無線電-天線技術指標解析

在國家發生重大災難的時候，我們每一個HAM，都應使用自己的無線電技術，為國家、同胞迅速建立合法的無線電應急通訊網絡！我們應竭盡所能！我們為身為HAM而驕傲！

在無線通信系統中，與外界傳播媒介接口是天線系統。天線的選取和設計直接關係到整個網絡的質量。

在無線通信系統中，與外界傳播媒介接口是天線系統。

天線輻射和接收無線電波：發射時，把高頻電流轉換為電磁波；接收時把電磁波轉換為高頻電流。

天線的型號、增益、方向圖、驅動天線功率、簡單或複雜的天線配置和天線極化等都影響系統的性能。

增益是天線系統的最重要參數之一，天線增益的定義與全向天線或半波振子天線有關。全向輻射器是假設在所有方向上都輻射等功率的輻射器，在某一方向的天線增益是該方向上的場強。定向輻射器在該方向產生輻射強度之比，見圖1。

dBi 表示天線增益是方向天線相對於全向輻射器的參考值，dBd是相對於半波振子天線參考值。

天線的輻射電磁場在固定距離上隨角坐標分布的圖形，稱為方向圖。用輻射場強表示的稱為場強方向圖，用功率密度表示的稱之功率方向圖，用相位表示的稱為相位方向圖。

天線方向圖是空間立體圖形，但是通常應用的是兩個互相垂直的主平面內的方向圖，稱為平面方向圖。在線性天線中，由於地面影響較大，都採用垂直面和水平面作為主平面。在面型天線中，則採用E平面和H平面作為兩個主平面。歸一化方向圖取最大值為一。

在方向圖中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或邊，與主瓣相反方向上的旁瓣叫後瓣，見圖2：全向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為圓柱型；圖3：定向天線水平波瓣和垂直波瓣圖，其天線外形為板狀。

通常會用到天線方向圖的以下一些參數：

①零功率波瓣寬度，指主瓣最大值兩邊兩個零輻射方向之間的夾角。

②半功率點波瓣寬度，指最大值下降到0.707（即下降3dB)點的夾角。

③副瓣電平，指副瓣最大值和主瓣最大值之比。前後比等。

極化是描述電磁波場強矢量空間指向的一個輻射特性，當沒有特別說明時，通常以電場矢量的空間指向作為電磁波的極化方向，而且是指在該天線的最大輻射方向上的電場矢量來說的。

電場矢量在空間的取向在任何時間都保持不變的電磁波叫直線極化波，有時以地面作參考，將電場矢量方向與地面平行的波叫水平極化波，與地面垂直的波叫垂直極化波。由於水平極化波和入射面垂直，故又稱正交極化波；垂直極化波的電場矢量與入射平面平行，稱之平行極化波。電場矢量和傳播方向構成平面叫極化平面。

電場矢量在空間的取向有的時候並不固定，電場失量端點描繪的軌跡是圓，稱圓極化波；若軌跡是橢圓，稱之為橢圓極化波，橢圓極化波和圓極化波都有旋相性。

不論圓極化波或橢圓極化波，都可由兩個互相垂直線性極化波合成。若大小相等合成圓極化波，不相等則合成橢圓極化波。天線可能會在非預定的極化上輻射不需要的能量。這種不需要的能量稱為交叉極化輻射分量。對線極化天線而言，交叉極化和預定的極化方向垂直。對於圓極化天線，交叉極化與預訂極化的旋向相反。所以交叉極化稱正交極化。

VSWR在移動通信蜂窩系統的基站天線中，其最大值應小於或等於1.5:1。若表示天線的輸入阻抗，為天線的標稱特性阻抗，則反射係數為，其中為50歐姆。也可以用回波損耗表示埠的匹配特性，，VSWR=1.5:1時，R.L.=-13.98dB。天線輸入阻抗與特性阻抗不一致時，產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波，其相鄰電壓最大值和最小值之比就是電壓駐波比。電壓駐波比過大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發射機功放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統正常工作。

天線的後向180°±30°以內的副瓣電平與最大波束之差，用正值表示。一般天線的前後比在18～45dB。對於密集市區要積極採用前後比大的天線，如40dB。

對於多埠天線，如雙極化天線、雙頻段雙極化天，收發共用時埠之間的隔離度應大於30dB。

指在天線的接頭處的反射功率與入射功率的比值。回波損耗反映了天線的匹配特性。

指平均功率容量，天線包括匹配、平衡、移相等其它耦合裝置，其所承受的功率是有限的，考慮到基站天線的實際最大輸入功（單載波功率為20W),若天線的 一個埠最多輸入六個載波，則天線的輸入功率為120W,因此天線的單埠功率容量應大於200W（環境溫度為65℃時）。

站天線垂直面內採用賦形波束設計時，為了使業務區內的輻射電平更均勻，下副瓣第一零點需要填充，不能有明顯的零深。通常零深相對於主波束大於-20dB即表示天線有零點填充，對於大區制基站天線無這一要求。高增益天線尤其需要採取零點填充技術來有效改善近處覆蓋。

