2射频技术与应用_移动通信中的射频技术.rtf

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1、 本文由 lovebeyond37 贡献 ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。北京交通大学 Beijing Jiaotong University 射频技术与应用之 移动通信中的射频技术 王均宏 北京交通大学电子学院 移动通信中的射频技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内容提要 移动通信系统概况 移动通信基站天线 移动通信终端天线 移动通信中的射频技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内容提要 移动通信系统概况 移动通信基站天线 移动通信终端天线 移动通信系统概

2、况 现代通信基本技术 无 线 传 输 技 术 复用及解复用技术：频分，时 分，码分、空分。传播技术及问题：电磁波的大 气损耗、多径、遮挡、绕射。电端机 调制技术：ASK,FSK,PSK,QAM 信源，收信机 信源 编解码 信道 编解码 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动交 换中心 主要调制技术：主要调制技术：1强度调制（光通信）光管 市话 2相位调制（无线通信）3相幅调制（无线通信）基站 电 光 眼图 射频 载波 实际 滤 理论 波 功放，低噪放 功放，低噪放 调制 解调 调制 解调 端 机 抽样,AD/DA 3 2 2 1 4 3 内 01101001

3、01 部 技 信道 信源 信源，术 编解码 编解码 收信机 相关技术：码 整形，码压缩 调制技术：强度调制、相干调制 光电管，激光源 光端机 有 传输技术及问题：中继，损耗，色 线 散（材料、波导、PMD）及补偿。传 输 技 复用及解复用技术：TDM，WDM 术 主要复用技术：主要复用技术：交换 交换 1时分 t t 3空分（智能 天线）t 2波分 t t t 交换技术:光电光（目 前）；光控光（试 图）；无交换（试图）4码分（扩频通信）CDMA f t f 2t f 3t f 4t f 5t 5-20 MHz 移动通信系统概况 无线通信系统工作频段 北京交通大学 Beijing Jiaoto

4、ng University 移动通信系统概况 移动通信系统 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信系统概况 蜂窝内射频部分 射频前端 基站天线 移动台天线 信道(电波 传播)北京交通大学 Beijing Jiaotong University 市话局 移动交 换中心 基站 电磁波的大气 损耗、多径、遮挡、绕射 基带 调制 功放，信号 解调 低噪放 射频载波 功放，低噪放 调制 基带 解调 信号 射频载波 移动通信系统概况 移 动 通 信 系 统 天 线 主 要 技 术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信中的射频

5、技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内容提要 移动通信系统概况 移动通信基站天线 移动通信终端天线 移动通信基站天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 基站天线：是蜂窝移动通信系统中的一个关键部件，它扮演着“上传下达”的重要角色。移动通信基站天线 基站天线分类及特点 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 基站天 线要求 及技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 基站天线阵 列技术 垂直阵列，增加垂直方 向的方向性，提

6、高增益，增强信号或 增大作用距 离 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 基站天线水平方向方向性 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 利用反射面的反射形成方向性 移动通信基站天线 基站天线水平方向方向性 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 一般城区基站天线 选用水平半功率角接近于 60的天线，以减少干 扰。辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。移动通信

7、基站天线 密集城区基站天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 密集城区基站站距只有 40O600m，所以在使用水 平半功率角为 65的天线、且天线有效挂高为 35 m 的情况下，天线下倾角可能设置在 14-l1.5 如果单纯采用机械下倾方式，倾角过大时会引起水 平波束变宽，干扰增大，同时上副瓣也会引入较大 干扰；如采用电子式倾角天线，则可以较好地解决 波形畸变问题，产生的干扰也相对较小。所以密集 城区基站选用电子式倾角的水平半功率角为 60左 右的中等增益双极化天线较为合适。移动通信基站天线 农村地区基站天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong

8、University 农村地区选用水平半功率角较大的高增益单极化 天线，如水平半功率角为 9O的 17dBi单极化天线 郊区基站天线 介于农村和一般城市之间 移动通信基站天线 基站天线波瓣下倾技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 低旁瓣技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 低旁瓣技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 波束倾斜与非倾斜 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 波束倾斜

9、与阵元馈电 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 倾斜波束变窄技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 下倾角设置 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 合理设置天线下倾角不但可以降低同频干扰 的影响，有效控制基站的覆盖范围和整网的软 切换比例(对 CDMA 网络而言)，而且还可以加强 本基站覆盖区内的信号强度。一般而言，对基 站分布密集的地区应侧重于考虑干扰抑制，而 基站分布较稀疏的地区则应侧重于考虑加强覆 盖，这两方面侧重分别对应不同的下倾角算法。移动通信基

10、站天线 电子倾角设置 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 电子式下倾天线与机械式下倾天线相比，波 形畸变较小，易于控制覆盖范围，干扰规避能 力较强。电子式下倾天线分为预调电子倾角天线、可 调电子倾角天线、遥控式可调电子倾角天线等 类型。预调电子倾角天线与机械式下倾天线价 格相仿，而可调电子倾角天线、遥控式可调电 子倾角天线的价格则远高于机械式下倾天线。密集城区基站可选用预调电子式倾角天线。移动通信基站天线 天线挂高 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 随网络规模、组网方式、话务量密度、基站 密度的不同，天线的有效挂高也随之变化

11、。一般而言，同一基站密度区域内各基站天线 有效挂高应该大致相等；基站越密，天线有 效挂高应该越低。移动通信基站天线 电波传播的路径损耗 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 快衰落与慢衰落 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 快衰落（车辆运行时）北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基站天线 基站天线分集技术 空间分集 无分集天线与 相关系数不同 的两付分集天 线的效果比较 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信基

