汽车收音机天线的参数

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1、窗体顶端天线的参数短波通信是指波长米（频率为）的电磁波进行的无线电通信。短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。 一、衡量天线性能因素 天线是无线通信

2、系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。 辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。 极性：极性定义了天线最大辐射方向电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。 增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。 阻抗和驻波比（）：天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比（）：

3、时没有反射波，电压反射比为。当大于时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：为：时意味着，反射功率消耗总发射功率的，信号损失。为：时，损失功率，信号降低。 二、几种常用的短波天线 八木天线（ ） 八木天线在短波通信中通常用于大于以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。 对数周期天线（ ） 对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射期望值。与其它高增益天线相比，

4、对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。 长线天线（ ） 长线天线优点是结构简单，价格低，增益适中。与八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出线的长度，非常适合于远距离通信。当线长倍波长在仰角为度时与双极天线比增益高，当线长倍于波长时，增益高，仰角下降到度，图为长线天线增益示图。 车载移动天线（ ） 移动天线一般工作在频段上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽

5、车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒天线适宜用于中短波通信。 三、常用短波天线性能 方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪音淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增益为。 四、不同环境下天线选型 固定站间远近距离通讯 由于固定站间通讯方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。通信距离在公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（），但天线价格昂贵。在实践中短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至

6、拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。距离在以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。 固定站与移动站间通讯 由于移动站在运动中，通讯方向不固定，所以中心站的天线应选用全向天线，例如，多膜短波宽带天线或配有天线调谐器的鞭状天线。多膜天线虽然价格较贵，但是一个天线竿上可以绕三副天线（俩副高仰角天线，一副低仰角天线）远、近距离通信均可兼顾。中心站也可用鞭状天线，鞭状天线的仰角低，近距（-公里）通信困难，远距离（-公里）只要频率合适，通信效果较好。 移动站天线由于安装面的限制，多采

7、用鞭状天线，国内有时用栅网、双环、三环天线。远距离通信时，鞭状天线竖直，近距离通信则可以放置为倒型，这样使用增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率。只要天线的发射角、电台的工作频率合适，可以克服短波盲区（-公里）的通信困难。 干扰环境下的天线选型 电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰，其中包括敌方有意识的电子干扰。由于短波通信的频带非常窄，而且现在短波用户越来越多，因此电台干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。特别对于军用通信系统，这种情况尤其严重。电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同，它带有很大的随机性和不可预测性。在敌方有意识的电子干扰情况下，采用高增益、方向性

8、强的对数周期天线可取得一定的效果。当然，克服干扰主要提高短波电台性能（发射功率、接收灵敏度等等）或者采用频率自适应、短波宽带跳频技术。如果需要数传，调制解调器性能也非常关键，带有交织功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。 天线增益是指： 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同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而

9、用增益为 G = 13 dB = 20（倍） 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi；4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd .半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.1

10、5 2.15 = 6 dBd 。 对于水平极化方式的天线来讲，通常以一个半波水平放置的偶极子天线为标准天线，其增益为0dB（实际指dBd）。调频二偶极子反射板天线的增益通过计算和实验数据，其结果基本一致。相对于半波偶极子天线的增益最高只能做到7.5dB。当天线在进行组阵时，天线系统增益为7.5dB。计算推论如下：总功率在一层四面分配时，天线功率将损失6dB，此时天线增益为7.5-6.5=1.5dB；再根据天线层数增加一倍时天线系统增益将增加3dB的原理，因此两层天线增益就为1.5+3=4.5dB；当天线层数为四层时，天线系统增益就为1.5+3+3=7.5dB，故四层四面调频二偶极子板天线系统增

11、益也只能做到7.5dB。 若天线为全波长二偶极子板天线时，其单片天线增益可以做到8-8.5dB，四层四面分配组阵时，其单片天线增益为8-8.5dB。 天线基础知识1 天线 1.1 天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信

12、天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。*电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如 图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如 图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。 必须指出，当导线的长度 L 远小于波长 时，辐射很微弱；导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。1.2 对称振子 对称

13、振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见 图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见 图1.2 b。1.3 天线方向性的讨论 1.3.1 天线方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本

14、功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。1.3.2 天线方向性增强 若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂

15、直面方向图。 也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用-反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。 抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源。1.3.3 增益 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同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越

16、高。可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G=2.15dBi。 4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd。 半波

17、对称振子的增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.152.15=6dBd。1.3.4 波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a ,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角，见图1.3.4

18、b。 1.3.5 前后比 方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单- F / B = 10 Lg （前向功率密度）/（后向功率密度） 对天线的前后比F / B有要求时，其典型值为 （18 30）dB，特殊情况下则要求达（35 40）dB。 1.3.6 天线增益的若干近似计算式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）= 10 Lg 32000 / （ 23dB,E 23dB,H ） 式中， 23dB,E 与 23dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32

