室内分布系统及无源器.ppt

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1、室内分布系统室内分布系统 及无源器件简介及无源器件简介 2010年北分培训Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统及无源器件简介室内分布系统及无源器件简介u室内分布系统简介室内分布系统简介u室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则u室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介室内覆盖系统近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用

2、。什么是室内分布系统什么是室内分布系统Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介室内盲区室内盲区大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。话务量高的大型室内场所话务量高的大型室内场所 车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。发生频繁切换的室内场所发生频繁切换的室内场所高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介v 覆盖方面覆盖方面 由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的

3、弱场强区甚至盲区;v 容量方面容量方面 建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象;v 质量方面质量方面 建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介网络组成Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介信源信 号 分 布Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统

4、简介室内分布系统简介Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介信源特点n信源：微蜂窝或基站n特点：u可增加容量u可利用信源功率u可获得纯净的信号，不易干扰n信源：直放站放大宏蜂窝信号n特点：u不占用传输路由u对于小型室内覆盖可快速完成u综合成本低u可转移用户Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统简介室内分布系统简介Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.

5、室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则室内分布系统的设计流程通常分以下几步：室内分布系统的设计流程通常分以下几步：1收集、整理建筑平面图。2现场勘查，并收集机房位置、竖井位置等信息。3确认覆盖要求。各运营商有不同的设计原则，且不同楼宇有不同的覆盖要求。4确定天线点位置及发射功率。5根据确定位置及功率绘制系统图，出设计草案。6根据设计草案对现场情况进行模拟测试。7根据模测情况修改设计草案。8整理最终方案。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布

6、系统设计原则室内分布系统设计原则1收集、整理建筑平面图。收集、整理建筑平面图。所需平面图要包括以下信息：各建筑单位尺寸、形状。各区域的用途，如办公区、库房等。平层内各线槽或可布线路由。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则2现场勘查，并收集机房位置、竖井位置等信息。现场勘查，并收集机房位置、竖井位置等信息。所需收集以下信息：机房位置。竖井位置及走线位置。各布线路由是否可行。天花板材质。天花板材质。各中墙体材质及结构。各中墙体材质及结构。周边环境周边环境Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd

7、.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则3确认覆盖要求。各运营商有不同的设计原则，且不同确认覆盖要求。各运营商有不同的设计原则，且不同楼宇有不同的覆盖要求。楼宇有不同的覆盖要求。以移动公司07年要求为例：覆盖达标：大部分区域（90）信号强度大于-85dbm，且地下层和电梯内信号电平大于-94dbm，所有区域质差比（通话等级 57）小于10。覆盖基本达标：大部分区域（90）覆盖达标，但地下层或电梯内信号强度小于-94dbm或质差比（通话等级 57）10%；局部区域（1020）信号强度小于-85dbm；覆盖强度达标，质差比（通话等级 57）10%20%。覆盖不达标：大部分区域（20）信号强度小于

8、-85dbm；覆盖强度不达标，质差比（通话等级 57）20%。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则4确定天线点位置及发射功率。确定天线点位置及发射功率。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则4确定天线点位置及发射功率。确定天线点位置及发射功率。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则5根据确定位置及功率绘制系统图，出设计草案。根据确定位置及功率绘制系统图，出设计草案。Copy

9、right Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统设计原则室内分布系统设计原则6根据设计草案对现场情况进行模拟测试。根据设计草案对现场情况进行模拟测试。7根据模测情况修改设计草案。根据模测情况修改设计草案。8整理最终方案。整理最终方案。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.1.1.功分器功分器2.2.耦合器耦合器3.3dB3.3dB电桥电桥4.4.滤波器滤波器5.5.天线天线6.6.馈线馈线室内分布系统中常用

10、的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.功分器功分器:功分器全称“功率分配器”，属于能量分配器件,可将能量等分成2路、3路或4路输出。功分器由微带线、带状线或同轴线制成，利用多段阻抗变换器原理达到足够的带宽。功分器规格是根据输出端口的数量进行划分的，室内分布系统中常用到的功分器有一分二、一分三、一分四等几种规格，它们每一路输出信号的功率分别等于输入信号功率的1/2、1/3和1/4。另有不等分功分器，一般使用较少。室内分布工程采用的功分器必须具有宽带性能，频段范围为8002500MHz，基本满足现有无线通信信号的覆盖要求。随着

11、数字集群和WIFI信号的逐渐商用，对公分器的频段范围也提出了更宽的要求：7903500MHz。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.左图中蓝色部分为经过三级阻抗变换的微带线；绿色部分为罗杰斯介质板，具有特定的介电常数。各端口输出能量是输入能量的1/2，即-3dB。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件微带二功分器微带二功分器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.在不同宽度微带线的节点处需要焊接隔离电阻，图中没有标明各端口输出能量是输入能量的1/3，即-

