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天线波束宽度的影响

发布时间:2024-06-05作者来源:hahabet甄选浏览:22


在探讨波束宽度之前,让我们先简要了解一下天线增益的概念。天线增益是描述给定天线在接收或发射信号时,相对于一个各向同性天线或偶极子天线的性能优劣的一个比率。简言之,它衡量了天线在特定方向上集中能量的能力。除非特别说明,我们通常所提及的天线增益特指天线在最大辐射方向上的增益。

在参考各向同性天线的情况下,增益的单位通常用 dBi 来表示,这里的"i"代表各向同性(isotropic),它是一个相对值。我们画了一个非常直观的图,如下:

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从上图可以看出,天线能够将信号能量集中到某个宽度上的波束中,从而在该方向上实现更远的覆盖和更强的信号强度,宽度越窄,覆盖的距离越远。

那什么是波束宽度呢?

根据定义,它是最大辐射方向上的幅度从主波束峰值减小 50%(或-3dB)的角度间隔。减少50%,也就是半功率光束宽度,英文 Half Power Beam Width (HPBW)。

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而对于天线的波束宽度又分为水平波束宽度和垂直波束宽度。当对于理想化的抛物面天线,水平面和垂直面的3dB波束宽度可以通过以下公式近似计算:

水平

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垂直:

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其中:

  • 𝜆  是工作波长(米),

  • 𝐷  是天线的物理尺寸或口径(米),

  • 𝜃  是从垂直方向偏移的角度(度)。


对于几种常见天线,如八木天线,它的波束宽度可以通过调整振子的长度和间距来改变,但并没有一个通用的简单公式。半波长偶极子天线的波束宽度较宽,通常不使用 3dB 波束宽度来描述。

相控阵天线,它的波束宽度可以通过电子方式控制,也没有简单的通用公式。其波束宽度取决于阵列元素的数量、阵列的物理尺寸、阵列元素的间距以及相位控制。

而对于线性阵列的 3dB 波束宽度,也可以近似公式可以表示为:

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其中:

  • 𝑑  是阵列元素之间的间距,

  • 𝑁  是阵列中的元素数量。


需要注意的是,上面涉及到的公式只是提供了一个近似值,用于快速估算。实际的波束宽度可能会因为天线设计、制造公差、周围环境等因素而有所不同。


那么波束宽度可以用来干嘛,在实际覆盖优化中有什么指导意义?

先来看水平波束宽度,它决定了天线水平平面的波束宽度。宽度越宽,在扇区交界处的覆盖越好,反之宽度越窄,在扇区交界处覆盖就越差。

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而垂直波束宽度,它决定了网络覆盖区中距离向性能的好坏。越较窄的垂直波束宽度,可以更[敏感词]地通过调整天线倾角来控制无线信号覆盖的垂直高度,这对于避免信号覆盖到不需要服务的区域非常有帮助(比如说避免信号过多地覆盖到地面或建筑物的高层)。
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当然结合[敏感词]的天线倾角控制、水平波束宽度和垂直水平波束宽度,可以使得运营商对无线网络进行更好地优化,减少干扰、提高用户体验。


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