關(guān)于天線的經(jīng)典論述

天線基本知識(shí)及應(yīng)用--鏈路及空間無線傳播損耗計(jì)算 
1 鏈路預(yù)算  
上行和下行鏈路都有自己的發(fā)射功率損耗和路徑衰落。在蜂窩通信中，為了確定有效覆蓋范圍，必須確定最大路徑衰落、或其他限制因數(shù)。在上行鏈路，從移動(dòng)臺(tái)到基站的限制因數(shù)是基站的接受靈敏度。對(duì)下行鏈路來說，從基站到移動(dòng)臺(tái)的主要限制因數(shù)是基站的發(fā)射功率。通過優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使小區(qū)覆蓋半徑內(nèi)，有較好的通信質(zhì)量。 
一般是通過利用基站資源，改善網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)小區(qū)的鏈路平衡（上行或下行），從而使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。最終也可以促使切換和呼叫建立期間，移動(dòng)通話性能更好。 
上下行鏈路平衡的計(jì)算。對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙向通信的GSM系統(tǒng)來說，上下行鏈路平衡是十分重要的，是保證在兩個(gè)方向上具有同等的話務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素，也關(guān)系到小區(qū)的實(shí)際覆蓋范圍。 
下行鏈路（DownLink）是指基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)接收的鏈路。 
上行鏈路（UpLink）是指移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站接收的鏈路。 
上下行鏈路平衡的算法如下： 
下行鏈路（用dB值表示）： 
PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown 
式中： 
PinMS 為移動(dòng)臺(tái)接收到的功率； 
PoutBTS為BTS的輸出功率； 
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗； 
LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗； 
GaBTS為基站發(fā)射天線的增益； 
Cori為基站天線的方向系數(shù)； 
GaMS為移動(dòng)臺(tái)接收天線的增益； 
GdMS為移動(dòng)臺(tái)接收天線的分集增益； 
LslantBTS為雙極化天線的極化損耗； 
LPdown為下行路徑損耗； 
上行鏈路（用dB值表示）： 
PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta] 
式中： 
PinBTS為基站接收到的功率； 
PoutMS為移動(dòng)臺(tái)的輸出功率； 
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗； 
LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗； 
GaBTS為基站接收天線的增益； 
Cori 為基站天線的方向系數(shù)； 
GaMS為移動(dòng)臺(tái)發(fā)射天線的增益； 
GdBTS為基站接收天線的分集增益； 
Gta為使用塔放的情況下，由此帶來的增益； 
LPup為上行路徑損耗。 
根據(jù)互易定理，即對(duì)于任一移動(dòng)臺(tái)位置，上行路損等于下行路損，即： 
LPdown = LPup 
設(shè)系統(tǒng)余量為DL ，移動(dòng)臺(tái)的惡化量?jī)?chǔ)備為DNMS ，基站的惡化量?jī)?chǔ)備為DNBTS，移動(dòng)臺(tái)的接收機(jī)靈敏度為MSsense，基站的接收機(jī)靈敏度為BTSsense， Lother為其它損耗，如建筑物貫穿損耗、車內(nèi)損耗、人體損耗等。于是，對(duì)于覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)，應(yīng)滿足： 
PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense 
PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense 
上下行鏈路平衡的目的是調(diào)整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區(qū)邊界上的點(diǎn)（離基站最遠(yuǎn)的點(diǎn)）滿足： 
PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense 
于是，得到了基站的最大發(fā)射功率的計(jì)算公式： 
PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS 
2 各類損耗的確定  
◆ 建筑物的貫穿損耗 
建筑物的貫穿損耗是指電波通過建筑物的外層結(jié)構(gòu)時(shí)所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)中值之差。 
建筑物的貫穿損耗與建筑物的結(jié)構(gòu)、門窗的種類和大小、樓層有很大關(guān)系。貫穿損耗隨樓層高度的變化，一般為-2dB/層，因此，一般都考慮一層（底層）的貫穿損耗。 
