天线基础知识与原理

辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，提升抗多径衰落的 能力。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓 同频干扰。
天线基础知识与原理
2010年6月
1 1
目 录
一 二
天线基本知识及原理
天线的波束成型简介
2
目 录
一
天线基本知识及原理
1、天馈系统简介 2、天线类型及各部件材质介绍 3、天线原理及指标介绍
3
1、天馈系统简介
天线调节支架 抱杆 接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
基站天线在整个网络建设中占经费比例不 到3%，但它对网络性能的影响却超过60%。
印制板
优点
可以保证较高的尺寸精度； 阻抗匹配可灵活设计； 常用于军工产品。
缺点
CDMA800/GSM900频段使
用成本高； CDMA800/GSM900频段使 用结构稳定性较差。
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
实现方式 金属板冷冲压 优点
加工和材料成本相对较低；
缺点
指标较差且一致性较差； 结构形状的时间稳定性较差
峰值 - 3dB 15° (eg) 峰值 32° (eg) 峰值 - 10dB 峰值
峰值 - 3dB
峰值 - 10dB
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3、天线原理及指标介绍---波束宽度案例介绍
350度 317.5度
350度 22.5度 317.5度
22.5度
50度 290度
50度
290度
A
65o半功率角
A
90o半功率角
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
铝材规格
技术要求及工艺说明
5系列
备注
/ 提高底板的抗腐蚀性， 从环保角度考虑，建议 本色导电氧化。 / / /
表面处理
底板厚度 尺寸精度 环保要求 其它要求
导电氧化
≥2mm； 双频共用天线：≥2.5mm GB/T 1804-m 符合RoHS 清理毛刺、锐角倒钝
/
2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩
交叉极化比
副瓣抑制

零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
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3、天线原理及指标介绍---电下倾角度
定义：通过电子调节
的方式优化下倾角。
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3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
振子形式简单，易于冷冲压
难度较大；特别是合金压铸 方式的半波振子。 成本较高。
交叉极化指标较差； 双极化贴片天线的极化隔
成型； 易于与微带功率分配网络一 体化设计； 成本相对较低。
离度较差； 装配精度要求较高
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多 种改进形式： 实现方式
交叉极化比
副瓣抑制

零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
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3、天线原理及指标介绍---垂直面波束宽度
定义：在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB
的两个方向的夹角。
垂直面波束宽度
在实际网优工作中，通过天线的选择与调整
是简单但收效最大的方法。强化天线的性能 和品质起着四两拨千斤的作用。
天线 接地装置 主馈线（7/8“）
室内超柔馈线
室外馈线 馈线卡 防雷保护器 基站主设备
馈线过线窗
2、天线类型及各部件材质介绍
常规天线
全向天线 定向单极化天线 定向双极化天线
电调天线
单宽频电调天线 多频电调天线
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
，可靠性较差。
设计指标优秀且一致性较好
成本相对较高
锌（铝）合金压铸
成品可靠性高 结构形状的时间稳定性好
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
比较好的65度振子
比较差的65度振子
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
比较好的90度振子
比较差的90度振子
2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络 空气微带线馈电网络
相对较高 ±0.8° 好 较好 1.0
增益约低0.2~0.3dB ±1.5° 差 较差 0.65
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
半波振子VS微带贴片
振子形式
半波振子
优点
辐射效率高、交叉极化指标
缺点
振子结构相对复杂，加工
较好； 单元辐射阻抗较易优化； 实现形式多样化，可采用印 制板、金属板冷冲压、锌合金 压铸等多种实现方式。 微带贴片
成本系数 抗拉强度（MPa） 抗腐蚀等级
1060
1 ≥75 最佳
3A21
1.1 ≥110 差
5052
1.2 ≥195 良好
备注
/ / /
从最佳性价比角度考虑，底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列 板材。但在集采成本压力下，国内厂家很少选用5系列板材。
2、天线类型及各部件材质介绍---底板
＊底板技术要求及工艺说明 指标名称
天线罩对比 天线罩以对天线主体的封装防护为目的，主要为了减缓温度、湿度、 盐雾、雨淋、摄冰、大风、老化、等各种因素对天线性能的影响，国内外 基站天线的天线外罩目前普遍使用的材料为PVC和玻璃钢。
玻璃钢
PVC
2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩
＊天线罩材料选择PVC，PVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下： 关键参数
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3、天线原理及指标介绍---水平面波束宽度
定义：在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降
3dB的两个方向的夹角。
水平面波束宽度
3dB 波瓣宽度 峰值 - 3dB 60° (eg) 10dB 波瓣宽度 峰值 - 10dB 120° (eg) 峰值 峰值 - 10dB
峰值
峰值 - 3dB
交叉极化比
副瓣抑制

