【正文】 天線知識 第九章 移動基站天線原理與安裝 天 線 一 移動基站天線的有關(guān)概念 無線電波的基本知識 超短波的傳播 天線輻射電磁波的基本原理 關(guān)于傳輸線的幾個基本概念 典型的移動基站天線技術(shù)指標綜述 通信距離方程 基站天饋系統(tǒng) 拋物面天線簡介 １ 無線電波的基本知識 １ ． １ 無線電波 什么叫無線電波 ？ 無線電波是一種能量傳輸形式 ，在傳播過程中 ， 電場和磁場在空間是相互垂直的 ， 同時這兩者又都垂直于傳播方向 。 無線電波和光波一樣 ， 它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān) 。 無線電波在真空中的傳播速度等于光速 。 我們用Ｃ＝３０００００公里／秒表示 。 在媒質(zhì)中的傳播速度為：Ｖ ε ＝Ｃ /ε ， 式中ε 為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù) 。 空氣的相對介電常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近 ， 略大于１ 。 無線電波 有點象一個池塘上的波紋，在傳播時波會減弱。 因此 ， 無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速， 通常我們就認為它等于光速 。 電磁波的傳播 電場 電場 電場 振子 電波傳輸方向 磁場 磁場 可用式 λ ＝Ｖ /ｆ 表示 。 式中 ， Ｖ為速度 ， 單位為米 /秒；ｆ 為頻率 ， 單位為赫芝；λ 為波長 ， 單位為米 。 由上述關(guān)系式不難看出 ， 同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時 ， 速度是不同的 ， 因此波長也不一樣 。 我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數(shù) ε 約為 ， 因此 ， Ｖ ε ≈ Ｃ / ， λε≈ λ / 。 波長 無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系 １ .２ 無線電波的極化 無線電波在空間傳播時 ， 其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的 ， 這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化 。 無線電波的電場方向稱為電波的極化方向 。 如果電波的電場方向垂直于地面 ， 我們就稱它為垂直極化波 。 如果電波的電場方向與地面平行 ， 則稱它為水平極化波 。 垂直極化 水平極化 + 45度傾斜的極化 天線的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向 45度傾斜的極化 雙極化天線 兩個天線為一個整體 V/H (垂直 /水平 ) 傾斜 (+/ 45176。 ) 傳輸兩個獨立的波 圓極化波 如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的 ， 就叫作橢圓極化波 。 旋轉(zhuǎn)過程中 ， 如果電場的幅度 ， 即大小保持不變 ， 我們就叫它為圓極化波 。 向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波 ， 反時針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波 。 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，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失。 極化損失 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。 (極化 )隔離 隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出現(xiàn)的比例 1000mW (即 1W) 1mW 在這種情況下的隔離為 10log(1000mW/1mW) = 30dB 2 超短波的傳播 無線電波的波長不同 ， 傳播特點也不完全相同 。 目前 GSM和CDMA移動通信使用的頻段都屬于 UHF（ 特高頻 ） 超短波段 ， 其高端屬于微波 。 超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高 ， 波長較短 ， 它的地面波衰減很快 。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳播 ， 它主要是由空間波來傳播的 。 空間波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方 。 在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為 “ 照明區(qū) ” 。 在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號 。 直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關(guān)系，并受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關(guān)系式可知 AB＝ (√ HT+√ HR)(公里 ) 由于大氣層對超短波的折射作用 ， 有效傳播直視距離為 AB＝ (√ HT+√ HR)(公里 ) B A RT RR O39。 接收天線高 HR 發(fā)射天線高 HT 電波的多徑傳播 電波除了直接傳播外 ， 遇到障礙物 ， 例如 ， 山丘 、森林 、 地面或樓房等高大建筑物 ， 還會產(chǎn)生反射 。 因此 ，到達接收天線的超短波不僅有直射波 ， 還有反射波 ， 這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸 。 由于多途徑傳播使得信號場強分布相當(dāng)復(fù)雜 ， 波動很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?， 會使電波的極化方向發(fā)生變化 ， 因此 ， 有的地方信號場強增強 ， 有的地方信號場強減弱 。 另外 ， 不同的障礙物對電波的反射能力也不同 。 例如：鋼筋水泥建筑物對超短波的反射能力比磚墻強 。 我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響 。 同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應(yīng) 。 多徑傳播與反射 用分集接收改善信號電平 電波的繞射傳播 電波在傳播途徑上遇到障礙物時 ， 總是力圖繞過障礙物 ，再向前傳播 。 這種現(xiàn)象叫做電波的繞射 。 超短波的繞射能力較弱 ，在高大建筑物后面會形成所謂的 “ 陰影區(qū) ” 。 信號質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān) ， 還和頻率有關(guān) 。 例如一個建筑物的高度為１０米 ， 在距建筑物２００米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響 ， 但在距建筑物１００米處 ， 接收信號場強將比無高摟時明顯減弱 。 這時 ， 如果接收的是２１６～２２３兆赫的電視信號 ， 接收信號場強比無高摟時減弱１６分貝 ， 當(dāng)接收６７０兆赫的電視信號時 ， 接收信號場強將比無高摟時減弱２０分貝 。 如果建筑物的高度增加到５０米時 ，則在距建筑物１０００米以內(nèi) ， 接收信號的場強都將受到影響 ， 因而有不同程度的減弱 。 也就是說 ， 頻率越高 ， 建筑物越高 、 越近 ， 影響越大 。 相反 ， 頻率越低 ， 建筑物越矮 、 越遠 ， 影響越小 。 因此 ， 架設(shè)天線選擇基站場地時 ， 必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素 ， 并努力加以避免 。 3 天線輻射電磁波的基本原理 導(dǎo)線載有交變電流時 ， 就可以形成電磁波的輻射 ，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān) .如果導(dǎo)線位置如由于兩導(dǎo)線的距離很近 ， 且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消 ， 因而輻射很微弱 。 如果將兩導(dǎo)線張開 ， 這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同 ， 由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同 ， 因而輻射較強 。 當(dāng)導(dǎo)線的長度ｌ遠小于波長時 ，導(dǎo)線的電流很小 ， 輻射很微弱 . 當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時 ， 導(dǎo)線上的電流就大大增加 ， 因而就能形成較強的輻射 。 通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子 。 天線可視為一個四端網(wǎng)絡(luò) 同軸線變化為天線 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子 。 每臂長度為四分之一波長 。 全長與波長相等的振子 ， 稱為全波對稱振子 。 將振子折合起來的 ， 稱為折合振子 。 1/2波長 一個 1/2波長的對稱振子 在 800MHz 約 200mm長 400MHz 約 400mm 長 1/4波長 1/4波長 1/2波長 振子 對稱振子 波長 對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的 、 迄今為止使用最廣泛的天線 ， 單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源 ， 也可采用多個半波對稱振子組成天線陣 。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子 。 每臂長度為四分之一波長 、全長為二分之一波長的振子 ， 稱半波對稱振子 , 見圖 另外 ， 還有一種異型半波對稱振子 ， 可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框 ， 并把全波對稱振子的兩個端點相疊 ， 這個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 , 見圖 1/4波長 對稱振子 1/4波長 1/2波長 圖 圖 半波振子上的場分布 天線的輸入阻抗 天線和饋線的連接端 ， 即饋電