1、一、天線（上）1.1 天線的作用與地位無線電發射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可見，天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。對于眾多品種的天線，進行適當的分類是必要的：按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天

2、線等；等等分類。*電磁波的輻射導線上有交變電流流動時，就可以發生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如 圖1.1 a 所示，若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當導線的長度 L 遠小于波長 時，輻射很微弱；導線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。1.2 對稱振子對稱振子是一種經典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫

3、做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見 圖1.2 a 。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子, 見 圖1.2 b。1.3 天線方向性的討論 1.3.1 天線方向性 發射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖（圖1.3.1 a）。立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，圖1.

4、3.1 b 與圖1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。1.3.2 天線方向性增強 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產生“扁平的面包圈” ，把信號進一步集中到在水平面方向上。下圖是4個半波振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。 也可以利用反射板可把輻射能控制到單側方向，平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側方向

5、，提高了增益。 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構成包括兩個基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點上的輻射源。1.3.3 增益增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以這樣來理解增益的物理含義-為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為 G = 13

6、dB = 20 的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W 。換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。半波對稱振子的增益為G=2.15dBi。4個半波對稱振子沿垂線上下排列，構成一個垂直四元陣，其增益約為G=8.15dBi ( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。如果以半波對稱振子作比較對象，其增益的單位是dBd。半波對稱振子的增益為G=0dBd（因為是自己跟自己比，比值為1，取對數得零值。）垂直四元陣，其增益約為G=8.152.15=6dBd。1.3.4 波瓣寬度方向圖通常都有兩個或多

7、個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.4 a ,在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個點間的夾角，見圖1.3.4 b。 1.3.5 前后比方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計算十分簡單-F / B =

8、10 Lg （前向功率密度）/（后向功率密度） 對天線的前后比F / B有要求時，其典型值為 （18 30）dB，特殊情況下則要求達（35 40）dB。 1.3.6 天線增益的若干近似計算式1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益：G（dBi）= 10 Lg 32000 / （ 23dB,E ×23dB,H ） 式中， 23dB,E 與 23dB,H 分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度； 32000 是統計出來的經驗數據。 2）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：G（dB i）=10 Lg 4.5 ×（ D / 0 ）2 式中，D 為拋物面直徑；

9、 0 為中心工作波長； 4.5 是統計出來的經驗數據。 3）對于直立全向天線，有近似計算式 G（ dBi ）= 10 Lg 2 L / 0 式中，L 為天線長度； 0 為中心工作波長；1.3.7 上旁瓣抑制 對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制 。基站的服務對象是地面上的移動電話用戶，指向天空的輻射是毫無意義的。 ?1.3.8 天線的下傾 為使主波瓣指向地面，安置時需要將天線適度下傾。1.4 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖

10、示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；水平極化-也是要被用到的。 1.4.1 雙極化天線下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化 與 -45°極化，它們僅僅在特殊場合下使用。這樣，共有四種單極化了，見下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把 +45°極化和 -45°極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線-雙極化天線。下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。 1.4.2 極化損失 垂直極化波要用具有垂直極化

11、特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。 當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發生極化損失。例如：當用+ 45° 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收 +45° 極化或 -45°極化波時，等等情況下，都要產生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發生極化損失-只能接收到來波的一半能量。當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全

12、正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。1.4.3 極化隔離 理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現。例如下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為10W，結果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為 10mW。?1.5 天線的輸入阻抗 Zin 定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。 輸入阻抗具有電阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xi

13、n 。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設計、調試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。輸入阻抗與天線的結構、尺寸以及工作波長有關，半波對稱振子是最重要的基本天線 ，其輸入阻抗為 Zin = 73.142.5 (歐) 。當把其長度縮短（）時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐) ,（標稱 75 歐） 。注意，嚴格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即 Zi

14、n = 280 (歐) ,（標稱300歐）。 有趣的是，對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調試，在要求的工作頻率范圍內，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐-這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。1.6 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義-一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內的頻帶寬度。 在移動通信系統中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天

