基站天线性能参数

天线工作频率

无论天线还是其他通信产品，总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作，其取决于指标的要求。通常情况下，满足指标要求的频率范围即可为天线的工作频率。

天线

一般来说，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的。因此，在相同的指标要求下，工作频带越宽，天线设计难度越大。

辐射参数

主瓣;

副瓣;

半功率波束宽度;

增益;

波束下倾角;

前后比;

交叉极化鉴别率;

上旁瓣抑制;

下零点填充;

根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：

半功率波束宽度

在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密度下降至一半时的角域宽度，也叫3dB波束宽度。

水平面的半功率波束宽度叫水平面波束宽度;垂直面的半功率波束宽度叫垂直波束宽度。

天线增益与波束宽度的关系：

水平面波束宽度

每个扇区的天线在最大辐射方向偏离±60?时到达覆盖边缘，需要切换到相邻扇区工作。在±60?的切换角域，方向图电平应该有一个合理的下降。电平下降太多时，在切换角域附近容易引起覆盖盲区掉话;电平下降太少时，在切换角域附近覆盖产生重叠，导致相邻扇区干扰增加。

理论仿真和实际应用结果表明：在密集建筑的城区，由于多径反射严重，为了减小相邻扇区之间的相互干扰，在±60?的电平下降至-10dB左右为好,反推半功率宽度约为65?;而在空旷的郊区，由于多径反射少，为了确保覆盖良好，在±60?的电平下降至-6dB 左右为好，反推半功率宽度约为90?。

水平面波束宽度、波束偏斜及方向图一致性决定了覆盖区方位向的性能好坏。

多径反射传播：

P ~~ 1/R^n

n = 2~4

±60?电平设计：

------------------

市区 n=3~3.5

9~10.5dB 下降

郊野：n=2

6 dB 下降

垂直面波束宽度及电下倾角精度

决定了网络覆盖区中距离向性能的好坏。

观察下图的垂直面方向图。波束应该适当下倾，下倾角度最好使得最大辐射指向图 中目标服务区的边缘。如果下倾太多(**)，服务区远端的覆盖电平会急剧下降;如果下倾太少，覆盖在服务区外，且产生同频干扰问题。

电下倾角度

最大辐射指向与天线法线的夹角。

前后比

抑制同频干扰或导频污染的重要指标.

通常仅需考察水平面方向图的前后比,并特指后向±30°范围内的最差值。

前后比指标越差，后向辐射就越大，对该天 线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大。

特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，比如基站背向区域有超高层建筑物。

天线增益

系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线(通常采用理想点源)在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。

天线增益、方向图和天线尺寸之关系

天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线重要的参数之一。

天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

增益越高，天线长度越长。

天线增益的几个要点:

1)天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。

2)天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。

3)天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

增益影响覆盖距离指标 ,合理选择增益!!!

提高天线增益，覆盖的距离增大，但同时会压窄波束宽度，导致覆盖的均匀性变差。天线增益的选取应以波束和目标区相配为前提，为了提高增益而过分压窄垂直面波束宽度是不可取的，只有通过优化方案，实现服务区外电平快速下降、压低旁瓣和后瓣，降低交叉极化电平，采用低损耗、无表面波寄生辐射、低VSWR的馈电网络等途径来提高天线增益才是正确的

交叉极化比

极化分集效果优劣的指标

为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在±60?的扇形服务区内，交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平有明显的降低，其差别(交叉极化比)在最大辐射方向应大15dB，在±60?内应大于10dB，最低门槛也应该大于7dB，如图所示。如此，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。

副瓣抑制

抑制同频干扰或导频污染的辅助指标

对于城区建筑物密集的应用场景，一方面因通信容量大要求缩小蜂窝，另一方面因楼房遮挡和多径反射，难以实现大距离覆盖。通常采用增益13~15dBi的低增益天线，大下倾角做微蜂窝覆盖，从而，主波束的上侧第一、二旁瓣指向前方同频小区的可能性很大，这就要求在设计天线时，设法对上旁瓣进行抑制，从而降低干扰。

