移动通信基站天线技术基本原理及应用研究

移动通信基站天线技术基本原理及应用研究

发表时间：2019-01-17T10:42:34.833Z 来源：《防护工程》2018年第30期作者：蒋秀明娄冬阳

[导读] 随着现代的不如今的通讯范畴中发展潜力最大、市场前景最广的热门技能是移动通讯。首先对天线的基本原理进行了阐述，然后对天线的特点及作用进行了分析，最后重点讨论了天线在移动系统中的应用。

蒋秀明娄冬阳

陕西省西安市 710000

摘要：如今的通讯范畴中发展潜力最大、市场前景最广的热门技能是移动通讯。首先对天线的基本原理进行了阐述，然后对天线的特点及作用进行了分析，最后重点讨论了天线在移动系统中的应用。

关键词：移动通信；天线；技术

进入21 世纪以来，我国科学技术在不断发展，现代化信息建设的步伐在不断加快，尤其是移动通信技术的普及，其应用范围已扩大至各个领域。移动通信网络的不断完善及移动智能设备的支持，为移动通信网络的发展提供了一个良好的环境。近年来，各大移动通信企业在不断扩增通信基站的数量，这也为通信网络的普及与发展提供了巨大的支持。

1 天线基本原理

目前的天线技术均是利用了自适应天线阵列的原理。其过程为：天线阵列接收到信号以后，经过反馈控制系统。这一反馈控制系统是由处理器和权值调整算法组成的。经过反馈控制系统之后，通常会利用特殊的算法对信号进行分析，从而实现对信号的判断以及判断出信号干扰达到的方位角度。分析完之后，分析得出的信号会作为天线振元的激励信号。以此为基础，我们会调整与天线阵列相关的辐射方向图、其他参数以及频率响应等。通过对天线阵列的利用，我们可以将波束进行有效合成，并对波束进行明确的指向，进而生成相对独立的波束。这—过程结束之后，其方向图会得到一定的调整，调整方式是自适应调整。除此之外，还要对信号变化进行跟踪，并将干扰的方向调整为零值，极大地消除干扰。最理想的状态是使干扰为零，以此提高接收信号的质量，从而达到无线信号质量和增加系统容量的目的。以上的过程基本为天线的整个工作原理[2]。此外，天线引入空分多址（SDMA）方式，根据信号的空间传播方向不同，区分用户。因此，天线技术具有许多突出的有点，基于天线的优势和特点，天线技术成为了移动通信技术的重要辅助技术，为移动通信质量的提高带来了可靠的技术支撑，保障了移动通信整体品质的提升。

2 天线的特点及作用分析

2.1 能够有效抑制干扰信号

在移动通信中，干扰信号的产生原因较多。如果不能有效屏蔽并抑制干扰信号，将会影响移动通信的整体质量，使移动通信的信号受到严重影响。天线的研发有效解决了这一问题，对干扰信号产生了有效抑制，不但提高了移动通信的信号传输质量，还满足移动通信的数据传输要求，达到了移动通信数据传输目标。

2.2 抗衰落性较好

在移动通信中，高频信号衰落是难以解决的问题。信号衰落之后不但会影响通信质量，也会影响移动通信设备的通话效果。而天线有效解决了这一问题，天线通过控制信号接收方向，采用分级技术，抑制了高频信号的衰落，提高了高频信号的传输质量，满足了移动通信的发展需要，具有较好的抗衰落性。

2.3 能够有效实行移动定位

相对于传统天线，天线的另外一个优势在于可以实现有效的移动定位，对移动通信设备的具体位置进行跟踪记录，保证信号传输的畅通。目前，这一功能依靠2 个以上的信号传输基站即可实现。天线提供的移动定位功能对提高移动通信的功能行具有重要的推动作用，为移动通信设备的发展提供了有力的支持。

