完整天线的种类及选型.docx

1、完整天线的种类及选型（完整）天线的种类及选型（完整）天线的种类及选型编辑整理:尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是山我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们 对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（完整）天线的种类及选型） 的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进 步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以 下为（完整）天线的种类及选型的全部内容。（完整）天线的种类及选型1天线的基本原理天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间

2、电磁波转化 成传输线中的电磁能的专用设备。在移动网络通信中从基站天线到用户手机天线, 或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中所 占的位置是十分明显的。因此，网络优化也就自然与天线密切相关。在无线通信系统中，天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。同一副天线 既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把 电磁波转换为高频电流。在选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。电气性能主要包括工作频 段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后 抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械 性能

3、主要包括:尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等。基站所用天线类型按辐射方向来分主要有:全向天线、定向天线.按极化方式来区分主要有:垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线 （也叫双极化天线）.上述两种极化方式都为线极化方式。圆极化和椭圆极化天线 一般不采用.按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各向同性（Isotropic）天线。各 向同性天线是一种理论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐射点源，能 量以该点为中心以电磁场的形式向四周均匀辐射，为一球而波.另外全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向 是有方向性的

4、。它与各向同性天线是两个不同的概念。半波振子是基站主用天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率高。为了便于介绍，先从天线的几个基本特性谈起。（见下图）（完整）天线的种类及选型天一的扌日标牛例 基站天馈系统示意图(45IKI 14mm)11天线的基本特性1.1.1天线辐射的方向图天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射 场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的 称为相位方向图.天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平而內的方向图 来表示，称为平面方向图。一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而 言，有全向天线与定向天

5、线之分而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如 心型、8字形等。（完整）天线的种类及选型天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得 的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某 些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫 主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推.对于定向天线，还存在后瓣。下图是定向天线的水平及垂直方向图。水平面方向图3（完整）天线的种类及选型W K M垂直面波束图卍图2定向天线水平与垂直方向图波束宽度也是天线的重要指标之一，它包括水平半功率角与垂直半功率角分 别定义为在水平方向或垂直方向相对于最

6、大辐射方向功率下降一半（3dB）的两点 之间的波束宽度.常用的基站天线水平半功率角有360、210、120、90、 65、60、45、33 等，垂直半功率角有 6。5、13、25、78 等.前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向 180 30以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比在 1845dB之间.对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线。（完整）天线的种类及选型零点填充，基站天线垂直而内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射 电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。高增益天线由于其垂 直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来

7、有效改善近处覆盖.通常零深相对 于主波束大于-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某 天线零点填充为10%,这两种表示方法的关系为：Y （dB） =20lg（X%/100%）如:零点填充 10%,即 X=10;用 dB 表示：Y=20lg（10%/100%） =20dB上副瓣抑制，对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率，减少对邻区的 同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高D/U 值（有用和无用信号强度之比），上第一副瓣电平应小于-18dB,对于大区制基站 天线无这一要求.1o 1o 2天线的增益.天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率

8、放大器增益的概念不同功 率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是 通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向.增益是天线的重要 指标之一,它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两 个：dBi、dBd.两者之间的关系为：dBi=dBd+2o 17dBi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的 相对能力，i”即表示各向同性 IsotropicodBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中 的相对能力，“d”即表示偶极子Dipole.两种增益单位的关系见图1：（完整）天线的种类及选型图

9、1 dBi与dBd的关系天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平半功率角和垂直半功率角有关。1o 1.3天线的驻波比天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。驻波比的定义：Umax馈线上波腹电压；Um i n 馈线上波节电压.驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收 （辐射）、产生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差.那么，驻波比差，到底有哪些坏处？在工程上可以接受的驻波比是 多少？ 一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进 行折中权衡的。（1） VSWR1,说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低 了天线的辐射功率；（2