12、4.8dB。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件微带三功分器微带三功分器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.四功分在实现形式上相当于3个二功分各端口输出能量是输入能量的1/4，即-6dB。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件微带四功分器微带四功分器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.腔体功分器使用铜制镀银圆柱形同轴传输线，具用承受功率大的特点，但由于没有隔离电阻，其端口隔离度几乎为0dB.室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件腔体功分器腔体功分器:Copyrig

13、ht Shenzhen Grentech Co.,Ltd.左图中白色部分为三级阻抗变换的同轴传输线，黄色部分为接头的插针。每一节传输线长度为波长的1/4室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件腔体功分器腔体功分器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.功分器的应用：功分器的应用：功分器属于能量分配器件，可将馈线中 传输的信号进行功率等分，对于基站下行信号，功分器为功率分配器，对于基站上行信号，功分器为功率合成器。微带功分器有良好的端口隔离度，但不能承受大功率信号的冲击，故多在小功率覆盖工程、隔离度要求较高的条件下使用。腔体功分器弥补了大功率的需

14、求，而且插入损耗略小于微带功分器，在隔离度要求不高的信号覆盖工程得到广泛应用。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.参数参数指指标标备备注注类型二功分器三功分器四功分器插入损耗0.2dB0.2dB0.2dB不含分配损耗分配损耗3 dB4.80dB6.0 dB带内平坦度0.3 dB工作频段800MHz2500MHz特征阻抗50驻波比1.3功率容量200W接头形式N-K（镀银）工作温度-30+65功分器技术指标：功分器技术指标：室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright She

15、nzhen Grentech Co.,Ltd.无源器件主要技术指标：无源器件主要技术指标：工作频带：工作频带：满足指标要求的工作频率范围，网络优化工程的频带 800MHz2500MHz。插入损耗：插入损耗：系统因加入功分器后的单路损耗，一般地，插损要求不超过0.5dB。隔离度：隔离度：功分器各输出端口之间信号相互耦合的大小。隔离度越大，相互干扰越小，性能越好，通常要求在-20dB以下。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.无源器件主要技术指标：无源器件主要技术指标：输出波动：输出波动：在工作频带内各输出端

16、口信号电平的最大值与最小值之差。差别越小越平坦，一般要求不超过0.3dB。功率容量：功率容量：器件能承受的最大输入功率，通常微带器件为50W，腔体器件为200W。三阶互调三阶互调:互调干扰指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音。互调干扰集中在各系统的下行输出，主要表现为三阶互调干扰。如果互调产物落在自身或某一其他系统的上行接收频段内，从而对该系统基站的接收灵敏度造成一定的影响。工程应用时指标范围是-120-140dBm(220W)室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.电压驻波比（电压驻波比（

17、VSWR）：）：衡量功分器输入/输出端口的反射信号大小，要求小于1.3（即回波损耗不超过-18dB）。驻波比（voltage standing wave rate）是衡量器件性能的一个关键指标，反应器件与系统中其它部件的匹配程度。当系统不匹配时,馈线上同时存在入射波Ei和反射波Er。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波电压与反射波电压的幅度相加形成一个最大电压振幅Emax，称为波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压幅度相减形成一个最小电压振幅Emin，称为波节。其它各点电压的幅度值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为驻波。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyr

18、ight Shenzhen Grentech Co.,Ltd.电压驻波比则是波腹电压与波节电压的比值，即 VSWREmax/Emin 电压驻波比是衡量信号输入到天线端口时被反射回能量大小的指标。该指标另一个含义相同的名称是回波损耗，单位为分贝（dB），二者可如下换算：回波损耗=20logVSWR1VSWR+1室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.与与VSWR相关的基本概念相关的基本概念1 1）反射系数：）反射系数：反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，通常记为 R，计算式如下 其中，ZL为传输线终端

19、负载阻抗，Z0为传输线特性阻抗。2)VSWR 2)VSWR与与R R间的关系：间的关系：终端负载阻抗L和特性阻抗0越接近，反射系数R 越小，驻波比VSWR 越接近于1，匹配也就越好。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.耦合器的两个输出端分别称为主线端口（也称直通端口）和耦合端口；通常情况下，大部分能量都由主线端口输出，耦合端输出较少。与功分器类似，该配件在工程上亦用于对网络优化系统进行能量分配的场合。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件耦合器耦合器:Copyright Shenzhe

