京信移动通信基站天线基础知识交流

《京信移动通信基站天线基础知识交流》由会员分享，可在线阅读，更多相关《京信移动通信基站天线基础知识交流（54页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Stock Code:2342.HK天线原理及参数介绍2012.3王晓阳京信通信 未来无限延伸一、一、电磁波传播基础知识电磁波传播基础知识三、三、天线天线主要性能参数主要性能参数二、天线辐射原理二、天线辐射原理四、天线分类四、天线分类无线电波的定义无线电波的定义一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空间中相互垂直，且都垂直于传播方向。间中相互垂直，且都垂直于传播方向。特例：特例：垂直的线极垂直的线极化化随时间变化随时间变化随空间变化随空间变化无线电波的传播方向无线

2、电波的传播方向一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识正交特性；电生磁、磁生电。正交特性；电生磁、磁生电。无线电波的无线电波的波长、频率与波长、频率与传播速度的传播速度的关系关系 其中：波长其中：波长 =C/f=C/f（式中，（式中，C C为光速，为光速，f f为工作频率，为工作频率，为波长。）为波长。）一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识要点在相同的介质中，不同频率下，天线的工作波长不同。频率越高，在相同的介质中，不同频率下，天线的工作波长不同。频率越高，波长越短。波长越短。天线的电性能与电长度（波长）对应。物理长度则需要进行换算。天线的电性能与电长度（波长）对应。物理长度则需要

3、进行换算。无线电波的无线电波的极化极化 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。象称为无线电波的极化。无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨迹确无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨迹确定的。定的。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，则称为水平极化波。波的电场方向与地面平行，则称为水平极化波。一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识特例：线极化特例：线极化 垂直的、水平的垂直

4、的、水平的一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识圆极化圆极化 椭圆极化椭圆极化 线极化线极化左旋、右旋；垂直、水平左旋、右旋；垂直、水平垂直方式垂直方式水平方式水平方式+45+45斜角斜角-45-45斜角斜角天线极化：天线极化：是指电场矢量在空间运动的轨迹。是指电场矢量在空间运动的轨迹。一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识特例：线极化特例：线极化 垂直的、水平的、偏斜的垂直的、水平的、偏斜的双极化天线：双极化天线：由两组正交的辐射单元组成。由两组正交的辐射单元组成。一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识1、互补（完备不相关。正交、互补（完备不相关。正交/90度）度）（规划工

5、作）（规划工作）2、相当（平衡工作。、相当（平衡工作。+45/-45）（胜任工作）（胜任工作）3、高效（、高效（XPD。降低损耗）。降低损耗）（专注工作）（专注工作）多径传播多径传播:电波在传播过程中，除直接传播外，遇到障碍物（例如，山电波在传播过程中，除直接传播外，遇到障碍物（例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物），还会产生反射和绕射。因此，到丘、森林、地面或楼房等高大建筑物），还会产生反射和绕射。因此，到达接收天线的电磁波，不仅有直射波，还有反射波，绕射波、透射波，这达接收天线的电磁波，不仅有直射波，还有反射波，绕射波、透射波，这种现象就叫多径传输。种现象就叫多径传输。一、电磁波传播基

6、础知识一、电磁波传播基础知识由于多径传播使得信号场强分布复杂化，波动很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化（扭转），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同。为降低多径传输效应的影响，一般采用空间分集或极化分集空间分集或极化分集来接收。极化扭转：l 空间分集：单极化天线空间分集：单极化天线 极化分集：双极化天线极化分集：双极化天线接收信号强度接收信号强度接收距离接收距离一、电磁波传播基础知识一、电磁波传播基础知识京信通信 未来无限延伸一、一、电磁波传播基础知识电磁波传播基础知识三、三、天线天线主要性能参数主要性能参数二、天线辐射

