移動(dòng)通信中的天線(xiàn)技術(shù) （1）

一、移動(dòng)天線(xiàn)采用的關(guān)鍵技術(shù)

　?。保畬ΨQ(chēng)振子和天線(xiàn)陣

　　目前移動(dòng)通信中使用的天線(xiàn)形式主要是線(xiàn)天線(xiàn)，即天線(xiàn)輻射體的長(cháng)度ｌ遠大于其直徑ｄ，線(xiàn)天線(xiàn)的基礎是對稱(chēng)振子。當通過(guò)導線(xiàn)的高頻電流變化的頻率所確定的波長(cháng)遠大于該導線(xiàn)的長(cháng)度時(shí)，可以認為該導線(xiàn)上電流的振幅和相位是相同的，只是它的數值隨時(shí)間ｔ作正弦變化，這種短導線(xiàn)被稱(chēng)為電流元或赫茲偶極子，它可以作為獨立的天線(xiàn)或成為復雜天線(xiàn)的組成單元。復雜天線(xiàn)在空間的電磁場(chǎng)可以看作是許多電流元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)迭加的結果。電流元的輻射功率是在單位時(shí)間內通過(guò)球面向外輻射的電磁能量平均值。輻射場(chǎng)的能量將不再返回波源，所以對于波源來(lái)說(shuō)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(chēng)為輻射電阻，電流元的輻射電阻為

　?。?Sigma;＝８０π２（ｌ／λ）２（１）

　　通過(guò)積分計算可以得到電流元的方向性圖：當ｌ／λ＜０．５時(shí)，隨著(zhù)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ｌ／λ＞０．５時(shí)，出現副瓣，隨著(zhù)ｌ／λ的增大，原來(lái)的副瓣逐漸變成主瓣，而原來(lái)的主瓣變成副瓣；當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(chēng)振子組合起來(lái)就構成天線(xiàn)陣。按照對稱(chēng)振子的排列方式，天線(xiàn)陣可以分為直線(xiàn)陣、平面陣和立體陣等，不同的排列有不同的陣因子。根據方向性相乘原理，采用同樣的對稱(chēng)振子作為天線(xiàn)陣的單元天線(xiàn)，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(dòng)通信中基站高增益全向天線(xiàn)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(xiàn)的增益。

　?。玻炀€(xiàn)的方向特性和增益

　　天線(xiàn)的方向特性可以用方向性圖來(lái)描述，但以數量來(lái)表示天線(xiàn)輻射電磁能量的集中程度則往往使用方向性系數Ｄ。它的定義是，在同樣輻射功率時(shí)，有方向性天線(xiàn)在最大輻射方向遠區某點(diǎn)的功率通量密度（單位面積上通過(guò)的電場(chǎng)功率，正比于電場(chǎng)強度的平方）與無(wú)方向性天線(xiàn)在該點(diǎn)的功率通量密度之比。

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

　　要提高天線(xiàn)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輻射的波瓣寬度。振子長(cháng)度的改變對增益的影響十分有限，天線(xiàn)陣是目前實(shí)現高增益的主要手段。直線(xiàn)陣是最簡(jiǎn)單最實(shí)用的全向天線(xiàn)陣，在與振子軸一致的同一軸線(xiàn)上，按一定間隔距離排列若干輻射振子，可以在垂直于軸線(xiàn)的平面上得到增強的輻射場(chǎng)。但是，要得到最佳的效果，必須適當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(xiàn)等。共軸天線(xiàn)陣是基站常用的高增益天線(xiàn)，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(xiàn)是將多個(gè)定向天線(xiàn)分別定向于不同方位，構成近似的全向輻射。但是，當要把天線(xiàn)架設在大型鐵塔的中段時(shí)，由于受塔身反射的影響，共軸天線(xiàn)陣的方向性會(huì )被破壞，這時(shí)，圍繞塔身合理布置的定向天線(xiàn)陣可以解決這一問(wèn)題。更重要的是，在蜂窩通信系統中進(jìn)行頻率復用時(shí)，定向天線(xiàn)可以更好地降低同、鄰頻干擾，提高頻率復用率。１２０°角反射器或１２０°平面反射器可用于１２０°扇形小區中，６０°角反射器可用于６０°扇形小區中。