【正文】 信號(hào)1和信號(hào)2，假設(shè)兩信號(hào)的來(lái)源不相關(guān)，則可以認(rèn)為信號(hào)1和信號(hào)2通常不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)快速衰落。圖 323 快速衰落和慢速衰落仿真分集原理：用多種可能的途徑采樣接收信號(hào)，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行組合或分類(lèi)，以選擇最好的信號(hào)。但是，加大發(fā)射功率不但有許多困難和限制，實(shí)際上也不是解決問(wèn)題的好辦法。可以看出，在近距離上，多徑起伏劇烈，隨著距離增加，慢速衰落占主要分量，但距離增加后，空間的傳播損耗不是以距離的平方而是以距離的3次方甚至4次方為特征出現(xiàn)衰落，導(dǎo)致出現(xiàn)截止傳輸距離的現(xiàn)象。在圖322中多徑快速衰落主要是移動(dòng)臺(tái)在小范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)由多徑產(chǎn)生，通過(guò)對(duì)曲線(xiàn)作一局部平均，可以得到一慢速變化的曲線(xiàn)，由此，從長(zhǎng)距離來(lái)看，接收的信號(hào)電平還是隨距離與空間傳播衰減有關(guān)，這種情況稱(chēng)為移動(dòng)通信的慢速衰落，通常由緩變的地形起伏等原因所致?？梢钥闯?，接收信號(hào)電平在半個(gè)波長(zhǎng)的距離變化時(shí)即出現(xiàn)快速的劇烈起伏，起伏的范圍在20dB甚至以上。實(shí)際情況要更為復(fù)雜，因?yàn)槎鄰叫盘?hào)有多個(gè)，并且任何一個(gè)的幅度與相位都不同，因此圖321的信號(hào)矢量也需要合成多次才能完成，最終的合成信號(hào)與直達(dá)信號(hào)通常是面目全非的，包括其幅度和相位的變化。這種變化可以通過(guò)圖321加以描述：圖中假設(shè)有一直達(dá)信號(hào)和一反射信號(hào)，發(fā)射信號(hào)路徑長(zhǎng)度的不同導(dǎo)致其相位與直達(dá)信號(hào)存在差異，二者進(jìn)行矢量疊加，得到合成信號(hào)。觀(guān)察圖320傳播環(huán)境中的多徑射線(xiàn)，它們包括了反射、散射、繞射、透射等情況，每一條射線(xiàn)到達(dá)接收點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度都不同。通?；咎炀€(xiàn)的高度高于附近的散射體（如建筑物、樹(shù)林等），但移動(dòng)臺(tái)（手機(jī)）的位置較低，低于周?chē)纳⑸潴w，因此在基站和移動(dòng)臺(tái)之間通常是一條非視距（NLOS）無(wú)線(xiàn)傳播鏈路。對(duì)在這樣復(fù)雜環(huán)境中傳播的信號(hào)的變化進(jìn)行精確特征的描述是非常困難的。第二節(jié) 天線(xiàn)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用一、多徑衰落與分集接收?qǐng)D36和圖37的電磁波傳播特性屬于理想的自由空間傳播情況。在經(jīng)驗(yàn)積累下的這些規(guī)范要求才可以保證基站天線(xiàn)獲得優(yōu)良的無(wú)源三階互調(diào)等指標(biāo)，以及保證所有電氣性能指標(biāo)的一致性、可靠性、安全性。每一產(chǎn)品型號(hào)都必須經(jīng)過(guò)大量的容差統(tǒng)計(jì)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，由此確定出最佳的三維電磁邊界條件，以獲得穩(wěn)定和變化度微小的電氣性能指標(biāo)。實(shí)際上需要兼顧電氣性能與機(jī)械性能上的結(jié)構(gòu)尺寸、體積、強(qiáng)度等指標(biāo)，首先在結(jié)構(gòu)上對(duì)天線(xiàn)罩進(jìn)行限定，得到最薄的厚度和最小的輪廓尺寸，然后將非金屬的天線(xiàn)罩作為輻射邊界條件的一部分，調(diào)整和優(yōu)化整個(gè)輻射邊界條件，平衡設(shè)計(jì)電氣和機(jī)械性能指標(biāo)。電氣性能與機(jī)械性能的一體化設(shè)計(jì)基站天線(xiàn)電氣指標(biāo)的設(shè)計(jì)首先是在機(jī)械尺寸限定的條件下進(jìn)行。因此對(duì)方向圖的一個(gè)整體設(shè)計(jì)，可以獲得所有輻射參數(shù)指標(biāo)的平衡和最佳。雙極化基站天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)輻射單元模塊包含兩個(gè)相互正交的極化單元，兩個(gè)極化的相互作用必定影響其交叉極化特性和隔離度特性，因此將輻射單元模塊采用一體化設(shè)計(jì)方案，可以提升整體的輻射指標(biāo)性能。輻射單元模塊的一體化設(shè)計(jì)對(duì)于177。這些足以導(dǎo)致前后比、交叉極化、隔離度、方向圖零點(diǎn)填充、副瓣抑制等指標(biāo)的變化。