3移动通信基站天线的选择方法

移动通信企业在建造移动通信基站，选择基站天线之前，需要根据实际情况进行考虑。例如地形条件、覆盖面积、服务要求等等，这些因素都关系着移动基站的服务质量。应避免这些因素对网络服务造成的不必要影响。在人口密集程度较高的高话务量地区，所选取的基站天线一般为双极化天线和电调天线。同时在保证服务质量的同时，也应考虑基站建设的区域性，以提高基站区域的适宜性[1]。在高话务区域，我国的移动通信网络一般存在较高的呼损，其区域的基站天线倾斜角度相比于其他地区较大，干扰程度也非常大，甚至导致天线的方向图出现变形、失真等现象。基站天线的倾角度是造成这些问题的主要因素。因此，为了更好地提升移动通信网络的服务质量，移动通信企业必须解决基站天线倾斜角略大的问题。为此，缩短基站距离，加大天线下倾角是解决倾角度过大的有效途径，同时也能将天线的倾角度控制在一定范围，以防止天线方向图变形。机械天线、电调天线和双极化天线的使用，应根据话务量的疏密程度来确定，以免不必要的浪费。因此，在扩建通信基站、选择基站天线时，移动通信企业应制定一个严格的标准，使所建造的移动基站既满足不同地域、不同环境的服务要求，同时又符合用户的个性化需求。

基站的天线安装必须从整体上考虑，只有这样才能提高移动通信基站的服务质量，但在安装的过程中必须保证实际的工作要求。因此，在安装的过程中，应全面地、多角度地考虑控制措施，在提高天线的使用寿命的同时，也为地区居民提供更好的服务，但更多的还是安抚附近居民的抵触情绪。针对基站天线的安装，移动通信企业所制定的标准可以参考以下几个方面：首先，关于天线的裸露部分，为了消除附近居民的抵触情绪，应美化天线。天线美化不仅能够为附近居民提供生理与心理上的安全保障，同时在一定程度上减少了信号的干扰，提高了通信基站的信号质量。另外，基站天线裸露部分的美化，为天线提供了一个独立的环境，从而更好地保护天线不受环境侵蚀，提高天线的使用寿命，间接提高基站天线的经济价值。其次，针对低层建筑类的通信基站，需要优化天线的安装技术方案。这便需要根据实际情况来进行调整，例如基站覆盖的区域面积等，通过这些，合理、规范地调整天线的高度和倾斜角，从而提升天线安装的科学性。基站的覆盖面积是通过基站的无线倾斜角控制的。这种天线的安装设定，不仅是因为它的可操作性，同时也是因为其安装工序简单、周期短，覆盖面积广，同时也能有效地提升基站信号强度及服务质量[3]。但在设计操作过程中，天线的倾角度并不是越大越好。随着天线倾角

第一讲 天线基本原理

第一讲天线基本原理 1、天线的基本概念 1．天线的作用 在任何无线电通信设备中，总存在一个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。 天线的作用就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道，或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。 2．天线问题的实质 从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。因此，天线问题是时变电磁场问题的一种特殊形式。 从信号系统的角度出发，天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。从通信系统的角度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程和多径衰落特性。 3．对天线结构的概念理解 采用不同的模型，对天线可以有不同的理解。典型的模型比如：开放的电容 [思考] 野外电台或电视发射塔，无线电视或电台接收机，为什么能构成一个天线，其电流回路在什么地方？ 开放的传输线 从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰 开。 TM mn型波导 将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励

高次模。 由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构 波的形成都需要波源和传输媒质。在一盆水中形成机械波纹，可以使用点激励源产生波，并在水面上传播。波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。将一个肉包子扔出去，这个肉包子可能产生不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地方了，都与扔包子的人不再有任何关系。而对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。不过电磁波的传输媒质可以是真空。 [思考] 电磁波具有波粒二象性。频率越低，波动性越强；频率越高，粒子性越强。所以光波主要表现出粒子性，而长波表现出波动性。射频电磁波就是介于这二者之间的一种电磁波，它既有显著的波动性，又有显著的粒子性。只要认清这一点，许多问题就会变得易于理解。认清事物的本质规律我们才能很好地利用它，我们不能把一头驴当马使，否则就会出现许多荒唐的错误。有人认为射频很复杂，有人认为很简单，就是这个道理。 [哲学启示] 电磁波由于看不见，摸不着，所以在很多人看来它很抽象。但考虑到世界是普遍联系的，尽管不同的事物也有许多不相同点，但找到它们之间的联系，就能获得认识抽象事物的“火眼金睛”。 2、电磁场基本方程 1．麦克斯韦方程 （电生磁。若电场变化，则磁场随之变化） （磁生电。若磁场变化，则电场随之变化） （磁力线是无始无终的封闭闭合曲线） （电力线出发和终止于自由电荷）