下面是一組針對(duì)900MHz頻段，綜合國外測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)： 
--- 中等城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.3dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差8.7dB。 
--- 大城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.7dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為13.1dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差9.5dB。 
--- 大城市市區(qū)一金屬殼體結(jié)構(gòu)或特殊金屬框架結(jié)構(gòu)的建筑物，貫穿損耗中值為27dB。 
由于我國的城市環(huán)境與國外有很大的不同，一般比國外同類名稱要高8---10dB。 
對(duì)于1800MHz，雖然其波長比900MHz短，貫穿能力更大，但繞射損耗更大。因此，實(shí)際上，1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規(guī)范3.30中提到，城市環(huán)境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB，農(nóng)村為10dB。一般取比同類地區(qū)900MHz的貫穿損耗大5---10dB。 
◆ 人體損耗 
對(duì)于手持機(jī)，當(dāng)位于使用者的腰部和肩部時(shí)，接收的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比天線離開人體幾個(gè)波長時(shí)將分別降低4---7dB和1---2dB。 
一般人體損耗設(shè)為3dB。 
◆ 車內(nèi)損耗 
金屬結(jié)構(gòu)的汽車帶來的車內(nèi)損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，人的一部分時(shí)間是在汽車中度過的。 
一般車內(nèi)損耗為8---10dB。 
◆ 饋線損耗 
在GSM900中經(jīng)常使用的是7/8″的饋線，在1000MHz的情況下，每100米的損耗是4.3dB；在2000MHz的情況下，每100米的損耗則為6.46dB，多了2.16個(gè)dB。 
？ 
3 無線傳播特性  
移動(dòng)通信的傳播如圖5-02中的曲線所示，總體平均值隨距離減弱，但信號(hào)電平經(jīng)歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點(diǎn)周圍地形地物對(duì)信號(hào)反射，使得信號(hào)電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若移動(dòng)臺(tái)在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則信號(hào)電平只與發(fā)射機(jī)的距離有關(guān)。所以通常某點(diǎn)信號(hào)電平是指幾十米范圍內(nèi)的平均信號(hào)電平。這個(gè)信號(hào)的變化呈正態(tài)分布。標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)不同地形地物是不一樣的，通常在6－8dB左右。快衰落是疊加在慢衰落信號(hào)上的。這個(gè)衰落的速度很快，每秒可達(dá)幾十次。除與地形地物有關(guān)，還與移動(dòng)臺(tái)的速度和信號(hào)的波長有關(guān)，并且幅度很大，可幾十個(gè)dB，信號(hào)的變化呈瑞利分布�？焖ヂ渫�往會(huì)降低話音質(zhì)量，所以要留快衰落的儲(chǔ)備。  
無線電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡(jiǎn)單的一種。自由空間是滿足下述條件的一種理想空間：1. 均勻無損耗的無限大空間，2. 各項(xiàng)同性，3. 電導(dǎo)率為零。應(yīng)用電磁場(chǎng)理論可以推出，在自由空間傳播條件下，傳輸損耗Ls的表達(dá)式為： 
Ls＝32.45+20lgf+20lgd 
自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關(guān)。當(dāng)f 和d擴(kuò)大一倍時(shí)，Ls均增加6dB，由此我們可知GSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900基站大6個(gè)dB。 
陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播，實(shí)際多徑傳播環(huán)境是十分復(fù)雜的，在研究傳播問題時(shí)往往將其簡(jiǎn)化，并且是從最簡(jiǎn)單的情況入手。僅考慮從基站至移動(dòng)臺(tái)的直射波以及地面反射波的兩徑模型是最簡(jiǎn)單的傳播模型。兩徑模型如圖5-04所示，應(yīng)用電磁場(chǎng)理論可以推出，傳輸損耗Lp的表達(dá)式為：Lp=20lg(d2/(h1*h2)) 
5.4 常用的兩種電波傳播模型  
◆ Okumura電波傳播衰減計(jì)算模式 