20、n Grentech Co.,Ltd.如图示，耦合器是一个四端口器件。1-4和2-3为两根传输线，线间有一定的耦合机构。当电磁波从端口1输入时，除了有一部分能量直接从端口4输出外，同时还有一部分能量到2-3通道中，从端口3或2输出。从端口3输出而端口2无输出时，成为“同向定向耦合器”（指1-4和2-3通道的传输方向相同）；从端口2输出而端口3无输出，成为“反向定向耦合器”。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件耦合器耦合器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.输入信号耦合信号直通信号输入端口主线/直通端口耦合端口50副线主线主通道室内分布系

21、统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件耦合器耦合器:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.定向耦合器是典型的4端口器件耦合度主要是靠控制主线和副线之间的距离实现的，间距越小、耦合度越大。端口作用直通：1 2耦合：1 4隔离：2 4负载：3端口5dB10dB20dB30dB1111222233334444室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.定向耦合器可将能量按任意比例分配，其规格根据耦合端输出信号电平的大小划分。网络优化工程常用耦合器的规格及其基本性能如下：定向耦

22、合器定向耦合器耦合比例耦合比例耦合度耦合度直通损耗直通损耗5dB5dB耦合器耦合器1/31/3-5dB-5dB-1.65dB-1.65dB6dB6dB耦合器耦合器1/41/4-6dB-6dB-1.25dB-1.25dB7dB7dB耦合器耦合器1/51/5-7dB-7dB-0.97dB-0.97dB10dB10dB耦合器耦合器1/101/10-10dB-10dB-0.46dB-0.46dB15dB15dB耦合器耦合器1/321/32-15dB-15dB-0.14dB-0.14dB20dB20dB耦合器耦合器1/1001/100-20dB-20dB-0.044dB-0.044dB30dB30dB耦

23、合器耦合器1/10001/1000-30dB-30dB-0.0043dB-0.0043dB室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.耦合度C:主通道的输入功率P入与耦合通道的输出功率P耦之比的分贝 数为耦合度或称多度衰减C=10lg(P入/P耦)方向性D:辅线中耦通道和隔离通道输出功率之比的分贝数 D=10lg(P耦/P隔)隔离度I:主通道功率P入与隔离通道输出功率P隔之比的分贝数 I=10lg(P入/P耦)各指标之间的关系：D与I 都是描述定向耦合器定向性能的量，但实际上多用D 少用I.I=D+C D=I-

24、C室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件主要技术指标主要技术指标:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.功能功能：耦合器类似于功分器，都属于能量分配器件，不同之处为：1.功分器只能将能量等分成两路、三路或四路输出 2.耦合器可将能量按任意比例分配输出用途用途：在室内分布系统中，需将施主天线接收到的基站信源通过同 频或移频放大后再合理传送至室内各个房间/盲区，该过程要 对输入信号进行多次/多通道的能量分配，功分器/耦合器即 用于具体分配场合。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件功能与用途功能与用途 Copyright She

25、nzhen Grentech Co.,Ltd.3dB电桥实际上是一种功率平分的定向耦合器。其原理为四端口网络器件，以微带形式实现。按照结构分类，可分为环形电桥、分支线电桥和耦合线电桥电桥外观图室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件3dB电桥电桥:Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.结构原理结构原理432112343412环形电桥分支线电桥耦合线电桥室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.相位特性相位特性图中1、2、3、4标号为端口，即信号从3、4端口输入

26、时，功率都平分到1、2端口，并且1、2端口之间相互隔离。环形电桥的特性为3端口进入的信号至1、2端口时彼此相位相同，4端口进入信号则彼此相位相反。分支线与耦合线电桥的相位关系与环形电桥不同，当信号从3端口进入分至1、2端口，则2端口的相位比1端口领先90，便形成了端口1和2直接的隔离作用；而当4端口输入时，则1端口的相位要领先90。分支线和耦合线具有两个对称面，即其结构的上下、左右都对称，因此1、2端口和3、4端口是互易的，其特性完全相同。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.实际结构模型实际结构模型为工

27、程使用方便，将端口1和4的位置进行对调，避免输入与输出口交错。而且输入与输出口是可以对调使用的。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.参数技术指标工作频率范围8002500MHz插损3.2dB驻波系数1.2隔离度30dB输出不平坦度0.3dB功率容量150W,200W接口 N型阴头50三阶互调-140dBc(2*43dBm)环境温度-25+65（外部环境温度）电桥技术指标电桥技术指标室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Lt