7、原理二、天线辐射原理天线的定义天线的定义 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。接收空间某特定方向来的电磁波的装置。二、天线辐射原理二、天线辐射原理天线功能天线功能能量转化能量转化空间电磁波定向辐射（接收）定向辐射（接收）电缆内高频电流电缆内高频电流无线电设备效率要求效率要求-追追求高效率求高效率方向图要求方向图要求-满足特定空间分布要求满足特定空间分布要求进得去，进得去，出得来。出得来。天线的辐射原理天线的辐射原理二、天线辐射原理二、天线辐射原理半波振子是天线的基本辐射单元，波长越长，天线半波振子越

8、大。半波振子是天线的基本辐射单元，波长越长，天线半波振子越大。天线半波振子天线半波振子二、天线辐射原理二、天线辐射原理1/4 1/4 波波长长半波振子半波振子 （电长（电长度）度）水平面水平面垂直面垂直面1/4 1/4 波波长长1/2 1/2 波波长长半波振子示例：半波振子示例：二、天线辐射原理二、天线辐射原理天线辐射方向图天线辐射方向图用来表述天线在空间各个方向上所具有的发射和接收电磁波的能力。一般为三维辐射立体图。单个辐射单元单个辐射单元多单元阵列多单元阵列二、天线辐射原理二、天线辐射原理实际评判中是其转化成的二维平面图形，即水平实际评判中是其转化成的二维平面图形，即水平面方向图及垂直面方

9、向图。面方向图及垂直面方向图。水平面水平面二、天线辐射原理二、天线辐射原理天线辐射方向图天线辐射方向图垂直面垂直面同一款基站天线有多种设计方案来实现。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：设计方案涉及到天线的以下四部分：1 1、辐射单元（对称振子、辐射单元（对称振子 or or 贴片贴片 阵元阵元）2 2、反射板（底板）、反射板（底板）3 3、功率分配网络（馈电网络）、功率分配网络（馈电网络）4 4、封装防护（天线罩）、封装防护（天线罩）馈电网络馈电网络天线组成部件天线组成部件二、天线辐射原理二、天线辐射原理振子振子反射板反射板天线罩天线罩京信通信 未来无限延伸一

10、、一、电磁波传播基础知识电磁波传播基础知识三、三、天线天线主要性能参数主要性能参数二、天线辐射原理二、天线辐射原理三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数无论天线还是其他通信产品，总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作，无论天线还是其他通信产品，总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作，其取决于指标的要求。通常情况下，满足指标要求的频率范围即可为天线的其取决于指标的要求。通常情况下，满足指标要求的频率范围即可为天线的工作频率。工作频率。一般来说，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的。一般来说，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的。因此，因此，在相同的指标要求下，工作频

11、带越宽，天线设计难度越大。在相同的指标要求下，工作频带越宽，天线设计难度越大。天线工作频率天线工作频率辐射参数辐射参数主瓣；主瓣；副瓣；副瓣；半功率波束宽度；半功率波束宽度；增益；增益；波束下倾角；波束下倾角；前后比；前后比；交叉极化鉴别率；交叉极化鉴别率；上旁瓣抑制；上旁瓣抑制；下零点填充；下零点填充；天线辐射方向图天线辐射方向图三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的满足网络覆盖要求的基础基础指标指标水平面波束宽水平面波束宽度度垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质

12、量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数10dB 波束宽度120(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB 波束宽度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数天线增益与波束宽度的关系：天线增益与波束宽度的关系：G（dBi）=10Lg32000/（3dB,E 3dB,H）波束宽度波束宽度()增增 益益 dBi806960 MHz17102170 MHz水平面水平面垂直面垂直面B B系列系列天线长

13、度天线长度（米）（米）K K系列系列天线长度天线长度（米）（米）65614151315 675717.52615131090814141315675716.526151310三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制

14、上旁瓣抑制下零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数电下倾角精度电下倾角精度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数夹角夹角法线方向法线方向最大辐射方向最大辐射方向对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下

