基站天线原理与常用技术指标 内部公开
电场矢量磁场矢量垂直放置的半波振子天线磁场矢量电场矢量水平放置的半波振子天线 图19 半波振子的电磁场矢量图1
天线极化的特性之所以重要是因为接收天线能否接收到信号取决于电磁波的极化方向与接收天线的极化方向是否一致，如果电磁波的极化方向与接收天线的极化方向相互垂直，则接收天线接收不到信号。如下图所示，当发射天线垂直放置而接收天线水平放置时，接收天线将收不到发射天线发出的信号。因为发射天线发出的电磁波其电场极化方向是垂直的，垂直的电场作用到水平放置的接收天线上时，天线导体上的电子无法在电场作用下运动，所以不能产生电流。当发射天线与接收天线都是垂直放置时，发射天线发出的电磁波的电场极化方向是垂直的，垂直的电场作用到垂直的接收天线上时，天线上的电子会在电场作用下垂直运动，所以就在接收天线上产生电流。
2006-04-10
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电场矢量磁场矢量作用在接收天线上的电场垂直放置的发射天线水平放置的接收天线电场矢量磁场矢量作用在接收天线上的电场垂直放置的发射天线垂直放置的接收天线
图20 半波振子的电磁场矢量图2
当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。
电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的叫水平极化波，与地面垂直的叫垂直极化波。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化波都有旋相性。
不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。
WCDMA 天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是直线极化方式。WCDMA 中的单极化天线通常使用垂直极化方式。双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，以提高基站接收信号的质量，WCDMA 中的双极化天线通常使用 ± 45° 交叉极化方式。
双极化天线相对单极化天线有极化分集增益，且因为其极化方向有二个，适合城区接收信号经多次反射、折射造成的极化方向的变化，典型的应用场景为密集城区。 4.1.3. 方向图
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指天线的远区辐射电场的幅度在三维空间内随角度变化的函数，在球坐标系可表示成一个封闭的曲面。方向图可用来描述天线在三维空间里辐射的方向特性，一个典型的三维方向图如下图所示。
图21 三维方向图
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水平面方向图
指天线的远区辐射电场的幅度在水平面内随角度变化函数的曲线，水平方向图反映了天线在水平面上的辐射特性，如理想全向天线的水平方向图是一个圆。一般水平方向图是按最大辐射方向的电场幅度值进行归一的。下图所示为一65度天线的水平方向图。
图22 水平面方向图
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水平面波瓣宽度
在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧辐射功率下降3dB的两个方向之间的夹角为水平面
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波瓣宽度。通常所说的65度天线即指水平波瓣宽度为65度的天线。
基站天线的水平面波瓣宽度与天线的宽度尺寸有关，水平面波瓣宽度越宽，天线的宽度越小，比如WCDMA天线水平面波瓣宽度为65度，天线的宽度约为150mm，而水平面波瓣宽度为32度的天线其宽度约为300mm。
在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。
3dB 波束宽度-3dB点60°(eg)峰值-3dB点 图23 水平波瓣宽度示意图
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垂直面方向图
指天线的远区辐射电场的幅度在垂直面内随角度变化函数的曲线，垂直方向图反映了天线在垂直面上的辐射特性。垂直方向图也是按最大辐射方向的电场幅度值进行归一的。对于定向天线，主瓣上侧的副瓣应尽可能的小，因为太大的上副瓣会使较多的干扰进入系统，影响通信质量。下图所示为一天线的垂直方向图。
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图24 垂直面方向图
注意：全向天线的垂直方向图不是圆形，即全向天线在垂直面内的辐射不是均匀的。 ?
垂直面波瓣宽度
在垂直面方向图上，在最大辐射方向的两侧辐射功率下降3dB的两个方向之间的夹角为垂直面波瓣宽度。
基站天线的垂直面波瓣宽度与天线的高度尺寸有关，垂直面波瓣宽度越宽，天线的高度越小，比如WCDMA天线若垂直面波瓣宽度为6.5度，天线的高度约为1.4m，而垂直面波瓣宽度为13度的天线其高度约为0.66m。
Peak -3dB15°(eg)PeakPeak -3dB 图25 垂直面波瓣宽度示意图
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零点填充（Null Fill）
基站天线建在高塔上，经常会出现“塔下黑”的情况，也就是说塔下近处的无线信号远不如远处的无线信号好，满足不了通信需求，这通常和天线的垂直面特性有关，要求天线有良好零点填充特性。参见图24 。
基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀， 下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。通常零深相对于主波 束大于-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的关系为：
Y dB＝20log(X%/100%)
如：零点填充10%,即X=10； 用dB表示：Y=20log(10%/100%)＝－20dB ?
上副瓣抑制
对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用能力， 减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区制基站天线无这一要求。 4.1.4. 波束下倾
由于覆盖或网络优化的需要，基站天线的俯仰面波束指向需要调整，如果完全依赖机械调节，当机械调节角度超过垂直面半功率波束宽度时，基站天线的水平面波束覆盖将变形(要求机械下倾角
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