移动通信天线原理及设计规范

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1、目录第1章概述61.1天线综述61.2基站天线的发展趋向71.3基站天线设计概念8第2章基站天线的基本技术92.1基站天线92.2系统要求与天线技术112.3天线分类122.4赋形波束天线的设计152.4.1扇形波束152.4.2垂直面赋形波束192.4.3波束倾斜212.5基站分集天线222.6基站天线的无源交调262.6.1无源交调与收发信频率的关系262.6.2PIM的生成点与抑制技术27第3章基站天线主要指标的设计规范283.1基站天线电压.驻波比（VSWR）283.2增益(G)283.3半功率波束宽度(HPBW)29

2、3.4前后比(F/B)293.5端口隔离303.6极化303.7功率容量303.8零点填充303.9上副瓣抑制303.10波束下倾313.11双频双极化天线313.12双频双工双极化天线313.13直接接地313.14天线输入接口323.15无源交调（PIM）323.16天线尺寸323.17天线重量323.18风载荷333.19工作温度333.20湿度要求333.21雷电防护333.22三防能力33概述1.1天线综述随着国内经济的快速、持续发展,改革开放以来,通信产业发生了巨大变化,这是众所周知的。通信技术和经济效益的推进，使

3、得通信产业成为国内最大产业之一，为了适应这一新兴产业的发展，国家也在通信领域进行了重大机构改革。随着通信本身向信息经济的发展，信息实际上是现代经济的生命线。因此，通信已成为商业和工业甚至农业等其他行业持续发展的关键因素。在通信这一领域内，移动通信的发展更加耀眼夺目，人们已不满足在固定场所处理信息流。在外出旅游、度假、访问等途中也需要通信，因此移动通信有了契机，它将被工程师们完善地开发并成功地发展。在国内，从八十年代中期至今，移动通信的发展变迁是有目共睹的，在您的身边、周围处处可以看到移动终端----手机，丰富多彩，五花八门的手

4、机几乎无时无刻不在传递信息，包括政治、经济、文化、生活等多个方面。国内最大的GSM蜂窝移动网的用户已逾两千万；为了实现村村通电话这一宏伟目标，无线接入系统蓬勃发展，为农村，尤其是偏远村庄的经济发展提供了信息保障。移动通信的新技术、新器件令人耳目一新，对天线设计师也提出了前所未有的要求，如在便携的移动终端上如果使用常规天线，用户是不会接受的，而且设备小型化、微型化也就毫无意义。因此天线设计师们必须研制小型乃至电子天线以适应现代技术，既能在很小的界面上工作，还要满足电性能指标。然而，对于天线设计师，不能停留在这种意义上的设计，还有

5、更高的要求，先进的天线设计能使天线产生另外的系统功能，如分集接收能力，降低多路径衰落，或极化特性的选择功能等。尤其移动天线设计不再局限于在一个轮廓分明的平坦基面上实现小型化、轻重量、薄剖面或平嵌安装的全向天线，而是建立一个复杂的电磁结构，使其在无线信道中发挥重要作用，并成为系统设计的有机部分，涉及传播特性、本地环境条件、系统组成和性能、信噪比、带宽特性、天线本身的机械结构、制作技术的适应性以及使用安装的方便性等。移动系统本身的种类对天线设计影响也很大，陆地、海面、天空和卫星系统之间就有很大不同。在分区系统中，辐射方向图必须与区

6、域图相一致以避免干扰；城市通信要采用分集接收以克服多路径衰落；移动终端要求降低移动系统和天线的尺寸。在小型化便携设备中（如手机），天线和收发信的射频前置电路通常一体化设计，必须把天线单元和设备一起作为一个天线系统处理。因此，天线不能独立地设计，实际上它是系统的一个有机组成部分。如图（1）天线与系统的有机组合。在本章节所涉及的天线设计规范仅指无线通信系统中的基站天线(BaseStationAntenna)1.1基站天线的发展趋向基站天线是用户终端与基站控制设备间通信系统的桥梁，广泛应用于GSM蜂窝移动通信和ETS无线接入通信等系

7、统中。通信技术的发展必将带动天线概念的发展。在七十年代的移动通信系统中，由于用户少，较少的载频和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求，采用了全向天线或角形反射器天线。随着经济发展，移动终端需求量的急剧增加，旧的基站已不能满足需求，尤其数字蜂窝技术的发展，基站配置需要新型天线，以改善市区的多路径衰落、区域分配和多信道联接网络的频率复用。平板式天线由于其剖面低、结构轻巧、便于安装、电性能优越等优点被广泛应用于GSM数字蜂窝系统。在80年代中期至90年代中后期，大多采用单极化(VP)天线，而一个扇区需用3副天线如图（2），一个小

8、区通常划分为三个扇区，因此一个小区要用9副天线，天线数目太多给基站建设、安装带来困难，安装费用居高不下，有的站点根本无法安装分集接收天线，即使安装了也无法得到最佳分集接收增益。因此，双极化天线技术应运而生。如图（3）。随着信道的增加和新建基站，蜂窝网络必须调整和优化，需要更新