天线怎样发射信号课件.ppt
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1、中兴通讯网络通信教育Sub-Mission3 内容基站天线的产业技术发展概况基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线电参数的概念和意义天线工程参数天线工程参数中兴通讯网络通信教育中国天线企业的技术现状和市场现状 据有关资料显示,在移动通信、扩频通信及微波通信等科技含量较高的民用基站天线、智能天线和蓝牙天线领域,中国民族天线产品的市场占有率,只有我国整个天线市场的20%左右,规模和实力与国外国际知名天线企业有相当差距。国产天线通过近二十年的发展,与国外品牌的技术差距正在缩小,有的甚至已经不分高下。中兴通讯网络通信教育国内天线供应商摩比天线摩比天线西安海天西安海
2、天中山通宇中山通宇三水盛路三水盛路北京邮电北京邮电中兴通讯网络通信教育Sub-Mission3 内容基站天线的产业技术发展概况基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线电参数的概念和意义天线工程参数天线工程参数中兴通讯网络通信教育什么是天线什么是天线?天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波,或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。B Bl la ah h b la hb la 中兴通讯网络通信教育什么是天线天线的分类按辐射方向图分:全向和定向天线按外形结构分:鞭状天线、平板天线和帽形天线按极化方式分:垂直极化天线(也叫单极化天线)和交叉极化天线
3、(也叫双极化天线)中兴通讯网络通信教育什么是天线 电偶极子:长度远小于波长的导线 导线载有交变电流时,就可以形成电磁波的辐射,辐射的能力和导线的长度和形状有关。当导线的长度和和波长比拟时,导线上的电流显著增加,形成较强的辐射能力,我们将此直导线叫振子。中兴通讯网络通信教育什么是天线中兴通讯网络通信教育什么是天线(a):如图所示,当两根导线距离很近时,理想导线上产生的感应电动势相互抵消,辐射到两根导线之外的能量很小(b):当两根导线张开一定的角度后,由于导线的电流方向相同,产生的感应电动势的方向相同,向外辐射的能量较大(c):当张开导线的长度与波长可比拟时,导线上的电流大大增强,因而能够形成较强
4、的辐射通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两臂长度均为1/4波长的振子称为对称半波振子中兴通讯网络通信教育什么是天线中兴通讯网络通信教育Sub-Mission3 内容基站天线的产业技术发展概况基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线电参数的概念和意义天线工程参数天线工程参数中兴通讯网络通信教育天线主要参数电性能参数(Electrical properties)工作频段 输入阻抗驻波比 极化方式增益 方向图水平、垂直波瓣3dB宽度下倾角 前后比旁瓣抑制与零点填充功率容量 三阶互调天线口隔离机械参数(Mechanical properties)尺寸 重量天
5、线罩材料外观颜色 工作温度存储温度 风载迎风面积 接头型式包装尺寸 天线抱杆防雷中兴通讯网络通信教育天线辐射方向图 天线辐射模式:天线辐射特性在空间坐标中的图形化表示 辐射特性包括:辐射强度、场强、相位、极化 辐射模式包括:主瓣和旁瓣主瓣:覆盖辐射最大方向的辐射瓣旁瓣:主瓣之外的、沿其他方向的辐射瓣 天线的方向性是立体的:水平波瓣图:把天线方向图沿水平方向纵切得到的切面图垂直波瓣图:把天线方向图沿垂直方向纵切得到的切面图中兴通讯网络通信教育天线辐射方向图全向天线定向天线波瓣宽带越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强中兴通讯网络通信教育天 线 增 益 天线增益的定义:在输入功率相等地条件
6、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。天线增益的物理意义:描述天线把输入功率集中辐射的程度,即最大辐射方向上的辐射效果。作为电磁能转化设备,转换的效率反映了天线的性能,因此天线增益称为选择基站天线最重要的参数之一。中兴通讯网络通信教育天 线 增 益 天线通常是无源器件,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个方向。增益是天线的重要指标之一,它表示天线在某一个方向能量集中的能力。中兴通讯网络通信教育半波振子半波振子理想点源(无耗均匀辐射器
7、)理想点源(无耗均匀辐射器)0dBd =2.15dBi2.15dB常用单位:常用单位:dBd 和和 dBi dBi:表示天线在最大辐射方向场强相表示天线在最大辐射方向场强相 对于全向辐射器(理想点源)的参考对于全向辐射器(理想点源)的参考值。值。dBd:表示天线在最大辐射方向场强相对表示天线在最大辐射方向场强相对于半波振子的参考值于半波振子的参考值两者有一个固定的差值:两者有一个固定的差值:dBi=dBd+2.15天线增益天线基本结构与选型中兴通讯网络通信教育例:例:1个个 dipole 接收功率:1mW多个多个 dipole组阵组阵接收功率:4 mWGAIN=10log(4mW/1mW)=6
8、dBd增 益中兴通讯网络通信教育10log(8mW/1mW)=9dBi扇区天线扇区天线“Sector antenna”接收功率:8mW全向阵列全向阵列“Omnidirectional array”接收功率:mW(顶视)Antenna增 益中兴通讯网络通信教育典型应用目前一般的定向天线增益为15dBi 左右。市区基站一般不宜选取增益过高的天线,这样便于控制基站覆盖距离;郊区基站一般选取增益比较高的天线,这样增加覆盖距离,在一些覆盖面积较大的区域,也不宜于选取增益过大的天线,因为增益越高,汇聚能力强,覆盖面积较集中,会产生覆盖盲区。但一些公路,铁路沿线基站,会应用一些高增益的天线。全向天线一般应用
9、于乡村基站,360度覆盖只需要一个扇区就可以了,但全向天线不宜应用于市区。中兴通讯网络通信教育60(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB Beamwidth波束宽度(波瓣宽度)波瓣宽度也称为半功率角,指天线辐射图中低于最大辐射方向3dB所成的夹角 中兴通讯网络通信教育120(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dB Beamwidth60(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB Beamwidth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,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。其余的瓣称为
