3144器件参数篇.docx
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3144器件参数篇
器件参数篇
△31、天线的方向性系数和增益
天线的方向特性可以用方向性图来描述。
但以数量来表示天线辐射电磁能量的集中程度则往往是用方向性系数D。
其定义是在同样激励功率时，有方向性天线在最大辐射方向远区某点的功率通量密度（单位面积上通过的电场功率，正比于电场强度的平方）与方向性天线在该点的功率通量密度之比。
用于描述天线在特色方向上能量集中的程度。
无方向性天线也称为全向天线，通常是指点源各向通性天线和半波振子天线，它们也是各类有方向天线用以比较的标准天线。
天线增益G=
其中
与D分别是该天线的效率与方向性系数，在移动通信频段，天线本身损耗很小，
1，可以认为天线增益与天线的方向性系数在数值上是相等的。
当用点源天线作为标准比较时，所得增益往往被称为天线的绝对增益，用dBi来表示；而当用半波振子作为标准时，所得增益称为天线的相对增益，用d
表示，两者相差2.15dB（1.64倍）
即dBi－d
=2.15dB
☆32、天线的有效长度
天线的有效长度是指—假想天线的长度，此假想天线与它所等效的天线应满足以下关系：
1假想天线的电流均匀分布，其能量（即截面积）与它所等效的实际天线的能量相等。
2假想天线与它所等效的实际天线在最大辐射方向有相同的场强。
如图所示，以半波振子为例，其实际长度L=
，而有效长度为
。
天线有效长度在计算天线接收的电场强度时有用。
△33、天线的输入阻抗及驻波比
天线的主要功能是有效地将传输线送来的高频传导电流转变成空间的电磁波，或者反过来将空间的电磁波转变成传输线中的信号功率。
这种辐射的能量好比一个负载电阻上吸收的功率，此功率信号来自于馈线，因此，天线实际上是作为馈线的负载，它从馈线取得功率，变换成电磁能量，发射到空间（相当于被一个等效电阻所吸收）。
只有当天线的输入阻抗与馈线相匹配时，高频电流才能以行波方式传送，使传输效率最高。
天线的输入阻抗不但取决于远区的辐射场，还受到近区场以及馈电点端接条件的影响，当然，还与工作频段的带宽有关。
这些影响归结起来可以认为天线阻抗包括电阻部分和电抗部分。
实际上影响天线输入阻抗的因素很多，计算十分复杂而且正确性差，因此工程上大多采用实际测量的方法，即把天线作为一个二端网络，测出其等效阻抗。
移动通信系统中，常用的馈线特性阻抗是50
，因此，常用的天线标称阻抗也都是50
，一般的天线都带有阻抗变换器使其达到这一标称值来实现匹配。
实际上对阻抗的偏差需要规定一个容限，其表示方法是驻波比，驻波比即用来描述相对于标称值（50
）的偏差程度。
另一种常用的表示方式是在阻抗圆图上画出不同频率时天线阻抗的变化轨迹。
驻波比也即电压驻波比，简写为VSWR，它定义为该端点上电压最大值与电压最小值之比。
显然，电压最大值为入射波与反射波之复数模相加，而电压最小值为入射波与反射波之复数模相减。
通常，工程上要求天线的VSWR≤1.5，个别情况要求VSWR≤1.3也是可以达到的。
△34、电压驻波比及反射系数、回波损耗之换算
由于天线和传输线之间的阻抗存在匹配，因此，存在反射波，反射波与入射波之比称为反射系数
，
为一复数。
电压驻波比VSWR与反射系数
之间关系为：
VSWR=
=
反射系数复模的对数分贝值即回波损耗RL
RL=-20log
反射系数复模的平方即为反射功率比
=
×100%
、VSWR、RL和
之关系可绘制成以下曲线。
如，当VSWR=1.5时，可查出
=0.2，RL=14dB，而
=4%
☆35、主瓣、副瓣和定向天线的前后比
观察天线辐射的方向性图，可以发现在360°范围内，有许多波束，我们将天线的辐射能量主要集中于内的一个波束称为主波束或主瓣。
主瓣以外的所有波瓣通称副瓣或旁瓣，副瓣能量增加时，天线的定向性降低，也更易受干扰。