28、d.电桥的应用电桥的应用1 电桥由于输入/输出端隔离度高，常可在同频合路时使用，如移动与 联通的GSM信号合路；亦或小灵通信令信道和控制信道之间合路。2 电桥应用时其输出端负载必须匹配，尽量做到负载一致。3 电桥的作用和同频合路器相似，仅不能承受较大功率室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.微波及其特点微波及其特点n所谓微波是一种具有极高频率（通常为300MHz300GHz），波长很短，通常为1m1mm的电磁波。n微波具有似光性和似声性、穿透性、信息容量大等特点。滤波器的基本原理滤波器的基本原理滤波器顾名

29、思义就是对电磁波信号进行过滤，让需要的信号通过，抑制不需要的信号，主要目的为了解决不同频段、不同形式的无线通讯系统之间的干扰问题。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.滤波器的四种形式滤波器的四种形式低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.低通滤波器电路原型低通滤波器电路原型带通滤波器电路原型带通滤波器电路原型室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyrig

30、ht Shenzhen Grentech Co.,Ltd.滤波器的实现形式滤波器的实现形式n集总参数滤波器n微带线、带状线滤波器n同轴腔体滤波器n波导滤波器n介质滤波器室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.同轴谐振腔滤波器同轴谐振腔滤波器 其结构排列比较灵活，适合于100MHz40GHz频段带通滤波器的设计，在当今移动通信频段领域使用最多的当是同轴腔，它的基本原理是根据四分之一开路线和二分之一短路线所等效的LCR谐振电路。在实际的产品研发和生产中，我们使用了改进的双同轴UIR(均匀阻抗匹配)四分之一波长谐

31、振结构。这种结构的优点是：结构通用，易于开发移植，适用移动通信全频段；调节范围大，对公差要求不高，非常适于初等产品的低成本生产；功率容量大，采用电耦合输入输出，所以产品一致性和稳定性很好。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.滤波器的结构滤波器的结构主要由谐振腔、谐振柱、调谐螺杆组成室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.通带工作频段通带工作频段 即滤波器允许通过电磁波的频率范围。通带的理解在生产过程提供的技术指标规定

32、严格了的，不需要怎样的去按照上面的定义去具体计算。也可以这样说，如果我们的差损要求是0.8db，通带需要10M的带宽，那么我们的通带就可以说成是0.8db带宽为10M。带内波动带内波动 在规定的带宽内,插入损耗最大点减去最小点的即为带内波动。又叫带内波纹或者通带波纹。指通带内信号幅度的起伏程度，也受限于谐振器的固有Q值，一般希望尽可能的小。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.隔离度隔离度 为了区分在有两个或者两个以上通带情况下（例如双工器，合路器）相互通带之间的带外抑制，这时我们统一称带外抑制为隔离。带

33、外抑制带外抑制 又称阻带抑制,理想的滤波器是矩形的，通带内的信号全部通过，通道外 的信号全部过滤掉，但实际情况是，只能过滤掉一部分能量，带外抑制 度反应了对过滤信号的衰减幅度,对不需要的频率点，信号的抑制能力，一般希望尽可能的大，并在通带范围外陡峭的下降，通常取带外与带宽 为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。带外抑制这个概念实际 上还是属于损耗的范畴，只是我们现在所说指的是在通带外，信号的衰 减已经被抑制得比较充分，这个具体的损耗值就是带外抑制的值室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.插入损耗插入损

34、耗 又称衰减,在理想情况下，插入到射频电路中的理想滤波器，不应在其 通带内引入任何功率损耗.然而现实中我们无法消除滤波器固有的,某种 程度的功率损耗.插入损耗定量的描述了功率响应幅度与0dB基准的插值,其数学表达式为:其中PL 是滤波器向负载输出的功率,Pin 是滤波器从信号源得到的输入 功率,一般希望插入损耗越小越好。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.CDMAGSMGSM对CDMA的杂散干扰CDMA对GSM的杂散干扰10M隔离带CDMA/GSM CDMA/GSM 双频合路器双频合路器室内分布系统中常

35、用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.公司滤波器产品简介公司滤波器产品简介公司已顺利通过了 华为 中兴 诺基亚/西门子 大唐 爱立信 阿尔卡特 北电等通信主设备商的审核认证，正式成为其主要供货商。室内分布系统中常用的无源器件室内分布系统中常用的无源器件Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.天线天线 1.1 天线的作用与地位天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率）

36、，并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.电磁波的辐射电磁波的辐射 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1.1 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1.1 b 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 时，辐射很微弱；导线的长度 L 增大到

37、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。图1.1 a图1.1 Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.1.2 对称振子对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波

