天线基本概念课件.ppt

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1、关于天线基本概念现在学习的是第1页，共32页天线接收和发射信号的原理天线接收和发射信号的原理常用天线性能指标介绍常用天线性能指标介绍 目目录录常见故障及原因分析常见故障及原因分析现在学习的是第2页，共32页一、天线信号接收和发射原理 什么是天线？v把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间.v收集无线电波并产生电信号收集无线电波并产生电信号B B l la ah h blahb l a hblah现在学习的是第3页，共32页天线的作用 天线尤如人的耳目一样重要。无线设备的千里眼、顺风天线尤如人的耳目一样重要。无线设备的千里眼、顺风耳。如果没有天

2、线，再先进的雷达，也无法发现几千米之外耳。如果没有天线，再先进的雷达，也无法发现几千米之外的目标；洲际导弹，如果没有天线，就会失去遥控，乱飞乱的目标；洲际导弹，如果没有天线，就会失去遥控，乱飞乱炸。炸。对无线通信系统也同样是这样。再先进的基站通信设备，对无线通信系统也同样是这样。再先进的基站通信设备，没有好的天线，也无法发挥优良的性能。可见天线是无线通没有好的天线，也无法发挥优良的性能。可见天线是无线通信系统的重要组成部分。信系统的重要组成部分。现在学习的是第4页，共32页天线的作用 将传输线中的高频电磁能量转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要

3、了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。现在学习的是第5页，共32页天线的辐射 平行双线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，平行双线载有交变电流时，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。辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如下图所示，由于两导线的距离很近，电如果导线位置如下图所示，由于两导线的距离很近，电流方向相反，两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因流方向相反，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。而辐射很微弱。现在学习的是第6页，共32页天线的辐射 如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两

4、导如果将两导线张开，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。线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。现在学习的是第7页，共32页天线的辐射 当张开部分的导线长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射当张开部分的导线长度远小于波长时，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差不是太远时，导线上的很微弱；当导线的长度增大到可与波长相差不是太远时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。因此，天线尺寸与波电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。因此，天线尺寸与波长相关，即与频率相关，频率越高，天线尺寸越小。长相关，即与频率相关，频率越高

5、，天线尺寸越小。波长波长频率频率=真空中的光速（常数）真空中的光速（常数）现在学习的是第8页，共32页二、常用天线性能指标介绍对单极化天线对单极化天线v方向图v增益v输入阻抗（电压驻波比）v极化v带宽v功率容量v3阶无源互调（PIM）2 对双极化天线对双极化天线 除具有单极化天线的电参数外还具有v隔离度v交叉极化比天线的主要电参数现在学习的是第9页，共32页 天线的方向图 把天线在空间辐射强度随方位、俯仰角度分布的曲线图把天线在空间辐射强度随方位、俯仰角度分布的曲线图形叫天线方图。形叫天线方图。天线方向图通常是一个三维空间的曲面图形。为了表示天线方向图通常是一个三维空间的曲面图形。为了表示方便

6、起见，在工程中常用归一化方向图。方便起见，在工程中常用归一化方向图。现在学习的是第10页，共32页天线的方向图现在学习的是第11页，共32页 在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主平面上的在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主平面上的剖面图剖面图来表示天线的方向图。来表示天线的方向图。E E面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）垂直面方向图垂直面方向图 H H面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面）面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面）水平面方向图水平面方向图 在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主平面在工程上为了方便表示起见，常用

7、两个相互正交主平面上的剖面图上的剖面图来表示天线的方向图。来表示天线的方向图。E E面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）垂直面方向图垂直面方向图 H H面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面）水平面方向图水平面方向图主平面方向图现在学习的是第12页，共32页与方向图有关的几个参数 主瓣（半功率波束宽度主瓣（半功率波束宽度HPBW）副瓣（上第一副瓣）副瓣（上第一副瓣）零深（下第一个零深）零深（下第一个零深）前后比（前后比（FB比）比）现在学习的是第13页，共32页天线的方向图上旁瓣下部零陷主瓣后瓣现在学习的是第14

8、页，共32页波瓣宽度120(eg)峰值峰值-10dB点点-10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60(eg)峰值峰值-3dB点点-3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB 主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。好，抗干扰能力越强。现在学习的是第15页，共32页半功率波束宽度（HPBW）定义：在主平面（定义：在主平面（E E

9、面或面或H H面）方向图中把面）方向图中把功率下降一半功率下降一半的的波束宽度叫半功率波束宽度。波束宽度叫半功率波束宽度。在场强方向图中，在场强方向图中，场强下降场强下降0.7070.707倍倍所夹的角度；所夹的角度；在归一化在归一化dBdB方向图（最大值为方向图（最大值为dBdB）中，）中，-3dB-3dB所夹的角所夹的角度。度。现在学习的是第16页，共32页 主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间的凹点叫零深。主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间的凹点叫零深。把主瓣与第一副瓣之间的凹点叫第一零深，在移把主瓣与第一副瓣之间的凹点叫第一零深，在移动通信中，由于下第一个零深会影响通信，所以往往采动通信中，由于下第一个

