极极化化波波。向向传传播播方方向向看看去去顺顺时时针针方方向向旋旋转转的的叫叫右右旋旋圆圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极
12、化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；即只能接收到来波的一半能量；两个天线为一个整体两个天线为一个整体V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)传输两个独立的波传输
13、两个独立的波1.双极化天线双极化天线2.极化损失极化损失 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；来波的一半能量；当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全
14、正与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。来波与接收天线极化是隔离的。隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例 1000mW(即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB3.3.(极化极化)隔离隔离 天天线线的的方方向向性性是是指指天天线线向向一一定定方方向向辐辐射射电电磁磁波波的的能能力力。对对于于接接收收天天线线而而言言，方方向向性性表表示示天天线线对对不不同同方方向向传传来来的的电电波波所
15、所具具有有的的接接收收能能力力。天天线线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.方方向向图图可可用用来来说说明明天天线线在在空空间间各各个个方方向向上上所所具有的发射或接收电磁波的能力。具有的发射或接收电磁波的能力。六六.天线辐射的方向性天线辐射的方向性顶视顶视侧视侧视1.1.方向图方向图在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把求把“面包圈面包圈”压成扁平的压成扁平的一个单一的对称振子具有一个单一的对称振子具有“面包圈面包圈”形的方向图形的方向图在这儿增益在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个
16、对称台振子一个对称台振子假设在接收机中假设在接收机中有1mW功率功率 在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 mW功率功率 更加集中的信号更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈扁平的面包圈扁平的面包圈扁平的面包圈”在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里这里,“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8m
17、W/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”将在接收机中有将在接收机中有8mW功率功率“全向阵全向阵”例如在接收机中为例如在接收机中为4mW功率功率(顶视)天线天线2.形成定向辐射的原理形成定向辐射的原理 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线3.前后比前后比 方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。前
18、向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 =10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)4.4.波束宽度波束宽度波束宽度波束宽度方位即水平面方向图120(eg)峰值峰值-10dB点点-10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60(eg)峰值峰值-3dB点点-3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向图 在在方方向向图图中中通通常常都都有有两两个个瓣瓣或或
19、多多个个瓣瓣，其其中中最最大大的的瓣瓣称称为为主主瓣瓣，其其余余的的瓣瓣称称为为副副瓣瓣。主主瓣瓣两两半半功功率率点点间间的的夹夹角角定定义义为为天天线线方方向向图图的的波波瓣瓣宽宽度度。称称为为半半功功率率（角角）瓣瓣宽宽。主主瓣瓣瓣瓣宽宽越越窄窄，则则方方向向性性越越好好，抗干扰能力越强。抗干扰能力越强。方向图旁瓣显示方向图旁瓣显示上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制增益是指在输入功率相等的条件下，增益是指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实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向即功
20、率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。副瓣越小，增益越高。七七.天线的增益天线的增益1.增益的定义增益的定义 全向天线增益与垂直波瓣宽度全向天线增益与垂直波瓣宽度 9dBd全向天线全向天线 板状天线增益与水平波瓣宽度板状天线增益与水平波瓣宽度90 180 360 半功率波瓣宽度半功率波瓣宽度半波振子半波振子带反射板的半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子以半波振子为参考的增益为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图理论辐射图一个单一对称振子具有面包一个单一对称振子具有面包圈形的方
