移动通信技术 北京市高等教育精品教材立项项目 教学课件 作者 杨秀清 第8章.pptVIP

《移动通信技术》电子教案 第8章 天线系统 8.1天线辐射电磁波的基本原理 移动通信系统的基站天线一般采用常规板状天线（低增益天线）和加长型板状天线（高增益天线）。前者是由4个半波振子组成的垂直直线阵，并在一侧加有反射板。其增益约为14～17dB，长度在1.3m左右；后者与前者的不同是半波振子有8个，增益约为16～19dB。长度在2.6m左右，是低增益天线的两倍。 图8-1所示为是一天线模型。 现在使用较多的天线品牌有：安德鲁、ADC（新西兰）、首信、德尔泰克、凯瑟琳、贾尔威武（法国）。 图8-1 天线模型 8.2天线的性能指标 表征天线性能的主要参数包括电性能参数（Electrical properties）和机械性能参数（Mechanical properties）。 电性能参数有输入阻抗、电压驻波比、回波损耗、极化方式、隔离度、方向图、增益、波瓣宽度、前后比等。 机械参数有尺寸、重量、风载荷、工作温度、工作湿度、雷电防护、防潮、防盐雾、防霉菌。 8.2.1 电性能参数 1．输入阻抗（Impedance） 天线的输入阻抗是指天线在工作频段的高频阻抗，是天线馈电端高频输入电压与高频输入电流的比值。一般移动通信天线的输入阻抗为50?，直流阻抗为0?。 2．电压驻波比（VSWR） 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VSWR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。 3．回波损耗（Return Loss） 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到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越小表示匹配越好。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。 4．极化方式（Polarisation） 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。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。 5．分集接收 GSM中实现分集的办法是使用两个有一定间隔距离的接收天线，两个天线受到的衰落影响是互不相关的。利用此特点，可以大大减小信号在空间传播过程中发生的多径衰落。在GSM900MHz频段天线水平最短距离为4m，推荐6m；GSM1?800MHz频段水平最短距离为2M，推荐3m。 6．隔离度（Isolation between ports） 发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，当接收天线的极化方向来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。信号从一个天线的端口到另一个天线端口之间的衰减称为隔离度。GSM移动通信基站要求天线的极化隔离度大于30dB。 7．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为功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。 8．增益（Gain） 天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率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集中能量的能力。在相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。 9．波瓣（束）宽度，也叫半功率宽度（Half Power Beamwidth） 在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧，功率强度下降到最大值的一半（场强下降到最大值的0.707倍，3dB衰耗）的两个方向的夹角叫做波瓣宽度，它表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地，GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65°，在120°的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9～10dB。 （1）水平半功率角（Horizontal Plane Half Power Beamwidth） （2）垂直半功率角（Vertical Plane Half Power Beamwidth） （3）前后比（Front-Back Ratio） （4）下倾角（Downtilt） 8.2.2 机械参数 1．天线尺寸和重量 为了便于天线储存、运输、安装及安全，在满足各项电气指标情况下，天线的外形尺寸应尽可能小，重量尽可能轻。 目前运营商对天线尺寸、重量、外观上的要求越来越高，因此在选择天线时，不但要关心其技术性能指标，还应关注这些非技术因素。一般市区基站天线应该选择重量轻、尺寸小、外形美观的天线，郊区、乡镇天线一般无此要求。 2．风载荷 基站天线通常安装在高楼及铁塔上，尤其在沿海地区，常年风速较大，要求天线在风速36m/s