基站天线基本原理

基站天线基本原理 网优雇佣军微信号：hr_opt 通信路上，我们一起走！ 蜂窝通信系统要求从基站到移动台的可靠通信，对天线系统有特别的要求。蜂窝系统是一个双工系统，理想的天线是在发射和接收两个方向提供同样的性能。天线的增益、覆盖方向、波束、可用驱动功率、天线配置、极化方式等都影响系统的性能。 1天线增益 天线增益一般常用dBd和dBi两种单位。dBi用于表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值；而dBd表示相对于半波振子的天线增益。两者有一个固定的dB差值，即0dBd等于2.15dBi，如图错误!文档中没有指定样式的文字。-1所示。 2.15dB 图错误!文档中没有指定样式的文字。-1 dBi与dBd的不同参考示意图0dBd=2.15dBi 目前国内外基站天线的增益范围从0dBi到20dBi以上均有应用。用于室内微蜂窝覆盖的天线增益一般选择0-8 dBi，室外基站从全向天线增益9dBi到定向天线增益18dBi应用较多。增益20dBi左右波束相对较窄的天线多用于地广人稀的道路等方向性较强的特殊环境的覆盖。 2辐射方向图 基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两大类，分别被称为全向天线和定向天线。如图错误!文档中没有指定样式的文字。-2所示，左边所示分别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图；右边所示分别为定向天线的水平截面图和立体辐射方向图。全向天线在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，它适用于全向小区；图中红色所示为定向天线罩中的金属反射板，它使天线在水平面的辐射具备了方向性，适用于扇形小区。

图错误!文档中没有指定样式的文字。-2 空间辐射方向图（全向天线和定向天线） 3波瓣宽度 3.1水平波瓣宽度 在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增益下降3dB的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣宽度，也称水平（垂直）波束宽度或者水平（垂直）波瓣角。天线辐射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。 全向天线的水平波瓣宽度为360°，而定向天线的常见水平波瓣宽度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°多种（如图错误!文档中没有指定样式的文字。-3）。 图错误!文档中没有指定样式的文字。-3 基站天线水平波瓣3dB宽度示意图 各种水平波瓣宽度的天线有相应的适用环境，水平波瓣宽度为20°、30°的天线一般增益较高，多用于狭长地带或高速公路的覆盖；65°天线多用于密集城市地区典型基站三扇

天线的几个重要参数介绍

一、天线的几个重要参数介绍 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。 xx： 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。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。 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

天线基本原理

第一讲天线基本原理 一、天线的基本概念 1．天线的作用 在任何无线电通信设备中，总存在一个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。 天线的作用就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道，或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。 2．天线问题的实质 从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。因此，天线问题是时变电磁场问题的一种特殊形式。 从信号系统的角度出发，天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。从通信系统的角度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程和多径衰落特性。 3．对天线结构的概念理解 采用不同的模型，对天线可以有不同的理解。典型的模型比如： ●开放的电容 [思考] 野外电台或电视发射塔，无线电视或电台接收机，为什么能构成一个天线，其电流回路在什么地方？ ●开放的传输线 从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。 ●TM mn型波导 将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励高次模。

由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构 波的形成都需要波源和传输媒质。在一盆水中形成机械波纹，可以使用点激励源产生波，并在水面上传播。波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。将一个肉包子扔出去，这个肉包子可能产生不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地方了，都与扔包子的人不再有任何关系。而对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。不过电磁波的传输媒质可以是真空。 [思考] 电磁波具有波粒二象性。频率越低，波动性越强；频率越高，粒子性越强。所以光波主要表现出粒子性，而长波表现出波动性。射频电磁波就是介于这二者之间的一种电磁波，它既有显著的波动性，又有显著的粒子性。只要认清这一点，许多问题就会变得易于理解。认清事物的本质规律我们才能很好地利用它，我们不能把一头驴当马使，否则就会出现许多荒唐的错误。有人认为射频很复杂，有人认为很简单，就是这个道理。 [哲学启示] 电磁波由于看不见，摸不着，所以在很多人看来它很抽象。但考虑到世界是普遍联系的，尽管不同的事物也有许多不相同点，但找到它们之间的联系，就能获得认识抽象事物的“火眼金睛”。 二、电磁场基本方程 1．麦克斯韦方程 （电生磁。若电场变化，则磁场随之变化） （磁生电。若磁场变化，则电场随之变化） （磁力线是无始无终的封闭闭合曲线） （电力线出发和终止于自由电荷） 麦克斯韦方程的物理含义：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，这是电磁波可以脱离辐射体在空间存在的物理基础。 [思考] 自然界存在一些有趣的现象，尽管机理与电磁波不完全一致，但是其过程却可以帮助我们加深对我们问题的理解。请大家考虑一下，孩童吹肥皂泡时，肥皂泡能够

