天线基础理论.pptx
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1、2023/3/16天线基本特性what is antenna?传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波 有效的接收或发射电磁波 能量转换;有效定向辐射(或接收);第1页/共57页2023/3/16天线是如何形成的?第2页/共57页2023/3/16Wavelength1/2 Wavelength1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipole半波振子(Dipoles)1800MHz :166mm 900MHz :333mm 公式:300/f(G)mm第3页/共57页2023/3/16Cable 50 ohmsAntenna 50 ohms多个半波振
2、子组成天线阵基站天线案例第4页/共57页2023/3/16移动基站天线基本理论1 1、基本概念2 2、方向图和增益3 3、极化方式、天线带宽、阻抗、驻波比4 4、分集接收、下倾角、无源交调、交叉极化、分集接收、下倾角、无源交调、交叉极化5 5、天线在结构上的考虑、环境试验、天线在结构上的考虑、环境试验6 6、天线在无线组网中的作用、天线在无线组网中的作用第5页/共57页2023/3/161天线基本概念:在天线的包装盒里都有一份技术参数的说明书,上面详细描述了这副天线的性能指标,如:频带:18951920 增益:10dBi 驻波比1时,说明输进天线的功率有一部分被反射回来,从而降低了天线的辐射功
3、率;7/8“电缆损耗5dB/100m,是在VSWR=1(全匹配)情况下测的;有了反射功率,就增大了能量损耗,从而降低了馈线向天线的输入功率;VSWR越大,反射越大,匹配越差。那么,驻波比差,到底有哪些坏处?在工程上可以接受的驻波比是多少?一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。第32页/共57页2023/3/16VSWR反射功率百分比增大馈线损耗(dB)(50米馈线加跳线约2.5dB自然损耗)与完全匹配(VSWR=1)相比减小的辐射功率(dB)减小辐射功率百分比3.06.025%(1.25dB)0.92.1540%2.09.511%(0.5dB)0.360.861
4、8%1.811.08%(0.36dB)0.310.6714%1.514.04%(0.17dB)0.190.368%1.415.52.8%(0.12dB)0.090.214.7%1.317.51.7%(0.07dB)0.060.132.9%1.221.00.8%(0.03dB)0.040.071.1%回波损耗(dB)第33页/共57页2023/3/16从上图可以看出:VSWR=1.3时,天线反射1.7%的功率(0.07dB),馈线新增损耗0.06dB,与完全匹配(VSWR=1)相比,功率多损失2.9%(0.13dB)。可见,VSWR=1.3与与VSWR=1.5相相比比,功功率率损损失失仅仅减减少
5、少了了0.23dB,这在移动通信的衰落传播中,影响基本可以忽略影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得多。不要盲目一味追求低的驻波比!不要盲目一味追求低的驻波比!第34页/共57页2023/3/16 天线的阻抗 天线可以看做是一个谐振回路。一个谐振回路当然有其阻抗。我们对阻抗的要求就是匹配,和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。和天线相连的是馈线,天线的阻抗和馈线必须一样,才能达到最佳效果。PCS/GSM/CDMA系统目前使用的天线阻抗全部是50欧姆。第35页/共57页2023/3/16带宽带宽*方向图带宽方向图带宽:方向图的变化(最大辐射方向偏离预 定方向、主瓣展宽、副瓣电平增高 等)不
6、超过允许值的频率范围。*方向性(或增益)系数带宽方向性(或增益)系数带宽:方向性系数(或增 益)降到允许值的频率范围。*阻抗带宽阻抗带宽:VSWR不超过某一限额的频率范围。*极化带宽极化带宽:主极化方向上交叉极化不超过某一限额 的频率范围。第36页/共57页2023/3/16交叉极化交叉极化第37页/共57页2023/3/16下倾天线下倾天线1010电下倾1010机械下倾6 6 电下倾+4+4 机械下倾第38页/共57页2023/3/16下倾角对网络设计的影响下倾角对网络设计的影响 在在WCDMAWCDMA系统中,天线的下倾角对小区的覆系统中,天线的下倾角对小区的覆盖范围、邻区干扰、以及软切换
7、比例都有着重要的盖范围、邻区干扰、以及软切换比例都有着重要的影响,下倾角如果设置的太大,小区边缘的用户难影响,下倾角如果设置的太大,小区边缘的用户难以接入,而且会引起天线波瓣变形,重叠覆盖区域以接入,而且会引起天线波瓣变形,重叠覆盖区域变大,增大了软切换开销,降低了系统容量。下倾变大,增大了软切换开销,降低了系统容量。下倾角如果设置的太小,可能会出现严重的越区覆盖现角如果设置的太小,可能会出现严重的越区覆盖现象,使得邻区干扰以及软切换比例增大,降低系统象,使得邻区干扰以及软切换比例增大,降低系统的容量。因此需要设置合适的下倾角。的容量。因此需要设置合适的下倾角。第39页/共57页2023/3/
8、16下倾角的设计方法下倾角的设计方法tan(-/2)=HANT/RCELL 下倾角 垂直波瓣半功率角 第40页/共57页2023/3/16仿真条件仿真结果结论结论1:站间距逐渐减小情况下,增大下倾角可以降低邻区干扰,降低软切换比例,增大小区的容量。结论结论2:1.在确定下区半径情况下,存在最优下倾角。第41页/共57页2023/3/16电子下倾和机械调节下倾方向图电子下倾和机械调节下倾方向图第42页/共57页2023/3/16无源互调交调指几个不同频率信号混合后,产生出新的信号,这是由于射频器件的非线性效应引起的;载频A、B可能产生的交调信号一阶 A B二阶 A+B A-B三阶 2A-B 2B
9、-A四阶 3A-B 3B-A 2A-2B五阶 4AB 4B-A 3A-2B 3B-2A 第43页/共57页2023/3/16基站发射频率、接收频率是分开的,发射信号由于交调,会耦合出交调信号,交调信号被接收端接收到,如果交调信号频率刚好落在接收信号频带内,接收端把交调信号当作有用信号接收回来;当交调信号接近或者比有用信号高时,系统会误认为交调信号是有用信号,导致掉话等等。由于发射频率、接收频率相差不会太大,从交调的公式可以看出,三阶交调、五阶交调、七阶交调可能落在接收频率端。交调如何影响系统?交调如何影响系统?第44页/共57页2023/3/16互调产生的原因互调产生的原因 无源互调的原因:存
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