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13.基站天线的工作原理和主要参数是什么

大家都知道，没有夭线也就没有无线电通信。那么，天线为什

么能发射(接收)无线电波呢这需要从两根导线上的感应电流说

起。当距离很近的两根导线上有交变电流流动时(见图1一25A),

导线上的感应电流大小相等、方向相反，电场被束缚在两导线之

间，线外几乎没有辐射;如果把两根导线张开(见图I一25B)，一

部分电场能够散播在周围空间。当导线的长度L增大到可与波长相

比时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射(见图1

一25C)。由此可知，两根导线辐射无线电波的能力是与导线的长度

和形状有关的。以上是从发射角度来讲述天线的工作原理，根据互

易原理。接收天线的工作过程只不过是把发射的过程反过来罢了。

在上面两根张开导线辐射无线电波例子中，两臂长度相等的振

子叫对称振子。这是很经典的、迄今使用最广泛的一种天线。当每

臂长度为1/4波长(全长为1/2波长)的振子.称半波对称振子。

单个半波对称振子，可单独地使用，也可作为抛物面天线的馈源，

还可采用多个半波对称振子组成天线阵。移动通信宏基站中常用的

板状天线，其实盒子里面就是由多个半波对称振子组成的天线

阵列。

如何衡量基站天线的性能好坏呢?这要靠一套参数来说话。天

线的主要技术参数有工作频段、方向图、增益、半功率波束宽度、

倾角调整、前后比、电压驻波比、阻抗等。下面择其要者介绍。

天线增益—是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能

力，它是选择基站天线最重要的参数之一。尼采手机

一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽

度，而在水平面上能保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系

统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增

益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内

增大收信电平的富余量。表征天线增益的参数有dRd和dBiadBi是

相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的;dBd相对于对

称振子天线的增益dBi=dBd千2.15。相同的条件下，增益越高，电

波传播的距离越远。一般GSM定向基站的天线增益约为18dBi，全

向的约为lldBio

如何把全向天线变成定向天线，要靠改变天线结构来实现。通

常采用增加反射板的办法。平面反射板放在振子的一边就构成扇形

区域的覆盖天线(见图1-26)。图中也表明了反射板的作用既能把

功率反射到单侧方向.也能提高天线的增益。为了进一步改进性

能，提高天线增益，反射板还可以做成抛物反射面，使天线的辐射

像光学中的探照灯那样.把能量集中到一个小立体角内，从而获得

更高的增益。

为了提高天线的增益，通常将两个半波振子增加为4个，乃至

8个。4个半波振子排成一个垂直放置的直线阵时，其增益约为

8dB;一侧再加有一个反射板就构成四元式直线阵，也就是最常规

的板状天线，其增益约14一17dB。同样的八元式直线阵，即加长型

板状天线，其增益16一19dB。当然，加长型板状天线的长度也要增

加许多，为常规板状天线的1倍，达2.4m左右(见图1一27)。

方向图也是天线的一个重要参数。发射夭线的基本功能之一是

把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去;之二是把大部分能量朝

所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”

形的立体方向图(见图I-28A)。立体方向图立体感强，容易理解

(见图I-28B与图1-28C)。从图1一28B可以看出，在振子的轴

线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上;而图I一28C显示，

在水平面上各个方向的辐射是一样大的。

通过若干个对称振子组，产生“扁平的面包圈”，把信号进一

步集中到水平面方向上，以加强对目标覆盖区域的辐射控制。由4

个半波对称振子沿垂线上下排列构成一个天线振子组后，其立体方

向图和垂直面方向图见图1-29。由此可知，设在居民小区的移动

通信基站，其天线主要向水平方向发射电波，架设在楼顶上的天线

是不会向下面的屋内辐射无线电波的。

波瓣宽度，这是天线常用的一个很重要的参数。天线方向图中

辐射强度最大的瓣称为主瓣，主瓣外侧的称为副瓣(或旁瓣)。主瓣

最大辐射方向上，辐射强度降低3dB两侧点的夹角称为波瓣宽度

(又称半功率角)，常以图形方式表示(见图1一30A)。波瓣宽度越

窄，天线的方向性越好，作用距离越远，抗千扰能力越强。

天线的波瓣宽度可分水平面波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。天

线垂直