第9章移动通信天线原理与安装在无线通信系统中，与外界传播媒介接口是天线系统，天线的选取和设计直接关系到整个网络的质量。本章主要讲述天线的重要技术参数指标的含义和天线的种类，介绍了天线的分集和合成技术、赋形波束技术和智能天线的概念。本章还给出了各种天线的应用原则和各种无线环境下的天线选型原则，并讲述了天线下倾角的规划设计方法，最后介绍了天线安装的注意事项。9.1天线基础知识在无线通信系统中，天线辐射和接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。天线的型号、增益、方向图、驱动天线功率、简单或复杂的天线配置和天线极化等都影响系统的性能。9.1.1天线增益增益是天线的最重要参数之一，天线增益的定义与全向天线或半波振子天线有关。全向辐射器是假设在所有方向上都辐射等功率的辐射器。在某一方向的天线增益是该方向上的场强与定向辐射器在该方向产生辐射强度之比，见图9.1。dBi表示天线增益是方向天线相对于全向辐射器的参考值，dBd是相对于半波振子天线参考值，两者之间的关系是：dBi＝dBd+2.15。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，见图9.2：全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型；图9.3：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。图9.3定向天线波瓣示意图通常会用到天线方向图的以下一些参数：①零功率波瓣宽度，指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。②半功率点波瓣宽度，指最大值下降到0.707（即下降3dB）点的夹角。③副瓣电平，指副瓣最大值和主瓣最大值之比。④前后比等。9.1.4天线其它技术指标1.电压驻波比（VSWR）VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中，其最大值应小于或等于1.5:1。若ZA表示天线的输入阻抗，Z0为天线的标称特性阻抗，则反射系数为|Γ|=VSWR其中Z0为50欧姆。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，RL(dB)＝20log|Γ|，VSWR＝1.5:1时，R.L.＝-13.98dB。天线输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。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放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。2.前后比（F/B）天线的后向180°±30°以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比在18～45dB之间。对于密集市区要积极采用前后比大的天线如40dB。3.端口隔离度对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dB。4.回波损耗指在天线的接头处的反射功率与入射功率的比值。回波损耗反映了天线的匹配特性。5.功率容量指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W),若天线的一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W,因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65℃时）。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。7.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，第一副瓣电平应小于－18dB，对于大区制基站天线无这一要求。8.天线输入接口为了改善无源交调及射频连接的可靠性，在天线使用前，端口上应有保护盖，以免生成氧化物或进入杂质。9.无源互调（PIM）所谓无源互调特性是指接头，馈线，天线，滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。通常都认为无源部件是线性的，但是在大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性，这种非线性主要是由以下因素引起的：不同材料的金属的接触；相同材料的接触表面不光滑；连接处不紧密；存在磁性物质等。互调产物的存在会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响，因此在GSM系统中对接头，电缆，天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。接头的无源互调指标应达到-150dBc，电缆的无源互调指标应达到-170dBc，天线的无源互调指标应达到-150dBc。10.天线尺寸和重量