天线方向图波动及高增益天线影响_图文

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5.3天线方向图波动影响 天线方向图波动影响 5.4高增益天线影响 高增益天线影响
上海师范大学-肖龙 上海师范大学 肖龙-2012-3-27 肖龙

内容

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1. 天线方向图 2. 天线方向图波动影响 3. 高增益天线影响

1. 天线方向图

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概念: 概念:天线方向图是表征天线辐射特性(场强振幅、相位、 极化)与空间角度关系的图形。完整的方向图是一个三维的 空间图形。如图1。

图1 测量场强振幅,就得到场强方向图;测量功率,就得到功 率方向图; 测量极化,就得到极化方向图;测量相位,就得 到相位方向图。

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图2为方向图不同的表示法 (a)极坐标 (b)直角坐标 极坐标 直角坐标

2. 天线方向图波动影响
移动接收机 天线1 天线 天线2 天线

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当移动接收机在靠近共址天线2处测量天线1的方向图时, 由于邻近的第二根天线的存在,测出天线1的方向图的边缘会 有小的起伏和波动。这些波动的影响对全向移动天线来说并不 重要,一方面在车顶的两个天线的方向图通常是不同的,这取 决于其安装位置,多少会有些变形。另一方面,在基站配置的 多个天线,其方向图与自然空间方向图非常一致,与邻近天线 方向图的波动无关。

实例分析

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具体问题: 具体问题:假设一个信号从以15mi/h运动的移动台上发射,
而由两个相距仅8个波长各自独立的基站天线接收。分析各基站 天线接收信号平均功率在一定时间间隔内是否相等。
直观结论 两个接收信号的平均功率在10s间隔周期内是相等 相等的。 相等

实验结论

1.两个接收信号的平均功率在10s间隔周期内是不相等 不相等的, 不相等 从图5.6可以看出。 2.在一分钟时间间隔内,一个天线的平均信号电平相对于另 外信号的电平能变化多到4~5dB。

图5.6.两个基站天线接收功率曲线 两个基站天线接收功率曲线

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差异 可能 原因

1

两个接收机本地振荡器不稳定性

2

相邻天线的基站的天线方向图相互作用

1.本地振荡器不稳定性是否这种差异性的起因? 本地振荡器不稳定性是否这种差异性的起因? 本地振荡器不稳定性是否这种差异性的起因 1 将许多次在不同时间内进行的相同实验的实验数据 进行比较,发现在下一个时间间隔内这种差异性仍远存 在,考虑到此时这些数据结果的不重复性,这些不同实 验数据的分析结果证明了接收机振荡器的不稳定性并不 是起因。

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2.相邻天线的基站的天线方向图相互作用 相邻天线的基站的天线方向图相互作用
第一步:获取从3个天线的多元阵配置的两个基站上接收信号自由 第一步: 空间方向图测量结果。如下图5.7-a所示。

图5.7-a

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第二步: 第二步:朝着基站方向,在一个330°到345°大约15°扇形区域里 进行试车。两个基站同时接收移动台信号。这两个接收信号的功率 差P1-P2在下图5.8b中已经标出来了。

图5.8b

第三步: 第三步:分析在测试的扇区内跨越一条特殊的辐射线路传播时,两 个基站接收天线间记录的功率差。例如,选择六根辐射线(θ1~θ 6 ),如图5.8a所示,两个天线的功率差都在基站记录下来,而移动 台每个时刻都跨越每一条特殊的辐射线。
可以观察到移动台在通过同一条辐射线时都会产生恒定信号差。 可以观察到移动台在通过同一条辐射线时都会产生恒定信号差。这证 明了 ,在任意一条辐射线上由于波动影响能造成仅在两个基站天线方向 图之间有恒定差异的结果。(如图5.8b 。(如图5.8b) 图之间有恒定差异的结果。(如图5.8b)

图5.8a

图5.8b

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结论

基站天线方向图的波动是由多元阵结构的天线间 交互作用造成的。因而,天线方向图的波动对基 站接收和发射信号具有显著影响。

3. 高增益天线的影响
天线增益是指:在输入功率相等的条件下,实际 天线增益 天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的 信号的功率密度之比。 高增益天线相对来说是辐射方向上更加狭窄,在 某些方向上的辐射较为集中,故能量集中到某些 方向上去了,故体现为某些方向上的增益。

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为了正确设计高增益天线,首先需要确定高仰角范 围,在仰角范围里有最佳移动通信的无线电信号传播。 利用高增益天线的垂直方向图可以设计覆盖特殊的区域 ,在移动台上使用正确设计的高增益天线将能较大改进 信号的接收。 为了评估高增益天线信号接收效果,分别评估了两 种移动台天线,环境--New Jersey典型郊区环境: 1 2 16°仰角,6dB增益 39°仰角,2dB增益

测量结果见下表5.1

结论

在视距(Line Of Sight)内:高增益天线的信号强度比有记录 的鞭天线平均高4dB. 在非视距(Non Line Of Sight )内:相同增益天线的信号强度 通常比在实际每一个抽样地点鞭天线要高2-3.5dB 在郊区、居民区、小城镇地区可以选择高增益(垂直方 向性)天线。

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