移动通信基站天线基本原理

移动通信基站天线基本原理及选型原则讲义
目录第一章天线的基本理论
第二章分集技术
第三章天线选型原则
第一章天线的基本理论
移动通信系统中，空间无线信号的接收和发射都是依靠基站天线来实现的。

因此，基站天线对移动通信网络来说，起着举足轻重的作用。

如果天线选择不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响到整个网络运行质量。

尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，对移动通信网络的干扰、覆盖率、接通率及全网服务质量有很大的影响。

一、天线主要的辐射单元
•偶极子
•喇叭
•缝隙波导
•印刷类（微带）
二、阵列天线
为了增强天线的方向性，提高天线的增益，得到所需要的辐射特性，把若干个相同的天线按一定的规律排列起来，并给予适当的激励，这样组成的天线系统称为天线阵。

组成天线阵的独立单元称为阵元或天线单元。

天线阵可分为线阵、面阵、立体阵以及共形阵。

三、天线的极化
移动通信基站天线的极化主要有以下两种：
1、垂直极化
2、＋45°／－45°交叉极化
四、天线的方向图
天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角(θ，φ)分布的图形称为方向图，方向图是三维立体图。

工程上通常用两个相互垂直的主平面内的方向图表示（即E面和H面）。

E面是通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面，H面是通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。

常用天线的方向图覆盖示意图：
五、天线方向图参数
•零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。

•半功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍的两辐射方向之间的夹角。

•副瓣电平：副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。

•后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。

•前后比：主瓣最大值和后瓣最大值之比(dB)。

六、天线的增益
在相同输入功率、相同距离条件下、天线在最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线在该方向上的功率密度之比定义为天线的增益G i(单位dBi)，有时也以无耗半波振子的增益系数(1.64)作比较标准，记为G d(单位dBd)。

G d=G i/1.64
或G d(dBd)=G i(dBi)-2.17
十一、三阶互调
多个频率的电磁波信号在非线性网络中传播时，由于系统的非线性会造成不同频率的叠加，从而产生多余的频率成分。

在移动通信基站天线中，互调产物的影响主要反映在发射端的频率叠加对接收端造成的干扰。

天线抗互调产物性能主要以三阶互调为指标。

要求：在20W(43dBm)的载波功率下IMP3< -107dBm，即<-150dBc
第二章分集技术
在移动通信系统中，移动台经常工作在各种复杂的地理环境中，移动的方向和速度是任意的，发送的信号经过附近各种建筑物的反射、散射等而形成多路径传播，使到达接收机输入端的信号往往是多个幅度和相位不同的信号的叠加，从而形成快衰落。

此外，还有慢衰落，它是由于电磁场受到地形和高大建筑物的阻挡或者气象条件的变化而形成的，慢衰落的信号电平起伏相对较慢。

分集接收就是为了克服各种衰落，提高系统性能而发展起来的移动通信中的一项主要技术。

一、空间分集
空间分集的依据是利用快衰落的空间独立性，即在任意两个不同位置上接收同一信号，只要两个天线的距离大到一定程度，则两处接收信号的衰落是不相关的。

在发射端用一副天线发射，而在接收端用多副天线接收。

接收端天线之间的距离d与工作波长、地物及天线高度有关，在移动通信系统中，通常取：
市区d＞0.5λ
农村、郊区d＞0.8λ
在满足上式条件下，两信号的衰落相关性已很弱。

d越大，相关性就越弱。

实际使用中，考虑到各种因素，d一般要求大于4.5m。

二、极化分集
在移动通信信道中，两个在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出互不相关的衰落特性。

利用双极化天线，并工作在收发共有模式下，就可以在收、发端得到两路衰落特性互不相关的极化分量。

极化分集的优点是结构紧凑、节省空间、成本低。

第三章天线选型原则
一、市区基站天线选择
在市区一般选用中等增益的、水平半功率波束宽度为65°的双极化定向基站天线。

在市区出于控制干扰的原因，需要将天线的下倾角调得较大，电调天线在下倾角的调整方面不会有问题；但对机械下倾天线，需选择下倾角调整范围更大的天线；
二、农村基站天线选择
在农村一般选用高增益的全向或高增益的水平半功率波束宽度为90°、105°、120°的垂直极化定向基站天线。

农村地区对天线的下倾调整不多，其下倾角的调整范围及特性要求不高，建议使用价格较便宜的机械下倾天线。

三、郊区基站天线选择
在郊区，若周围基站分布很密，可参考城区基站的天线的选择原则；若周围基站分布较少，且将来扩容潜力不大，则参考农村基站的天线的选择原则。

优先采用水平面半功率波束宽度为65°或90°的中、高增益天线。

不建议采用全向站型；
四、公路、铁路覆盖基站天线选择
以覆盖公、铁路沿线为目标的基站，采用窄波束高增益的定向天线（两扇区配置）或高增益（14dBi）的8字形天线，最好具有零点填充；如要兼顾沿线的村庄，可采用全向或变形全向天线（210°～220 °），如8字形或心形天线；
由于此类地区的用户主要是快速移动用户，所以为保证切换的正常进行，定向天线的前后比不宜太高。

四、山区覆盖基站天线选择
视基站的位置、站型及周边覆盖要求来决定方向性的选择，可以选择全向天线，也可以选择定向天线。

一般选择具有零填充和预置下倾角的高增益的天线。

五、室内覆盖天线选择
室内覆盖一般选用室内吸顶天线、室内挂壁天线、八木天线或对数周期天线等。