第1章無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1.1電磁波基礎(chǔ)1.2天線技術(shù)基礎(chǔ)1.3傳輸線基礎(chǔ)1.4射頻常用術(shù)語(yǔ)1.5接收機(jī)射頻指標(biāo)1.6發(fā)射機(jī)射頻指標(biāo)1.7電磁安全1.1電磁波基礎(chǔ)1.1.1無(wú)線電波的基本概念

利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過(guò)空間傳送信息的通信方式稱為無(wú)線電通信（radiocommunication），也稱為無(wú)線通信（wirelesscommunication）。

無(wú)線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過(guò)程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間中是相互垂直的，同時(shí)也都垂直于傳播方向。無(wú)線電波和光波一樣，它的傳播速度與傳播媒質(zhì)有關(guān)。無(wú)線電波在真空中的傳播速度等于光速（c=3×108m/s)，在媒質(zhì)中的傳播速度為(1.1)其中，ε為傳播媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

無(wú)線電波的波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系為(1.2)其中，v為速度，單位為m/s(米/秒)；f為頻率，單位為Hz(赫茲)；λ為波長(zhǎng)，單位為m（米）。

由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無(wú)線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時(shí)速度是不同的，因此波長(zhǎng)也不一樣。1.1.2移動(dòng)通信電磁波的工作頻段

無(wú)線電頻譜可分為14個(gè)頻帶（見表1.1），無(wú)線電頻率以Hz（赫茲）為單位，其表達(dá)方式為：3000kHz以下（包括3000kHz），以kHz表示；3MHz以上至3000MHz（包括3000MHz），以MHz（兆赫茲）表示；3GHz以上至3000GHz（包括3000GHz），以GHz（吉赫茲）表示。

歐美各國(guó)、日本等一些西方國(guó)家常常把部分微波波段分為L(zhǎng)、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段），具體如表1.2所示。

國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)以及各國(guó)無(wú)線電主管部門為移動(dòng)業(yè)務(wù)劃分和分配了多個(gè)頻段，考慮到無(wú)線電波傳播的特點(diǎn)，移動(dòng)業(yè)務(wù)使用的頻段主要在3GHz以下。確定移動(dòng)通信工作頻段可從以下幾方面來(lái)考慮：①電磁波的傳播特性；②環(huán)境噪聲及干擾的影響；③服務(wù)區(qū)范圍、地形和障礙物的影響以及建筑物的穿透性能；④設(shè)備小型化；⑤與已經(jīng)開發(fā)的頻段的干擾、協(xié)調(diào)和兼容性。表1.1無(wú)線電頻帶和波段命名1.1.3室內(nèi)電磁波傳播模型

無(wú)線電磁波的基本傳播方式有三種：直射、反射和繞射，如圖1.1所示。無(wú)線電波在室內(nèi)傳播時(shí)受到的影響因素很多，如墻體、天花板、地面、人和室內(nèi)物體等都會(huì)引起電磁波的直射、反射、繞射及它們的組合，電磁場(chǎng)分布十分復(fù)雜。圖1.1電磁波的三種基本傳播方式

1.ITU-RP.1238室內(nèi)傳播模型

該模型把室內(nèi)傳播場(chǎng)景分為無(wú)線信號(hào)的非視線傳輸（NLOS）和視線傳輸（LOS）。對(duì)于NLOS，模型所用的公式為（1.3）

例1.1

對(duì)某一建筑物做信號(hào)室內(nèi)覆蓋，電磁波頻率為2100MHz，穿一面磚墻（穿透損耗取10dB），天線口信號(hào)功率為0dBm（天線增益為2.5dB），距離損耗系數(shù)取30，陰影衰落余量取8dB，分析距離天線10m處的邊緣場(chǎng)強(qiáng)。

解代入式（1.3），得2.Keenan-Motley室內(nèi)傳播模型

Keenan-Motley室內(nèi)傳播模型的公式為其中，PL（d0）為參考距離為d0的自由空間的路徑損耗，通常參考距離取1m；nSF為室內(nèi)路徑損耗衰減因子，取值在2~5之間，室內(nèi)覆蓋一般取3左右；d為移動(dòng)臺(tái)離發(fā)射天線的距離，單位為m；F(k)為樓層穿透損耗參考值，k為樓層數(shù)目；W(q)為墻壁穿透損耗參考值，q為墻壁數(shù)目。