21、向图辐射圈形的方向图辐射 一个各向同性的辐射器在所一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射有方向具有相同的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用增益用“dBi”表示表示例如例如:3dBd =5.17dBi2.dBd 和和 dBi的区别的区别2.17dB 对称振子的增益为对称振子的增益为2.17dB 3.天线增益与方向图的关系天线增益与方向图的关系 一一般般说说来来，天天线线的的主主瓣瓣波波束束宽宽度度越越窄窄，天天线线增增益益越越高高。当当旁旁瓣瓣电电平平及及前前后后比比正
22、正常常的的情情况况下下，可可用下式近似表示用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故八八.关于传输线的几个基本概念关于传输线的几个基本概念 连连接接天天线线和和发发射射（或或接接收收）机机输输出出（或或输输入入）端端的的导导线线称称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因因此此它它应应能能将将天天线线接接收收的的信信号号以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到接接收收机机输输入入端端，或或将将发发射射机机发发出出的的信信号号以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到发发射射天
23、天线线的的输输入入端端，同同时时它它本本身身不不应应拾拾取取或或产产生生杂杂散散干干扰扰信信号号。这这样样，就就要要求求传输线必须屏蔽或平衡。传输线必须屏蔽或平衡。当当传传输输线线的的几几何何长长度度等等于于或或大大于于所所传传送送信信号号的的波波长长时时就就叫叫做做长传输线，简称长线。长传输线，简称长线。1.1.天线的输入阻抗天线的输入阻抗 天天线线和和馈馈线线的的连连接接端端，即即馈馈电电点点两两端端感感应应的的信信号号电电压压与与信信号号电电流流之之比比，称称为为天天线线的的输输入入阻阻抗抗。输输入入阻阻抗抗有有电电阻阻分分量量和和电电抗抗分分量量。输输入入阻阻抗抗的的电电抗抗分分量量会
24、会减减少少从从天天线线进进入入馈馈线线的的有有效效信信号号功功率率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输输入入阻阻抗抗与与天天线线的的结结构构和和工工作作波波长长有有关关，基基本本半半波波振振子子，即即由由中中间间对对称称馈馈电电的的半半波波长长导导线线，其其输输入入阻阻抗抗为为（73.173.142.542.5）欧欧姆姆。当当把把振振子子长长度度缩缩短短时时，就就可可以以消消除除其其中中的的电电抗抗分分量量，使使天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为纯纯电电阻阻，即即使使半半波波振振子子的的输输入入阻阻抗抗为为73.
25、173.1欧（标称欧（标称7575欧）。欧）。2.2.传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗 无无限限长长传传输输线线上上各各点点电电压压与与电电流流的的比比值值等等于于特特性性阻阻抗抗，用用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗符号。表示。同轴电缆的特性阻抗 。138/138/r rlog(D/d)log(D/d)欧姆。欧姆。通常。通常。=50=50欧姆欧姆/或或7575欧姆欧姆 式中，式中，D D为同轴电缆外导体铜网内径；为同轴电缆外导体铜网内径；d d为其芯线外径；为其芯线外径；r r为导体间绝缘介质的相对介电常数。为导体间绝缘介质的相对介电常数。由由上上式式不不难难看看出出，馈馈线线特特性性阻阻抗抗
26、与与导导体体直直径径、导导体体间间距距和和导导体体间间介介质质的的介介电电常常数数有有关关，与与馈馈线线长长短短、工工作作频频率率以以及及馈馈线线终终端端所接负载阻抗大小无关。所接负载阻抗大小无关。当当馈馈线线和和天天线线匹匹配配时时，高高频频能能量量全全部部被被负负载载吸吸收收，馈馈线线上上只只有有入入射射波波，没没有有反反射射波波。馈馈线线上上传传输输的的是是行行波波，馈馈线线上上各各处处的的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不
27、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。吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10log(10/0.5)=13dB VSWR 是是反射损耗的另一种计量反射损耗的另一种计量3.3.3.3.反射系数、驻波系数与回波损耗反射系数、驻波系数与回波损耗反射系数、驻波系数与回波损耗反射系数、驻波系数与回波损耗 在在不不匹匹配配的的情情况况下下,馈馈线线上