10、零深会影响通信，所以往往采用赋形天线技术来填零。用赋形天线技术来填零。零 深上旁瓣下部零陷主瓣后瓣现在学习的是第17页，共32页 在天线的主平面方向图中，除了主瓣之外，把比主瓣小的在天线的主平面方向图中，除了主瓣之外，把比主瓣小的所有辐射瓣都叫副瓣，把紧邻主瓣的副瓣叫第一副瓣。在归一化所有辐射瓣都叫副瓣，把紧邻主瓣的副瓣叫第一副瓣。在归一化dB方向图中副瓣电平均为方向图中副瓣电平均为dB.不管是在微蜂窝基站中使用的全向天线还是定向板状天线，不管是在微蜂窝基站中使用的全向天线还是定向板状天线，当主波束下倾时，上第一副瓣会越区造成干扰，因而要用赋当主波束下倾时，上第一副瓣会越区造成干扰，因而要用赋

11、形技术来抑制上第一副瓣电平。形技术来抑制上第一副瓣电平。副瓣电平上旁瓣下部零陷主瓣后瓣现在学习的是第18页，共32页前后比（FB）在水平面或垂直面方向图中，把天线在前向在水平面或垂直面方向图中，把天线在前向 （0 0）(最大辐射方向最大辐射方向)辐射功率辐射功率P P（0 0）与后向）与后向（180180 30 30）最大辐射功率）最大辐射功率PmaxPmax（180180 30 30）之比定义为天线的前后辐射比。之比定义为天线的前后辐射比。（FB）（）（dB）=10lg(0)/Pmax （18030）在归一化在归一化dBdB方向图中，前后比就是后向方向图中，前后比就是后向150 210范围内

12、的最大副瓣电平的范围内的最大副瓣电平的-dB-dB数。数。上旁瓣下部零陷主瓣后瓣后瓣现在学习的是第19页，共32页天线的增益 增益是天线极为重要的参数，它表示空间能量的集中程增益是天线极为重要的参数，它表示空间能量的集中程度。度。常用常用dBdB表示天线增益的大小。表示天线增益的大小。常用两种方法定义天线的增益。常用两种方法定义天线的增益。相对理想点源（各向同性辐射体）其单位用相对理想点源（各向同性辐射体）其单位用dBidBi表示；表示；相对半波偶极子，其单位用相对半波偶极子，其单位用dBddBd表示。表示。由于自由空间半波长偶极子的增益为由于自由空间半波长偶极子的增益为2.15dBi2.15

13、dBi，故，故dBddBd比比dBidBi大大2.15dB2.15dB。现在学习的是第20页，共32页一个单一对称振子具有面包一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射圈形的方向图辐射 对称振子的增益为对称振子的增益为2.17dB 一个各向同性的辐射器在所一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射有方向具有相同的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用益用“dBi”表示表示例如例如:3dBd =5.17dBi现在学习的是第21页，共32页 天线的极化就是它辐射无线电波中电场的极

14、化。天线的极化就是它辐射无线电波中电场的极化。天线辐天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。天线的极化垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化-45度倾斜的极化度倾斜的极化现在学习的是第22页，共32页双极化天线V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)两个天线为一个整体两个天线为一个整体 传输两个独立的波传输两个独立的波现在学习的是第23页，共32页交叉极化 天线可能在非预定的极化上产生不需要的极化分量。例天线可能在非预定的极化上产生不需要的极化分量。例如：水平极化天线，也可能产生垂直极化分量，把这种不如：水平极化天线

15、，也可能产生垂直极化分量，把这种不需要的极化波就称作需要的极化波就称作交叉极化波交叉极化波，也可做正交极化波。也可做正交极化波。实际通信中，收发天线之间要得到最大功率传输，不仅要求实际通信中，收发天线之间要得到最大功率传输，不仅要求收发天线均与馈线匹配，而且要求收发天线极化方向必须一致，收发天线均与馈线匹配，而且要求收发天线极化方向必须一致，收发天线极化一致也叫做极化匹配。对线极化天线，发射天线用收发天线极化一致也叫做极化匹配。对线极化天线，发射天线用垂直极化，那么接收天线也必须用垂直极化垂直极化，那么接收天线也必须用垂直极化.现在学习的是第24页，共32页天线的输入阻抗（VSWR）把天线输入

