1、http:/中国通信网络论坛 http:/无线网络优化中的天线西安海天天线科技股份有限公司 董事长肖良勇 教授2002 年 7 月1目 录一、天线的基本特性1、 天线辐射的方向图2、 天线的增益3、 天线的驻波比4、 天线的极化5、 天线参数在无线组网中的作用6、 通信方程式。二、网络优化中的天线1、 网络优化的概念2、 网络优化的主要内容3、 网络优化中天线的作用三、海天公司为无线网络优化研制的天线介绍1、 遥控电调电下倾天线2、 公路双向天线3、 高速公路覆盖用的高增益天线4、 120o 双极化天线5、 赋形天线2无线网络优化中的天线天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间
2、电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。在移动网络通信中从基站天线到用户手机天线，或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中所占的位置是十分明显的。因此，网络优化也就自然与天线密切相关。为了便于介绍，先从天线的几个基本特性谈起。 （见下图）一、 天线的基本特性1、天线辐射的方向图。天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图
3、中的水Blah blahbl l3平波束宽度及垂直波束宽度。 （见下图）60 (eg)峰值- 3dB点- 3dB点3dB 波束宽度水平面方向图垂直面方向图峰值- 3dB点- 3dB点15 (eg)下旁瓣抑制上旁瓣抑制垂直面波束图立体方向图42、天线的增益。天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。3、天线的驻波比天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。
4、驻波比的定义： 0.1minaxUVSWRUmax馈线上波腹电压；Umin馈线上波节电压。驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端 B 未被全部吸收（辐射） 、产生反射波，迭加而形成的。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。 VSWR1，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率； 增大了馈线的损耗。7/8电缆损耗 4dB/100m，是在ZAUUmaxUmin天线B馈线AZiA B ZinTZc5VSWR=1（全匹配）情况下测的；有了反射
5、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； 在馈线输入端 A，失配严重时，发射机 T 的输出功率达不到设计额定值。但是，现代发射机输出功率允许在一定失配情况下如（VSWR 1.7 或 2.0）达到额定功率。经过计算，驻波比对天线反射功率、所增大的馈线损耗与完全匹配（VSWR=1）时相比，所减小的总辐射功率的关系，见下表。与完全匹配 (VSWR=1)相比VSWR )(dB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）减小的辐射功率(dB)减小辐射功率百分比3.0 6.0 25%(1.25dB) 0.9 2.15 40%2.0 9.5 11%(0.
6、5dB) 0.36 0.86 18%1.8 11.0 8%(0.36dB) 0.31 0.67 14%1.5 14.0 4%(0.17dB) 0.19 0.36 8%1.4 15.5 2.8%(0.12dB) 0.09 0.21 4.7%1.3 17.5 1.7%(0.07dB) 0.06 0.13 2.9%1.2 21.0 0.8%(0.03dB) 0.04 0.07 1.1%从上表可以看出： VSRW=3.0 时，天线反射 25%的功率（1.25dB） ，馈线新增损耗 0.9dB，与完全匹配（VSRW=1）相比，功率多损失 40%(2.15dB)； VSWR=1.5 时，天线反射 4%的功
7、率（0.17dB） ，馈线新增损耗0.19dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失 8%(0.36dB)； VSWR=1.4 时，天线反射 2.8%的功率（0.12dB） ，馈线新增损耗 0.09dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失 4.7%(0.21dB)；6 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 VSWR=1.5 相比，功率损失仅减少了 0.23dB，这在移动通信的衰落传播中，影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得
8、多。不要盲目一味追求低的驻波比！4、天线的极化。天线辐射电磁波中电场的方向就是天线的极化方向。由于电磁波在自由空间传播时电场的取向有垂直线极化的水平线极化的圆极化的等，因而天线也就相应的垂直线极化的天线水平线极化的天线。特别值得一提的双极化天线，它是在一副天线罩下水平线极化与垂直线极化两副天线做在一起的天线。 （见下图）垂直极化水平极化+ 45 度倾斜的极化- 45 度倾斜的极化V/H (垂直/水平) 倾斜 (+/- 45)75、天线参数在无线组网中的作用。天线辐射的水平波束宽度决定了天线辐射的电磁波水平覆盖的范围 。天线垂直波束宽度决定了传输距离及纵向覆盖。6、通信方程式。 )()()(4l
9、og20)()( min ioiriTmTmr dBLGdBSdBP式中：P r(dBm)表示覆盖范围内手机接收的辐射功率。PT(dBm)表示基站辐射的功率。S 表示手机距基站的距离。 min 表示基站工作的最短波长。GT(dBi)表示基站天线的增益。Gr(dBi)表示手机天线的增益。Lo(dBi)表示传播中的其它损耗（含馈线损耗）8例：在自由空间中 GSM 网中：基站塔高 40 米 发射功率 PT = 43dBm (20W)基站用天线 GT = 15dBi 垂直波束宽度 3dB = 18o手机持有者高 h z = 1.5 米 手机天线增益 Gr = 1.5dBi最短波长 min = 0.31
10、3 米如果天线下倾角为 0 度，计算出覆盖区内的功率分布为：当 S=2000 米时，手机天线与主波束的夹角 = arctg(40/2000) = 1.1o，可认为手机天线处于主波束宽度内，可算出：手机天线处照射的功率为：Pr = -38.5dBm Lo理想条件下 Lo0，则手机信号 Pr (dBm)-70 dB m，即信号很好。当 S = S时，手机天线与主波束夹角 正处于天线波束零点，此时手机天线处照射功率为 0。同样当手机处于 S = S时，也收不到信号，这就是所谓塔下“黑”现象。S40mSS18o9二、 网络优化中的天线1、网络优化的概念无线网络优化是指按照一定的准则对通信网络的规划、设
11、计进行合理的调整，使网络运行更加可靠经济，网络服务质量优良、无线资源利用率较高，这是对用户及营运商都是十分重要的。网络服务的质量 ITU-T 建议 E800 对服务的质量划分为六项，内容如下：六项服务中与网络优化有关的服务能力有三项。 业务接入能力。 即在用户请求时在一定的容量限制和其他给定条件内，得到业务的能力，在移动通信中该项性能可看作呼损问题。 业务保持能力。 即在一经接通后就能在给定的时间及条件下，保持通信的能力，通常又称掉话问题。 业务完善能力。 即在通信中保证通话质量、防止干扰的问题。业务质量业务保障性 能业务运用性 能业务接入能力性能业务保持能力性能业务完善性 能业务安全性 能服务能力