10、） 增大了馈线的损耗。7/8 ”电缆损耗4dB/100m,是在VSWR二1 （全匹配）情况下测的；有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低(完整)天线的种类及选型了馈线向天线的输入功率；(3)在馈线输入端A,失配严重时，发射机T的输出功率达不到设计 额定值。但是，现代发射机输出功率允许在一定失配情况下如(VSWRV 1.7或2.0)达到额定功率。经过计算，驻波比对天线反射功率、所增大的馈线损耗与完全匹配(VSWR二1)时相比，所减小的总辐射功率的关系，见下表.VSWR反射功率百分 比增大馈线损耗(dB)(50米馈线加跳线约2.5dB自然 损耗)与完全匹配(VSWR=1)相比减小的 辐射功 率(

11、dB)减小辐射 功率百分 比3.06.025% (1.25dB)0o 92o 1540%2o 09.511% (0o 5dB)0.360o 8618%1.811o 08%(0o 36dB)0.310. 6714%1o 514.04% (0o 17dB)0. 190o 368%1o 415o 52o 8% (0. 12dB)0o 090. 214o 7%1.317o 51.7% (0. 07dB)0o 060. 132.9%1o 221.00o8%(0. 03dB)0.040o 071. 1%从上表可以看出:(1)VSRW二3。0时，天线反射25%的功率(1.25dB),馈线新增损耗0。 9dB

12、,与完全匹配(VSRW=1)相比，功率多损失40%(2o 15dB)；(2)VSWR=1 o 5时，天线反射4%的功率(0. 17dB),馈线新增损耗0。 19dB,与完全匹配(VSWR=1 )相比，功率多损失8%(0o 36dB);(3)VSWR=1 o 4时，天线反射2o 8%的功率(0。12dB),馈线新增损 耗0。09dB,与完全匹配(VSWR=1)相比，功率多损失4. 7% (0. 21dB)；(4)VSWR=1.3时，天线反射1.7%的功率(0.07dB),馈线新增损耗0。 06dB,与完全匹配(VSWR=1)相比，功率多损失2. 9% (0o 13dB)o可见，VSWR=1 o

13、3与VSWR=1.5相比，功率损失仅减少了 0. 23dB,这在 移动通信的衰落传播中，影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得 多。（完整）天线的种类及选型不要盲目一味追求低的驻波比！1o 1.4天线的极化极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时， 通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐 射方向上的电场矢量来说的。电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时 以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波，与地而垂直的波 叫垂直极化波.电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨 迹是圆，称

14、圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化 波都有旋相性。不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用 垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其木质都是线极化方式。 双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，提高基站接收信 号质量的,通常有0 /90、45 /-45两种。对于CDMA频段，水平极化波的传 播效果不如垂直极化，因此目前很少采用0。/90的交叉极化天线.（完整）天线的种类及选型特别值得一提的双极化天线，它是在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化两副天线做在一

15、起的天线。见下图）Q1.1.5 下倾（Downti It）天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种 重要手段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通 过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角；而电子下倾是通过改变天 线振子的相位来控制下倾角。当然在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一 起进行.电子下倾天线一般倾角固定，即我们通常所说的预置下倾.最新的技术是倾角 可调的电子下倾天线，为区分前面的电子下倾天线，这种天线我们通常称作电调天 线。下图为机械调节下倾角和电子调节下倾角的模拟覆盖比较效果图（完整）天线的种类及选型1.1o 6端口隔离度

16、对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的 隔离度应大于30dBo1. 1.7功率容量指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功 率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W），若天线 的一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W,因此天线的单端口功 率容量应大于200W （环境温度为65“C时）。1.1.8通信方程式式中：Pr （dBm）表示覆盖范围内手机接收的辐射功率. Pt （dBm）表示基站辐射的功率。(完整)天线的种类及选型S表示手机距基站的距离。入min表示基站工作的最短波长。Gt (dBj表示基站天

17、线的增益。Gr (dBj表示手机天线的增益。Lo (dBj表示传播中的其它损耗(含馈线损耗)例：在自由空间中GSM网中：基站塔高40米 发射功率Pt二43dBm (20W)基站用天线Gt二15dBf 垂直波束宽度63dB二18手机持有者高h z = 1o 5米 手机天线增益G二1.5dBj最短波长入丽二0o 313米如果天线下倾角为0度，计算出覆盖区内的功率分布为：当S二2000米时，手机天线与主波束的夹角二arctg(40/2000) =1o 1,可认为手机天线处于主波束宽度内，可算出：手机天线处照射的 功率为：Pr = 38. 5dBm - Lo理想条件下L=o,则手机信号P(dBm) -

