移动通信基站安装与维护技术资格认证培训讲义
要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。通常增益越高，其主波束辐射方向的远处场强越大，其有效覆盖范围越远，但近处可能有盲区。
（二）天线的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射或接收电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线方向性的获得是通过天线内部加反射板或振子叠放而实现的。
天线的方向性通常用方向图来表示。天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。
在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型，
（三）天线的极化 1、电磁波的极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。
2、天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有
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水平极化特性的天线来接收；当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失。
移动通信系统天线包括单极化天线和双极化天线，双极化天线的两个天线极化方向互相垂直，采用双极化天线可节省天线的架设数量，使施工和维护更加简单。
（四）天线的其它指标 1、电压驻波比
当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。
在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。
反射波幅度
反射系数Γ＝──────────
入射波幅度
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax （1+Γ）
驻波系数Ｓ＝──────────────＝────--
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ）
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好。工程中一般要求VSWR<1.5，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机，功
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放部分容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。
2、回波损耗
它是反射系数的倒数，以分贝表示。RL的值在0dB到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，反之则匹配越好。0dB表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信中，一般要求回波损耗大于14dB（对应VSWR=1.5）。RL=10lg（入射功率/反射功率）。
3、前后比
在方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比大表示天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力，如图所示：
图 2-4 天线前后瓣电平比示意图
4、端口隔离度
为减小发射机对接收机的不良影响，天线与天线之间、双极化天线的两个极化方向之间必须有足够的隔离度。GSM 系统中，要求天线间隔离度大于30dB。
5、天线的工作频率范围(带宽)
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大（谐振），偏离中心频率时它所输送的功率都将减小（失谐）。据此，可定义天线的频率带宽，一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在移动通
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信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。
6、零点填充
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-20dB即表示天线有零点填充，对于大区制基站天线无这一要求。高增益天线尤其需要采取零点填充技术来有效改善近处覆盖。
（五）天线的类型
天线的种类很多，按工作频带分有800MHZ、900MHZ、1800MHZ等；按极化方式分有垂直极化天线、水平极化天线、＋450线极化天线、圆极化天线；按方向图分有全向天线、定向天线；按下倾方式分有机械下倾、电调下倾；按功能分有发射天线、接收天线、收发共用天线。天线的发展趋势是向多频段、多功能、智能化方向发展。
根据所要求的辐射方向图（覆盖范围），可以选择不同类型的天线。下面简要地介绍移动通信基站中最常用的天线类型。
1、全向天线
全向天线在水平方向上有均匀的辐射方向图。不过从垂直方向上看，辐射方向图是集中的，因而可以获得天线增益。
把偶极子排列在同一垂直线上并馈给各偶极单元正确的功率和相位，可以提高辐射功率。偶极单元数每增加一倍（也就相当于长度增加一倍），增益增加3dB。典型的增益是6?9 dB。受限制因素主要是物理尺寸。例如9 dB增益的全向天线，其高度为3m。
2、定向天线
这种类型天线的水平和垂直辐射方向图是非均匀的。它经常用在扇形小区。因此也称为扇形天线。辐射功率或多或少集中在一个方向。定向天线的典型值是9 ?16dB。
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3、机械天线
所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线安装好后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位臵改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为10?50；当下倾角度在50?100之内变化时，其天线方向图稍有变化但变化不大；当下倾角度在100?150之间变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾超过150以后，天线方向图形状改变很大。机械天线下倾角调整非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安装处进行调整。
4、电调天线
所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变天线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减少覆盖面积但又不产生干扰。
5、特殊天线
这种天线用于特殊用途，如室内、隧道使用。如图5所示。特殊天线的一个例子是泄漏同轴电缆。它起到一个连续天线的作用来解决如上所述的覆盖问题。波纹铜外层上的狭缝允许所传送的部分反射信号沿整个电缆长度不断辐射出去。相反地，靠近电缆的发射信号将耦合进入这些狭缝内并沿电缆传送。因为它的宽带容量，这种电缆系统可以同时运行两个或更多的通信系统。泄漏电缆适用于任何开放的或是封闭形式的需要局部限制的覆盖区域。当使用泄漏同轴电缆时，不产生增益,因它是无源网路。
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