所謂自由空間，是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻介質(zhì)所存在的空間，電磁波自由空間傳播只有擴(kuò)散損耗的直線傳播，而沒(méi)有反射、折射、繞射、色散等現(xiàn)象，其傳播速度等于光速。自由空間的路徑損耗公式為PL(d)=32.45+20lgd+20lgf（1.6）其中，d為收發(fā)天線間的距離，單位為km；f為工作頻率，單位為MHz。需要注意的是，Keenan-Motley室內(nèi)傳播模型中沒(méi)有包含衰落余量，在進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，需另行增加。3.自由空間附加衰減損耗模型

自由空間附加衰減損耗模型公式為（1.7）其中，PL（d0）是指參考距離為d0的自由空間的路徑損耗，通常參考距離取1m；β為距離損耗因子，由多種因素組成，一般取值范圍為0～2dB/m；d為移動(dòng)臺(tái)與發(fā)射機(jī)天線之間的距離，單位為m；CL為穿墻穿透損耗，單位為dB。

同樣地，自由空間附加衰減損耗模型中沒(méi)有包含衰落余量，在進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，需另行增加。

由于室內(nèi)傳播非常復(fù)雜，預(yù)測(cè)出的場(chǎng)強(qiáng)和實(shí)際測(cè)量值存在一定偏差，因此工程設(shè)計(jì)時(shí)需用實(shí)測(cè)值對(duì)傳播模型進(jìn)行修正。1.2天線技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1天線的作用

在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，有效地輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，可發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。若導(dǎo)線間距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，則輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，電場(chǎng)即散播在周圍空間，則輻射增強(qiáng)，見圖1.2。圖1.2天線的電磁能量輻射

無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波的形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收，并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。

發(fā)射天線是一種將高頻已調(diào)電流的能量變換為電磁波的能量，并將電磁波輻射到預(yù)定方向的裝置。接收天線將無(wú)線電磁波的能量變換為高頻電流能量，輸入到接收機(jī)。接收天線和發(fā)射天線的作用是可逆的。1.2.2半波振子天線圖1.3半波對(duì)稱陣子在移動(dòng)通信頻段，天線的形式主要是線狀天線。所謂線狀天線，就是天線的輻射體的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其直徑。線狀天線的基礎(chǔ)單元是對(duì)稱振子，對(duì)稱振子就是在中點(diǎn)斷開并饋以高頻電流的導(dǎo)線，饋電點(diǎn)兩邊的導(dǎo)線長(zhǎng)度相等。對(duì)稱振子可以作為獨(dú)立的天線或成為復(fù)雜天線的組成單元。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)的對(duì)稱振子稱為半波對(duì)稱振子，如圖1.3所示。

通常，天線在空間各個(gè)方向的輻射并不是均勻的，也就是說(shuō)天線具有方向性。圖1.4分別為一個(gè)半波振子天線和多個(gè)半波振子疊加組成天線的輻射方向示意圖。圖1.4一個(gè)半波振子及多個(gè)半波陣子疊加后的輻射方向圖1.2.3天線方向圖

發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的大部分能量向所需的方向輻射出去，天線的這種方向特性可以用天線方向圖來(lái)描述。

天線的方向圖是表征天線輻射特性（功率和場(chǎng)強(qiáng)）與空間角度關(guān)系的圖形。完整的方向圖是一個(gè)三維的空間圖形，它是以天線相位中心為球心（坐標(biāo)原點(diǎn)），在遠(yuǎn)場(chǎng)半徑r足夠大的球面上，逐點(diǎn)測(cè)定其輻射特性繪制而成的。三維空間方向圖的測(cè)繪十分麻煩，實(shí)際工作中，一般只需測(cè)得水平面和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向圖。

常見的天線方向圖為歸一化方向圖，采用無(wú)量綱的相對(duì)值或分貝表示。

天線方向圖是衡量天線性能的重要圖形，可以從天線方向圖中觀察到天線的各項(xiàng)參數(shù)，主要包括主瓣寬度、旁瓣電平和前后比等。

(1)主瓣寬度。主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量(見圖1.5)。方向圖中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向的兩側(cè)，把輻射強(qiáng)度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為主瓣寬度（又稱波束寬度、波瓣寬度或半功率角）。主瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。圖1.5主瓣寬度