28、上同同时时存存在在入入射射波波和和反反射射波波。两两者者叠叠加加，在在入入射射波波和和反反射射波波相相位位相相同同的的地地方方振振幅幅相相加加最最大大，形形成成波波腹腹；而而在在入入射射波波和和反反射射波波相相位位相相反反的的地地方方振振幅幅相相减减为为最最小小，形形成成波波节节。其其它它各各点点的的振振幅幅则则介介于于波波幅幅与与波波节节之之间间。这这种种合合成成波波称称为为驻驻波波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度反射波幅度 （。）。）反射系数反射系数 入射波幅度入射波幅度 （。）。）驻驻波波波波腹腹电电压压与与波波节节电电压压幅幅度度之之
29、比比称称为为驻驻波波系系数数，也也叫叫电电压压驻驻波比波比(VSWR)(VSWR)驻驻波波腹波波腹电压电压幅度最大幅度最大值值max max （1+1+）驻驻波系数波系数 驻驻波波波波节电压辐节电压辐度最小度最小值值min min （1-1-）终终端端负负载载阻阻抗抗和和特特性性阻阻抗抗越越接接近近，反反射射系系数数越越小小，驻驻波波系系数数越接近于，匹配也就越好。越接近于，匹配也就越好。驻波比、反射损耗和反射系数驻波比、反射损耗和反射系数5 典型的移动基站天线技术指标综述典型的移动基站天线技术指标综述 频率范围频率范围MHz820-890频带宽度频带宽度MHz70增益增益dBi15.5极化极
30、化垂直极化垂直极化阻抗阻抗 50驻波系数驻波系数1.5半功率半功率(3dB)方位方位64俯仰俯仰1510分贝分贝(10dB)波束宽度波束宽度方位方位120俯仰俯仰30前后比前后比dB30俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB-12俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dB-14机械下倾角机械下倾角(推荐推荐)67 基站天馈系统基站天馈系统基站天馈系统示意图基站天馈系统示意图8防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/8“）5馈线卡馈线卡6走线架走线架4接地装置接地装置3接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带绝缘胶带1天线调节支架天线调节支架GSM/CDMA板状天线板状天线抱杆（抱杆（50
31、114mm）2室外馈线室外馈线9室内超柔馈线室内超柔馈线7馈线过线窗馈线过线窗基站主设备基站主设备1天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度，范围为：015；2 室外跳线 用于天线与7/8主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 馈线，长度一般为3米。3 接头密封件 用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。4 接地装置（7/8馈线接地件）主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，接地点方向必须顺着电流方向。GSM/CDMA基站天馈系统基站天馈系统GSM/
32、CDMA基站天馈系统基站天馈系统5 7/8馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。常用的7/8卡子有两种；双联和三联。7/8双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。8 防雷保护器（避雷器）主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。GSM/CDMA基站天馈系统基站天馈系统9 室内超
33、柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2超柔馈线，长度一般为23米。由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。10 尼龙黑扎带 主要有两个作用：（1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后，再将尼龙扎带剪断去掉。（2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。11 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。九九.超短波的传播超短波的传播 无无线线电电波波的的波波长长不不同同，传
34、传播播特特点点也也不不完完全全相相同同。目目前前GSMGSM和和CDMACDMA移移动动通通信信使使用用的的频频段段都都属属于于UHFUHF（特特高高频频）超超短短波波段段，其其高高端属于微波。端属于微波。超短波和微波的视距传播超短波和微波的视距传播 超超短短波波和和微微波波的的频频率率很很高高，波波长长较较短短，它它的的地地面面波波衰衰减减很很快快。因因此此也也不不能能依依靠靠地地面面波波作作较较远远距距离离的的传传播播，它它主主要要是是由由空空间间波波来来传传播播的的。空空间间波波一一般般只只能能沿沿直直线线方方向向传传播播到到直直接接可可见见的的地地方方。在在直直视视距距离离内内超超短短
35、波波的的传传播播区区域域习习惯惯上上称称为为“照照明明区区”。在在直直视视距距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知 AB3.57(HT+HR)(公里公里)由于大气由于大气层对层对超短波的折射作用，有效超短波的折射作用，有效传传播直播直视视距离距离为为 AB AB4.12 4.12(HT+HR)(公里公里)BARTRRO接收天线高HR发射天线高HT1.1.电波的多径传播电波的
