無論是天線還是其他通信產品,都始終工作在壹定的頻率範圍(帶寬),這取決於指標的要求。通常,滿足指標要求的頻率範圍可以是天線的工作頻率。
天線
壹般來說,天線性能在工作頻帶寬度內的每個頻點都是不同的。因此,在相同指標要求下,工作頻帶越寬,天線設計難度越大。
輻射參數
主閥;
附屬閥門;
半功率波束寬度;
增益;
波束傾角;
前後比;
交叉極化辨別率;
上旁瓣抑制;
下零填充;
根據天線輻射參數對網絡性能的影響程度,可以分為以下幾類:
半功率波束寬度
在圖案的主瓣內,當相對最大輻射功率密度下降到壹半時的角寬度也稱為3dB波束寬度。
水平面的半功率波束寬度稱為水平面波束寬度;垂直面的半功率波束寬度稱為垂直波束寬度。
天線增益和波束寬度之間的關系;
水平射束寬度
每個扇區的天線偏離最大輻射方向60?當它到達覆蓋邊緣時,需要切換到相鄰扇區工作。60歲?切換角度域,模式水平應該有壹個合理的下降。當電平下降過多時,容易造成切換角域附近的覆蓋盲區掉話;當電平下降過少時,覆蓋會在切換角域附近重疊,導致相鄰扇區幹擾增加。
理論模擬和實際應用的結果表明,在建築物密集的城區,由於多徑反射嚴重,為了減少相鄰扇區之間的相互幹擾,在60?最好把水平降到-10dB左右,半功率寬度65左右?;在空曠的郊區,由於多徑反射少,為了保證良好的覆蓋,在60?最好將的電平降低到-6dB左右,反推的半功率寬度約為90?。
水平波束寬度、波束偏轉和方向圖壹致性決定了覆蓋區域的方位性能。
多路徑反射傳播;
P ~~ 1/R^n
n = 2~4
60?關卡設計:
-
城市面積n=3~3.5
9 ~ 10.5分貝下降
國家:n=2
6 dB下降
垂直波束寬度和電傾角精度
它決定了網絡覆蓋區域中的距離性能。
觀察下圖的垂直方向。波束要適當向下傾斜,向下的角度最好使最大輻射點指向圖中目標服務區的邊緣。如果下降太多(黃色),服務區遠端的覆蓋水平會急劇下降;如果傾角太小,會覆蓋到服務區之外,出現同頻幹擾。
電偏角
最大輻射方向和天線法線之間的角度。
前後比率
抑制同頻幹擾或導頻汙染的重要指標。
通常只需要考察水平面格局的前後比,具體指向後30°範圍內的最差差。
前後比指標越差,後向輻射越大,對天線後方覆蓋區域產生幹擾的可能性越大。
只有在特殊應用中才會考察垂直方向圖的前後比,比如基站後區有超高層建築。
天線增益
指天線在指定方向上的輻射功率通量密度與參考天線(通常采用理想點源)在相同輸入功率下的最大輻射功率通量密度之比。
天線增益、方向圖和天線尺寸之間的關系
天線增益用於衡量天線在特定方向發送和接收信號的能力,是選擇基站天線的重要參數之壹。
天線增益越高,方向性越好,能量越集中,波瓣越窄。
增益越高,天線長度越長。
天線增益的幾個關鍵點:
1)天線是無源器件,不能產生能量。天線增益只是將能量有效集中在某個方向輻射或接收電磁波的能力。
2)天線的增益由振蕩器的疊加產生。增益越高,天線長度越長。
3)天線增益越高,方向性越好,能量越集中,波瓣越窄。
增益影響覆蓋距離指數,合理選擇增益!!!
