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天线知识
天线的概念
天线(Antenna)是在无线电收发系统中,向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。
是无线电通信系统中必不可少的部分。由于各种设备要求采用的波段不同,天线的设计也就不同,不同用途的天线需要设计成各种样式,就是我们通常称的天线程式。如在长、中、短波段,一般用导线构成天线,有T形、倒L形、环形、菱形、鱼骨形、笼形天线等。在微波波段,用金属板或网制成喇叭天线,抛物面天线,金属面上开槽的裂缝天线,金属或介质条排成的透镜天线等。
天线的分类
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。
按用途可分为基地台天线(base station antenna)和移动台天线(mobile portable antennas)
按工作频率可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波
按其方向性可划分为全向和定向天线
按其结构性可划分为线天线和面天线
天线原理
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。 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, 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λ时,辐射很微弱;导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射。
a
b
天线的方向性讨论
天线方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图来表示,方向图主瓣的宽度,方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性,就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率,并使之具有一定的保密性和抗干扰性。
天线的五个基本参数
方向图(波瓣宽度)
增益
输入阻抗(50Ω,75Ω,120Ω)
前后比
极化方式
频率范围
天线方向图
天线方向图是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。是表示天线方向性的特性曲线,即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数,它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度(天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标,通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系)。 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。 a , 在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角或波瓣角)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。
移动通信天线波瓣宽度与覆盖的关系
天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此,在一定范围内通过对天线垂直度(俯仰角)的调节,可以达到改善小区覆盖质量的目的,这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平平面的半功率角(H-Plane Half Power beamwidth):(45°,60°,90°等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好,但当提高天线倾角时,也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小,在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖,而且相对而言,不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小,天线倾角大,应当采用水平平面的半功率角小的天线,郊区选用水平平面的半功率角大的天线;垂直平面的半功率角(V-Plane Half Power beamwidth):(48°, 33°,15°,8°)定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小,偏离主波束方向时信号衰减越快,在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。
3dB 波瓣宽度
- 3dB点/-10dB点
- 3dB点/-10dB点
a/b
峰值方向
(最大辐射方向)
带反射板的二半波振子垂直阵列
Vertical Plane
垂直方向图(侧视图)
反射板
长度为L
两个半波振子
两个半波振子(带反射板)
在垂直面上的配置
Horizontal Plane
水平方向图(俯视图)
Vertical Plane
垂直方向图(侧视图)
增益(Gain)
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说,增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度,而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,