GSM900MHz主要采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計(jì)算模式。該模式是以準(zhǔn)平坦地形大城市區(qū)的中值場(chǎng)強(qiáng)或路徑損耗作為參考，對(duì)其他傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進(jìn)行修正。不同地形上的基本傳輸損耗按下列公式分別預(yù)測(cè)。 
L(市區(qū)）＝69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a) 
L(郊區(qū))=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) 
L(鄉(xiāng)村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) 
L(開闊區(qū))=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) 
L(林區(qū))=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) 
其中： 
f----工作頻率，MHz 
h1---基站天線高度，m 
h2---移動(dòng)臺(tái)天線高度，m 
d----到基站的距離，km 
a(h2)---移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子，dB 
a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市) 
=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市) 
s(a)---市區(qū)建筑物密度修正因子，dB; 
s(a)=30-25lga (5%<a≤50%) 
=20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%) 
=20 (a≤1%) 
◆ Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計(jì)算模式 
GSM 1800 MHz主要采用歐洲電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合推薦的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"電波傳播衰減計(jì)算模式。該模式的特點(diǎn)是：從對(duì)眾多城市的電波實(shí)測(cè)中得出的一種小區(qū)域覆蓋范圍內(nèi)的電波損耗模式。 
分視距和非視距兩種情況： 
(1) 視距情況 
基本傳輸損耗采用下式計(jì)算 
L＝42.6+26lgd+20lgf 
(2) 非視距情況 
基本傳輸損耗由三項(xiàng)組成: 
L＝Lo+Lmsd+Lrts 
Lo=32.4+20lgd+20lgf 
a)Lo代表自由空間損耗  
b)Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗 
c)Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。 
不管是用哪一種模式來預(yù)測(cè)無線覆蓋范圍，只是基于理論和測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)的近似計(jì)算由于實(shí)際地理環(huán)境千差萬別，很難用一種數(shù)學(xué)模型來精確地描述，特別是城區(qū)街道中各種密集的、下規(guī)則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)帶來很大困難。因此。有一定精度的預(yù)測(cè)雖可起到指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)基站選點(diǎn)及布點(diǎn)的初步設(shè)什，但是通過數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)與實(shí)際信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值總是存在差別。由于移動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，要對(duì)接受信號(hào)中值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算是相當(dāng)困難的。無線通信工程上的做法是，在大量場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計(jì)處理，找出各種地形地物下的傳播損耗（或接受信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)）與距離、頻率以及天線高度的關(guān)系，給出傳播特性的各種圖表和計(jì)算公式，建立傳播預(yù)測(cè)模型，從而能用較簡(jiǎn)單的方法預(yù)測(cè)接受信號(hào)的中值。 
5.5 參考覆蓋標(biāo)準(zhǔn)  
大城市繁華市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平：-70dBm 
一般市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平：-80 dBm 
市區(qū)室外覆蓋電平：-90 dBm 
鄉(xiāng)村：-94 dBm 
 