主瓣与副瓣、旁瓣之间能量突降的位置称为零点。
零点是电场矢量相位变化的结果。
设计合适的零点位置可以对抗干扰。
与主瓣指向相差180°位置的副瓣称为背瓣或后瓣，移动通信中是将180°±30°区域内所有副瓣的最大电平定义为背瓣电平，主瓣电平与背瓣电平的比值称为前后比。
在主瓣方向，与最大电平相差3dB（指左右两边）的夹角称为半功率波束宽度，通常移动通信系统中基站天线的水平面半功率波束宽度设计为65°或90°，甚至更窄而用于扇形覆盖区。
☆36、何谓“极化”？
麦克斯威尔电磁场理论是天线理论的基础，他所提出的两个方程描述了空间电场和磁场之间的关系。
说明了随时间变动的电场产生了磁场，而随时间变化的磁场同样产生了电场。
因此，在交变的电磁场中，电场和磁场相互转换，不可分割，正是这种电磁场间的相互转换才形成了电磁波的传播。
而电磁波传播的方向与电场方向、磁场方向三者之间形成了一个正交关系。
“极化”是指电场强度矢量在空间运动的轨迹或变化的状态。
通常电场强度矢量的末端在空间运动的轨迹是一个椭圆，所以我们定义这种天线的极化为椭圆极化。
如果把电波传播方向制定为三维坐标的Z轴，则在与其垂直的XY平面上，一个椭圆形的电场矢量总可以分解为两个互相正交的矢量，分别沿X轴与Y轴方向（包括振幅与相位）。
当这两个相互正交的矢量振幅相等且相位相差±
时，椭圆轨迹演变为圆，我们称之为圆极化；当他们振幅相等但相位相差±n
时，椭圆轨迹演变为一条线，我们称之为线极化。
当线极化方向与地面平行时，称为水平极化，而当线极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
在移动通信系统中，天线采用垂直极化。
天线摆位也应与地面垂直放置。
☆37、何谓“分集”？
众所周知，移动通信的传播信道是一个典型的变参信道，特别由于移动端天线高度和环境的影响，在收发之间通常是一条非视距（NLOS）的传播链路，无线电波的信号将受多径衰落和阴影衰落的严重影响。
当然，在衰落存在时，欲保持通信质量，一个解决办法就是可以加大有效发射功率，但是，除了设备限制以外，它也将增加干扰，对于基于频率复用的蜂窝系统来说，不是一个解决问题的好办法。
而另一个行之有效的解决方法就是通过天线采用“分集”技术来有效地克服衰落，改善通信质量。
分集的原理是采用了多种可能的途径采样接收信号，对接收到的各种多径信号进行组合或分类，以选择最佳的信号；如果各个多径信号不相关，则可以将它们合并以获得最佳的接收信号。
在移动通信中使用的分集技术主要有：
时间分集，空间分集，多径分集和极化分集等。
通常由于体积条件的限制，在基站接收端可以同时采用这四种分集技术;而在移动端，往往只能采用时间分集和多径分集两种，这种安排也恰巧符合上下链路平衡的要求。
时间分集：
在移动通信编码技术中，采取了重传协议，即同样的编码信息，将在无线信道上重传多次，达到了时间分集的目的，这种技术在第一代模拟移动通信系统中已开始使用，且在上、下行传输中都采用了这类重传协议。
空间分集：
当两个天线的间隔距离远大于波长时，它们的接收信号可以认为是不相关的。
把两个天线同时接入到一个接收机中，通过合适的矢量运算，选择出最好的接收信号或者合成信号，通常能使接收信号增加3～5dB，以对抗多径衰落。
极化分集：
两个极化相互正交的信号是互不相关的，将极化相互正交的俩个天线设计成一个小天线阵并连接到同一接收机中，通过合适的矢量运算，也可以选择出最好的接收信号或合成信号。
例如我们在一个扇区布置出一个±45°的双极化天线，一个极化处于收/发双工，另一个极化仅接收，只要性能良好，将可获得较好效果。
据统计，空间分集与极化分集对不同应用环境所获得的增益如下表
应用环境
极化分集增益（dB）
空间分集增益（dB）
密集建筑区（室内）
3.7
5.0
密集建筑区（室外）
4.7
3.3
一般城镇（室内）