天线原理笔记

1天线原理 1.1.天线的作用 任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。 天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。 天线的另一个作用是“能量转换”。大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程。即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射；反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个转换效率问题：天线增益越高，则转换效率就越高。 1.2.天线的工作原理 天线本身就是一个振荡器，但又与普通的LC振荡回路不同，它是普通振荡回路的变形。 1.2.1.辐射原理 LC是发信机的振荡回路。电场集中在电容器的两个极板之中，而磁场则分布在电感线圈的有限空间里，电磁波显然不能向广阔空间辐射。如果将振荡电路展开，使电磁场分布于空间很大的范围，这就创造了有利于辐射的条件。下图示出了它的演变过程。

导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。于是，来自发信机的、已调制的高频信号电流由馈线送到天线上，并经天线把高频电流能量转变为相应的电磁波能量，向空间辐射。 谐波转换为振子动态图.gif 当导线的长度L远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱；当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。 1.2.2.接收原理 电磁波的能量从发信天线辐射出去以后，将沿地表面所有方向向前传播。若在交变电磁场中放置一导线，由于磁力线切割导线，就在导线两端激励一定的交变电压——电动势，其频率与发信频率相同。若将该导线通过馈线与收信机相连，在收信机中就可以获得已调波信号的电流。因此，这个导线就起了接收电磁波能量并转变为高频信号电流能量的作用，所以称此导线为收信天线。 无论是发信天线还是收信天线，它们都属于能量变换器，“可逆性”是一般能量变换器的特性。同样一副天线，它既可作为发信天线使用，也可作为收信天线使用，通信设备一般都是收、发共同用一根天线。因此，同一根天线既关系到发信系统的有效能量输出，又直接影响着收信系统的性能。天线的可逆性不仅表现在发信天线可以用作收信天线，收信天线可以用作发信天线，并且表现在天线用作发信天线时的参数，与用作收信天线时的参数保持不变，这就是天线的互易原理。为便于讨论，常将天线作为发信天线来分析，所得结论同样适用于该天线用作收信天线的情况。 1.3.天线辐射单元

移动通信基站基础知识

移动通信基站基础知识 移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP 化。本讲座主要介绍移动通信基站基础知识、GSM基站简介、GSM基站的优化、GSM基站的维护及移动通信基站对健康的影响。。。 GSM数字移动通信发展非常迅速，从早期规划的大区制，到后来的小区制，直到现在的微蜂窝、微微蜂窝，相对应的天线从早期架设在屋面铁塔上，到后来天线降到屋面上，直到现在要把天线设置在屋面下的外墙侧面上。所有的这些变化都说明，对GSM基站站点的优化在不同阶段要有不同的思路，只有不断更新思想，才能建设和优化好GSM无线网络的通信质量。 在GSM建设初期，建设基站的主要目的是为了扩大无线覆盖面，尽可能力移动用户提供较为满意的连续覆盖，所以基站数量相对较少，无线网络也相对简单。 随着GSM移动电话用户数量的飞速增长，GSM基站只有不断地进行扩容与新建，才能满足用户的需求。随着无线网络的不断扩大，网络资源配置不合理现象日益突出，因此，在GSM基站进入快速发展阶段。应重视对基站的优化。 下面以福州市区GSM基站为例，从3个方面阐述影响移动通信质量的原因，并提出采取优化的方法。 一、预测模型的影响及其优化 1.预测模型的影响 根据所使用的频率不同，通常有两种不同数学模型预测GSM基站无线覆盖范围。 （1）Okumura电波传播衰减计算模式 GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。 （2）Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模式 GSM 1800 MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。 不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围，只是基于理论和测试结果统计的近似计算。由于实际地理环境千差万别，很难用一种数学模型来精确地描述，特别是城区街道中各种密集的、下规则的建筑物反射、绕射及阻挡，给数学模型预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点的初步设什，但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差别。