由于陣列天線(xiàn)輻射單元之間存在互耦，導(dǎo)致饋電網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)計(jì)的電流幅度和相位分布產(chǎn)生畸變，從而引起饋電網(wǎng)絡(luò)的失配和VSWR的惡化。因此，必須將包含天線(xiàn)輻射單元和反射板在內(nèi)的所有三維電磁輻射邊界作為一個(gè)整體，進(jìn)行一體化的電磁仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，以求獲得最佳的輻射參數(shù)指標(biāo)。由此，我們認(rèn)為移動(dòng)通信基站天線(xiàn)的設(shè)計(jì)理念應(yīng)該是一體化的設(shè)計(jì)思路，可歸納為：三維電磁輻射邊界的一體化設(shè)計(jì)在天線(xiàn)陣列理論中，通常假定金屬反射板尺寸為無(wú)限大，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)集中在天線(xiàn)輻射單元及其周期性結(jié)構(gòu)上。天線(xiàn)電性能設(shè)計(jì)需要兼顧共性與個(gè)性的要求。輻射參數(shù)和電路參數(shù)是天線(xiàn)的共性，在設(shè)計(jì)時(shí)需要平衡考慮，在此基礎(chǔ)上才談得上優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖 318 三階交調(diào)的產(chǎn)生小結(jié)：天線(xiàn)包含眾多的參數(shù)指標(biāo)，它們都可以歸納為輻射參數(shù)或電路參數(shù)。觀(guān)察圖318，頻率f1和f2輸入到天線(xiàn)，由于非線(xiàn)性效應(yīng)，天線(xiàn)輻射的信號(hào)除頻率f1和f2外，至少還包括頻率2f1f2和2f2f1，由于處于下行頻段的f1和f2相差Δ，三階互調(diào)頻率2f2f1與f2也相差Δ，因此2f2f1可能落入上行接收頻段。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，有多個(gè)頻率載波同時(shí)輸送到天線(xiàn)工作，即其中ω=2πf為角頻率。為了在雙工狀態(tài)下能夠正常工作，需要對(duì)隔離度指標(biāo)加以限定。圖 316 駐波比與其它電路參數(shù)的關(guān)系當(dāng)同時(shí)存在2付或者多付天線(xiàn)時(shí)，每付天線(xiàn)都可以等效為一個(gè)電路(微波網(wǎng)絡(luò))端口，天線(xiàn)與天線(xiàn)之間的相互影響可通過(guò)端口之間的隔離度IL來(lái)衡量。、回波損耗RL為14dB、反射功率比Pr/Pi為4%。顯然，電壓最大值為入射波與反射波之復(fù)數(shù)模相加；電壓最小值為入射波與反射波之復(fù)數(shù)模相減，即 天線(xiàn)的輸入阻抗為電壓與電流之比，傳輸線(xiàn)上的歸一化電壓為入射波與反射波的復(fù)數(shù)相加；傳輸線(xiàn)上的歸一化電流為入射波與反射波的復(fù)數(shù)相減，于是有 回波損耗采用反射系數(shù)復(fù)模的對(duì)數(shù)分貝來(lái)度量，即 反射系數(shù)復(fù)模的平方為反射的功率比因此，傳輸?shù)教炀€(xiàn)上的功率為1|Γ|178。反射系數(shù)確定之后，其余參數(shù)都很容易推導(dǎo)出來(lái)。圖 315 天線(xiàn)與傳輸線(xiàn)的連接觀(guān)察圖315，進(jìn)入天線(xiàn)端口的信號(hào)為復(fù)數(shù)的入射波a，由于天線(xiàn)與傳輸線(xiàn)之間阻抗存在失配，引起一個(gè)復(fù)數(shù)的反射波b。在與傳輸線(xiàn)相連接的界面，可以將天線(xiàn)等效為電路端口，采用路的方法對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行分析。圖 314 天線(xiàn)增益與半功率波束寬度的關(guān)系三、電路參數(shù)天線(xiàn)總是與傳輸線(xiàn)連接在一起，在移動(dòng)通信中，傳輸線(xiàn)通常采用同軸線(xiàn)結(jié)構(gòu)。、78186。、14186?？紤]了各種實(shí)際因素，增益估算數(shù)據(jù)可以繪制成曲線(xiàn)查表，如圖314所示。等；θV3dB由（316）式確定；C為常數(shù)，對(duì)于不同的天線(xiàn)形式，C也有一個(gè)取值范圍，此處取C等于33000較為合適。進(jìn)一步，移動(dòng)通信基站天線(xiàn)的增益也可以進(jìn)行估算，通常有其中θH3dB取65186。d，其中N為輻射單元數(shù)目，d為單元間距；K是估算系數(shù)，范圍在51～110之間，其具體取值與天線(xiàn)結(jié)構(gòu)和饋電方式有關(guān)。而垂直面的半功率波束寬度(θV3dB)通常很窄，該結(jié)果的獲得則主要取決于天線(xiàn)在垂直面的最大尺寸。