天線基本知識(shí)及應(yīng)用--天線基本知識(shí) 
1.1 天線的作用與地位  
無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)�？梢�，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。  
天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。  
對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾�的�?nbsp;
按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。  
1.2 對(duì)稱振子  
對(duì)稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱振子組成天線陣。  
兩臂長度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對(duì)稱振子。  
另外，還有一種異型半波對(duì)稱振子，可看成是將全波對(duì)稱振子折合成一個(gè)窄長的矩形框，并把全波對(duì)稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子。 
*天線方向性  
發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部 
分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖。 立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。  
*天線方向性增強(qiáng)  
若干個(gè)對(duì)稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。 
也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向  
平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用--反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。 天線的基本知識(shí)全向陣 （垂直陣列 不帶平面反射板）。 
拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：拋物反射面 和 放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。  
*增益  
增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信 
號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào)。 
如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。  
半波對(duì)稱振子的增益為G = 2.15 dBi ; 4個(gè)半波對(duì)稱振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直 
四元陣，其增益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個(gè)單位表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源) 。 
如果以半波對(duì)稱振子作比較對(duì)象，則增益的單位是dBd 。 
半波對(duì)稱振子的增益為G = 0 dBd （因?yàn)槭亲约焊�自己比，比值�?，取對(duì)數(shù)得零值。） ；  
垂直四元陣，其增益約為G = 8.15 – 2.15 = 6 dB。 
* 波瓣寬度  
方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。  
還有一種波瓣寬度，即 10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角 .  
*前后比  
方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向輻射 
（或接收）越小。前后比F / B 的計(jì)算十分簡(jiǎn)單--- F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）} 
對(duì)天線的前后比F / B 有要求時(shí)，其典型值為 （18 --- 30）dB，特殊情況下則要求達(dá) 
（35 --- 40）dB 。 
* 天線增益的若干近似計(jì)算式  
1） 天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，可用下式估算其增益：  
G（ dBi ） = 10 Lg { 32000 / （ 2θ3dB,E ¡2θ3dB,H ）}  
式中， 2θ3dB,E 與 2θ3dB,H 分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度；  
32000 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。  
2） 對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益：  
G（ dB i ） = 10 Lg { 4.5 ¡ （ D / λ0 ）2}  
式中， D 為拋物面直徑；  
λ0 為中心工作波長；  
4.5 是統(tǒng)計(jì)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。  
3） 對(duì)于直立全向天線，有近似計(jì)算式  
G（ dBi ） = 10 Lg { 2 L / λ0 }  
式中， L 為天線長度；  
λ0 為中心工作波長；  
7 上旁瓣抑制  
對(duì)于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣 
盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制 �；�站的服務(wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)電話用戶，指向天空的輻射是毫無意義的。  
* 天線的下傾  
為使主波瓣指向地面，安置時(shí)需要將天線適度下傾。 
*天線的極化  
天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是 
天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。  
* 雙極化天線  
下圖示出了另兩種單極化的情況：+45¡ 極化 與 -45¡ 極化，它們僅僅在特殊場(chǎng)合下使用。 
這樣，共有四種單極化了，見下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或 
者， 把 +45¡ 極化和 -45¡ 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線---雙極化天線。注意，雙極化天線有兩個(gè)接頭. 雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的波。 
* 極化損失  
垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線 
來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。  
當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是說，發(fā)生 
極化損失。例如：當(dāng)用+ 45¡ 極化天線接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收 +45¡ 極化或 -45¡極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失------只能接收到來波的一半能量。  
當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化 
的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時(shí)，天線就完全接收不到來波的能量， 這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。 
*極化隔離  
理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)在 
另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為10W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為 10mW。  
* 天線的輸入阻抗 Zin  
定義：天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。 輸入阻抗具有電 
阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì)、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個(gè)小的電抗分量值。 
輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長有關(guān)，半波對(duì)稱振子是最重要的基本天線 ，其輸 
入阻抗為 Zin = 73.1＋ｊ42.5 (歐) 。當(dāng)把其長度縮短（３～５）％時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時(shí)的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐) ,（標(biāo)稱 75 歐） 。 
注意，嚴(yán)格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對(duì)點(diǎn)頻而言的。  
順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱振子的四倍，即 
Zin = 280 (歐) ,（標(biāo)稱300歐）。  
有趣的是，對(duì)于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻 
抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐------這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。 
*天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）  