天线简介

天线介绍

版本历史 版本/状态责任人发布日期备注V1.0 张鑫2010年7月天线简介第一版

目录 一、基础知识 (4) 1.1天线的定义 (4) 1.2天线的原理 (4) 1.3天线的基本参数 (5) 1.3.1 谐振频率 (5) 1.3.2 增益 (5) 1.3.3 驻波比 (6) 1.3.4 极化 (7) 1.3.5 辐射方向图 (8) 1.3.6 波瓣宽度 (9) 1.3.7 天线类型 (9) 二、天线的类型与选购 (11) 2.1 全向天线 (11) 2.1.1 普通全向天线 (11) 2.1.2 室内吸顶天线 (11) 2.2 定向天线 (12) 2.2.1 平板定向天线（Patch Antenna） (12) 2.2.2 八木天线（Yagi Antenna） (14) 2.2.3 抛物面栅状天线（Grid Antenna） (15) 2.3 天线配件 (15) 2.3.1 接头 (16) 注解：如何辨别天线接头的公母类型 (19) 2.3.2 射频电缆 (20) 2.3.3 其他配件 (21) 2.4 法律法规 (22) 三、无线传输 (23) 3.1影响室内无线传输的因素 (23) 3.2 室外传输和增益选择 (24) 3.2.1 视距传输（Line of Sight Propagation） (24) 3.2.2 自由空间路径损耗与传输距离 (25) 3.2.3 衰落余量和距离计算 (25) 3.2.4 Fresnel Zone (26) 3.2.5 计算举例 (26)

一、基础知识 1.1天线的定义 天线（Antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。 1.2天线的原理 当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b、c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λ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。

天线工作原理与主要参数

天线工作原理与主要参数 、天线工作原理与主要参数＜BR天线是任何一个无线电通信系统都不可 缺少的重要组成部分。合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。 （一）天线的作用＜BR^类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。天线的另一个作用是”能量转换”。大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。 反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个转换效率问题。 天线增益越高，则转换效率就越高。 （二）天线的分类＜BR沃线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。 ＜BR＞^便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类： 一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。线状天线和面状天线的基本工作原理是相同的。 （三）天线的工作原理

基站基础知识

培训记录

基站培训讲义 一．基站的简单介绍 1．基站的类型 ERICSSON公司的基站产品有200型基站：RBS200、RBS203等用于支持GSM900。RBS205、RBS206等用于支持DCS1800的基站。而目前使用的2000型基站主要用RBS2101、2102、2103、2202等型号。前三种用于室外而后一种用于室内，它都可支持GSM900和DCS1800两种规范。我省采用了RBS2202机型。由于200站的数量在广州只占了很少部分，而且对它的改动也不多，所以这次主要介绍2000站的一些内容。2．在GSM系统中基站所处的位置 在原来的模拟蜂窝系统中是没有BSC的，在GSM系统中才采用BSC的。原因有两种：（1）无线网络的智能化要求，基站的数量增多，从系统功能的提供和经济角度考虑，尽量简化基站功能和结构，降低成本，将无线方面的功能控制和管理集中起来提

供。其目的：使MSC专门处理于移动通信有关的电话交换功能，不介入无线处 理部分。BSC于MSC的责任和接口都清楚。 （2）BSC也采用AXE-10技术，而且方便将BSC升级成MSC。一个BSC可以控制256个基站。所以采用BSC方式，适应移动通信网业务发展需要。 3．RBS2000系统的基本构成如下图所示： LOCAL--BUS RBS2000 BSS（CME系统中的基站部分）包含BSC（基站控制器）和BTS（基站的收发信部分）。BSC同样采用AXE-10的技术来实现，基本结构也是AXE-10的总线结构，左侧为面向MSC的PCM接口，属称A接口，右侧为面向RBS的PCM接口，属称A-BIS接口。一个BSC可以控制256个基站。 TRU称之为收发信机控制器，执行对TG（所有载波设备的控制）的控制。这一条控制链采用的协议是LAPD协议，简称LAPD链。 DXU总是与BTS一同安装。RBS2000中DXU的控制信令是插入LAPD信令中进行传输不需要TS16信令链路，它由DXU根据地址提取。DXU是RBS2000系统中的核心控制单元，主要有以下几方面的功能： 1、分配交换，SWITCH的功能。 2、面向BSC的接口。 3、定时单元，与外部时钟同步或与内部参考信号同步。 4、外部告警的连接，所有机架外的告警信号接口。 5、本地总线控制。 6、物理接口G.703，处理物理层与链路层。 7、OMT接口，提供用于外接终端的RS232串口

天线功能与工作原理

中国联通江苏分公司 技 术 交 流 材 料 江苏靖江亚信电子科技有限公司二00三年六月十一日 目录

一、天线功能与工作原理 (3) 二、天线的分类 (6) 三、性能指标与检测方法 (9) 四、天线结构和质量保证 (14) 五、天线选型原则 (20) 一、天线功能与工作原理 用来进行无线通讯的手机和基站，在空中是通过无线电波来传递信息的，需要有无线电波的辐射和接收。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。 天线的功能首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的装置并