18、70 dBm,即信号很好。当S二SF寸，手机天线与主波束夹角正处于天线波束零点，此时 手机天线处照射功率为0o同样当手机处于S二S时，也收不到信号， 这就是所谓塔下“黑”现象。2基站天线的主要类型移动通信天线的技术发展很快，最初中国主要使用普通的定向和全向 型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在一些省市的移动网已经开始使 用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线 的使用频率，增益和前后比等指标差别不大，都符合网络指标要求，我们 将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方而，对（完整）天线的种类及选型上述几种天线进行分析比较。2.1全向天线全向天线在水平方

19、向功率均匀地辐射，在垂直方向能量集中。可以将 半波振子按照直线排列，振子单元数量每增加一倍，增益增加3dB,通常 9dBd的全向天线，高度为3米。在施工上，发射天线和接收天线安装的方向 是相反的，通常发射天线朝下安装.（完整）天线的种类及选型2o 2定向天线定向天线在垂直和水平方向上都具有方向性，其一般是由直线天线阵加上反射板构成，也可以直接采用方向天线（八木天线），其增益在920dBd左右。高增益 的天线，其方向图将会非常狭窄。2.3智能天线智能天线利用数字信号处理技术，采用了先进的波束切换技术（switched beam technology ）和自适应空间 数字处理技术（adaptive

20、 spat i a I digital processing technology），产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方 向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或 抑制干扰信号的目的。传统无线基站的最大弱点是浪费无线电信号能量，在一般 情况下，只有极小一部分信号能量到达收信方。此外，当基站收听信号时，它接收 的不仅是有用信号而且还收到其它信号的干扰噪声.智能天线则不然，它能够更有 效地收听特定用户的信号和更有效地将信号能量传递给该用户.不同于传统的时分 多址（TDMA）、频分多址（FDMA）或码分多址（CDMA）方式,智能天线引入了第四 维多址方式

21、：空分多址（SDMA）方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码情况 下，用户仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分。智能天线相当于空时滤波器, 在多个指向不同用户的并行天线波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间干扰. 具体而言，智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统性能：（完整）天线的种类及选型（1） 扩大系统的覆盖区域；（2） 提高系统容量；（3） 提高频谱利用效率；（4） 降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。智能天线分为两大类：多波束智能天线与自适应阵列智能天线，简称多波束天 线和自适应阵天线。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波

22、束宽度也随阵元数目的确定而确定.随着用户在小区中的移动，基站选择不同的相 应波束，使接受信号最强.因为用户信号并不一定在固定波束的中心处，当用户位于 波束边缘，干扰信号位于波束中央时，接收效果最差，所以多波束天线不能实现 信号最佳接收，一般只用作接收天线但是与自适应阵天线相比，多波束天线具有 结构简单、无需判定用户信号到达方向的优点。自适应阵天线一般采用416天线阵元结构，阵元间距1/2波长，若阵元间距 过大，则接收信号彼此相关程度降低，太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故 一般取半波长。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型.自适应天线是智能天线 的主要类型，可以实现全向天线,完成用户信号接收

23、和发送。自适应阵天线系统采 用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。自适 应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有 线传输的线缆，有效克服了干扰对系统的影响。目前，国际上已经将智能天线技术作为一个三代以后移动通信技术发展的主要方向之 一，一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术，是第三代移动通信系统中 不可缺的关键技术之一。2o 4机械天线所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置 改变天线的倾角来实现.在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显

24、变化,但天线垂直分 量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。（完整）天线的种类及选型实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1 -5 ；当下倾角度在5。一 10变化时，其天线 方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在2 -15变化时，其天线方向图变化较大；当机 械天线下倾15后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然 主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内 也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线 倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角