（2）旁瓣電平。旁瓣電平通常是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平，一般以分貝表示。

(3)前后比。前后比是指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）功率之比，記為F/B(見圖1.6)，通常以分貝為單位。F/B的計(jì)算方法如下：其中，PF為前向功率密度，PB為后向功率密度。前后比越大，天線的后向輻射越小。圖1.6天線的輻射前后比

在移動(dòng)通信中常用兩類天線：全向天線和定向天線。全向天線在同一水平面內(nèi)各方向的輻射強(qiáng)度是相等的（或基本相等的），適用于全向小區(qū)的覆蓋，如圖1.7所示；定向天線在同一水平面的輻射具有方向性，能量輻射比較集中，適用于扇形小區(qū)的覆蓋，如圖1.8所示。圖1.7全向天線方向圖圖1.8定向天線方向圖1.2.4天線增益

天線作為無(wú)源器件，其增益的意義與功率放大器的不同。天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比，它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高(參見圖1.9)。天線增益用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。圖1.9天線增益的定義

標(biāo)稱的天線增益通常是指天線在最大輻射方向的增益。增益是比較值，依據(jù)參考天線的不同，有兩種表示方式：

（1）在輸入功率相同的條件下，天線在某方向某點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度X2與理想點(diǎn)源(理想介質(zhì))在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度X0的比值，單位為dBi。（1.9）

(2)在輸入功率相同的條件下，天線在某方向某點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度X2與半波對(duì)稱振子在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度X1的比值，單位為dBd。（1.10）兩種表示方式存在如下關(guān)系：圖1.10

Gi和Gd的關(guān)1.2.5天線阻抗匹配

天線的輻射功率來(lái)自饋線，因此天線實(shí)際上是饋線的負(fù)載。它從饋線取得功率，變換成電磁能量，發(fā)射到空間，而不應(yīng)將輸入功率通過(guò)饋線反射回發(fā)射機(jī)，這就是天線的阻抗匹配問(wèn)題。

天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線的輸入阻抗為純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒(méi)有功率反射，饋線上沒(méi)有駐波，高頻電流在饋線中以行波方式傳送。天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。

天線阻抗匹配的優(yōu)劣一般用四個(gè)參數(shù)來(lái)衡量，即駐波比、反射系數(shù)、行波系數(shù)和回波損耗，四個(gè)參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系。

由反射波和入射波合成而產(chǎn)生的稱為駐波，駐波信號(hào)振幅的最大值與最小值之比稱為電壓駐波比（VSWR），用ρ表示。（1.12）其中，|U+|為入射波電壓；U-為反射波電壓；Γ為反射系數(shù)，其定義為反射波與入射波的電壓比，見式（1.13）。其中，ZL為輸入阻抗，Z0為特性阻抗。由定義可得出，反射系數(shù)的取值范圍是0~1，而駐波比的取值范圍是1正無(wú)窮大。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無(wú)窮大，表示全反射，完全失配。

行波系數(shù)K與駐波比互為倒數(shù)。

回波損耗表示端口的入射波電壓與反射波電壓之比，也就是反射系數(shù)絕對(duì)值的倒數(shù)?；夭〒p耗常用分貝值表示，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。

在移動(dòng)通信工程中，天線阻抗匹配用得較多的參數(shù)是駐波比和回波損耗。1.2.6極化方式

極化是指電磁波在傳播的過(guò)程中，其電場(chǎng)矢量在空間的取向狀態(tài)。極化可以分為線極化、圓極化和橢圓極化等形式，在移動(dòng)通信中一般使用線極化天線。線極化天線依據(jù)其極化方向與大地水平面的垂直或平行等關(guān)系，又有垂直極化、水平極化、+45°極化和-45°極化之分，如圖1.11所示。圖1.11天線的單極化方向

把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者把+45°極化和-45°極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線——雙極化天線，見圖1.12。圖1.12天線的雙極化組合