16、端的电压（把天线输入端的电压（V V）与电流（）与电流（I I）之比定义为天线的输入）之比定义为天线的输入阻抗：阻抗：Z Zininv/Iv/I 由于基站的输出阻抗为由于基站的输出阻抗为5050，常用，常用5050同轴电缆连基站与天同轴电缆连基站与天线，为了实现最佳阻抗匹配，希望天线的输入阻抗为线，为了实现最佳阻抗匹配，希望天线的输入阻抗为5050纯电阻。纯电阻。但天线的实际阻抗并不完全等于但天线的实际阻抗并不完全等于5050，且含有电抗分量。，且含有电抗分量。工程中常用电压驻波比（工程中常用电压驻波比（VSWRVSWR）来表示天线的阻抗特性。）来表示天线的阻抗特性。如果如果VSWRVSWR1

17、 1，则表示完全匹配，则表示完全匹配，即即z zinin=50=50电缆电缆 50 ohms天线天线 50 ohms 80 ohms现在学习的是第25页，共32页9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W 电压驻波比反应输入到天线的能量的反射，驻波电压驻波比反应输入到天线的能量的反射，驻波比越大，从天线发射回的能量也越多。比越大，从天线发射回的能量也越多。天线的输入阻抗（VSWR）现在学习的是第26页，共32页 把天线电参数（如把天线电参数（如VSWR、增益、方向图等）不超过用所、增益、方向图等）不超过用所允许值的频率称作天线的工作带宽。允许值的频率称作天线的工作

18、带宽。工程中，人们习惯把工程中，人们习惯把VSWR小于某些给定值的频段小于某些给定值的频段定义为定义为天线的工作带宽。天线的工作带宽。例如以例如以VSWR1.5来定义天线的工作带宽。常用相对带来定义天线的工作带宽。常用相对带宽宽（BW%）来表征天线的带宽。来表征天线的带宽。式中式中:f h-天线的最高工作频率天线的最高工作频率 f fl l-天线的最低工作频率天线的最低工作频率 f f0 0-中心工作频率中心工作频率天线的工作带宽0%hlfffBW%=现在学习的是第27页，共32页天线的工作带宽 天线的相对带越宽，制作天线的难度就越大，所以对相对天线的相对带越宽，制作天线的难度就越大，所以对相

19、对带宽比较宽的天线带宽比较宽的天线适当降低对天线适当降低对天线VSWR的要的要求是科学的，也求是科学的，也是符合实际的，不要一味地什么天线都追求低的是符合实际的，不要一味地什么天线都追求低的VSWR，因为天线的因为天线的VSWR2对用户不会产生大的影响，但却大大增加对用户不会产生大的影响，但却大大增加了天线制造商的困难及成本。了天线制造商的困难及成本。现在学习的是第28页，共32页三、常见故障及原因分析 基站天线常出现接收信号强度（基站天线常出现接收信号强度（RSSI）异常的情况，其原因）异常的情况，其原因如下：如下：1、对于、对于RSSI指标影响非常显著的是：接头的安装是否指标影响非常显著的

20、是：接头的安装是否良好，接触是否良好，以及周围基站干扰情况。良好，接触是否良好，以及周围基站干扰情况。2、基站天线下倾角度偏差太大。一般实际下倾角度与基站天线下倾角度偏差太大。一般实际下倾角度与网优设计角度偏差超过网优设计角度偏差超过2度以上均视为不可接受。度以上均视为不可接受。现在学习的是第29页，共32页三、常见故障及原因分析RSSI异常情况异常情况现象现象产生的主要可能原因产生的主要可能原因RSSI过低过低 主（分）集长时间RSSI低于-110dBm左右 天馈各个接头接触不好，天馈、TRX、CDU、功放故障RSSI过高过高 主（分）集长时间RSSI高于-95dBm或在一定时间内高于-95

21、dBm 开关和跳线错误、硬件故障、接头进水、天馈驻波、参数设置问题，系统工作不正常、杂散和互调、外部干扰RSSI主分集差主分集差异过大异过大 主（分）集两者间RSSI长时间相差6dB以上或出现RSSI主分集对比告警、TRM主（分）集接收告警。天馈驻波、天线安装问题、硬件故障、分集旁路开关设置错误、外部干扰现在学习的是第30页，共32页名词解释：1、CDU（COMBINING&DISTRIBUTION UNIT）耦合分配单耦合分配单元。元。CDU是无线网络基站系统中是无线网络基站系统中TRU和天线系统间的接口和天线系统间的接口，可实现几个，可实现几个TRU在同一根天线上发射。在同一根天线上发射。2、TRX在通讯里面是收发单元，通常也认为是载频。在通讯里面是收发单元，通常也认为是载频。TRU（transmission receiver Unit）。TRU是硬件结构里对载波的是硬件结构里对载波的统称，指的是一块载波，统称，指的是一块载波，TRX是专门指的收信器和发信器的合是专门指的收信器和发信器的合称，是称，是TRU收发信单元的一部分。收发信单元的一部分。现在学习的是第31页，共32页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第32页，共32页