不一定都能用来作为天线，任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间辐射电磁波，或者从周围空间接收电磁波，但是并非任何高频电路都能用作天线，因为辐射或接收效率有高有低，为了有效地辐射或接收电磁波，天线的结构形式应该满足一定的要求。 例如，像平行双导线传输线这样的封闭结构就不能用作天线，因为双导线传输线在周围空间激发的电磁场很微弱，终端开路的平行双导线传输线上的电流呈驻波分布。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离远小于波长，所激发的电磁场在两线外部大部分空间中，由于相位相反而相互抵消。如果把两根导线的末端逐渐张开，辐射就会逐渐增强，当两根线完全张开时，张开的两臂短于半波长，上面电流的方向相同，在周围空中激发的电磁场在某些方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，或者部分叠加、部分抵消，使辐射显著增强，这样的结构称为开放式结构，由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线。 作为基站天线，常常要求天线在水平面内向所有方向（一圈360o）均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接收能力），具有这种特性的天线，叫做全向天线。而对某些基站天线，只要求能覆盖含有一定角度的一个扇区，这种天线叫做定向天线，对这种天线要求只向待定的扇形区域辐射（或只接收来自特定扇形区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（不能接收或接收能力很弱）。也就是说，要求天线具有所谓方向性。 如果天线没有方向性，无线电波呈球形向外均匀辐射，即所谓无方向性天线。此时，对发射天线来说，所辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接收到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪

基站天线原理(基于现代移动通信技术)

天线原理
日常应用的基本原则
天线定义
什么是天线? - 天线是基站/馈缆与自由空间之间的有效接口。是电磁能和 空间电磁场之间的转换设备 - 它是在空间上和频率上具有选择性的能量接收器和发射器。
Base Station Antenna Systems August 2007
PRIVATE AND CONFIDENTIAL ? ANDREW CORPORATION 3/06
PRIVATE AND CONFIDENTIAL ? ANDREW CORPORATION 3/06
天线的构成
半波偶极子
F0 (MHz) λ (Meters) 10.0 3.75 1.87 1.07 0.65 0.38 0.31 0.18 0.15 λ (Inches) 393.6 147.6 73.8 42.2 25.7 14.8 12.3 6.95 5.9
辐射单元 馈电网络 反射器 引向器
F0
30
?λ
80 160 280 460 800
?λ
960 1700 2000
PRIVATE AND CONFIDENTIAL ? ANDREW CORPORATION 3/06
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增益dBd 与dBi
电压驻波比VSWR
Good VSWR is only one component of an efficient antenna.
VSWR 1.00 1.10 1.20 Return Loss (dB) ∞ 26.4 20.8 17.7 15.6 14.0 9.5 Power Power Reflected (%) Trans. (%) 0.0 0.2 0.8 1.7 2.8 4.0 11.1 100.0 99.8 99.2 98.3 97.2 96.0 88.9
一个半波偶极子的辐射图象
一个各向同向的辐射器向所 有的方向辐射等同的能量 同偶极子相比的天线的增益以 “dBd” 表示 同各向同性辐射器相比的天线的增益 以 “dBi”表示 例如: 3dBd = 5.15dBi
1.30 1.40 1.50 2.00
2.15dB
偶极子的增益高 2.15dB
PRIVATE AND CONFIDENTIAL ? ANDREW CORPORATION 3/06 PRIVATE AND CONFIDENTIAL ? ANDREW CORPORATION 3/06
1