下零点填充

在某些特殊场景有限减少盲点的辅助指标

在天线设计时，对下零点进行适当填充，就可能减少掉话率。但零点填充要适可而止，当对零点填充要求较高时，增益损失较大，得不偿失。对于低增益天线，由于波瓣较宽，应用时通常下倾角较大，下旁瓣不参与覆盖，不需要进行零点填充。

多径的影响，导致近距离零点效应不明显或者消失。

方向图圆度

评估全向天线均匀覆盖效果的指标

仅需考察水平面方向图的圆度。评估举例：指标为±1dB，所有频点都需要优于该指标。

电压驻波比

电压驻波比(VSWR)：为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。

当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1;当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。

电压驻波比是天线高效率辐射的基本指标要求。

在全频段内考察VSWR，取最大值为指标。

评估举例：指标为1.5，所有频点都需要优于该指标。

隔离度

是指某一极化接收到的另一极化信号的比例。

一般指双极化天线中两个极化直接的隔离。

三阶交调

确保天线发射的交调干扰不影响接收机的灵敏度

在全频段内考察PIM3，取最大值为指标。

可通过交调指标反映供应商天线产品的综合水平，特别是物料生产及装配过程的质量控制能力。

互调干扰的必要条件：足够强的互调信号电平+能够落入到系统接收频带

天线主要参数计量单位

计量单位说明

1) dB

相对值，表征两个量的相对大小关系，如A的功率比B的功率大或小

多少个dB时，可按10log(A功率值/B功率值)计算。

举例：A功率值为2W，B功率值为1W，即A相比B多了一倍，换算成dB单位为：

10log(2W/1W) ≈3dB

2) dBm

表征功率绝对值的量，也可认为是以1mw功率为基准的一个比值，计算为：10log(功率值/1mw)。

举例：功率值为10w，换算成dBm为10log(10w/1mw)=40dBm。

3) dBi及dBd

均表征天线增益的量，也是一个相对值，与dB类似，只是dBi及dBd有固定的参考基准：dBi的参考基准为全方向性理想点源，dBd的参考基准为半波振子。

举例：0dBd=2.15dBi

天线技术未来

高性能天线

面临不断增长的流量需求，提升网络容量，天线技术是关键。由于容量大小受限于SINR，通过天线技术来提升SINR，就必须最小化扇区间干扰，最大化集中化天线辐射能量。

射频部分和天线融合

总之，天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。

天线的基本概念

回波损耗(ReturnLoss)：入射功率/反射功率,为dB数值。

反射系数(Г)：反射电压/入射电压,为标量。

电压驻波比(VoltageStandingWaveRation):波腹电压/波节电压。

S参数：S12为反向传输系数，也就是隔离。

S21为正向传输系数，也就是增益。S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。

连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。

顺便指出，当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。 什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗ZL 等于馈线特性阻抗Z0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为 50 欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为 80 欧时，与50欧的电缆是不匹配的。

如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，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，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75欧姆，一个为50欧姆，阻抗不匹配，其结果是 在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为 R

反射波幅度 （ZL－Z0）

入射波幅度 （ZL+Z0 ）

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，记为VSWR

波腹电压幅度Vmax （1 + R）

波节电压辐度Vmin （1 - R）

终端负载阻抗ZL 和特性阻抗Z0 越接近，反射系数 R 越小，驻波比VSWR 越接近于1，匹配也就越好。 信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。

若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载；若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为不平衡传输线。

在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接，这样才能有效地传输信号功率，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接，通常的办法是在粮者之间加装“平衡－不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器 。 7.1 二分之一波长平衡变换器 又称“U”形管平衡变换器，它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡负载半波对称振子之间的连接。 “U”形管平衡变换器还有 1:4 的阻抗变换作用。移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为50欧，所以在YAGI天线中，采用了折合半波振子，使其阻抗调整到200欧左右，实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。 7.2 四分之一波长平衡-不平衡器 利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。