無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的頻 
帶寬度有兩種不同的定義------  
一種是指：在駐波比SWR ≤ 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；  
一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。  
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比 
SWR 不超過 1.5 時(shí)，天線的工作頻率范圍。  
一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。 
*移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線  
1 板狀天線天線的基本知識(shí)  
無論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的 
優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長。  
板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。  
2 高增益柵狀拋物面天線  
從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良 
好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強(qiáng)，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達(dá) G = 20 dB . 它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。  
拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。  
拋物面天線一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。  
3 八木定向天線  
八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。  
八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 --- 12 單元的八木定向天線，其增益 
可達(dá) 10---15 dB 。  
4 室內(nèi)吸頂天線  
室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。  
現(xiàn)今市場(chǎng)上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂 
天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標(biāo)為VSWR ≤ 2 。當(dāng)然，能達(dá)到VSWR ≤ 1.5 更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線, 一般為 G = 2 dB 。  
5 室內(nèi)壁掛天線  
室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。  
現(xiàn)今市場(chǎng)上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dB 。  
*電波傳播的幾個(gè)基本概念  
目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段為：  
GSM：890 --- 960 MHz， 1710 --- 1880 MHz  
CDMA: 806 --- 896 MHz  
806 --- 960 MHz 頻率范圍屬超短波范圍； 1710 --- 1880 MHz 頻率范圍屬微波范圍。  
電波的頻率不同，或者說波長不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。  
1.1 自由空間通信距離方程  
設(shè)發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線增益為GT，工作頻率為f . 接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發(fā)天線間距離為R，那么電波在無環(huán)境干擾時(shí)，傳播途中的電波損耗 L0 有以下表達(dá)式：  
L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ）  
= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)  
[舉例] 設(shè)：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz  
問：R = 500 m 時(shí)， PR = ？  
解答： (1) L0 (dB) 的計(jì)算  
L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)  
= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)  
（2） PR 的計(jì)算  
PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )  
= 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) #  
順便指出，1.9GHz電波在穿透一層磚墻時(shí)，大約損失 (10---15) dB  
超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面波作 
較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡(jiǎn)單地說，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極限直視距離Rmax 。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱為照明區(qū)；極限直視距離Rmax以外的區(qū)域，則稱為陰影區(qū)。不言而語，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離Rmax內(nèi)。  
受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax 和發(fā)射天線與接收天線的高度HT 與 HR間的關(guān)系 
為 ： Rmax ＝ 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)  
考慮到大氣層對(duì)電波的折射作用，極限直視距離應(yīng)修正為  
Rmax ＝ 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km)  
由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離 Re 約為 極限直視距離Rmax 
的 70% ，即 Re = 0.7 Rmax .  
例如，HT 與 HR 分別為 49 m 和 1.7 m，則有效直視距離為 Re = 24 km .  
1.3 電波在平面地上的傳播特征  
由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱為反射波。顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象 1 + 1 = 2 那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。 
波程差為半個(gè)波長的奇數(shù)倍時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相加，合成為最大；波程差為一個(gè)波長的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小。可見，地面反射的存在，使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。  
實(shí)際測(cè)量指出：在一定的距離 Ri之內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化； 
在一定的距離 Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計(jì)算給出了這個(gè) Ri 和天線高度 HT與 HR 的關(guān)系式：Ri = （4 HT HR ）/ l ， l 是波長。  
不言而喻， Ri 必須小于極限直視距離Rmax 。  
1.4 電波的多徑傳播  
在超短波、微波波段，電波在傳播過程中還會(huì)遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等) 對(duì)電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的還有多種反射波（廣意地說，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。  
由于多徑傳輸，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)， 
有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊�，還會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。  
1.5 電波的繞射傳播  
在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短 
波、微波的頻率較高，波長短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形成所謂的“陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如有一個(gè)建筑物，其高度為 10 米，在建筑物后面距離200 米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在 100 米處，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于 216 ～ 223 兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無建筑物時(shí)低16 dB，對(duì)于 670 兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無建筑物時(shí)低20dB .如果建筑物高度增加到50 米時(shí)，則在距建筑物 1000 米以內(nèi)，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號(hào)強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越小。  
