無線基礎知識和天線第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三電磁波的傳播電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。電磁波的概念第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。無線電波的極化第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波的傳播途徑直射直射是無線電波在自由空間傳播的方式。反射當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發生反射。反射常發生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射（衍射）當發射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，就發生繞射。散射當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體，并且單位體積內這種障礙物數目非常巨大時，就會發生散射。第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三電波的繞射傳播

電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的“陰影區”。信號質量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關，還和頻率有關。頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠，影響越小。因此，架設天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產生的各種不利因素，并努力加以避免。第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波的傳播途徑直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對流層反射波（傳播具有很大的隨機性）山體繞射波（陰影區域信號來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波的傳播途徑①建筑物反射波②繞射波③直達波④地面反射波第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波的傳播特性電磁波的傳播當輻射源是各向同性的理想點源時，在三維空間以球面波的形式傳播。無線電波在傳播時電波會減弱：無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播介質有關。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在介質中的傳播速度為：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε為傳播介質的相對介電常數。空氣的相對介電常數與真空的相對介電常數很接近，略大于１。因此，無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認為它等于光速。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波的傳播環境無線電波傳播受地形結構和人為環境的影響，無線傳播環境直接決定傳播模型的選取。影響環境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數量、分布、材料特性該區域植被特征天氣狀況第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三RTTR無線電波的傳播環境----地形分類準平滑地形表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形不規則地形除了準平滑地形之外的其余地形，可按狀態分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三電波的多徑傳播電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產生反射。因此，到達接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現象就叫多徑效應。由于多途徑傳播使得信號場強分布相當復雜，波動很大；也由于多徑效應的影響，會使電波的極化方向發生變化，因此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱。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的反射能力比磚墻強。我們應盡量避免多徑傳輸效應的影響。同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應。第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三電波的多徑傳播第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波衰落特性無線電波的衰落一般分為快衰落與慢衰落兩種慢衰落慢衰落是由接收點周圍地形地物對信號反射，使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環境下移動，則某點信號電平與該點和發射機的距離有關。慢衰落符合對數正態分布。如典型的陰影效應?？焖ヂ淇焖ヂ涫钳B加在慢衰落的信號上的，這個衰落的速度很快，每秒鐘可達到幾十次，除與地形地物有關，還與MS的速度和信號的波長有關，并且幅度可達幾十個dB，在無直射波的市區，信號的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落，在有直射波的郊區呈萊斯分布。第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

無線電波衰落特性距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三無線電波衰落特性其衰落特性由下列已知公式來表征---自由空間的傳播衰耗：

Lbs＝32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz)

---準平滑地形市區路徑傳播衰耗中值：

Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)

Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)為相應的修正因子，其中Am(f,d)為基本衰耗中值，Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子，Hm(hm,f)為移動天線高度增益因子

第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三目錄

第一章公司簡介第二章無線傳播理論第三章天線第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三該關系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示，其中Ｖ為速度，單位為米/秒；ｆ為頻率，單位為赫芝；λ為波長，單位為米。由上述關系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介電常數ε約為2.1，因此，Ｖε≈Ｃ/1.44，λε≈λ/1.44。波長無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發射到空間…...收集無線電波并產生電信號天線的概念第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的作用就是將傳輸線中的高頻電磁能轉化為自由空間的電磁波，或反之將自由空間的電磁波轉化為傳輸線中的高頻電磁能。天線的功能就是控制能量輻射的去向。

天線的作用第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的特性—輻射導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有關.如果導線位置由于兩導線的距離很近，且兩導線所產生的感應電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產生的感應電動勢方向相同，因而輻射較強。當導線的長度遠小于波長時，導線的電流很小，輻射很微弱.當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子。第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的特性—輻射天線的功能就是控制輻射能量的去向。一個單一的對稱振子具有面包圈形的方向圖。如下圖在地平面上，為了把信號集中到所需的地方，要求把面包圈壓成扁平的，對稱振子組陣能夠輻射能量構成扁平的面包圈。假設一個對稱振子天線在接收機中有1mW的功率，由4個對稱陣子構成的天線陣的接收就有4mW的功率，因此天線增益為：

