天线基础常识

宁宁1

表征天线性能的重要参数有方向图，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。天线与馈线的衔接，最佳情况是天线输入阻抗是纯电阻且即是馈线的特征阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上不驻波，天线的输入阻抗随频率的变更比拟平缓。天线的匹配工作就是打消天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地濒临馈线的特性阻抗。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，应用那一个纯出于习惯。在咱们日常保护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
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，但实际利用中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烦扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数相对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无限大之间，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，无穷大表现完整匹配。在移动通信系统中，一般请求回波损耗大于14dB。
1.2天线的极化方式
所谓天线的极化，就是指天线辐射时构成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，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。因为电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地名义产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号敏捷衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而防止了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因而，在挪动通讯体系中，普通均采取垂直极化的流传方式。另外，跟着新技巧的发展，最近又呈现了一种双极化天线。就其设计思路而言，个别分为垂直与水平极化跟±45°极化两种方式，机能上正常后者优于前者，因此目前大局部采用的是±45°极化方法。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向彼此正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节俭了每个小区的天线数目；同时因为±45°为正交极化，有效保障了分集接受的良好后果。（其极化分集增益约为5dB，比单极化天线进步约2dB。）
1.3 天线的增益
天线增益是用来权衡天线朝一个特定方向收发信号的才能，它是抉择基站天线最主要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要依附减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上坚持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行品质极为重要，由于它决议蜂窝边沿的信号电平。增长增益就能够在一肯定方向上增大网络的覆盖范围，或者在断定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向进程，增添天线的增益能同时减少双向系统增益估算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是绝对于点源天线的增益，在各方向的辐射是平均的；dBd相对对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。雷同的前提下，增益越高，电波传播的间隔越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。
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地方成夹角的宽度（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，在必定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以到达改善小区覆盖质量的目标，这也是我们在网络优化中常常采用的一种手腕。主要波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（H－Plane 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,在扇区接壤处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越轻易产生波束畸变,造成越区覆盖。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水平上改良扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其余小区的越区覆盖。在市核心基站由于站距小，天线倾角大，应该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（V－Plane Half Power beamwidth）:（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，在越容易通过调剂天线倾角正确把持覆盖范围。
1.5 前后比(Front-Back Ratio)
表明了天线对后瓣克制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区笼罩，导致切换关联凌乱，发生掉话。一般在25－30dB之间，应优先选用前后比为30的天线。
案例 常见天线参数设置
电性能(Band 1)
技术参数        性能指标
增益Gain        16dBi
频率范围Frequency Range        870 --- 960 MHz
双极化Polarisation Dual        Slant ± 45°
端口隔离度Isolation between ports        330 dB
水平平面-3dB 功率角
Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth        65°
垂直平面-3dB 功率角
Vertical Plane -3dB Power Beamwidth        8°
水平面-10dB Power Beamwidth
Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth        125°
阻抗Impedance        50 Ohm
回波损耗Return Loss 870-960 MHz        316 dB
前后比Front to Back Ratio        325 dB
端口最大输入功率Max Input Power per port        150 W
Electrical Downtilt        1 to 10°
Downtilt Setting Accuracy        ± 0.5°
电性能(Band 2)
增益Gain        16dBi
频率范围Frequency Range        1710-1880 MHz
双极化Polarisation Dual        Slant ± 45°
端口隔离度Isolation between ports        330 dB
程度平面-3dB 功率角
Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth        65°
垂直平面-3dB 功率角
Vertical Plane -3dB Power Beamwidth        8°
水平面-10dB Power Beamwidth
Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth        120°
阻抗Impedance        50 Ohm
回波损耗Return Loss 870-960 MHz        314 dB
前后比Front to Back Ratio        325 dB
端口最大输入功率Max Input Power per port        125 W
6.2 电波传布的多少个基础概念
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 频率规模属超短波范围； 1710 --- 1880 MHz 频率范围属微波范畴。
电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特色也不完全相同，甚至很不相同。
6.2.1 自在空间通信距离方程
设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 吸收功率为PR，接收天线增益为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 有以下表白式：
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 (dB) - GT (dB)
= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)
（2） PR 的盘算
PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )
= 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) #
顺便指出，1.9GHz电波在穿透一层砖墙时，大概丧失 (10---15) dB