因此，選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí)，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響，注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。  
？ 
* 傳輸線的幾個(gè)基本概念  
連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端（或接收機(jī)輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是 
有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀�接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。  
順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號(hào)的波長時(shí)，傳輸線又叫做長線。  
1.1 傳輸線的種類  
超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有 
同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱，因此叫做不對(duì)稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻無能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。 
1.2 傳輸線的特性阻抗  
無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用Ｚ0 表示。  
同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為  
Ｚ。＝〔60/√εr〕¡Log ( D/d ) [ 歐]。  
式中，D 為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；  
d 為同軸電纜芯線外徑；  
εr為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。  
通常Ｚ0 = 50 歐 ，也有Ｚ0 = 75 歐的。  
由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗無關(guān)。  
1.3 饋線的衰減系數(shù)  
信號(hào)在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線 
長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。  
單位長度產(chǎn)生的損耗的大小用衰減系數(shù) β 表示，其單位為 dB / m （分貝／米），電纜技術(shù)說明書上的單位大都用 dB / 100 m（分貝／百米） .  
設(shè)輸入到饋線的功率為Ｐ1 ，從長度為 L（m ） 的饋線輸出的功率為Ｐ2 ，傳輸損耗TL可表示為： TL ＝ 10 ¡Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )  
衰減系數(shù) 為 β ＝ TL / L ( dB / m )  
例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜， 900MHz 時(shí)衰減系數(shù)為 β ＝ 4.1 dB / 100 m ，也可寫成 β ＝ 3 dB / 73 m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號(hào)功率，每經(jīng)過 73 m 長的這種電纜時(shí)，功率要少一半。  
而普通的非低耗電纜，例如， SYV-9-50-1， 900MHz 時(shí)衰減系數(shù)為 β ＝ 20.1 dB / 100 m ， 也可寫成 β ＝ 3 dB / 15 m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號(hào)功率，每經(jīng)過15 m 長的這種電纜時(shí)，功率就要少一半！  
1.4 匹配概念  
什么叫匹配？簡(jiǎn)單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗ＺL 等于饋線特性阻抗Ｚ0 時(shí)，稱為饋線終 
端是匹配連接的。匹配時(shí)，饋線上只存在傳向終端負(fù)載的入射波，而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波，因此，當(dāng)天線作為終端負(fù)載時(shí)，匹配能保證天線取得全部信號(hào)功率。如下圖所示，當(dāng)天線阻抗為 50 歐時(shí)，與50 歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為 80 歐時(shí)，與50 歐的電纜是不匹配的。  
如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時(shí)天線的 工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。  
在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會(huì)受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架 
設(shè)天線時(shí)還需要通過測(cè)量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。  
1.5 反射損耗  
前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇?nbsp;
向天線方向行進(jìn)的波。這時(shí)，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。  
而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳 
輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。  
1.6 電壓駐波比  
在不匹配的情況下, 饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電 
壓振幅相加為最大電壓振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Ｖmin ，形成波節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。  
反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記為 R  
反射波幅度 （ＺL－Ｚ0）  
R ＝ ───── ＝ ───────  
入射波幅度 （ＺL＋Ｚ0 ）  
波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比，記為 VSWR  
波腹電壓幅度 Ｖmax （1 + R）  
VSWR ＝ ─────── ＝ ────  
波節(jié)電壓輻度 Ｖmin （1 - R）  
終端負(fù)載阻抗ＺL 和特性阻抗Ｚ0 越接近，反射系數(shù) R 越小，駐波比VSWR 越接近于１，匹 
配也就越好。 1.7 平衡裝置  
信號(hào)源或負(fù)載或傳輸線，根據(jù)它們對(duì)地的關(guān)系，都可以分成平衡和不平衡兩類。  
若信號(hào)源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號(hào)源，否則稱為不平衡信號(hào) 
源；若負(fù)載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負(fù)載，否則稱為不平衡負(fù)載；若傳輸線兩導(dǎo)體與地之間阻抗相同，則稱為平衡傳輸線，否則為不平衡傳輸線。  
在不平衡信號(hào)源與不平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用同軸電纜連接，在平衡信號(hào)源與平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用 
平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號(hào)功率，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。如果要用不平衡傳輸線與平衡負(fù)載相連接，通常的辦法是在糧者之間加裝“平衡－不平衡”的轉(zhuǎn)換裝置，一般稱為平衡變換器 。  
* 二分之一波長平衡變換器  
又稱“Ｕ”形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負(fù)載半波對(duì)稱振子之間的連接。 
“Ｕ”形管平衡變換器還有 1:4 的阻抗變換作用。移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調(diào)整到200歐左右，實(shí)現(xiàn)最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。  
* 四分之一波長平衡-不平衡器  
利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)天線平衡輸入端口與同軸饋線不平 
衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換。

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恩 有收獲 謝謝~

網(wǎng)友回復(fù):

還是不錯(cuò)的,

網(wǎng)友回復(fù):

收獲很大 謝謝！

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恩 有收獲 謝謝~

網(wǎng)友回復(fù):

好��！我雖然也使用了不少天線，但是確很少研究，你的這些基本知識(shí)很好！

網(wǎng)友回復(fù):

強(qiáng)啊

申明：網(wǎng)友回復(fù)良莠不齊，僅供參考。如需專業(yè)解答，請(qǐng)咨詢本站專家，或者學(xué)習(xí)本站天線設(shè)計(jì)視頻培訓(xùn)課程。