38、长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子波长的振子，称半波对称振子,见见 图1.2 a 。另另外外，还还有有一一种种异异型型半半波波对对称称振振子子，可可看看成成是是将将全全波波对对称称振振子子折折合合成成一一个个窄窄长长的的矩矩形形框框，并并把把全全波波对对称称振振子子的的两两个个端端点点相相叠叠，这这个个窄窄长长的的矩矩形形框框称称为为折折合合振振子子，注注意意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子,见见 图1.2 b 。1/4波波长对称振子称振子1/4波波长1/2波波长图1.2 a图1.2 Copyright She

39、nzhen Grentech Co.,Ltd.1.3 天线方向性的讨论天线方向性的讨论 天线方向性天线方向性 发射发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈面包圈”形的形的立体方向图立体方向图（图图1.3.1 a）。）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，难，图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个给出了它的

40、两个主平面方向图主平面方向图，平面方向图描述天线，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。一样大。图1.3.1 c 水平面方向水平面方向图图1.3.1 b 垂直面方向垂直面方向图图1.3.1 a 立体方向立体方向图Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.天线方向性增强天线方向性增强 若

41、干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈扁平的面包圈”，把信号进一把信号进一步集中到在水平面方向上。步集中到在水平面方向上。下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。图和垂直面方向图。垂直面方向垂直面方向图立体方向立体方向图Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平平面面反反射射板板放放在在阵阵列列的的一一边边构构成成扇扇形形区区覆覆

42、盖盖天天线线。下下面面的的水平面方向图说明了反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向，单侧方向，提高了增益。提高了增益。全向阵全向阵（垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：两个基本要素：抛物反射面抛物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源放置在抛物面焦点上的辐射源。扇

43、形区覆盖扇形区覆盖（垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.增益增益 增益增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。增益越高

44、。可以这样来理解增益的物理含义可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输的输入功率，而用增益为入功率，而用增益为 G=13 dB=20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需需 100/20=5W.换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。说，与无方向性的理想点源相比，把输

45、入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为半波对称振子的增益为G=2.15 dBi;4个半波对称振子个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15 dBi (dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd.半波对称振子的增益为半波对称振子的增益为G=0 dBd（因为是自己跟自己比，比值为（因为是自己跟自己比，比值为1，取对，取对数得零值。）数得零值。）；垂直四元阵，其增益约为垂直四

46、元阵，其增益约为G=8.15 2.15=6 dBCopyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.波瓣宽度波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（波瓣宽度（又称又称 波束宽度波束宽度 或或 主瓣宽度主瓣宽度 或或 半功率角半功率角）。波瓣宽度）

47、。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还还有有一一种种波波瓣瓣宽宽度度，即即 10dB波波瓣瓣宽宽度度，顾顾名名思思义义它它是是方方向向图图中中辐辐射射强强度度降降低低 10dB（功率密度降至十分之一）（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角，见图的两个点间的夹角，见图1.3.4 b.3dB 波瓣波瓣宽度度-3dB点点-3dB点点10dB 波瓣波瓣宽度度-10dB点点-10dB点点峰峰值方向方向（最大（最大辐射方向）射方向）图1.3.4 a图1.3.4 b峰峰值方向方向（最大（最大辐射方向）射方向）Copyright Shen

48、zhen Grentech Co.,Ltd.天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算可用下式估算其增益其增益：G（dBi ）=10 Lg 32000 /（23dB,E 23dB,H）式中，式中，23dB,E 与与 23dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；32000 是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。2）对对于于抛物面天线，可用下式近似计算抛物面天线，可用下式近似计算其增益其增益：G（dB i）=10 Lg 4.5 （D/0）2

49、式中，式中，D 为为抛物面直径抛物面直径；0 为中心工作波长；为中心工作波长；4.5 是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。3）对对于于直立全向天线，有近似计算式直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10 Lg 2 L/0 式中，式中，L 为为天线长度天线长度；0 为中心工作波长；为中心工作波长；Copyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.垂直极化垂直极化1.4 天线的极化天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。的方向就是天线极化方向

50、。一般使用的天线为单极化的一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化是最常用的；水平极化-也是要被用到的。也是要被用到的。水平极化水平极化EECopyright Shenzhen Grentech Co.,Ltd.垂直极化垂直极化双极化天线双极化天线 下图示出了另两种单极化的情况：下图示出了另两种单极化的情况：+45 极化极化 与与-45 极化，它们仅仅在特殊场合下极化，它们仅仅在特殊场合下使用。使用。这样，共有四种单极化了，见下图。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合