15、線的駐波比SWR 不超過 1.5 時，天線的工作頻率范圍。 一般說來，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。1.7 移動通信常用的基站天線、直放站天線與室內天線 1.7.1 板狀天線無論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優點是：增益高、扇形區方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長。 板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據作用扇形區的范圍大小，應選擇相應的天線型號。1.7.1 a 基站板狀天線基本技術指標示例 頻率范圍 824-960 MHz 頻帶寬度

16、70MHz 增益 14 17 dBi 極化 垂直 標稱阻抗 50 Ohm 電壓駐波比 1.4 前后比 >25dB 下傾角（可調） 3 8° 半功率波束寬度 水平面 60 ° 120 ° 垂直面 16 ° 8 ° 垂直面上旁瓣抑制 < -12 dB 互調 110 dBm 1.7.1 b 板狀天線高增益的形成A. 采用多個半波振子排成一個垂直放置的直線陣B. 在直線陣的一側加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）?增益為 G = 11 14 dBi C. 為提高板狀天線的增益，還可以進一步采用八個半波振子排陣 前面已指出，四個

17、半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為 8 dBi；一側加有一個反射板的四元式直線陣，即常規板狀天線，其增益約為 14 17 dBi。 一側加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為 16 19 dBi。 不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規板狀天線的一倍，達 2.4 m 左右。1.7.2 高增益柵狀拋物面天線從性能價格比出發，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達 G = 20dBi。它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天

18、線。 拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。 拋物面天線一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標。1.7.3 八木定向天線八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內分布系統的室外接收天線的首選天線類型。 八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線，其增益可達 10-15dBi。 1.7.4 室內吸頂天線室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。 現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色

19、很多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網絡分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內工作的天線其駐波比指標為VSWR 2 。當然，能達到VSWR 1.5 更好。順便指出，室內吸頂天線屬于低增益天線, 一般為G = 2 dBi。1.7.5 室內壁掛天線室內壁掛天線同樣必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。 現今市場上見到的室內壁掛天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內部結構，屬于空氣介質型微帶天線。由于采用了展寬

20、天線頻寬的輔助結構，借助計算機的輔助設計，以及使用網絡分析儀進行調試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dBi。2 電波傳播的幾個基本概念 目前GSM和CDMA移動通信使用的頻段為： GSM：890 - 960 MHz， 1710 - 1880 MHzCDMA: 806 - 896 MHz 806 - 960 MHz 頻率范圍屬超短波范圍；1710 1880 MHz 頻率范圍屬微波范圍。 電波的頻率不同，或者說波長不同，其傳播特點也不完全相同，甚至很不相同。2.1 自由空間通信距離方程設發射功率為PT，發射天線增益為GT，工作頻率為f .

21、 接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發天線間距離為R，那么電波在無環境干擾時，傳播途中的電波損耗 L0 有以下表達式： L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) 舉例 設：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz 問：R = 500 m 時， PR = ？ 解答： (1) L0 (dB) 的計算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5

22、( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB) （2）PR 的計算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( W ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( W ) / 6.412 = 0.156 ( W ) = 156 ( mW ) 順便指出，1.9GHz電波在穿透一層磚墻時，大約損失 (1015) dB 2.2 超短波和微波的傳播視距 2.2.1 極限直視距離 超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地

23、表面波作較遠距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡單地說，空間波是在空間范圍內沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個極限直視距離Rmax 。在最遠直視距離之內的區域，習慣上稱為照明區；極限直視距離Rmax以外的區域，則稱為陰影區。不言而語，利用超短波、微波進行通信時，接收點應落在發射天線極限直視距離Rmax內。 受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax 和發射天線與接收天線的高度HT 與 HR間的關系 為 ： Rmax 3.57 HT (m) +HR (m) (km) ?考慮到大氣層對電波的折射作用，極限直視距離應修正為 Rmax 4.12 HT (m

