移动通信中的天线技术

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1、移动通信中的天线技术

2、第1内容显示中摘　要：介绍了移动通信中天线的新技术，阐述了全向高增益天线、多频段天线、极化分集天线和智能天线的实现技术以及在移动通信中的应用。　　关键词：移动通信；基站天线；全向天线；智能天线　　随着微电子技术的迅猛发展，近20年来移动通信从第一代的AMPS，TACS，NMT等模拟系统，第二代的GSM,IS-95等数字系统，发展到现在即将问世的IMT2000，UMTS等第三代移动通信系统［1］。通信系统的容量越来越大，语音质量也越来越好，提供的服务也越来越多。移动通信对人们的生活和工作也起着越来越大的作用。　　移动通信系统在功能、容量、质量和服务业务上不断地升级

3、，对通信系统的天线提出了越来越高的性能指标要求；同时，天线系统通常工作在复杂的移动传播环境下，电波在空中传播时将受到多方面的衰落，信道受到地形、温度、湿度等环境因素的影响。这些方面都会对通信质量产生不利的影响。因此，采取了高增益全向天线，分集天线技术手段和方法来改善通信质量；为了共享现有的系统资源，与现有系统共用相同的服务区域，从系统成本和系统干扰等方面考虑，要求研制多个系统共用的宽频带或多频带、智能化天线系统。　　基于现代通信技术的实际，本文探讨了当代移动通信天线中全向天线的高增益技术、宽频带和多频带技术、分集技术和智能天线技术及其进展，为天线系统的研制和基站的选型提供便利。1　全

4、向天线的高增益　　在用户数量不太多的偏远郊区，为了节省成本通常使用水平方向上为全向天线的形式，覆盖周围的地区。然而，由于这些地区的蜂窝一般划分得比较大（其区域半径为1～5km），为了保证通信质量，这就要求天线的增益相对比较高，通常为10～15dBi。　　要实现这样高的增益，就必须使用阵列天线的形式，采用等幅、同相的激励方式。然而，通常处于结构因素的考虑，等幅馈电的天线形式在全向天线中极少见到。由于串联馈电的形式其增益又受到一定的限制。因此，一般大都采用并联和串联相结合的馈电方法，以实现全向天线的高增益。　　一种实用的高增益全向天线如图1（a）所示，这种天线被称为同轴交*共线天线（CO

5、COAntenna，CoaxialCollinearAntenna）［1～3］。这种天线是由一定长度的同轴线节组成，其中每一节同轴线单元的长度为λ／2。该同轴线节既是一个天线单元，又是传输线。当激励电压经过λ／2时，将产生180°的相差。经过内外导体交*连接恰好在同轴线节的外导体上产生同相的表面电流，因而下一个天线单元的输入电压与此单元的输入电压同相，由此整个天线上的所有单元具有等幅、同相的激励电压。采用在天线底部用同轴线直接馈电时，当天线的单元数为10时，其方向性系数可达到12．0dBi；当天线的单元数为20时，其方向性系数可达到14．2dBi［3］。而且随着同轴线节段数的增加，天

6、线的增益逐渐增大；当天线的段数增加到一定数量时，天线的增益将达到“饱和”值——14．2dBi。可以看到，由于辐射损耗的影响使得这种天线的增益要低于真正等幅、同相馈电时的天线增益。而且，天线的增益随频率的变化不太剧烈，因此采用合适的馈电网络，该天线可以满足宽频带工作。由于结构上的对称性，使得这种天线具有理想的全向辐射特性。同时，由于结构简单，作为基站用的全向天线具有一定的价格优势和性能优势。　　图1（b）为另一种全向天线——同轴开槽天线［3～4］。其基本原理也是通过共线排阵实现全向、高增益天线。开槽宽度为0．2cm，开槽的间距略小于λ，在频率为980MHz，当单元数为10时，采用同轴线

7、从天线的底部馈电，其增益可达到9．5dBi，其主瓣偏离水平方向约12°左右。500)this.style.ouseg(this)">2宽频带和多频带技术　　移动用户的显著增长，使得没有更多地方来放置新的基站了，这就要求基站天线工作在2个或更多的工作频段，要求天线单元具有宽频带和多频带的特性。通常采用的方法是在主单元（其谐振频率为f1）的附近加一个谐振频率为f2（一般有f2＞f1）的天线单元作为寄生单元，这样就形成了2个谐振回路，具有2个谐振频率［5］。当这2个频率适当接近时，就形成了频带或多频段天线。文献［6］中通过单个辐射单元来实现微带天线的宽频带，其结构尺寸如图2所示。微带单元使

8、用同轴探针馈电的空气微带天线单元，地板做成U形槽的形式。微带片在馈电点处有一张角α与水平地板之间距离为h，可将其视为空气介质层。通过调节张角α，h及两垂直地板的高度，可以形成2个带宽较宽的谐振回路。实际测试表明当h＝40mm，α＝170°，第一地板高h1＝50mm，第二地板高h2＝70mm，微带片的长宽分别为200mm和100mm时，天线的工作频率在593～981MHz和1662～2237MHz上驻波系数小于1．5。该天线的增益在GSM（900MHz）频段