基站天线的工作原理和主要参数是什么

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。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。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dBia dBi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。天线垂直波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的电波覆盖半径有关。通过对天线垂直度(俯仰角)在一定范围内的调节，可以达到改善小区覆盖质量的目的。垂直平面的半功率角有480, 330, 150, 8。几种。半功率角越小，信号偏离主波束方向时衰减越快，也就越容易通过调整天线倾角来准确控制扇区的覆盖范围。基站天线水平波瓣宽度有利于电波覆盖小区的交叠处理。半功率角度越大，在扇区交界处的覆盖越好。天线水平半功率角常见的有450, 600, 90”等。当提高天线垂直倾角时，水平半功率角过大，越容易发生波束畸变，形成越区覆盖;角度越小，扇区交界处覆盖就越差。一般在市中心的基站由于站距小，天线倾角大，通常多采用水平面的半功率角小的天线.在郊区则选用半功率角大的天线。