25、度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放 处进行调整；机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最佳下倾 角度有一定的偏差；机械天线调整倾角的步进度数为1 ,三阶互调指标为T20dBc。2.5电调天线所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小， 改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增 大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个 方向性图在服务小区扇区内减小覆盖而积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在

26、 1 一5变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5。-10。变化时，其天 线方向图较机械天线的稍有改善：当下倾角度在10 -15变化时，其天线方向图较机械天线 的变化较大；当机械天线下倾15后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形 状改变不大,主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度， 可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能 够降低呼损，减小干扰。另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整 的效果，调整倾犯的步进精度也较高（为0。,因此可以对网络实现精细

27、调整：电调天线 的三阶互调指标为T50dBc,较机械天线相差30dBc,有利于消除邻频干扰和杂散T扰.（完整）天线的种类及选型ll-l Ri 11-2 1911-32.6双极化天线双极化天线是一种新型天线技术,组合了+45和-45两副极化方向相互正交的天线并同 时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；如果使用双 极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，45的极化正交性可以保 证+45。和一45两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（N30dB）,因此双 极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm：另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移

28、动通信 网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小T扰，提高全网的服务质量。如果 使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径 20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基 站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。对于天线的选择，我们应根据自己移动网的覆盖，话务量，干扰和网络服务质量等实际情 况，选择适合本地区移动网络需要的移动天线：在基站密集的高话务地区，应该尽量采用双极化天线和电调天线；在边、郊等话务量不高，基站不密集地区和只要求覆盖的地区，可以使用传统的机械 天线。我国目前的移动通信网在高话务密度区

29、的呼损较高，干扰较大，其中一个重要原因是机械 天线下倾角度过大,天线下倾角度过大，天线方向图严重变形。要解决高话务区的容量不足， 必须缩短站距，加大天线下倾角度，但是使用机械天线，下倾角度大于5。时，天线方向图就开 始变形，超过10时，天线方向图严重变形，因此采用机械天线，很难解决用户高密度区呼损 高、干扰人的问题。因此建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线，替换 下来的机械天线可以安装在农村，郊区等话务密度低的地区.3不同应用环境下的天线选型在移动通信网络中，天线的选择是一个很重要的部分，应根据网络的覆盖要（完整）天线的种类及选型求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择

30、天线天线选择得当，可以改 善覆盖效果，减少干扰，改善服务质量。根据地形或话务量的分布可以把天线使 用的环境分为8种类型：市区（高楼多，话务大）、郊区（楼房较矮，开阔）、农村（话务少）、公路（带状覆盖）、山区（或丘陵，用户稀疏）、近海（覆盖极远， 用户少）、隧道、大楼室内。3.1市区基站天线选择应用环境特点：基站分布较密，要求单基站覆盖范围小，希望尽量减少越区 覆盖的现象，减少基站之间的干扰，提高频率复用率.天线选用原则（1） 极化方式选择：由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，建议选 用双极化天线.（2） 方向图的选择：在市区主要考虑提高频率复用度，因此一般选用定向天 线。（3） 半功率

31、波束宽度的选择：为了能更好地控制小区的覆盖范围来抑制干扰, 市区天线水平半功率波束宽度选6065 o在天线增益及水平半功率角度选定后, 垂直半功率角也就定了。（4） 天线增益的选择：由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离，因此建 议选用中等增益的天线。同时天线的体积和重量可以变小，有利于安装和降低成 本。根据目前天线型号，建议市区天线增益视基站疏密程度及城区建筑物结构等 选用1518dBi增益的天线.若市区内用作补盲的微蜂窝天线增益可选择更低的天 线如1012dBi的天线.（5） 预置下倾角及零点填充的选择:市区天线一般都要设置一定的下倾角，因 此为增大以后的下倾角调整范围，可以选择具有固定电下倾角的天线（建议选 3 6。）或电调天线.由于市区基站覆盖距离较小，零点填充特性可以不作要求。（6） 下倾方式选择：由于市区的天线倾角调整相对频繁，且有的天线需要设置 较大的倾角，而机械下倾不利于干扰控制，所以在可能的情况下建议选用预置下（完整）天线的种类及选型倾天线.条件成熟时可