接收天線的極化方向只有同被接收的電磁波的極化方向一致時(shí)，才能有效地接收到信號(hào)。當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是發(fā)生了極化損失。例如，當(dāng)用+45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者當(dāng)用垂直極化天線接收+45°極化或-45°極化波時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生極化損失。

當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來(lái)波，天線就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失最大。當(dāng)然，由于實(shí)際工藝的限制，理想的完全極化隔離是沒(méi)有的。圖1.13天線的極化隔離

一個(gè)較復(fù)雜的電磁波傳播環(huán)境會(huì)引起電磁波極化方向的多樣化。在移動(dòng)通信中，手機(jī)通常采用單極化天線，綜合考慮天線大小、電磁波傳播環(huán)境、大地極化電流和接收有效性等因素，室外宏基站天線一般采用±45度雙極化天線，室內(nèi)分布系統(tǒng)通常采用垂直極化天線。1.2.7工作頻帶和功率容限

天線的電參數(shù)一般都與工作頻率有關(guān)，保證電參數(shù)指標(biāo)容許的頻率變化范圍，即是天線的工作頻帶寬度。限制天線頻帶寬度的主要因素是阻抗特性。

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，天線的工作頻帶是指天線的駐波比不超過(guò)1.5時(shí)的天線工作頻率范圍。一般全向天線的工作帶寬能達(dá)到工作頻率范圍的3%~5%，定向天線的工作帶寬能達(dá)到工作頻率的5%~10%。

功率容量是指天線不出現(xiàn)由電阻和介質(zhì)損耗所消耗產(chǎn)生的熱能而導(dǎo)致的器件的老化、變形以及電壓飛弧現(xiàn)象所允許的最大功率負(fù)荷。功率容限是指由于最大輸入信號(hào)所引起的熱能不會(huì)引起電擊穿和熱損壞等問(wèn)題的最大承受限度。

因此，在移動(dòng)通信工程建設(shè)中選擇天線時(shí)，必須對(duì)天線的工作頻帶和功率容限（發(fā)信時(shí)）做出正確的選擇。

1.3傳輸線基礎(chǔ)

1.3.1傳輸線的特性

從電子學(xué)概念上來(lái)說(shuō)，能夠傳輸電磁能量的線路都叫傳輸線。在射頻頻段，由于信號(hào)波長(zhǎng)很短，傳輸線的長(zhǎng)度可以和波長(zhǎng)相比擬，線上各點(diǎn)的電壓和電流都不再相同，整個(gè)傳輸線也不再是等效電路中的一點(diǎn)，這個(gè)意義上的傳輸線叫長(zhǎng)線。如無(wú)特殊說(shuō)明，射頻和微波信號(hào)的傳輸線都是指長(zhǎng)線傳輸線。常見的射頻傳輸線有平行線、同軸線、波導(dǎo)、帶狀線、微帶線等不同形式。特性阻抗和傳播常數(shù)是所有微波傳輸線最主要的兩個(gè)參量。

1.特征阻抗

特征阻抗，也稱特性阻抗。傳輸線的特性阻抗是由其幾何結(jié)構(gòu)和材料決定的一個(gè)物理量，它等于模式電壓與模式電流之比。無(wú)耗傳輸線的特征阻抗為實(shí)數(shù)，有耗傳輸線的特征阻抗為復(fù)數(shù)。在做射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮信號(hào)線的特征阻抗是否等于所連接前后級(jí)部件的阻抗。當(dāng)不相等時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，造成失真和功率損失。

目前世界上的微波通信系統(tǒng)一般分為兩種特性阻抗：一種是50歐姆系統(tǒng)，如軍用的微波通信系統(tǒng)和雷達(dá)、民用的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)等；另一種是75歐姆系統(tǒng)，這種系統(tǒng)相對(duì)比較少，如有線電視系統(tǒng)。

2.傳播常數(shù)

傳播常數(shù)g=a+jb，表示行波每經(jīng)過(guò)單位長(zhǎng)度，其振幅和相位的變化。a為衰減常數(shù)，單位為Np/m或dB/m，表示每經(jīng)過(guò)單位長(zhǎng)度行波振幅衰減為原來(lái)的1/e-a；b為相移常數(shù)，單位為rad/m，表示每經(jīng)過(guò)單位長(zhǎng)度相位滯后的弧度數(shù)。