36、多径传播 电电波波除除了了直直接接传传播播外外，遇遇到到障障碍碍物物，例例如如，山山丘丘、森森林林、地地面面或或楼楼房房等等高高大大建建筑筑物物，还还会会产产生生反反射射。因因此此，到到达达接接收收天天线线的的超超短短波波不不仅仅有有直直射射波波，还还有有反反射射波波，这这种现象就叫多径传输。种现象就叫多径传输。由由于于多多途途径径传传播播使使得得信信号号场场强强分分布布相相当当复复杂杂，波波动动很很大大；也也由由于于多多径径传传输输的的影影响响，会会使使电电波波的的极极化化方方向向发发生生变变化化，因因此此，有有的的地地方方信信号号场场强强增增强强，有有的的地地方方信信号号场场强强减减弱弱。
37、另另外外，不不同同的的障障碍碍物物对对电电波波的的反反射射能能力力也也不不同同。例例如如：钢钢筋筋水水泥泥建建筑筑物物对对超超短短波波的的反反射射能能力力比比砖砖墙墙强强。我我们们应应尽尽量量避避免免多多径径传传输输效效应应的的影影响响。同同时时可可采采取取空间分集或极化分集的措施加以对应。空间分集或极化分集的措施加以对应。多径传播与反射多径传播与反射 2.2.用分集接收改善信号电平用分集接收改善信号电平 .电波的绕射传播电波的绕射传播电波的绕射传播电波的绕射传播 电电波波在在传传播播途途径径上上遇遇到到障障碍碍物物时时，总总是是力力图图绕绕过过障障碍碍物物，再再向向前前传传播播。这这种种现现
38、象象叫叫做做电电波波的的绕绕射射。超超短短波波的的绕绕射射能能力力较较弱弱，在在高高大大建建筑筑物物后后面面会会形形成成所所谓谓的的“阴阴影影区区”。信信号号质质量量受受到到影影响响的的程程度度不不仅仅和和接接收收天天线线距距建建筑筑物物的的距距离离及及建建筑筑物物的的高高度度有有关关，还还和和频频率率有有关关。例如一个建筑物的高度为米，在距建筑物米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱分贝，当接收兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱分贝。如果建筑物的高度增加到米时，则在距建筑物米
39、以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也也就就是是说说，频频率率越越高高，建建筑筑物物越越高高、越越近近，影影响响越越大大。相相反反，频频率率越越低，建筑物越矮、越远，影响越小。低，建筑物越矮、越远，影响越小。因因此此，架架设设天天线线选选择择基基站站场场地地时时，必必须须按按上上述述原原则则来来考考虑虑对对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。十十.网络优化中的天线网络优化中的天线1.)方向图方向图(1)(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关1.天线参数在移动组网中的应用天线
40、参数在移动组网中的应用（2 2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布2.)通信方程式通信方程式。PT(dB)=PR(dB)+20log4R(m)/min(m)-GT(dBi)-GR(dBi)+Lc(dB)+L0(dB)式中 Lc是基站发射天线的馈线损耗 L0是传播途中的电波损耗 在系统设计时，对最后一项电波传播损耗L0要留有足够的 余量，一般电波传播损耗与传播途中自然条件有关如经过树 林和土木建筑时有1015dB损耗、经过钢筋水泥墙时约有 2530dB损耗,对于800MHz、900MHz、的CDMA和GSM、通常认为手机的接收门限-104dBm,而
41、实际接收的信号应高出10dB左右才能保证手机收到的信号达到要求得信噪比、实际上，为了保持良好的通信往往按接收功率约-70dBm来计算。发射功率为PT=20w=43dBm接收功率为PR=-70dBm馈线损耗为Lc=2.4dB(约60米长馈线）手机接收天线增益Gr=1.5dBi工作波长=33.333cm(f0=900MHz)上述通信方程变为：43dBm-(-70dBm)+GT+1.5dBm=32dB+20logR(m)+2.4dB+L0可得出:80.1dB+GT(dBi)=20logR(m)+L0当GT(dBi)20logR(m)-80.1dB+L0时可认为能保持系统良好通信 设 基站有如下常数在
42、1公里距离内能保持良好的通信在上述同样损耗条件下，如果发射天线增益GT=17dBi即提高6dBi则通信距离可增加一倍R=2km另外 如果在上述计算中，保持GT=11dB不变，而是L0减少20dB，则R可增加10倍，即R=10km,而传播损耗与周围的自然条件密切相关，在城区高层建筑高而密集，传播损耗大、在郊区农村、房屋低而稀疏传播损耗小，因此即使通信系统的设置完全相同、由于使用环境的不同也会使覆盖的功率有不同的结果，从而影响通信效果 所以在选择基站天线时，必须根据应用环境来选择不同类型、不同规格的基站天线如果基站采用全向天线GT=11dBi,收发天线距离R=1000m 带入上式得L031.1dB
43、时S40mSS18o由于天线的垂直波束如图所示，在前面的计算中，我们所给GT值实际上是在波束的主轴线上的值。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者有足够的功率覆盖，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。二、二、网络优化中的天线网络优化中的天线 1、网络优化的概念、网络优化的概念 无线网络优化是指按照一定的准则对通信网络的规划、设计进行合理的调整，使网络运行更加可靠与基站的距离d来决定经济，网络服务质量