對於小區制蜂窩系統，為了提高頻率復用能力，減少對鄰區的同頻幹擾，基站天線波束賦形時應儘可能降低那些瞄準幹擾區的副瓣，提高 D/U值，上第一副瓣電平應小於-18dB，對於大區制基站天線無這一要求。

為了改善無源交調及射頻連接的可靠性，基站天線的輸入

接口採用7/16DIN-Female，在天線使用前，埠上應有保護蓋，以免生成氧化物或進入雜質。

所謂無源互調特性是指接頭，饋線，天線，濾波器等無源部件工作在多個載頻的大功率信號條件下由於部件本身存在非線性而引起的互調效應。通常都認為無源部件是線性的，但是在大功率條件下無源部件都不同程度地存在一定的非線性，這種非線性主要是由以下因素引起的：不同材料的金屬的接觸；相同材料的接觸表面不光滑；連接處不緊密；存在磁性物質等。互調產物的存在會對通信系統產生幹擾，特別是落在接收帶內的互調產物將對系統的接收性能產生嚴重影響，因此在GSM系統中對接頭，電纜，天線等無源部件的互調特性都有嚴格的要求。我們選用的廠家的接頭的無源互調指標可達到-150dBc，電纜的無源互調指標可達到-170dBc，天線的無源互調指標可達到-150dBc。

為了便於天線儲存、運輸、安裝及安全，在滿足各項電氣指標情況下，天線的外形尺寸應儘可能小，重量儘可能輕。

基站天線通常安裝在高樓及鐵塔上，尤其在沿海地區，常年風速較大，要求天線在36m/s 時正常工作，在55m/s 時不破壞。

基站天線應在環境溫度-40℃-+65℃範圍內正常工作。基站天線應在環境相對溼度0-100%範圍內正常工作。

基站天線所有射頻輸入埠均要求直流直接接地。

基站天線必須具備三防能力，即：防潮、防鹽霧、防黴菌。對於基站全向天線必須允許天線倒置安裝，同時滿足三防要求。

天線按方向性劃分有定向天線和全向天線；按極化形式分有單極化和雙極化天線。在不同場合、不同地形、不同用戶分布等情況時應採用不同的天線形式。天線的種類（型號）很多。

1.全向中增益（8-9dBi）、高增益（大於9dBi）普通天線（無零點填充、無賦形技術）

2.全向中增益（8-9dBi）、高增益（大於9dBi）賦形天線（零點填充）

3.全向高增益（大於9dBi）普通波束下傾天線（無零點填充，2°-6°）

4.全向高增益（大於9dBi）賦形波束下傾天線（零點填充5%-25%、下傾1.25°-6°）

5.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）普通天線

6.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）普通天線

7.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）賦形天線（零點填充，上第一副瓣抑制）

8.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）賦形天線（零點填充，上第一副瓣抑制）

9.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）固定電下傾天線（6°/9°），這種天線無賦形技術

10.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於

15dBi）固定電下傾天線（6°/9°），這種天線無賦形技術

11.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於

16dBi）近端手調俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術

12.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於

15dBi）近端手調俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術

13.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於

16dBi）遠端遙控俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，唯一供應商代表：登達

14.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於

15dBi）遠端遙控俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，唯一供應商代表：登達

15.水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於

16dBi）方位面波束指向遠控可調（±20°）、俯仰面波束遠控可調天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，未見有使用報導，技術有待成熟和驗證，韓國公司已經開發出樣品。

16.水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於

15dBi）方位面波束指向遠控可調（±20°）、俯仰面波束遠控可調天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，未見有使用報導，技術有待成熟和驗證，韓國公司已經開發出樣品。

17.定向地形匹配天線，這種天線由全向天線改造而成，主要滿足高速公路以及兼顧村鎮的公路覆蓋，通常這種應用要求基站覆蓋儘可能遠，因此基站架設高度相對會較高，當超過50米的基站天線掛高而又需要滿足較近距離村鎮良好覆蓋時，一定要避免塔下黑現象。

18.定向高增益（約21dBi）、水平面窄波束（30-33°）天線，用於高速公路、鐵路、狹長地形廣覆蓋。這種天線體積較大，安裝時應注意風載荷。

19.高前後比天線。尤其是頻率緊密復用時，後瓣過大容易產生鄰頻（甚至同頻）幹擾，從而影響網絡質量。前後比大於35dB天線為高前後比天線，增益、波束寬度的規格與普通定向天線一樣。高前後比天線採用對數周期偶極子單元組陣而成，因此從外形上看，這種天線比較厚，但比較窄，相同增益、波束寬度時，這種天線略重。

20.小增益定向天線（小於12dBi）。通常與微基站、微蜂窩配合使用，用於補點（補盲），如大廈的背後，新的生活小區，新的專業市場等。

以上全向天線僅指垂直極化天線，由於全向雙極化天線體積重量難於安裝，沒有看到有普及商用。定向天線已經由單極化逐步向雙極化轉變，主要受天線安裝位置的約束。