10lg（4mW/1mW）=6dBd。如下圖第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的特性—輻射一個對稱振子假設在接收機中有1mW功率在陣中有4個對稱振子

在接收機中就有4mW功率第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的特性—輻射利用反射板可把輻射能控制聚集到一個方向上，反射面放在陣列的一邊構成扇形覆蓋天線。如下圖“全向陣”

例如在接收機中為4mW功率(頂視)天線“扇形覆蓋天線”

將在接收機中有8mW功率

在我們的“扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里,“扇形覆蓋天線”與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd

第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三對稱振子兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長，稱為半波對稱振子。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。波長1/2波長一個1/2波長的對稱振子

在

900MHz約300mm長

2100MHz約140mm長1/4波長1/4波長1/2波長振子第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三垂直極化水平極化+45度傾斜的極化-45度傾斜的極化天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向天線的特性--極化第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)

雙極化天線傳輸兩個獨立的波，兩個天線為一個整體。第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三

極化損失當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來表示.方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發射或接收電磁波的能力。

天線的特性--方向性第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三垂直剖面立體圖天線輻射的方向圖第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三（垂直面波束圖）下旁瓣抑制上旁瓣抑制天線輻射的方向圖第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三以dB表示的前后比=10log 典型值為25dB左右目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為１，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。前向功率天線的前后比反向功率第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三方位即水平面方向圖120°(eg)峰值-10dB點-10dB點10dB波束寬度60°(eg)峰值-3dB點-3dB點3dB波束寬度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向圖在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。天線的波瓣寬度第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的特性--增益天線的功率增益是用來表示在某一特定方向上能量被集中的能力。增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與參考天線的輻射單元在空間同一點處所產生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。若參考天線是全方向性天線，即在所有方向上輻射功率密度都均勻相等，一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用dBi表示。若參考天線是半波振子天線，一個天線與對稱振子相比較的增益用dBd表示。由于半波振子的增益為2.14dBi，所以同一個天線用dBd和dBi分別表示時的轉換關系：0dBd=2.14dBi第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三dBd和dBi的區別一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射

一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較的增益用“dBd”表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.14dBi2.14dB

對稱振子的增益為2.14dB第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三（dBi

）（dBd）（2.14）實際天線對稱半波振子各向同性天線在天線指標中，我們通常會看到dBd與dBi兩個表征天線增益的參數，其中dBi表示實際天線相對于各向同性天線的增益，dBd是相對于半波振子天線的增益。請在下圖括號中標示出相關參數及其二者的差異值。dBd和dBi的區別第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線具有頻率選擇性的性能，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內工作的。通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小，據此可定義天線的頻率帶寬。帶寬是用來描述天線處于良好的工作狀態下的頻率范圍。工作帶寬通常可根據天線的方向圖特性、輸入阻抗或電壓駐波比的要求來確定，通常帶寬定義為：天線增益下降3dB時的頻帶寬度，或在規定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。在移動通信系統中是按后一種定義的。天線的特性--帶寬第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三天線的輸入阻抗天線和饋線的連接端感應的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。

第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三是由于入射波能量傳輸到天線輸入端未被全部吸收（輻射）、產生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的駐波比是多少？一個適當的駐波比指標是要在損失能量的數量與制造成本之間進行折中權衡的。1、VSWR＞1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率；2、增大了饋線的損耗。7/8＂電纜損耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情況下測的；有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率；3、在饋線輸入端，失配嚴重時，發射機的輸出功率達不到設計額定值。駐波比的產生第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三經過計算，駐波比對天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時相比，所減小的總輻射功率的關系如下：⑴VSRW=3.0時，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)；⑵VSWR=1.5時，天線反射4%的功率（0.17dB），饋線新增損耗0.19dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失8%(0.36dB)；⑶VSWR=1.4時，天線反射2.8%的功率（0.12dB），饋線新增損耗0.09dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失4.7%(0.21dB)；⑷VSWR=1.3時，天線反射1.7%的功率（0.07dB），饋線新增損耗0.06dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失2.9%(0.13dB)。可見，VSWR=1.3與VSWR=1.5相比，功率損失僅減少了0.23dB，這在移動通信的衰