第9章天线原理与安装.ppt

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1、天线知识-第九章 移动基站天线原理与安装移动基站天线原理与安装天 线一一 移动基站天线的有关概念移动基站天线的有关概念1 1、无线电波的基本知识、无线电波的基本知识 2 2、超短波的传播、超短波的传播 3 3、天线辐射电磁波的基本原理、天线辐射电磁波的基本原理 4 4、关于传输线的几个基本概念、关于传输线的几个基本概念 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 6、通信距离方程、通信距离方程 7、基站天馈系统、基站天馈系统 8、抛物面天线简介、抛物面天线简介 无线电波无线电波 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传

2、播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同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。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：公里秒表示。在媒质中的传播速度为：/，式中，式中为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于相对介电常数很接近，略大于。无线电波无线电波有点象一个池塘上的波

3、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。因此，无线电波在空因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光，通常我们就认为它等于光速。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子振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。式中，为速度，单位为米式中，为速度，单位为米/秒；秒；为频率，单位为赫芝；为频率，单位为赫芝；为波长，单位为米。为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一

4、样。质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数电常数约为约为2.12.1，因此，因此，/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 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变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，我们就称它为波的极化

5、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化波。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1.3 天线的极化天线的极化 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双极化天线双极化天线 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两个独立的波1.4 圆极化波圆极化波 如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆如果

6、电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，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

7、有右旋圆极化特性的天线来接收；而左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。产生极化损失。1.5 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

8、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。1.6 (极化极化)隔离隔离 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

9、况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB2 2 超短波的传播超短波的传播 无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSMGSM和和CDMACDMA移动通信使用的频段都属于移动通信使用的频段都属于UHFUHF（特高频）超短波段，其高（特高频）超短波段，其高端属于微波。端属于微波。2.1 2.1 超短波和微波的视距传播超短波和微波的视距传播 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来因此也不能依靠地面波作较远距

10、离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照明区照明区”。在直视距。在直视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)由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为由于

11、大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为 ABAB4.12 4.12(HT+HR)(公里公里)BARTRRO接收天线高HR发射天线高HT2.2 2.2 电波的多径传播电波的多径传播 电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。种现象就叫多径传输。由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很

12、大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采取强。我们应尽量避免多径传输效应的影响。同时可采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 用分集接收改善信号电平用

13、分集接收改善信号电平2.2.电波的绕射传播电波的绕射传播 电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区阴影区”。信号质量受到影响。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。和频率有关。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例如一个建筑物的高度为米，

14、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，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。则在距建筑物米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱

15、。也就也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。低，建筑物越矮、越远，影响越小。因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑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。3 3 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关辐射的能力与导线的长短和形状有关.如果

16、导线位置如由于两如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱导线的电流很小，辐射很微弱.当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子辐射的直导线称为振子。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线变化为天线 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合波长。全长与波长相等的振子，称为