12、站天线 基站天线分集技术 方向图分集 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 极化分集 移动通信基站天线 基站天线宽频带技术 移动用户的显著 增长，使得没有 更多地方来放置 新的基站了，这 就要求基站天线 工作在 2 个或更 多的工作频段，要求天线单元具 有宽频带和多频 带的特性。北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信中的射频技术 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内容提要 移动通信系统概况 移动通信基站天线 移动通信终端天线 移动通信终端天线 北京交通大学 Beijing Jiaoton

13、g University 手机主要指标 电特性指标：频段、阻抗、驻波比(低)、带宽(宽)、增益(高)、方向图(全向)、极化特性等 物理特性指标：尺寸(小)、材料、加工难度(低)、重量(轻)、机械强度(高)等 比吸收率(SAR-Specific Absorption Rate)（小）（以任意 6 分钟记时平均，每公斤人体组织吸收的 电磁辐射能（W/kg）欧洲标准:2w/kg 美国标准:1.6w/kg 中国标准:1.0w/kg 移动通信终端天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 外置天线 单极天线 螺旋天线 PCB 印制螺旋天线 优点：频带范围宽 接收信号稳定

14、制造费用低 缺点：裸露易损坏 易受人体影响 不易降低 SAR 移动通信终端天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内置天线 微带贴片天线 缝隙天线 IFA 和倒 L 天线 PIFA 陶瓷天线 优点：尺寸小，不易损坏 SAR 小 可组阵实现智能化 缺点：平均有效增益比 外置天线低 造价高 移动通信终端天线 外置天线 单极 天线 螺旋 天线 PCB 螺 旋天 线 价格 便宜 PIFA 天线 价格 便宜 贴片 天线 很少 用 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 内置天线 缝隙 天线 很少 用 陶瓷天线 价格 拉杆，价格 比较 价高

15、 便宜 电性 能比 较 用途 说明 价格便宜 驻波比可以做到 2，增 驻波比在 6 左右。增益 性能一般，益 0-1dBi 0-1dBi。效率较差 螺旋天线是主流，可 PIFA 是使用最多的一 一般用在 以降低尺寸。柔性 PCB 种内置天线。体积小，蓝牙，螺旋天线是发展方向 增益高，带宽宽。WLan 和 GPS 上 移动通信终端天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 手机天线发 展趋势 小型化：手 机小型化 手 机功能多样化 多频段：扩 容、多模通信，GSM，CDMA，Bluetooth，Wifi 移动通信终端天线 小型化 采用高介电常数材料基片 北京交通大

16、学 Beijing Jiaotong University c f 2L r 激起强表面波：表面损耗大 增益减小 效率低 带宽窄 成本高(a)r=3.0(b)r=28.2 移动通信终端天线 短路加载 谐振频率主要取 决于短路探针的 粗细与位置，尺 寸可缩减 50 对探针与馈电点 间距依赖严重 带宽窄 H 面交叉极化电平高 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信终端天线 表面开槽 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 切断原先的表面电流路径，使电流路径变长，降 低天线谐振频率。尺寸减小能力有限，过分缩减会影响天线 带宽和增益

17、 移动通信终端天线 附加有源网络 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 利用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术弥补 由于天线尺寸缩小引起的指标下降 工作频带宽 增益高 易对天线方向图实施电控 便于实现阻抗匹配 设计复杂 成本高 噪声 非线性失真 移动通信终端天线 天线多频化 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 多频天线：在多个不同的频段范围内，各项性能 指标（如：带宽内驻波比、增益、方向图和效率 等）均能满足系统的要求的一个天线。多频螺旋天线 外置双频天线 螺旋双频天线 移动通信终端天线 多频螺旋天线 北京交通大学 Beijing

18、 Jiaotong University 双频螺旋天 线 双频螺旋 天线 三频螺旋 天线 移动通信终端天线 多贴片微带天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 采用多个具有较强电流的辐射单元（贴片）在 对应频率处谐振 缺点：增加天线厚度或者面积，应用受限制 移动通信终端天线 集总元件加载 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 在微带天线的贴片和接地板之间添加一些短路结 构或集总元件 即可实现双频，又可实现小型化 移动通信终端天线 缝隙加载 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 利用一定结构的缝隙在

19、单层微带天线上实现多频 移动通信终端天线 模式正交 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 利用贴片的两个正交的长度，产生两个正交的模 式：TM10 和 TM01 当同轴探针的横坐标为 0 时，仅能激励 TM01 模式；纵坐标为 0 时，仅能激励 TM10 模式。将馈电点置于(xB,yA)，其中 xB,yA 均 不为 0，能同时激励起 TM10 和 TM01 两种模式，需 移动通信终端天线 北京交通大学 Beijing Jiaotong University PIFA 天线（Planar Inverted F Antenna）天线 移动通信终端天线 优点：易于内置，便于共形 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 具有水平和垂直两种极化特性，适合在复 杂的移动环境中使用 易于和 50 欧姆输入阻抗匹配，省去了匹配 电路 后向辐射少，对人体健康伤害小 移动通信终端天线 天线位置选取 北京交通大学 Beijing Jiaotong University 移动通信终端天线 不同位置比较 北京交通大学 Beijing Jiaotong University best not bad worst 移动通信终端天线 不同位置的效率 北京交通大学 Beijing Jiaotong University