零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
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3、天线原理及指标介绍---前后比
定义：是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比。
后向功率
前向功率
前后比(dB) = 10 log
前向功率 后向功率
，典型值约为25dB
目的是尽可能减少后向辐射功率
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3、天线原理及指标介绍---前后比案例介绍
后瓣过强
300度 180度 300度 272.5度 270度 180度
272.5度
270度
240度 240度
源自文库
207.5度 207.5度
前后比较差
天线后瓣较大
前后比较好
天线后瓣较小
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
交叉极化比
副瓣抑制

零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
2、天线类型及各部件材质介绍---天线内部结构
同一款基站天线有多种设计方案来实现。
反射板
振子
设计方案涉及到天线的以下四部分：
1、辐射单元（振子） 2、反射板（底板）
3、功率分配网络（馈电网络）
4、封装防护（天线罩）
馈电网络
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
高性能与一般型产品材质工艺对比——天线振子
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
传输线
能量转换－导行波和自由 空间波的转换；
定向辐射（接收）－具有 一定的方向性。
终端张角传输线
对称振子
3、天线原理及指标介绍---方向图
方向图象一个“汽车轮胎”
水平面 H面
垂直面 E面
立体图
水平面波束宽度 = 360º 垂直面波束宽度= 78º
3、天线原理及指标介绍---方向图
将“轮胎”压扁，信号就越集中，实际使用的天线就是采用一个或者多 个辐射单元来实现的。
优点: 成本低，损耗小，设计自由度较大； 缺点: 指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。 近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。
2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络 同轴电缆馈电网络
优点: 稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射；
缺点: 设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。 Katherin一直采用这种设计，comba的高端天线也采用这种设计。
3、天线原理及指标介绍---方向图
天线方向图测试---辐射性能测试
远场测量微波暗室及其系统 40米×20米 ×20米 ；
128探头近场测量微波暗室及其系统
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络
同轴电缆网 络
空气微带线网 络
成本（系数）
损耗 寄生辐射
较高（2.0)
一般 没有
低（1.0）
小 有，较大
指标稳定性
指标受底板影响 可靠性 可生产性
好
没有影响 高 焊点多
差
影响较大 差 较好
2、天线类型及各部件材质介绍---底板
底板的技术要求及工艺说明 ＊底板铝材规格应首选抗腐蚀性好的5系列板材 目前导电性能优良的有色金属中铝合金的性价比最高，海内外天 线厂家普遍采用铝合金作为定向天线的底板，在具体规格选择方面， 国内天线厂家主要使用1、3和5系列，下表以1060、3A21及5052作为各 系列代表对比优缺点： 关键参数
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3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
UL94V-0
较好 好 好 较好
UL94V-0
好 较好 好 较好
UL94V-0最高阻燃等级。 两者在抗老化、防水、防 腐蚀及透波性方面性能相 当，但国内玻璃钢工艺还 不太成熟，可能会导致玻 璃钢性能有所下降。
3、天线原理及指标介绍---天线定义
天线的定义：
能够有效地向空间某特定 方向辐射电磁波或能够有效地 接收空间某特定方向来的电磁 波的装置。 天线的功能： 天线的辐射原理：
成本系数
重量系数 抗冲击碰撞性能 耐温性能 拉伸强度(Mpa) 弯曲强度(Mpa) 弯曲模量(Mpa)
PVC
1
1 好 -50℃～+70℃ 38.3 66.3 3440
玻璃钢
2.3
1.2 差 -70℃～+150℃ 240 219 10110
备注
/
/ / / 玻璃钢强度优于PVC。
阻燃性
抗老化 防水性能 防腐蚀性 透波性
交叉极化比
副瓣抑制

零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
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3、天线原理及指标介绍---天线增益
定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空
间同一点处所产生的信号的功率之比。
P1 全向辐射器在各个方向上 的辐射能量相等 单一偶极子的 “汽车轮胎”形辐射图
常 规 套 筒 振 子 缩 短 套 筒 振 子
移 动 通 信 天 线 类 型
全 向 天 线
高性能
一般型
定 向 天 线
半 波 振 子 微 带 贴 片
高性能
一般型
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
常规套筒振子VS缩短套筒振子
常规套筒振子 缩短套筒振子
铜材和铝材区 别不大
增益 方向图圆度 批次一致性 交调指标 相对成本