24、) +HR (m) (km) 由于電磁波的頻率遠低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離 Re 約為 極限直視距離Rmax 的 70% ，即 Re = 0.7 Rmax . 例如，HT 與 HR 分別為 49 m 和 1.7 m，則有效直視距離為 Re = 24 km。2.3 電波在平面地上的傳播特征 由發射天線直接射到接收點的電波稱為直射波；發射天線發出的指向地面的電波，被地面反射而到達接收點的電波稱為反射波。顯然，接收點的信號應該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會象 1 + 1 = 2 那樣簡單地代數相加，合成結果會隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個波長的奇數倍時，直

25、射波和反射波信號相加，合成為最大；波程差為一個波長的倍數時，直射波和反射波信號相減，合成為最小。可見，地面反射的存在，使得信號強度的空間分布變得相當復雜。 實際測量指出：在一定的距離 Ri之內，信號強度隨距離或天線高度的增加都會作起伏變化；在一定的距離 Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號強度將。單調下降。理論計算給出了這個 Ri 和天線高度 HT與 HR 的關系式： Ri = （4 HT HR ）/ l ， l 是波長。 不言而喻，Ri 必須小于極限直視距離Rmax。2.4 電波的多徑傳播 在超短波、微波波段，電波在傳播過程中還會遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等)對電波產生反

26、射。因此，到達接收天線的還有多種反射波（廣義地說，地面反射波也應包括在內），這種現象叫為多徑傳播。由于多徑傳輸，使得信號場強的空間分布變得相當復雜，波動很大，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱；也由于多徑傳輸的影響，還會使電波的極化方向發生變化。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波、微波的反射能力比磚墻強。我們應盡量克服多徑傳輸效應的負面影響，這也正是在通信質量要求較高的通信網中，人們常常采用空間分集技術或極化分集技術的緣由。2.5 電波的繞射傳播 在傳播途徑中遇到大障礙物時，電波會繞過障礙物向前傳播，這種現象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高，波

27、長短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號強度小，形成所謂的“陰影區”。信號質量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關，和接收天線與建筑物之間的距離有關，還和頻率有關。例如有一個建筑物，其高度為 10 米，在建筑物后面距離200 米處，接收的信號質量幾乎不受影響，但在 100 米處，接收信號場強比無建筑物時明顯減弱。注意，誠如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號頻率有關，對于 216 223 兆赫的射頻信號，接收信號場強比無建筑物時低16 dB，對于 670 兆赫的射頻信號，接收信號場強比無建筑物時低20dB .如果建筑物高度增加到 50 米時，則在距建筑物 1000 米以內，接收信號的場強都將受到

28、影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號強度與通信質量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠，影響越小。因此，選擇基站場地以及架設天線時，一定要考慮到繞射傳播可能產生的各種不利影響，注意到對繞射傳播起影響的各種因素。3 傳輸線的幾個基本概念 連接天線和發射機輸出端（或接收機輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務是有效地傳輸信號能量，因此，它應能將發射機發出的信號功率以最小的損耗傳送到發射天線的輸入端，或將天線接收到的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。 順便指出，

29、當傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號的波長時，傳輸線又叫做長線。 3.1 傳輸線的種類 超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導線組成它是對稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導線分別為芯線和屏蔽銅網，因銅網接地，兩根導體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。3.2 傳輸線的特性阻抗 無限長傳輸線上各處的電

30、壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用0 表示。同軸電纜的特性阻抗的計算公式為 。60/r×Log ( D/d ) 歐。 式中，D 為同軸電纜外導體銅網內徑； d 為同軸電纜芯線外徑； r為導體間絕緣介質的相對介電常數。 通常0 = 50 歐 ，也有0 = 75 歐的。 由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數r有關，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關。3.3 饋線的衰減系數 信號在饋線里傳輸，除有導體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應合理布局盡量縮短饋線長度。 單位長度產