基站维护基础知识

第一章 GSM系统基本原理 1.1 概述 移动通信系指通信双方或至少有一方是处在移动中进行的信息交流的通信。 移动通信在运动中完成用户之间的实时通信，为此必须采用无线电通信方式。而在有线传输和无线传输状态下，达到同样的传输质量时，对无线电传输设备的技术要求就严格得多。因为无线传输一般都是处在各种恶劣的地形、地物及气候的条件下工作。移动通信的水平综合体现出一个国家的整个通信技术发展的水平。 1982年欧洲邮电主管部门会议（CEPT）建立了移动通信特别组（GSM），着手进行泛欧洲数字蜂窝状移动通信系统的标准工作。1985年提出移动通信的全数字化。并对泛欧洲数字蜂窝状移动通信提出了具体要求。根据目标提出了二项主要设计原则： （1）话音和心灵对采用数字信号传输。数字化引得传输速率降低到16kbit/s （2）不再采用现有模拟系统使用的12.5 ~ 25kHz标准带宽。采用了时分多址接入方式。 1987年终于确定一些主要参数，这些参数如下： 频段：935 ~ 960MHz 基站发 890 ~ 915MHz 移动台发 频带宽度：25MHz 通信方式：全双工 载波间隔：200kHz 信道分配：TDMA每载波8时隙，全速信道8个，半速信道16个 信道总速率：270.83kbit/s 调制方式：GMSK（高斯滤波最小相移键控）调制指数0.3 话音编码：LPC -LTP -RPE 13kbit/s (规则脉冲激励线性预测编码) 数据速率：9.6kbit/s 分集接收：跳频 217跳/s ，交织信道编码，自适应均衡器（16靤） 每个时隙信道比特率：22.8kbit/s 1.2 陆地移动无线通信特点 陆地移动无线通信与固定无线通信不同，对固定无线通信而言，由于两端位置可以根据有利的电波传播条件加以选择，故除了利用电离层反射或对流层散射的信到外，大多数可视为恒参信道。而陆地移动无线通信，由于通信双方或一方处于运动状态，移动台所处地形及周围环境在不断变化，因此，它具有以下几个明显的特点： ①快衰落。由于多径传播，所接收的信号要产生快衰落，即瑞利衰落。根据理论推导，衰落速率最快时为2v/氪 /s。式中V为车速，胛 ぷ鞑ǔぃ 雌 得啃须/2波长就衰落一次。如工作频率为900M(=0.33m),汽车速度为60km/h(16.6m/s)，则衰落速率为2×16.6/0.33≈100次/s。衰落深度达20~30dB，因而接收的平均信号强度比自由空间或平地地面传播时小得多。 ②慢衰落。由于地形起伏和沿途建筑物的不一，中值场强会在大范围内产生慢衰落，即地形衰落，亦称阴影效应。根据实测的传输数据统计，慢衰落服从对数正态分布。分布的标准偏差随地形起伏的波动高度和频率变化而变化。 ③多普勒效应。在移动通信中多径信号的传输时延是不断变化的，因而信号的相位也随之变化，结果产生附加的频移。由于这种频移是移动体相对于基站的运动而引起的，故称为多普勒频移。频移最大值fm=±v/搿５背邓傥 60km/h，工作频率为450MHz时，fm≈±25Hz。工作频率越高，车速越快，频移就越大。多普勒频移造成的后果是使传输波形产生频谱小范围“晃动”。 ④多径传播效应。多径传播效应主要表现为频率选择性衰落和时延散布造成的波形展宽。 ⑤远近效应。由于移动台要在运动中通信，通信距离一般在几十公里范围内变化，因而存在着“远近效应”。为减少干扰，要求发射机具有功率自动调整功能。 ⑥人为噪声干扰。在城市环境中，汽车点火系统在VHF频段引起的人为噪声干扰相当严重，

相控阵天线的基本原理介绍

相控阵天线的基本原理介绍 相控阵天线是目前卫星移动通信系统中最重要的一种天线形式，由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。相控阵天线有相控扫描线天线阵和平面相控阵天线。图一 图一 N单元相阵 远区观察点P处的总场强可以是认为线阵中N个单元在P点产生的辐 射场强叠加：

图二线性相控阵天线 这一天线阵的方向图函数为： 图三平面相控阵天线 相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。控制相位可以改变

天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这已缺点，波速的扫描高。它的馈电相一般用电子计算机控制，相位变化速度快，即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速。这是相控阵天线的最大特点。 一般相控阵天线应对每一辐射单元的相位进行控制。为了节省移相器和简化控制线路，有时几个辐射单元共用一个移相器。相控阵天线的关键器件是移相器和天线辐射单元。移相器分连续式移相器和数字式移相器两种。连续式移相器的移相值可在0°～360°范围内连续变化，数字式移相器的移相值是离散的，只能是360×(1/2)^n的整数倍，移相器应保证在一定的频率范围内获得所需要的移相值。天线辐射单元的设计应使一定移相范围内和一定频率范围内的输入阻抗的变化尽可能小，以保证发射机正常工作，防止由于射频信号的多次反射而出现寄生副瓣和方向图中出现凹点的现象。相控阵天线的馈电方式分传输线馈电和空间馈电两种。在传输线馈电方式下，射频能量通过波导、同轴线和微带线等微波传输线馈给辐射单元。在空间馈电方式下，发射机产生的射频能量通过辐射装置辐射至自由空间，传输一段距离后由一个接收阵接收，接收阵的每个单元或一组单元所接收到的信号，经过移相器移相后再馈给发射阵的发射单元并辐射出去。 相控阵天线阵列本身的设计主要是幅度、相位分布设计和单元阻