15、零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数3030范围内范围内(?)(?)的最差值的最差值后向功率后向功率前向功率前向功率三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天

16、线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数36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，它是选择基站天线重要的参数之一。线重要的参数之一。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣波瓣越窄。越窄。增益越高，天线长度越长。增益越高，天线长度越长。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数37天线增益的几个要点天线增益的几个要点三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数1、天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集、天线是无源器件，不能产生能量。

17、天线增益只是将能量有效集 中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。2、天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。、天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。3、天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。、天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数高增益天线垂直方向图低增益天线垂直方向图对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾

18、角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零点填充零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数 为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在6060的扇形服务区内，交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平有明显的的扇形服务区内，交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平有明显的降低，其差别（交叉极化比）在最大辐射方向应大降低，其差别（交叉极化比）在最大

19、辐射方向应大15dB15dB，在，在6060内应大于内应大于10dB10dB，最低最低门槛也应该大于门槛也应该大于7dB7dB，如图所示。如此，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。，如图所示。如此，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交

20、叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制零点填充零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对于城区建筑物密集的应用场景，一方面因通信容量大要求缩小蜂窝，另一方面因对于城区建筑物密集的应用场景，一方面因通信容量大要求缩小蜂窝，另一方面因楼房遮挡和多径反射，难以实现大距离覆盖。通常采用增益楼房遮挡和多径反射，难以实现大距离覆盖。通常采用增益1315dBi1315dBi的低增益天线，的低增益天线，大下倾角做微蜂窝覆盖，从而，主波束的上侧第一、二旁瓣指向前方同频小区的可大下倾角做微蜂窝覆盖，从而，主波束的上侧第一、二旁瓣指向前方同频小区的可能性很大，这就要求在设计天线时，设法对

21、上旁瓣进行抑制，从而降低干扰。能性很大，这就要求在设计天线时，设法对上旁瓣进行抑制，从而降低干扰。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数 三、天线主要性能参数三、

22、天线主要性能参数对网络的不同影响程度对网络的不同影响程度天线参数天线参数满足网络覆盖要求的基础指标满足网络覆盖要求的基础指标水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性垂直面波束宽度及电下倾角度垂直面波束宽度及电下倾角度前后比前后比增益增益能够提升网络通信质量的辅助指标能够提升网络通信质量的辅助指标交叉极化比交叉极化比上旁瓣抑制上旁瓣抑制下零点填充下零点填充方向图圆度方向图圆度三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立体图立体图三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数电压驻波比电压驻波比（VSWRVSWR）：）：为传输

23、线上的电压最大值与电压最小值之比。为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。天线电路参数：驻波比、隔离度、三阶互调天线电路参数：驻波比、隔离度、三阶互调 当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1 1；当天线端口全反射时，；当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。驻波比为无穷大。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数电压驻波比是天线高效率辐射的基本指标要求。电压驻波比是天线高效率辐射的基本指标要求。在全频段内考察在全频段内考察VSWRVSWR，取最大值为指标。，取最大值为指标。评估举例：指标为评估举例：指标为1.51.5，所有频点都需要优于该指标。，

24、所有频点都需要优于该指标。减小的天线辐射功率减小的天线辐射功率VSWR VSWR 回波损耗回波损耗(dB)(dB)反射功率反射功率(dB)(dB)3.0 6.0 25%1.252.0 9.5 11%0.51.8 11.0 8.0%0.361.5 14.0 4.0%0.171.4 15.5 2.8%0.121.3 17.5 1.7%0.071.2 21.0 0.8%0.03三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数是是指指某一极化接收到的另一极化信号的比例。某一极化接收到的另一极化信号的比例。一般指双极化天线中两个极化直接的隔离。一般指双极化天线中两个极化直接的隔离。10001000mW(mW(即