31、生的損耗的大小用衰減系數 表示，其單位為 dB / m （分貝米），電纜技術說明書上的單位大都用 dB / 100 m（分貝百米） . 設輸入到饋線的功率為1 ，從長度為 L（m ）的饋線輸出的功率為2 ，傳輸損耗TL可表示為： TL 10 ×Lg ( 1 /2 ) ( dB ) 衰減系數為 TL / L ( dB / m ) 例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜， 900MHz 時衰減系數為 4.1 dB / 100 m ，也可寫成 3 dB / 73 m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過 73 m 長的這種電纜時，功率要少一半。 而普通的非低耗電纜，

32、例如， SYV-9-50-1， 900MHz 時衰減系數為 20.1 dB / 100 m ，也可寫成3dB / 15 m ，也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過15 m 長的這種電纜時，功率就要少一半！3.4 匹配概念 什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負載阻抗L 等于饋線特性阻抗0 時，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負載的入射波，而沒有由終端負載產生的反射波，因此，當天線作為終端負載時，匹配能保證天線取得全部信號功率。如下圖所示，當天線阻抗為 50 歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當天線阻抗為 80 歐時，與50歐的電纜是不匹配的。 如果天線振子直

33、徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設天線時還需要通過測量，適當地調整天線的局部結構，或加裝匹配裝置。?3.5 反射損耗 前面已指出，當饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回

34、去形成反射波。例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75歐姆，一個為50歐姆，阻抗不匹配，其結果是?3.6 電壓駐波比 在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅min ，形成波節。其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。 反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數，記為 R 反射波幅度 （L0） R 入射波幅度 （L0 ） 波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比，記為VSWR 波腹電壓幅度max （1 +

35、 R）VSWR 波節電壓輻度min （1 - R）終端負載阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系數 R 越小，駐波比VSWR 越接近于，匹配也就越好。 3.7 平衡裝置 信號源或負載或傳輸線，根據它們對地的關系，都可以分成平衡和不平衡兩類。 若信號源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號源，否則稱為不平衡信號源；若負載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負載，否則稱為不平衡負載；若傳輸線兩導體與地之間阻抗相同，則稱為平衡傳輸線，否則為不平衡傳輸線。在不平衡信號源與不平衡負載之間應當用同軸電纜連接，在平衡信號源與平衡負載之間應當用平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號

36、功率，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。如果要用不平衡傳輸線與平衡負載相連接，通常的辦法是在糧者之間加裝“平衡不平衡”的轉換裝置，一般稱為平衡變換器 。3.7.1 二分之一波長平衡變換器 又稱“”形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負載半波對稱振子之間的連接。 “”形管平衡變換器還有 1:4 的阻抗變換作用。移動通信系統采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調整到200歐左右，實現最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。3.7.2 四分之一波長平衡-不平衡器 利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質實現天線平衡輸入

37、端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換RS-232、RS-422與RS-485協議標準及應用概述一、RS-232、RS-422與RS-485的由來 RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，最初都是由電子工業協會（EIA）制訂并發布的，RS-232在1962年發布，命名為EIA-232-E，作為工業標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。RS-422由RS-232發展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/

38、s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。 RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議，

39、在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。因此在視頻界的應用，許多廠家都建立了一套高層通信協議，或公開或廠家獨家使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄像機的RS-422控制協議是有差異的，視頻服務器上的控制協議則更多了，如Louth、Odetis協議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。 二、RS-232串行接口標準 目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發端的數據信號是相對于信號地，如從DTE設備發出的數據在使用DB25連接器時是2腳

40、相對7腳（信號地）的電平，DB25各引腳定義參見圖1。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在+5+15V，負電平在-5-15V電平。當無數據傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數據到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3+12V與-3-12V。由于發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而設計的，其驅動器負載為37k。所以RS-232適合本地設備之間的通信。其

41、有關電氣參數參見表1。 三、RS-422與RS-485串行接口標準 1平衡傳輸 RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖2。通常情況下，發送驅動器A、B之間的正電平在+2+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-26V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作“第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。 接收器也作與發送端