10、副瓣或旁瓣。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(功率密度降低一(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(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)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干半功率角)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。扰能力越强。还有一种波瓣宽度,即还有一种波瓣宽度,即 10dB波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐射强度降低射强度降低 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。的
11、两个点间的夹角。波束宽度(半功率角)中兴通讯网络通信教育水平波瓣3dB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(3dB宽度,可以有其它的定义方式)。定向天线:65/90/105/120 全向天线:中兴通讯网络通信教育垂直波瓣3dB宽度定向天线全向天线中兴通讯网络通信教育水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度 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,定向天线的水平波瓣宽度有20、30、65、90、105、120、180等,常用65、90;天线的垂直波瓣
12、宽度一般在380之间,基站采用较多的是518的天线。天线的增益和水平及垂直波瓣宽度密切相关,一般来说,天线的波瓣宽度越小,其增益越大,在确定这三个参数时,需一起考虑。中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选取原则 对不同传播环境、不同地形地貌,天线的水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度一般可遵循下面的原则选取:水平波瓣宽度 对基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域,水平波瓣宽度应选得小一点。对覆盖半径较大,话务分布较少的区域,水平波瓣宽度应选得大一些。垂直波瓣宽度 对地形平坦,建筑物稀疏,平均高度较低的区域,垂直波瓣宽度可选得小一点。对地形复杂、落差大的区域,垂直波瓣宽度可选得大一些。中兴通讯网
13、络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议1城区S111基站:一般选用水平波瓣宽度为65,垂直波瓣宽度为710的天线,天线增益在1518dBi之间S110或定向单扇区基站:可以选用水平波瓣宽度为65、90甚至更宽的天线,根据覆盖需求选用;垂直波瓣及增益选择同S111站型全向基站:选用增益较小、带电子下倾的天线中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议2郊区和农村定向基站:选用水平波瓣宽度为90,垂直波瓣宽度为57的天线,天线的增益在1518dBi之间。全向基站:选用垂直波瓣宽度为57,增益在912dBi之间的天线。中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议3水面(大的湖泊、海面等)、戈壁滩、
14、沙漠 定向基站:如果要求覆盖的区域比较开阔,考虑选用水平波瓣宽度为90或105,垂直波瓣宽度为57的天线,天线增益在1418dBi之间;如果要求覆盖距离比较远但宽度不太大(如狭长湖面,地形影响等),可考虑采用65等窄波束天线。全向基站:选用垂直波瓣宽度为57,增益在912dBi之间的天线。中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议4公路、铁路等狭长地带:取决于需覆盖区域的距离和形状如果路线较直,可以选用水平波瓣宽度为2030,垂直波瓣宽度为57的高增益天线。如果路线弯曲幅度较大,根据具体情况可选用水平波瓣宽度为65、90甚至更大,垂直波瓣宽度为57的天线。单扇区功分定向道路或河流道路或河流
15、双扇区定向或单扇区功分定向道路或河流全向扇区中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议5地形复杂、落差较大的区域,分为两种情况天线架高高于覆盖区:可根据具体情况选垂直波瓣宽度为1018的天线。大片需要覆盖的区域高于天线的架设高度:根据具体情况选1830大垂直波瓣宽度的天线。中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度选择建议6低频系统,天线尺寸比较大天线水平波瓣宽度的选取可遵循前面的原则,垂直波瓣宽度可以在前面建议的基础上适当放宽。如果按照前面规范需要选用垂直波瓣比较小的天线,而实际只能提供垂直波瓣比较大的天线,在基站密集的城区,应选用带电下倾的天线。在天线增益一定的情况下,天线的水平半功率角与
16、垂直半功率角成反比中兴通讯网络通信教育水平和垂直波瓣宽度两者具体关系如下:例如,某一全向天线的增益为11dBi,水平半功率角为360度,其垂直半功率角为:3240010logaG a其中:G 为天线增益,单位为dBi 为垂直半功率角,单位为度 为水平半功率角,单位为度11/10324007.15360 中兴通讯网络通信教育波束宽度和增益的关系当天线增益较小时,天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大;当天线增益较大时,天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小波束宽度越大,增益越小。中兴通讯网络通信教育无线电波的极化 无线电波在空中传播时,其电场方向是按照一定规律变化的,这种现象称为无线电波的极
17、化 无线电波是一种能量传输形式,在传播过程中电场和磁场是垂直的中兴通讯网络通信教育电磁波的传输中兴通讯网络通信教育天线的极化 天线极化就是指天线辐射时形成的电场强度方向 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向 垂直极化波:当电场强度方向垂直于地面 水平极化波:当电场方向平行于地面 电波的极化方式:水平极化、垂直极化、圆极化中兴通讯网络通信教育天线的极化垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度极化度极化-45度极化度极化中兴通讯网络通信教育天线的极化 如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的,就叫做椭圆极化波;在旋转过程中,如果电场强度的大小保持不变,我们就叫它圆极化波;向传播方向看去顺时针
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