天线基础知识与原理ppt课件.ppt

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1、1,天线基础知识与原理,2010年6月,1,天线基本知识及原理,目 录,一,二,天线的波束成型简介,2,天线基本知识及原理,目 录,一,3,1、天馈系统简介 2、天线类型及各部件材质介绍 3、天线原理及指标介绍,基站天线在整个网络建设中占经费比例不到3%，但它对网络性能的影响却超过60%。在实际网优工作中，通过天线的选择与调整是简单但收效最大的方法。强化天线的性能和品质起着四两拨千斤的作用。,天线,1、天馈系统简介,2、天线类型及各部件材质介绍,电调天线,常规天线,同一款基站天线有多种设计方案来实现。设计方案涉及到天线的以下四部分：1、辐射单元（振子）2、反射板（底板）3、功率分配网络（馈电网

2、络）4、封装防护（天线罩）,反射板,振子,馈电网络,2、天线类型及各部件材质介绍-天线内部结构,移动通信天线类型,缩短套筒振子,常规套筒振子,高性能与一般型产品材质工艺对比天线振子,高性能,高性能,一般型,一般型,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,常规套筒振子VS缩短套筒振子,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,缺点,振子形式,半波振子,微带贴片,半波振子VS微带贴片,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,优点,缺点,实现方式,印制板,半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多种改进形式：,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,金属板冷冲压,锌（铝）合金压铸,2、天线

3、类型及各部件材质介绍-天线振子,比较好的65度振子,比较差的65度振子,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,比较好的90度振子,比较差的90度振子,2、天线类型及各部件材质介绍-天线振子,空气微带线馈电网络优点: 成本低，损耗小，设计自由度较大；缺点: 指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。,2、天线类型及各部件材质介绍-馈电网络,同轴电缆馈电网络优点: 稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射； 缺点: 设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。Katherin一直采用这种设计，comba的高端天线也采用这种设计。,2

4、、天线类型及各部件材质介绍-馈电网络,2、天线类型及各部件材质介绍-馈电网络,底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材,目前导电性能优良的有色金属中铝合金的性价比最高，海内外天线厂家普遍采用铝合金作为定向天线的底板，在具体规格选择方面，国内天线厂家主要使用1、3和5系列，下表以1060、3A21及5052作为各系列代表对比优缺点：,从最佳性价比角度考虑，底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用5系列板材。,底板的技术要求及工艺说明,2、天线类型及各部件材质介绍-底板,底板技术要求及工艺说明,2、天线类型及各部件材质介绍-底板,天线罩以对天线主体的封装防护为

5、目的，主要为了减缓温度、湿度、盐雾、雨淋、摄冰、大风、老化、等各种因素对天线性能的影响，国内外基站天线的天线外罩目前普遍使用的材料为PVC和玻璃钢。,玻璃钢,PVC,天线罩对比,2、天线类型及各部件材质介绍-天线罩,天线罩材料选择PVC，PVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下：,2、天线类型及各部件材质介绍-天线罩,传输线,终端张角传输线,对称振子,天线的定义： 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的功能： 能量转换导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）具有一定的方向性。,天线的辐射原理：,3、天线原理及指标介绍-天线定义,水平面波束

6、宽度 = 360 垂直面波束宽度= 78,方向图象一个“汽车轮胎”,3、天线原理及指标介绍-方向图,将“轮胎”压扁，信号就越集中，实际使用的天线就是采用一个或者多个辐射单元来实现的。,3、天线原理及指标介绍-方向图,远场测量微波暗室及其系统40米20米 20米 ；,128探头近场测量微波暗室及其系统,3、天线原理及指标介绍-方向图,天线方向图测试-辐射性能测试,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓

7、同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,25,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,定义：在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。,26,3、天线原理及指标介绍-水平面波束宽度,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多

8、径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,27,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,定义：在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。,28,3、天线原理及指标介绍-垂直面波束宽度,90o半功率角,65o半功率角,3、天线原理及指标介绍-波束宽度案例介绍,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确

9、，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，提升抗多径衰落的能力。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,30,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,定义：通过电子调节的方式优化下倾角。,31,3、天线原理及指标介绍-电下倾角度,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确

10、，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,32,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,前后比(dB) = 10 log ，典型值约为25dB目的是尽可能减少后向辐射功率,定义：是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比。,33

11、,3、天线原理及指标介绍-前后比,前后比较差,前后比较好,后瓣过强,天线后瓣较小,天线后瓣较大,3、天线原理及指标介绍-前后比案例介绍,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点

12、填充 方向图圆度,35,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,全向辐射器在各个方向上的辐射能量相等,单一偶极子的“汽车轮胎”形辐射图,偶极子比全向辐射器的增益高 2.15dB,天线相对于偶极子的增益用 “dBd” 表示天线相对于全向辐射器的增益用 “dBi” 表示如: 0dBd = 2.15dBi,天线,理想辐射单元,P1,P2,G = 10log(P1/P2),P0,定义：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同一点处所产生的信号的功率之比。,36,3、天线原理及指标介绍-天线增益,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，

13、并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,37,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,定义：对一个以一给定极化发射的无线电波而言，在接收点接收到的预期极化的功率与接收到的正交极化的功率之比。,38,3、天线原理及指标介绍-交叉极化比,分集效果优劣的指标为了获得良

14、好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,39,3、天线原

15、理及指标介绍-辐射参数,定义：降低旁瓣电平的任何方法、操作或调节。,40,3、天线原理及指标介绍-副瓣抑制,普通天线方向图,赋形天线方向图,22.5deg,317.5deg,50deg,290deg,22.5deg,317.5deg,290deg,350deg,350deg,65度 下倾6度,上侧副瓣抑制较好,没有上侧副瓣抑制,3、天线原理及指标介绍-副瓣抑制,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓

16、同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,42,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,定义：为了使天线的辐射电平更加均匀，在天线的垂直平面内，下副瓣第一零点采用赋形波束加以设计加以填充。,43,3、天线原理及指标介绍-零点填充,辐射参数评估：满足所需求的覆盖要求水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。能有效提升网络的通信质量交叉极化比决定极化分集效果

17、，网络升抗多径衰落的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓同频干扰。对网络性能有影响的辅助指标零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点；方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。,辐射参数： - 按重要性顺序排列 水平面波束宽度电下倾角度垂直面波束宽度前后比增益交叉极化比副瓣抑制 零点填充 方向图圆度,44,3、天线原理及指标介绍-辐射参数,立体图,定义：全向天线的方向图圆度是指在水平面方向图中，其最大值或最小值电平值与平均值的偏差。,45,3、天线原理及指标介绍-方向图圆度,电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加收发隔离，抑制自激等现象；交调

18、指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。,电路参数： - 按重要性顺序排列 VSWR隔离度三阶交调,46,3、天线原理及指标介绍-电路参数,定义：为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1；当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。,47,3、天线原理及指标介绍-驻波比,0.95 W,前向: 1W,回波: 0.05W,此例中，回波损耗为 10log(1/0.05) = 14dB ，VSWR (驻波比) 是对此现象的另一种度量方法,回波损耗,3、天线原理及指标介绍-驻波比,VSWR测试测试条件仪表：矢量网络分析仪及校准配件测试注意事项：仪

19、表误差校准件误差测试条件场地：微波暗室或开阔空间驻波比典型值 1.5,3、天线原理及指标介绍-驻波比测试,整个天馈系统的驻波比是影响因素包括：天线驻波、馈线系统的插入损耗、室外跳线驻波、馈线驻波、避雷器驻波、室内超柔跳线驻波比是以上所有部分驻波的综合效果。馈线的接头制作和避雷器的驻波比在工程上常常被忽视，是造成天馈系统驻波比升高的主要原因。,设天线端口驻波比1.5，电缆的损耗4dB/100米，如果其他部件制作工艺优秀，则可以算出不同电缆长度时在机房端口测得的驻波比如左表所示。,3、天线原理及指标介绍-驻波比测试,电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加

20、收发隔离，抑制自激等现象；交调指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。,电路参数： - 按重要性顺序排列 VSWR隔离度三阶交调,51,3、天线原理及指标介绍-驻波比测试,定义：某一极化接收到的另一极化信号的比例。,52,3、天线原理及指标介绍-隔离度,八端口网络分析仪,四端口网络分析仪,九端口网络分析仪,3、天线原理及指标介绍-隔离度测试,电路参数评估：保证通信质量的辅助指标电压驻波比小，提高传输效率；隔离度尽量低，增加收发隔离，抑制自激等现象；交调指标优良，避免3阶交调分量影响自身系统或其它系统的通话质量。,电路参数： - 按重要性顺序排列 VSWR隔离度三阶交调,54

21、,3、天线原理及指标介绍-电路参数,定义：指当两个或多个发射频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号频率及倍频有和差关系、并落在接收频带内的射频信号。这些信号电平足够大时，就会造成系统性能下降。,无源交调（PIM）：当两个频率f1和f2输入到天线，由于非线性效应，天线辐射的信号除频率 f1 和 f2 外，还包括有其他频率，如 2f1-f2 和 2f2-f1 (3阶) 等。,55,3、天线原理及指标介绍-三阶交调,各系统三阶、五阶交调计算：,3、天线原理及指标介绍-三阶交调,3、天线原理及指标介绍-三阶交调,目 录,二,天线的波束成型简介,58,1、波束宽度变化 2、电下倾角变化3、

22、天线的波束赋形,59,1、波束宽度变化-水平面波束宽度,65度,90度,65度基站天线底板宽度：251mm90度基站天线底板宽度：214mm,注意：通过改变天线的底板宽度与底板边界条件可以改变波束宽度,251mm,214mm,60,65度,32度,65度基站天线底板宽度：251mm32度基站天线底板宽度：500mm32度基站天线采用两排阵列设计,注意：通过增加阵列可以压缩波束宽度,1、波束宽度变化-水平面波束宽度,61,90度,32度,1、波束宽度变化-水平面波束宽度,注意：可增加角反射板使天线的水平波束宽度变窄,62,1、波束宽度变化-垂直面波束宽度,14度,9度,7度,振子个数：14度：5

23、个9度：7个7度：9个,注意：增加垂直面振子数量可以压窄垂直面波束宽度,63,2、电下倾角变化,对于间隔排列为d的N个单元阵列，当相邻单元的相位呈等相均匀分布时，天线最大波束形成于法向正前方。,当相邻单元的相位依次相差时，最大波束形成于0空间方向。,常规天线,电调天线,64,2、电下倾角变化,移相器是电调天线的重要组成部分，它通过调节馈电网络的长度来改变各振子馈电相位，实现天线波束下倾,电调天线移相器,65,3、天线的波束赋型,未赋形,赋形,赋形设计主要是通过改变馈入每个振子的幅度和相位，进行波束的优化组合，达到上侧副瓣抑制，下侧零点填充的效果。一般情况下，在优化仿真时可以通过计算得出其每个振子需要改变的权值，来达到赋型的效果,66,3、天线的波束赋型,智能天线波束赋型演示，了解赋形设计的效果。,67,