中讯设计-天线在移动通信中的应用.doc

天线在移动通信中的应用 无线四室 王宁 摘要： 在移动通信系统中，天线是无线接入网空中接口的最关键环节，是建立高质量的网络与服务的物理层基础。本文从天线的基本原理和基本参数出发，逐步引入天线在移动通信网络中的应用，最后通过结合笔者在工程实践中的所遇到的问题提出了一些在具体工程中天线应用的方法与建议。 关键词：天线，移动通信，规划，优化 引言 天线是发射和接收电磁波的重要无线电设备，是无线通信中非常关键的网络与用户的接口环节，在整个无线通信系统中起着举足轻重的作用，可以说没有天线就没有无线电通信。 在移动通信这样一个双向过程中，天线作为同时存在于上下行链路中的接口环节，该环节指标的变化可以同时影响上下行链路从而对系统性能产生双倍的影响。有数据显示，在移动通信网络建设中，天线的投资比例虽然仅占整体投资的1 ~ 2%，但天线在网络优化及无线维护工作中所占的工作量比例却达到50 ~ 60%。由此可见如果没有好的天线系统，就不会有好的移动通信网络，更不用提高质量的移动通信服务。 对于无线工程师而言，如果能够在网络规划建设时期对天线进行合理的选择与设置，必将为日后网络和服务的发展奠定一个良好的基础，同时也能够依靠此坚实基础在最大程度上减少后期网络优化的工作量。因此，对天线系统有比较深入的了解与认识对无线工程师来说已经成为一个非常重要的要求。此外，对天线的深层次了解也是我们能够参与到运营商的网络优化工作中、更深一步更加全面地服务于运营商的网络建设的基本要求，对我们的设计及后续工作都具有非常重要的意义。 上篇：移动通信中天线基本知识的介绍 关于天线的基本知识 1 天线的基本概念 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。 当导线的长度l远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。而当导线的长度增大到可与波长相比拟（同一数量级）时，导线上的电流就大大增加，因而就能够形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子，即构成天线的基本单元。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长，全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称为折合振子。 一般来说天线都是由按照一定方式排列的若干振子构成的。 2 天线基本参数概述 为了能对天线参数有一个比较直观的认识，首先我们来看一张天线的主要电器指标参数表，并以此为例逐一解释各个参数。 上表中共列出了该天线的16项参数，大体上可以将其归为三类：自上而下的前2个参数为天线的电接口参数；从第3项（Frequency Range）开始到第11项（Max. power per input）为天线的电气性能参数，是关系天线性能的关键参数；最后5项可以归纳为天线的机械性能参数。下面我们逐一对这些参数进行解释。 Input参数是天线的输入接口型号参数，表征接口的类型及大小。 Connection Position参数说明了天线接口连接位置，Bottom表示该天线为下部连接。 Frequency range参数表征了天线的工作频率范围（带宽）。无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定频率范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。一般所说的天线带宽参数是指天线增益下降3dB时的频带宽度，如该参数后所示值806－960 MHz。 Impedance为天线的输入阻抗（或称特性阻抗）参数，该参数是由天线和馈线的连接端即馈电点两端感应信号的电压与电流比得到。输入阻抗有电阻分量和电抗分量，电抗分量的存在会减少从天线进入馈线的有效信号功率，因此必须对天线结构进行适当的调整使其电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻性才能保证天线工作的高效。 天线输入阻抗参数Z和与天线连接的馈线的特性阻抗Ｚo相等的状况称为天线的阻抗匹配。天线和馈线的阻抗匹配可以使高频能量全部被负载吸收，此时馈线上只有入射波，没有反射波，馈线上传输的是行波，馈线各处电压幅度相等，馈线上任一点的阻抗都等于其特性阻抗。 当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，一部分能量将被反射回来形成反射波。这种情况下,馈线上同时存在入射波和反射波，两者相叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大形成波腹，而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小形成波节，其它各点的振幅则介于波幅与波节之间，即合成为驻波形式。由此便引出了下面的电压驻波比的概念。 VSWR（Voltage S