和90186。區(qū)域，將此區(qū)域內(nèi)所有副瓣的最大電平定義為背瓣電平，主瓣電平與背瓣電平的比值稱(chēng)為前后比。177。設(shè)計(jì)合適的零點(diǎn)位置可以對(duì)抗干擾，反之，將零點(diǎn)區(qū)域填充，使能量加強(qiáng)，又能彌補(bǔ)通信覆蓋服務(wù)區(qū)某些盲點(diǎn)。主瓣與副瓣、副瓣與副瓣之間能量突降的位置稱(chēng)為零點(diǎn)。主瓣之外的所有波瓣通稱(chēng)副瓣或旁瓣。設(shè)計(jì)不合理時(shí)，二者相差可以很大。增益G與方向性系數(shù)D的關(guān)系為其中η為天線(xiàn)效率，天線(xiàn)輸入端的阻失配、饋電網(wǎng)絡(luò)的插入損耗、天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗、天線(xiàn)輻射的表面波損耗等因素都會(huì)降低天線(xiàn)的輻射效率。增益(G)指在輸入功率相同的條件下，天線(xiàn)在某特定方向上的輻射強(qiáng)度與參考天線(xiàn)的輻射強(qiáng)度之比。方向性系數(shù)(D)是以總輻射功率相同為基點(diǎn)，沒(méi)有考慮天線(xiàn)將輸入功率轉(zhuǎn)換為輻射功率的效率。圖中半波振子的方向圖來(lái)自圖39的H平面方向圖，它是一個(gè)圓。即 0dBd=。但理論上半波對(duì)稱(chēng)振子也是有方向性的，與理想點(diǎn)源比較，,。理想點(diǎn)源本身的方向性系數(shù)定義為0dBi。我們關(guān)心的是天線(xiàn)最大輻射方向上的強(qiáng)度與理想點(diǎn)源的輻射強(qiáng)度之比，即為方向性系數(shù)。定義為在總輻射功率相同的條件下，天線(xiàn)在某特定方向上的輻射強(qiáng)度與參考天線(xiàn)的輻射強(qiáng)度之比。半功率波束寬度越窄，說(shuō)明輻射能量越集中，天線(xiàn)輻射的方向性越強(qiáng)，通常采用方向性系數(shù)來(lái)衡量。交叉極化方向圖占據(jù)了次要的輻射能量，在主極化的最大輻射方向，主極化電平與交叉極化電平之差稱(chēng)為交叉極化比，交叉極化比指標(biāo)越大，說(shuō)明交叉極化信號(hào)越小，主極化的純度越高?？梢钥闯?，所有的輻射參數(shù)都能夠從方向圖上反映出來(lái)，比如：主極化、交叉極化、方向性系數(shù)、增益、半功率波束寬度、主瓣、副瓣、零點(diǎn)、后瓣、前后比、交叉極化比等等。交叉極化也稱(chēng)為正交極化，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中需要加以避免或抑制。圖 311 收、發(fā)天線(xiàn)的極化狀態(tài)天線(xiàn)預(yù)定設(shè)計(jì)的極化稱(chēng)為主極化，該分量形成的方向圖稱(chēng)為主極化方向圖。在移動(dòng)通信中，天線(xiàn)為垂直線(xiàn)極化，如圖311所示。當(dāng)相位φx和φy相差nπ時(shí)，橢圓軌跡演變?yōu)橐粭l線(xiàn)，此時(shí)我們稱(chēng)為線(xiàn)極化。當(dāng)振幅Exo和Eyo相等且相位φx和φy相差177。當(dāng)隨著時(shí)間t的增加，電場(chǎng)矢量E(t)的橢圓軌跡沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，我們稱(chēng)為右旋橢圓極化，反之，稱(chēng)為左旋橢圓極化。一般說(shuō)來(lái)，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的末端在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)橢圓，如圖310所示。天線(xiàn)輻射電磁波，其電場(chǎng)或磁場(chǎng)是一個(gè)復(fù)矢量，具有幅度信息和相位信息，同時(shí)，在電磁波的傳播過(guò)程中，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量在空間的取向也在不斷變化，這種變化采用極化的概念來(lái)表征。二維平面方向圖根據(jù)需要也可以采用直角坐標(biāo)的形式。圖 39 半波對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)的二維平面方向圖圖39示出半波對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)的二維平面方向圖，采用極坐標(biāo)的形式。E面是通過(guò)最大輻射方向并平行于電場(chǎng)矢量的平面；H面是通過(guò)最大輻射方向并垂直于電場(chǎng)矢量的平面。三維的立體方向圖形象直觀(guān)，但不易度量，工程上通常把它切割成二維平面圖來(lái)研究。圖38示出半波對(duì)稱(chēng)振子的三維天線(xiàn)方向圖，其中對(duì)稱(chēng)振子為垂直放置。顯然，方向圖是三維的立體圖，它可以在不同的坐標(biāo)系內(nèi)