提高天線增益會增加覆蓋距離,但同時會使波束寬度變窄,導致覆蓋均勻性差。天線增益的選擇應該基於波束和目標區域的匹配。為了提高增益而過分縮小垂直波束寬度是不可取的。只有優化方案,才能快速降低服務區外的電平,降低旁瓣和後瓣,降低交叉極化電平。低損耗、無寄生表面波輻射和低VSWR的饋電網絡可以用來提高天線增益。
交叉極化比
極化差異效應指數
為了獲得良好的上行分集增益,要求雙極化天線應具有良好的正交極化特性,即在60?在扇形服務區,交叉極化方向圖的電平應明顯低於相應角度的主極化電平,其差值(交叉極化比)在最大輻射方向上應為15dB,在60?應該大於10dB,最小閾值應該大於7dB,如圖所示。這樣,可以認為由兩種極化接收的信號彼此不相關。
副葉抑制
抑制同頻幹擾或導頻汙染的輔助指標
對於市區建築物密集的應用場景,壹方面由於通信容量大,要求縮小小區規模,另壹方面由於建築物遮擋和多徑反射,難以實現遠距離覆蓋。通常采用增益為13~15dBi的低增益天線,用於大傾角的微蜂窩覆蓋,因此很有可能主波束上側的第壹、第二旁瓣指向前面的同頻小區,這就要求在設計天線時,要抑制上旁瓣,以減少幹擾。
低位零填充
在壹些特殊場景下,輔助指標有限,減少盲區。
設計天線時,可以通過適當填充較低的零點來降低掉話率。不過零點填充應該夠了。零點填充要求高的時候,增益損耗大,得不償失。對於低增益天線,由於波瓣較寬,通常傾角較大,下旁瓣不參與覆蓋,所以不需要補零。
由於多徑的影響,近距離零點效應不明顯或消失。
圖案的圓度
評價全向天線均勻覆蓋效果的指標
只需要調查水平面圖案的圓度。評測實例:指標為1dB,所有頻點都需要優於這個指標。
電壓駐波比
電壓駐波比(VSWR):指輸電線路上最大電壓與最小電壓的比值。
天線端口無反射時為理想匹配,駐波比為1;天線端口全反射時,駐波比無窮大。
電壓駐波比(VSWR)是天線高效輻射的基本指標要求。
考察整個頻段的VSWR,取最大值為指標。
測評實例:指數為1.5,所有頻點都需要優於這個指數。
隔熱
指壹種極化接收到的信號與另壹種極化接收到的信號的比例。
壹般是指雙極化天線中兩種極化的直接隔離。
三階互調
確保天線發出的互調幹擾不會影響接收器的靈敏度。
考察整個頻段的PIM3,取最大值為指標。
供應商天線產品的綜合水平,尤其是材料生產和裝配過程的質量控制能力,可以通過交換指數來反映。
互調幹擾的必要條件:足夠強的互調信號電平+能落入系統接收頻段。
天線主要參數的測量單位
測量單位的描述
1)分貝
相對值,表示兩個量之間的相對大小關系,比如A的冪是大於還是小於b的冪。
多少dB,可以用10log(A功率值/B功率值)來計算。
例:A的冪值為2W,B的冪值為1W,即A是B的兩倍,換算成dB:
10log(2W/1W) ≈3dB
2) dBm
代表功率絕對值的量也可以認為是基於1mw功率的比值,計算為:10log(功率值/1mw)。
比如功率值是10w,換算成10 log(10W/1MW)= 40 DBM。
3) dBi和dBd
兩者都代表天線增益,也是壹個相對值,類似於dB,只不過dBi和dBd有固定的參考標準:dBi的參考標準是全向理想點源,dBd的參考標準是半波振子。
例如:0dBd=2.15dBi
天線技術的未來
高性能天線
面對日益增長的流量需求,天線技術是提高網絡容量的關鍵。由於容量受到SINR的限制,因此需要通過天線技術將扇區間的幹擾降至最低,將集中式天線的輻射能量最大化,以提高SINR。
射頻部分和天線融合
總之,天線是任何無線電通信系統不可缺少的壹部分。合理謹慎地選擇天線,可以實現較長的通信距離和良好的通信效果。