44、优良、无线资源利用率较高，这是对用户及营运商都是十分重要的。网络服务的质量ITU-T建议E800对服务的质量划分为六项，内容如下：业 务质 量业务保障性 能业务运用性 能业务安全性 能服务能力业务接入能力性能业务保持能力性能业务完善性 能 六项服务中与网络优化有关的服务能力有三项。业业务务接接入入能能力力。即在用户请求时在一定的容量限制和其他给定条件内，得到业务的能力，在移动通信中该项性能可看作呼损问题。业业务务保保持持能能力力。即在一经接通后就能在给定的时间及条件下，保持通信的能力，通常又称掉话问题。业务完善能力。业务完善能力。即在通信中保证通话质量、防止干扰的问题。2、网络优化的主要内容、
45、网络优化的主要内容 按照前面所说到的服务能力要求可归结出网络优化的主要内容为：力争作到网络的无缝隙覆盖至少达到90%，覆盖区无盲区，同时保证照射区内达到最低接收电平；无线资源的合理配置，提高频率的复用系数，扩大网络的容量；减少干扰，降低掉话率，提高切换成功率。上述三项内容集中起来就是网络容量及网络覆盖两个方面问题。这些都与基站天线参数的正确选择与调整密切相关。3、网络优化中天线的作用网络优化中天线的作用 1）为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重为达到无缝隙覆盖，正确选择基站天线的参数十分重要对于要对于800MHz和和900MHz频段的频段的GSM、CDMA数字移动数字移动通信网基站，
46、我们选用国内现有基站天线有如下几个一般通信网基站，我们选用国内现有基站天线有如下几个一般原则建议：原则建议：根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：arch/（r/2）（式中（式中 为波束倾角为天线高度，为站间距离）为波束倾角为天线高度，为站间距离）（a）对话务量高密集区，基站间距离）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出米，计算得出 大约在大约在1019之间。采用内置电下倾之间。采用内置电下倾9的的+45双极化水平半双极化水平半功率瓣宽功率瓣宽65定向天线定向天线。再加上机械可变。再加上机械可变15的倾角，可以保
47、证的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾方向图水平半功率宽度在主瓣下倾1019内无变化。经使用内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖的要求。证明完全可满足对高密集市区覆盖的要求。（b）对话务量中密集区，基站间距离大于）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，米，大约在大约在616之间可选择之间可选择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾6的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽65定向天线定向天线，可以保证主瓣在下倾的，可以保证主瓣在下倾的616内水平半功率宽内水平半功率宽度无变化。可满足对中密度话区覆盖的要求。度无变化。可满足对中密度话区覆盖的要求。（c）对话务量低密集区，基站
48、间距离可能更大一些，）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，大约在大约在313之间。可选择之间。可选择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾3的水平半功率的水平半功率瓣宽瓣宽65定向天线定向天线，可保证主瓣在下倾的，可保证主瓣在下倾的313内内 话话务务量量不不大大，主主要要考考虑虑覆覆盖盖大大的的要要求求，基基站站间间距距很很大大，可可以以选选用用单单极极化化，空空间间分分集集，增增益益较较高高的的（17dB）65定定向向天天线线（三扇区）、或（三扇区）、或17dB90定向天线定向天线(双扇区，如下图双扇区，如下图)。2）在县城及城镇地区在县城及城镇地区水平半功率宽度无变化，可满足对
49、低密话区覆盖的要求。水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖的要求。话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线可选高增益全向天线HTQ-09-11。根据基站架设高度，可。根据基站架设高度，可选择主波束下选择主波束下倾倾3、5、7的全向天线。的全向天线。3）在乡镇地区在乡镇地区4）在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线在铁路或公路沿线及乡镇，可选择三种天线（1）双扇区型，两个区）双扇区型，两个区180划分，可选择单极化。划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为波瓣宽度为90最大增益为最大增益为1718dBi的定向天线的定向天线
50、，两天，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下页左图：方向图为下页左图：（2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线（例（例HTSX-09-14），它的双向），它的双向3dB波瓣宽度为波瓣宽度为70，最大增益为，最大增益为14dBi。其方向。其方向图为下右图：图为下右图：（3 3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