移动通信基站天线基本原理

移动通信基站天线基本原理及选型原则讲义

目录第一章天线的基本理论 第二章分集技术 第三章天线选型原则

第一章天线的基本理论 移动通信系统中，空间无线信号的接收和发射都是依靠基站天线来实现的。因此，基站天线对移动通信网络来说，起着举足轻重的作用。如果天线选择不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响到整个网络运行质量。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，对移动通信网络的干扰、覆盖率、接通率及全网服务质量有很大的影响。 一、天线主要的辐射单元 ?偶极子 ?喇叭 ?缝隙波导 ?印刷类（微带） 二、阵列天线 为了增强天线的方向性，提高天线的增益，得到所需要的辐射特性，把若干个相同的天线按一定的规律排列起来，并给予适当的激励，这样组成的天线系统称为天线阵。组成天线阵的独立单元称为阵元或天线单元。天线阵可分为线阵、面阵、立体阵以及共形阵。 三、天线的极化 移动通信基站天线的极化主要有以下两种： 1、垂直极化 2、＋45°／－45°交叉极化

四、天线的方向图 天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角(θ，φ)分布的图形称为方向图，方向图是三维立体图。 工程上通常用两个相互垂直的主平面内的方向图表示（即E面和H面）。E面是通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面，H面是通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。 常用天线的方向图覆盖示意图：

五、天线方向图参数 ?零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。 ?半功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍的两辐射方向之间的夹角。 ?副瓣电平：副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。 ?后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。 ?前后比：主瓣最大值和后瓣最大值之比(dB)。

贴片天线的工作原理和基本参数

贴片天线的工作原理和基本 参数 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

2．1天线辐射分析的一般过程 天线辐射的来源是时变电流或者时变电荷。天线分析问题就是为了确定给定源的辐射场，与分析其它电磁场问题一样，分析天线辐射问题的本质仍然是在给定边值的条件下求解无源麦克斯韦方程组： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） 但是，通常天线上的时变电荷和电流是未知的而且难以确定，同时天线辐射源所激发的电磁场反过来会影响天线上的辐射源分布，因而直接求解这一边值问题是非常困难的。实际中常采用的近似方法来求解，即先近似提出天线上的场源分布，这里的场源包括时变的电流源和时变的磁流源，再计算由此近似场源分布产生的远区辐射电磁场和。由已知场源和求解和的方法有两种，如图2．1所示。一种是直接建立场源和与辐射场和的积分关系，但是这一积分通常很难求出。更为常用的另一种方法是引入所谓的辅助势函数，即矢量势函数(包括磁矢势和电矢势)。首先根据场源分布与矢量势的积分关系得到和，再对和微分即可求出远区场和。尽管看起来这种方法多了一个中间过程，而且需要同时求解积分和微分，但是这时的被积函数通常会简便很多积分容易求出。一旦求解出了矢势，则通过微分得到需要的场量就非常容易了。 Integration Path1 Sources Radiated fields Integration Differentiation Path1 Path2 Vector potentials 图2.1 天线辐射求解的两种途径

下面以仅存在电流源的情形为例进行说明。假设电流源产生的辐射磁场为，根据(2．3)可知磁场是无散的，可以由一个矢量的旋度来表示。引入磁矢势，定义为： （2-5） 于是磁场与磁矢势之间的关系为： （2-6） 将上式代入(2．2)得到电流源了产生的辐射电场巧与磁矢势才的关系： 引入标量势，将写成的梯度场，使得 = 接下来，对(6)式两端取旋度并应用二重矢量积的恒等式可以得到： 将(2．9)与(2．1)进行比较可以得到： 其中。 定义标量势满足洛仑兹条件： 将(2．11)代入(2．10)就得到了电流源与磁矢势之间的关系： 将(2．11)代入(2．8)就得到了磁矢势与辐射电场之间的关系： 而磁矢势与辐射磁场之间的关系已在(2．6)中给出。 一旦通过(2．12)由解出了，则立即可以由(2．13)和(2．6)得到辐射电场与辐射磁场。(2．13)是一个非齐次的矢量偏微分方程，它的解由下式给出：