4.0
3.7
一般城镇（室外）
5.7
4.7
农村
2.7
5.3
在3G系统中，为了更好地得到上、下行平衡采用了基站发射的空间分集技术。
多径分集：
多径分集是根据多径反射的特点，在接收机中采用了Rake分集技术而获得，它也是空间分集的一种，但不是用增加天线而得。
详见第19题。
38、智能天线是怎么回事？
智能天线系统是以阵列天线和实时自适应信号处理算法为基础，能够从多个路径信号和干扰信号中把有用信号区分出来，自动地产生多个窄波束方向图，把主瓣指向不同的移动台用户，并自动抑制干扰方向的副瓣电平。
智能天线所具有的这种精确跟踪能力和干扰抑制能力特别适用干扰自限的码分多址系统，从而提高了系统容量。
智能天线使用后将有以下优点：
1智能天线波束成型的结果等效于天线增益的提高，从而提高了接收灵敏度。
2智能天线的波束成型算法可以克服多径衰落引起的性能恶化，并利用了多径能量改善系统性能。
3智能天线波束成型以后，大大降低位于零点附近的干扰信号，使多用户干扰问题缓解，同时小区间的干扰也大大减少。
4智能天线获取的上行信息可用于实现用户定位。
5智能天线使用多个小功率发射及代替大功率发射机，提高了设备的可靠性并降低了成本。
6智能天线具备定位和跟踪用户终端的功能，从而可以自适应地调整系统参数以满足业务要求，并实现信道的动态分配。
7智能天线根据上行定位信息可以一次性地完成用户的接力切换，避免了频繁的软切换以及大量无线资源的占用，提高了通信质量、系统容量和效率。
8智能天线在发射功率和接收抗干扰方面的优势，相当于在同样功率情况下，覆盖范围的增加，降低了建网投资。
☆39、塔顶（接收）放大器改善了什么指标
塔顶（接收）放大器的主要功能还是改善基站接收系统的噪声系数。
在移动通信系统中，由于上、下行发射功率的差异，会造成上、下行链路的不平衡，分集接收技术和加装塔顶（接收）放大器都是为了改善上行链路质量，谋求上、下行链路平衡的行之有效的措施。
塔顶（接收）放大器的原理就是在基站接收系统的前端，紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器来实现对基站接收性能的改善。
R
L
L
NF
R
L
塔放GL
NF
NF
如图所示，一个基站接收机前端
通常有L1～双工滤波器损耗
L2～馈线等附加损耗
加入塔顶放大器后将主要改善
L2对系统的影响。
未加塔放前，NF
=L
+L
+NF
加塔放后，NF
’=L
+10log
例如：
L
=0.5dB，L
=5dB，NF
=4dB，NF
=3dB，G=10dB
则：
NF
=0.5+5+4=9.5dB
NF
’=0.5+10lg
=4.8dB
上例表明，加装塔放前后噪声系数下降了4.7dB，这将对系数性能改善有很好的作用。
在稀路由地区，为了扩大覆盖范围，有时也可采用下行功放（或塔放），对于下行功放，除了注意电源供电以外，还应计算其下行噪声对系统其他接收机的影响。
△40、无源器件的有关指标
在移动通信系统中，除天线外，常用的无源器件有公分器、电挢与耦合器、滤波器、合路器和双工器、环行器、隔离器等等。
在这些无源器件中，常用的技术术语和指标有：
插入损耗：
损耗相对于增益而言。
当一个系统中插入一个有源器件时信号必然得到放大,而系统中插入一个无源器件时将增加损耗，这就叫“插入损耗”，简称“插损”。
耦合度：
为了从主传输线耦合部分能量用于监测、维护或自动控制等目的，需要用一个耦合器来获得。
根据需要的功率大小来确定耦合度或耦合功率比，从1﹕1直至1﹕1000等。
隔离度：
与耦合度相反，隔离度是指两个器件或两个端口之间信号的去耦程度，这个指标对两付天线之间去耦计算特别重要。
阻带抑制：
滤波器由于具有选频功能，所以是无源器件中最为广泛使用的一种
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