42、相對的規定，收、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。參見圖3。2RS-422電氣規定 RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖5是典型的RS-422四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。圖4是其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve）

43、，從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。 RS

44、-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。 RS-422有關電氣參數見表1 3RS-485電氣規定 由于RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信，參見圖6。 而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現點對多的通信，即只能有一個主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進， 無論四線還是二線連接方

45、式總線上可多接到32個設備。參見圖7。 RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k劍鳵S-422是4k健；舊峽梢運礡S-485滿足所有RS-422的規范，所以RS-485的驅動器可以用在RS-422網絡中應用。 RS-485有關電氣規定參見表1。 RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一

46、般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。 RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。 四、RS-422與RS-485的網絡安裝注意要點 RS-422可支持10個節點，RS-485支持32個節點，因此多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建網絡時，應注意如下幾點： 1采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。圖8所示為實際應用中常見的一些錯誤連接方式

47、（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c，e這三種網絡連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質量下降。 2應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。 總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。閱讀(11)分享(0) 評論(0) 分類：射頻及其測試發表于12:42 正在加載評論.2006/11/27

48、天線基礎-轉自網絡折疊 天線的基礎知識表征天線性能的主要參數有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。1.1 天線的輸入阻抗 天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣一般用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天

49、線的輸入阻抗為50。駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統中，一般要求駐波比小于1.5，但實際應用中VSWR應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統內干擾加大，影響基站的服務性能。回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統中，一般要求回波損耗大于14dB。1.2 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面

50、時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術的發展，最近又出現了一種雙極化天線。就其設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°

51、;和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發雙工模式下，大大節省了每個小區的天線數量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。）1.3 天線的增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是

52、一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。另外，表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。1.4 天線的波瓣寬度波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，

53、在一定范圍內通過對天線垂直度（俯仰角）的調節，可以達到改善小區覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優化中經常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（HPlane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時，也越容易發生波束畸變,形成越區覆蓋。角度越小，在扇區交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產生對其他小區的越區覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應當采用水平

54、平面的半功率角小的天線，郊區選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（VPlane Half Power beamwidth）:（48°, 33°,15°,8°）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。1.5 前后比(Front-Back Ratio) 表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。一般在2530dB之間，應優先選用前后比為30的天線常見天線參數設置電性能(Band 1) 技術參數（英

55、文）： 性能指標 增益（Gain）： 16dBi頻率范圍（Frequency Range）： 870 - 960 MHz 雙極化（Polarisation Dual Slant）： ± 45° 端口隔離度（Isolation between ports）： 330 dB 水平平面-3dB功率角（Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth）：65° 垂直平面-3dB 功率角（Vertical Plane -3dB Power Beamwidth）：8° 水平面-10dB功率角（Horizontal Plane -10dB P

56、ower Beamwidth）：125° 阻抗（Impedance）： 50 Ohm 回波損耗（Return Loss）： 870-960 MHz 316 dB 前后比（Front to Back Ratio）： 325 dB 端口最大輸入功率（Max Input Power per port）： 150 W 電調下傾角度（Electrical Downtilt）：1 to 10° 電調下傾角度精確度（Downtilt Setting Accuracy）：± 0.5° 電性能(Band 2) 增益（Gain）：16dBi 頻率范圍（Frequency R

57、ange）：1710-1880 MHz 雙極化（Polarisation Dual Slant）：± 45° 端口隔離度（Isolation between ports）： 330 dB 水平平面-3dB功率角（Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth）：65° 垂直平面-3dB 功率角（Vertical Plane -3dB Power Beamwidth）：8° 水平面-10dB功率角（Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth）：120° 阻抗（Impedance）：50 Ohm 回波損耗（Return Loss）：870-960 MHz 314 dB 前后比（Front to Back Ratio）：325 dB 端口最大輸入功率（Max Input Power per port）：125 W 電調下傾角度（Electrical Downtilt）： 1 to 10° 電調下傾角度