19、000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dB i）=10 Lg 4.5 （ D / 0 ）2 式中，D 为抛物面直径； 0 为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（ dBi ）= 10 Lg 2 L / 0 式中，L 为天线长度； 0 为中心工作波长；1.3.7 上旁瓣抑制 对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。 1.3.8 天线的下倾 为使主波瓣指向地面，安置时

20、需要将天线适度下倾。1.4 天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。 1.4.1 双极化天线 下图示出了另两种单极化的情况：+45极化 与 -45极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把 +45极化和 -45极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线-双极化天线。 下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头

21、。 双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。 1.4.2 极化损失 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。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，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+ 45 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45 极化或 -45极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发

22、生极化损失-只能接收到来波的一半能量。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。1.4.3 极化隔离 理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 10mW。1.5 天线的输入阻抗 Zin 定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。 输入阻抗具

23、有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。 输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线 ，其输入阻抗为 Zin = 73.142.5 (欧) 。当把其长度缩短（）时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 (欧) ,（标称 75 欧） 。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗

24、只是对点频而言的。 顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即 Zin = 280 (欧) ,（标称300欧）。 有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧-这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。1.6 天线的工作频率范围（频带宽度） 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义- 一种是指：在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带宽度； 一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内

25、的频带宽度。 在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。 一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。1.7 移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线 1.7.1 板状天线 无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长。 板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。1.

26、7.1 a 基站板状天线基本技术指标示例 频率范围824-960 MHz频带宽度70MHz增益14 17 dBi极化垂直标称阻抗50 Ohm电压驻波比 1.4前后比25dB下倾角（可调）3 8半功率波束宽度水平面 60 120 垂直面 16 8 垂直面上旁瓣抑制 -12 dB互调 110 dBm1.7.1 b 板状天线高增益的形成A. 采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵B. 在直线阵的一侧加一块反射板 （以带反射板的二半波振子垂直阵为例）增益为 G = 11 14 dBi C. 为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵 前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益

27、约为 8 dBi；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为 14 17 dBi。 一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为 16 19 dBi。 不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左右。1.7.2 高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20dBi。它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。 抛物面采用栅状结构，一是为了减

28、轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。 抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比 ，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。1.7.3 八木定向天线 八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10-15dBi。 1.7.4 室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样

29、的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR 2 。当然，能达到VSWR 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。1.7.5 室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内壁挂天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机

30、的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dBi。 2 电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为： GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHz CDMA: 806 - 896 MHz 806 - 960 MHz 频率范围属超短波范围；1710 1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。 2.1 自由空间通信距离方程 设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 接收功率为PR，接收

31、天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式： L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) 举例 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz 问：R = 500 m 时， PR = ？ 解答： (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR

32、 (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB) （2）PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( W ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( W ) / 6.412 = 0.156 ( W ) = 156 ( mW ) 顺便指出，1.9GHz电波在穿透一层砖墙时，大约损失 (1015) dB 2.2 超短波和微波的传播视距 2.2.1 极限直视距离 超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播

33、。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。 受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与 HR间的关系 为 ： Rmax 3.57 HT (m) +HR (m) (km) 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为 Rmax 4.12 HT (m) +HR (m) (k

34、m) 由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离 Re 约为 极限直视距离Rmax 的 70% ，即 Re = 0.7 Rmax . 例如，HT 与 HR 分别为 49 m 和 1.7 m，则有效直视距离为 Re = 24 km。2.3 电波在平面地上的传播特征 由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波；发射天线发出的指向地面的电波，被地面反射而到达接收点的电波称为反射波。显然，接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成不会象 1 + 1 = 2 那样简单地代数相加，合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差为半个波长的奇数倍时，直射波和反射波信号相加，合

35、成为最大；波程差为一个波长的倍数时，直射波和反射波信号相减，合成为最小。可见，地面反射的存在，使得信号强度的空间分布变得相当复杂。 实际测量指出：在一定的距离 Ri之内，信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化；在一定的距离 Ri之外，随距离的增加或天线高度的减少，信号强度将。单调下降。理论计算给出了这个 Ri 和天线高度 HT与 HR 的关系式： Ri = （4 HT HR ）/ l ， l 是波长。 不言而喻，Ri 必须小于极限直视距离Rmax。2.4 电波的多径传播 在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑物或山丘等)对电波产生反射。因此，到达接收天线的

36、还有多种反射波（广义地说，地面反射波也应包括在内），这种现象叫为多径传播。由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方向发生变化。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、微波的反射能力比砖墙强。我们应尽量克服多径传输效应的负面影响，这也正是在通信质量要求较高的通信网中，人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。2.5 电波的绕射传播 在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱，在高大

37、建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离有关，还和频率有关。例如有一个建筑物，其高度为 10 米，在建筑物后面距离200 米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在 100 米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于 216 223 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16 dB，对于 670 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB .如果建筑物高度增加到 50 米时，则在距建筑物 1000 米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说，频

