5G网络规划与优化 第二章 认识天线 02.第二章《认识天线》.docx

PAGE PAGE 34 第二章：认识天线 Michael：学习完LTE的基本原理知识，现在我们就要学习天线了。 Jack充满疑惑的问道：请问天线是什么呢？ Michael：天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。 Jack接着问道：那认识天线有什么作用呢？ Michael：对于我们优化部门来说，通过对天线整改和天线的方位角、倾角调整等手段解决网络覆盖问题，提高网络覆盖效果，提升话音质量，节省投资成本。 Jack：请问我们要了解天线的哪些内容呢？ Michael：我们需要了解天线电气性能参数、天线选型、天馈系统构成、天线的种类以及天线的发展等等。 Jack：好的，我一定会认真学习的。 对天线的了解，能够更有效率的开展网络规划与优化工作。 接下来就和Jake一起认识一下天线吧…… 图2-0-1 项目2知识图谱 2.1：走进天线电气性能参数 【任务描述】 了解天线基础知识、天线参数以及天线覆盖范围。其中重点是理解并掌握半波振子、驻波比、方向角、下倾角、波瓣宽度等概念，会使用软件对天线覆盖范围进行算。 调整天线是解决覆盖优化的重要手段之一，通过调整下倾角、方向角以及天线挂高等可以解决弱覆盖或者交叉覆盖问题，这就要求先掌握天线电气性能参数。 2.1.1 天线原理 电磁波的传播 电磁波的传播图2-1-1所示： 图2-1-1 电磁波的传播 无线电波的波长、频率和传播速度的关系。可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。在公式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ为频率，单位为赫兹；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 天线辐射电磁波的基本原理 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电磁波转化成传输线中的电磁能的设备。因为天线是无源器件，所以仅仅起得是转化作用而不能放大信号。 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。 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。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。电磁波的传播图2-1-2所示： 图2-1-2 振子的角度与电磁波辐射能力的关系 半波对称振子 两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。半波对称振子如图2-1-1所示： 图2-1-3 半波对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单、独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。天线需要多个半波对称振子组阵以得到更大的增益。 2.1.2 天线参数 极化方式 天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度方向。若地面为入射面，则当电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。当电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。半波对称振子如图2-1-4所示： 图2-1-4 垂直极化（Vertical）和水平极化（Horizontal） 双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的，采用双线极化天线,可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，降低成本，减少了天线占地空间。在双极化天线中，通常使用+45°和-45°正交双极化天线。双极化天线如图2-1-5所示： 图2-1-5 双极化天线 实际工程中，一般单极化天线多采用垂直线极化；双极化天线多采用?45 ?双线极化。两种极化天线外观识别，双极化天线有两个端口，单极化天线仅一个端口。实际工程中，采用空间分集需要多个单极化天线，而采用极化分集则只需要一幅双极化天线。双极化天线和单极化天线如图2-1-6所示： 图2-1-6 双极化天线和单极化天线 双极化天线和单极化天线在不同的系统中的系统对比结果以及典型应用场景和采用的主要技术。双极化天线和单极化天线典型应用场景的对比如表2-1-1所示： 表2-1-1 双极化天线和单极化天线典型应用场景的对比 类型 作用 举例 性能差距 干扰受限系统 主要应用于密集城区，站间距比较小。干扰是影响网络性能的主要因素。 MIMO双流； MIMO单流；RANK自适应 性能基本相当 功率受限系统 以增加覆盖，克服衰落为主要目的，如效区，农村广覆盖等。 发射分集，接收分集 性能差距不大 带宽受限系统 信道条件（CQI）比较好，基站间没有形成连续覆盖，基站的站间距比较大，用户数比较稀少。 MIMO双流 10L