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[導讀]基站天線天天見,你一定很好奇它到底長啥樣吧?基本原理天線的基本原理是:導線上有交變電流流動時,就會產(chǎn)生電磁波輻射。若兩導線的距離很近,電場被束縛在兩導線之間,輻射很弱;將兩導線張開電場就散播在周圍空間,輻射增強。以偶極天線(園棍式的全向天線)為例,結(jié)構(gòu)大都為兩個1/4波長電線或鋼...

基站天線天天見,你一定很好奇它到底長啥樣吧?
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基站天線天天見,它到底長啥樣?

基本原理


天線的基本原理是:導線上有交變電流流動時,就會產(chǎn)生電磁波輻射。若兩導線的距離很近,電場被束縛在兩導線之間,輻射很弱;將兩導線張開電場就散播在周圍空間,輻射增強。
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以偶極天線(園棍式的全向天線)為例,結(jié)構(gòu)大都為兩個1/4波長電線或鋼、鋁管組成的直條形,構(gòu)成了一個1/2波長的半波振子。
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其腹部四周產(chǎn)生電磁波,但天線的兩個頂端幾乎不會產(chǎn)生電波。因此,我們看到一個單一的半波振子具有“面包圈” 形的輻射方向圖。
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輻射方向圖


基站天線天天見,它到底長啥樣?方向圖比較

下面這些天線輻射模型,有沒有想一口吃掉的沖動?
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天線輻射方向圖一般為三維輻射立體圖,用來表述天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射和接收電磁波的能力。
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實際評判中將其轉(zhuǎn)化成的二維平面圖形,即水平面方向圖及垂直面方向圖。
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一些參數(shù)


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下傾
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天線有兩種調(diào)下傾角方法:機械俯仰角和電調(diào)俯仰角。
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電調(diào):通過改變饋入各振子的信號相位來改變天線主瓣的下傾角度。?
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電調(diào)俯仰角的優(yōu)點是方向圖不會明顯變形。

天線增益


偶極天線通常用來做參考天線,其增益被定義為"1",又稱為"0dB",假如將2支偶極天線巧妙安排,又能不互相影響,并將電能先后經(jīng)過2支天線,則理論上將會使某一個小角度內(nèi)的電波強度提高2倍,即 "3dB"。
依此類推,如果我們把多節(jié)偶極天線上下排列,就可將電波強度一直提高,通??稍?0dB以下,但總能量并沒有增多或減少,只是其它角度的電波會集中于更窄的角度。
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此刻你想到了什么?八木天線,也叫排骨天線。
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增益的定義是:指在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比,即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān),方向圖主瓣越窄,后瓣、旁瓣越小,增益越高。

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我們經(jīng)??吹接胐Bi來表示天線的增益,因此需要理解dBi的含義。
如下圖所示,虛線為 "點" 輻射源,代表一個理論上存在但實際做不到的理想球體,它的電波向四面八方平均發(fā)射而形成一個球狀。在相同功率下,在任意方向,它的電波強度均為偶極天線的0.6倍,即 "-2.15dB",換句話說,如果理想點發(fā)射源被定義為 “1”,即 "0 dB",則偶極天線腹部電場強度最高點為其1.6倍,即 “2.15dB"。為免混淆,通常寫成 "2.15dBi",這里的 "i" 代表球體發(fā)射為基準?!癷”表示isotropic,即各向同性。
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所以,一支增益為 2.15dBi 的天線就是增益為0dB的天線,也就是無增益的普通天線。
組成部件


天線主要由四部分組成:輻射單元(天線單元)、反射板(底板)、功率分配網(wǎng)絡(luò)(饋電網(wǎng)絡(luò))和封裝防護(天線罩)。
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對于定向天線,輻射單元固定在反射板上,反射板把輻射控制到單側(cè)方向,將平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。?

通常輻射單元包括半波振子、微帶貼片和背腔縫隙式三種類型。
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多頻段天線具有多個獨立的饋電網(wǎng)絡(luò)和獨立的輻射單元列。

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5G時代的天線


從2G到4G,移動基站天線經(jīng)歷了全向天線、定向單極化天線、定向雙極化天線、電調(diào)單極化天線、電調(diào)雙極化天線、雙頻電調(diào)雙極化到多頻雙極化天線,以及MIMO天線、有源天線等過程。
進入5G時代,隨著Massive MIMO技術(shù)規(guī)模引入,天線的工作模式發(fā)生了質(zhì)的變化。
簡單對比4G和5G的天線輻射模型...基站天線天天見,它到底長啥樣?
由于5G工作于更高頻段,信號容易衰減,因此需要采用波束賦形的辦法,即大規(guī)模多天線系統(tǒng)控制每一個天線單元的發(fā)射(或接收)信號的相位和信號幅度,產(chǎn)生多束具有高度指向性的窄波束,使得信號能量集中,提升增益,來補償無線傳播損耗,且可降低干擾。
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▲控制相位產(chǎn)生靈活的指向波束
且采用波束跟蹤技術(shù),就像為每臺終端“定制”信號一樣。
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天線的尺寸與頻率有關(guān),由于3G頻段比2G高,3G天線比2G小,到了5G時代,頻段更高,天線也變得越來越小。
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