38、率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响，注意到对绕射传播起影响的各种因素。3 传输线的几个基本概念 连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。 顺便指出，当传输线的物理长度等于或

39、大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。 3.1 传输线的种类 超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。3.2 传输线的特性阻抗 无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输

40、线的特性阻抗，用0 表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为 。60/rLog ( D/d ) 欧。 式中，D 为同轴电缆外导体铜网内径； d 为同轴电缆芯线外径； r为导体间绝缘介质的相对介电常数。 通常0 = 50 欧 ，也有0 = 75 欧的。 由上式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数r有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。3.3 馈线的衰减系数 信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。 单位长度产生的损耗的大小用衰减系数 表示，其单

41、位为 dB / m （分贝米），电缆技术说明书上的单位大都用 dB / 100 m（分贝百米） . 设输入到馈线的功率为1 ，从长度为 L（m ）的馈线输出的功率为2 ，传输损耗TL可表示为： TL 10 Lg ( 1 /2 ) ( dB ) 衰减系数为 TL / L ( dB / m ) 例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆， 900MHz 时衰减系数为 4.1 dB / 100 m ，也可写成 3 dB / 73 m ， 也就是说， 频率为 900MHz 的信号功率，每经过 73 m 长的这种电缆时，功率要少一半。 而普通的非低耗电缆，例如， SYV-9-50-1， 900MHz 时

42、衰减系数为 20.1 dB / 100 m ，也可写成3dB / 15 m ，也就是说， 频率为 900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半！3.4 匹配概念 什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗L 等于馈线特性阻抗0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为 50 欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为 80 欧时，与50欧的电缆是不匹配的。 如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线

43、保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。 在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。3.5 反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，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阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗

44、不同，一个为75欧姆，一个为50欧姆，阻抗不匹配，其结果是3.6 电压驻波比 在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅min ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。 反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为 R 反射波幅度 （L0） R 入射波幅度 （L0 ） 波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为VSWR 波腹电压幅度max （1 + R）VSWR 波节电压辐度min （1 - R）终

45、端负载阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系数 R 越小，驻波比VSWR 越接近于，匹配也就越好。 3.7 平衡装置 信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。 若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载；若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为不平衡传输线。在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接，这样才能有效地传输信号功率，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常

46、工作。如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接，通常的办法是在粮者之间加装“平衡不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器 。3.7.1 二分之一波长平衡变换器 又称“”形管平衡变换器，它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡负载半波对称振子之间的连接。 “”形管平衡变换器还有 1:4 的阻抗变换作用。移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为50欧，所以在YAGI天线中，采用了折合半波振子，使其阻抗调整到200欧左右，实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。3.7.2 四分之一波长平衡-不平衡器 利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。

47、 天线基本知识与应用第一讲 天线的基础知识表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。1.1 天线的输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通

48、信天线的输入阻抗为50。驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。1.2 天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于

49、地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和45极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是45极化方式。双极化天线组合了+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

50、工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于45为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。（其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB。）1.3 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd

51、和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。1.4 天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区覆盖质量的目的，这也是我们在网

52、络优化中经常采用的一种手段。主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平平面的半功率角（HPlane Half Power beamwidth）45,60,90等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线；垂直平面的半功率角（VPlane Half Power beamwidt

53、h）:（48, 33,15,8）定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。1.5 前后比(Front-Back Ratio) 表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一般在2530dB之间，应优先选用前后比为30的天线。第二讲 天线的分类与选择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

54、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面，对上述几种天线进行分析比较。2.1 全向天线 全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。 2.2 定向天线 定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围

55、小，用户密度大，频率利用率高。根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比如全向站就是采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线，而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65、90或120的天线（按照站型配置和当地地理环境而定），而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。2.3 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

56、现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，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。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为15；当下倾角度在510变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10-15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

57、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-120dBc。2.4 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面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1-5

58、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，调整倾角的步进精度也较高（为0.1），因此可以对网络实现精细调整；电调天线的三阶互调

59、指标为-150dBc，较机械天线相差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。2.5 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；一般GSM数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用9根天线，每个扇形使用3根天线（空间分集，一发两收），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-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（30dB），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

60、优点，在移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，减小干扰，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

61、密度区的呼损较高，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、干扰大的问题。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。如何调整天线降低电台干扰 无线电干扰分同频干扰和交叉调制互调干扰。同频干扰的干扰电台与你使用同一个无线电频率，应该可以通过无线电管理委员会频率分配解决；交叉调制则是由若干个不同频率电台发射的无线电波互相调制而成。对方并非使用你的频率，他的电台是合法申请的，只能想办法避开。如果你打开电台，即使你通信伙伴不向你发信号，你仍然听到说话声或干扰信号声，这是同频干扰；如果你开机时没