25、即 1 1W)W)1 1mWmW该例子中，隔离度为：10log(1000mW/1mW)=30dB三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数 确保天线发射的交调干扰不影响接收机的灵确保天线发射的交调干扰不影响接收机的灵敏度敏度 -107dBm?-107dBm?在全频段内考察在全频段内考察PIM3PIM3，取最大值为指标。取最大值为指标。可通过交调指标反映供应商天线产品的综合水平，特别是物料生产及装配过程的可通过交调指标反映供应商天线产品的综合水平，特别是物料生产及装配过程的 质量控制能力。质量控制能力。三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数互调干扰的必要条件：足够强的互调信号电平互调干扰的必要条

26、件：足够强的互调信号电平+能够落入到系统接收频带能够落入到系统接收频带移动通信系移动通信系统统下行频段下行频段Tx(MHz)Tx(MHz)上行频段上行频段Rx(MHz)Rx(MHz)三阶交调频段三阶交调频段(MHz)(MHz)五阶交调频段五阶交调频段(MHz)(MHz)结论结论移动移动EGSM900EGSM900930-935930-935885-890885-890925940925940920945920945三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段移动移动GSM900GSM90093595493595489090989090991697391697389799289799

27、2三阶不落入到三阶不落入到RxRx频段，频段，五阶落入到自身五阶落入到自身Rx Rx 的的897909897909频段和联频段和联通通GSM900 Rx GSM900 Rx 的的909915909915频段频段联通联通GSM900GSM900954960954960909915909915948966948966942972942972三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段电信电信CDMA800CDMA800870880870880825835825835860890860890850900850900三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段三阶落入到移动三阶

28、落入到移动EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890频段；频段；五阶落入到移动五阶落入到移动EGSM900 Rx EGSM900 Rx 的的885890885890频段和移动频段和移动GSM900 Rx GSM900 Rx 的的890900890900频段频段移动移动GSM1800GSM18001805182518051825 171017301710173017851845178518451765186517651865三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段联通联通GSM1800GSM18001840185018401850 174517551

29、745175518301860183018601820187018201870三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段联通联通WCDMAWCDMA2130214521302145 194019551940195521152160211521602100217521002175三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段电信电信CDMA2000CDMA20002110212521102125 192019351920193520952140209521402080215520802155三阶、五阶都不落入到三阶、五阶都不落入到RxRx频段频段三、天线主要性能参数三、天

30、线主要性能参数三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数 天线参数天线参数计量单位计量单位波束宽度、电下倾角、波束偏移波束宽度、电下倾角、波束偏移（度）增益增益dBi、dBd方向图一致性、交叉极化比、前后比、方向图一致性、交叉极化比、前后比、上旁瓣抑制、零点填充、隔离度上旁瓣抑制、零点填充、隔离度dB三阶交调三阶交调dBm、dBc三、天线主要性能参数三、天线主要性能参数 1、dB相对值，表征两个量的相对大小关系，如相对值，表征两个量的相对大小关系，如A的功率比的功率比B的功率大或小的功率大或小多少个多少个dB时，可按时，可按10log(A功率值功率值/B功率值）计算。功率值）计算。举例：A功率值

31、为2W，B功率值为1W，即A相比B多了一倍，换算成dB单位为：10log(2W/1W)3dB2、dBm dBc表征功率绝对值的量，也可认为是以表征功率绝对值的量，也可认为是以1mw功率为基准的一个比值，计算为：功率为基准的一个比值，计算为：10log(功率值功率值/1mw)。举例：功率值为10w，换算成dBm为10log(10w/1mw)=40dBm。3、dBi及及dBd均表征天线增益的量，也是一个相对值，与均表征天线增益的量，也是一个相对值，与dB类似，只是类似，只是dBi及及dBd有固定的参考有固定的参考基准：基准：dBi的参考基准为全方向性理想点源，的参考基准为全方向性理想点源，dBd的参考基准为半波振子。的参考基准为半波振子。举例：0dBd=2.15dBi。谢谢 谢！谢！