移動通信中的天線技術(shù) （1）

一、移動天線采用的關(guān)鍵技術(shù)

　　１．對稱振子和天線陣

　　目前移動通信中使用的天線形式主要是線天線，即天線輻射體的長度ｌ遠(yuǎn)大于其直徑ｄ，線天線的基礎(chǔ)是對稱振子。當(dāng)通過導(dǎo)線的高頻電流變化的頻率所確定的波長遠(yuǎn)大于該導(dǎo)線的長度時(shí)，可以認(rèn)為該導(dǎo)線上電流的振幅和相位是相同的，只是它的數(shù)值隨時(shí)間ｔ作正弦變化，這種短導(dǎo)線被稱為電流元或赫茲偶極子，它可以作為獨(dú)立的天線或成為復(fù)雜天線的組成單元。復(fù)雜天線在空間的電磁場可以看作是許多電流元產(chǎn)生的電磁場迭加的結(jié)果。電流元的輻射功率是在單位時(shí)間內(nèi)通過球面向外輻射的電磁能量平均值。輻射場的能量將不再返回波源，所以對于波源來說是一種能量損耗。引入電路的概念，我們用等效電阻表示這部分輻射功率，則這個(gè)電阻就稱為輻射電阻，電流元的輻射電阻為

　?。?Sigma;＝８０π２（ｌ／λ）２（１）

　　通過積分計(jì)算可以得到電流元的方向性圖：當(dāng)ｌ／λ＜０．５時(shí)，隨著ｌ／λ的增大，方向性圖變得尖銳，并只有主瓣，主瓣垂直于振子軸；當(dāng)ｌ／λ＞０．５時(shí)，出現(xiàn)副瓣，隨著ｌ／λ的增大，原來的副瓣逐漸變成主瓣，而原來的主瓣變成副瓣；當(dāng)ｌ／λ＝１時(shí)，主瓣消失。這種方向性的變化主要是由于振子上電流分布的變化所引起的。

　　多個(gè)對稱振子組合起來就構(gòu)成天線陣。按照對稱振子的排列方式，天線陣可以分為直線陣、平面陣和立體陣等，不同的排列有不同的陣因子。根據(jù)方向性相乘原理，采用同樣的對稱振子作為天線陣的單元天線，只要改變排列位置或饋電相位，就可以得到不同的方向特性。移動通信中基站高增益全向天線就是把振子作共軸排列，壓縮垂直面的波束寬度，而把輻射能量集中于與振子相垂直的方向上，以提高天線的增益。

　　２．天線的方向特性和增益

　　天線的方向特性可以用方向性圖來描述，但以數(shù)量來表示天線輻射電磁能量的集中程度則往往使用方向性系數(shù)Ｄ。它的定義是，在同樣輻射功率時(shí)，有方向性天線在最大輻射方向遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的功率通量密度（單位面積上通過的電場功率，正比于電場強(qiáng)度的平方）與無方向性天線在該點(diǎn)的功率通量密度之比。

　　又由于天線本身的損耗非常小，可認(rèn)為天線的輻射功率等于輸入功率，即天線效率η＝１００％，則天線增益Ｇ＝η？Ｄ＝Ｄ，也就是說天線增益和天線的方向性系數(shù)在數(shù)值上是相等的。

　　要提高天線的增益，在保持水平面上輻射特性不變的情況下，主要依靠減小垂直面內(nèi)輻射的波瓣寬度。振子長度的改變對增益的影響十分有限，天線陣是目前實(shí)現(xiàn)高增益的主要手段。直線陣是最簡單最實(shí)用的全向天線陣，在與振子軸一致的同一軸線上，按一定間隔距離排列若干輻射振子，可以在垂直于軸線的平面上得到增強(qiáng)的輻射場。但是，要得到最佳的效果，必須適當(dāng)選擇各振子間的間距和饋電的相位。作為輻射單元，可以用半波振子或在水平面有全向性能的其它輻射源，例如折合振子或各種同軸天線等。共軸天線陣是基站常用的高增益天線，它要求各輻射單元得到等幅同相的饋電，饋電方式有并饋和串饋兩種。另一種高增益全向天線是將多個(gè)定向天線分別定向于不同方位，構(gòu)成近似的全向輻射。但是，當(dāng)要把天線架設(shè)在大型鐵塔的中段時(shí)，由于受塔身反射的影響，共軸天線陣的方向性會被破壞，這時(shí)，圍繞塔身合理布置的定向天線陣可以解決這一問題。更重要的是，在蜂窩通信系統(tǒng)中進(jìn)行頻率復(fù)用時(shí)，定向天線可以更好地降低同、鄰頻干擾，提高頻率復(fù)用率。１２０°角反射器或１２０°平面反射器可用于１２０°扇形小區(qū)中，６０°角反射器可用于６０°扇形小區(qū)中。