對(duì)于有耗傳輸線，傳播常數(shù)為其中，R0、L0、G0、C0分別對(duì)應(yīng)于傳輸線的分布電阻、分布電感、分布電導(dǎo)和分布電容。對(duì)于均勻無(wú)耗傳輸線，R0=0，G0=0，則（1.14）（1.15）1.3.2傳輸線阻抗匹配

微波傳輸線的特性阻抗必須與負(fù)載的輸入阻抗匹配，否則就會(huì)有反射波產(chǎn)生，信號(hào)能量流向信號(hào)源，使輸送到負(fù)載的功率降低。

駐波比惡化意味著信號(hào)反射比較嚴(yán)重，也就是說(shuō)負(fù)載和傳輸線的匹配效果比較差。如果負(fù)載阻抗與傳輸線的特性阻抗并不相等，就需要在傳輸線的輸出端與負(fù)載之間接入阻抗變換器，使后者的輸入阻抗作為等效負(fù)載而與傳輸線的特性阻抗相等，從而實(shí)現(xiàn)傳輸線阻抗匹配。

信號(hào)在傳輸線上的傳播可以分為以下三種狀態(tài)：

(1)行波狀態(tài)。產(chǎn)生行波的條件是ZL=Z0，其特征是線上無(wú)反射，Γ=0。

(2)純駐波狀態(tài)。產(chǎn)生純駐波的條件是ZL=0或ZL=∞，表現(xiàn)為線上信號(hào)全反射，Γ=-1或Γ=1。

(3)行駐波狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載阻抗介于上述兩種條件之間時(shí)，傳輸線上既有行波也有駐波，這種狀態(tài)稱為行駐波狀態(tài)，這是最為普遍的傳輸狀態(tài)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。

傳輸線的損耗主要有以下三類：

（1）介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗是當(dāng)電場(chǎng)通過(guò)介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)分子交替極化和晶格來(lái)回碰撞而產(chǎn)生的熱損耗。為了減少這部分損耗，應(yīng)選擇性能優(yōu)良的介質(zhì)。

（2）導(dǎo)體損耗。傳輸線均具有有限的電導(dǎo)率，電流流過(guò)時(shí)必然引起的熱損耗稱為導(dǎo)體損耗。在高頻情況下，趨膚效應(yīng)減少了導(dǎo)體的有效截面積，增加了導(dǎo)體損耗。

（3）輻射損耗。例如，由微帶線場(chǎng)結(jié)構(gòu)的半開放性所引起的損耗就是一種輻射損耗。1.3.3射頻同軸電纜

射頻同軸電纜基本上由內(nèi)導(dǎo)體、介質(zhì)、外導(dǎo)體和護(hù)套等組成，內(nèi)外導(dǎo)體呈同心圓，如圖1.14所示。

圖1.14射頻同軸電纜的結(jié)構(gòu)和實(shí)體圖

同軸電纜的特性阻抗(Z0)與其內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸之比有關(guān)。由于射頻能量傳輸?shù)内吥w效應(yīng)，與阻抗相關(guān)的重要尺寸是電纜內(nèi)導(dǎo)體的外徑(d)和外導(dǎo)體的內(nèi)徑(D)。同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算式如下：

如果同軸電纜某一段發(fā)生比較大的擠壓或者扭曲變形，那么內(nèi)外導(dǎo)體半徑間的關(guān)系就會(huì)發(fā)生變化，從而形成該段同軸電纜阻抗失配，造成失配損耗，因此每種電纜都有最小彎曲半徑的要求。

同軸電纜的基模為TEM模，即電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向均與傳播方向垂直。在信號(hào)通過(guò)同軸電纜時(shí)，所建立的電磁場(chǎng)是封閉的，電磁能量局限在內(nèi)外導(dǎo)體之間的介質(zhì)內(nèi)傳播，在導(dǎo)體的橫切面周圍沒(méi)有電磁場(chǎng)。電纜內(nèi)部電場(chǎng)建立在中心導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間，方向呈放射狀；而磁場(chǎng)則是以中心導(dǎo)體為圓心，呈多個(gè)同心圓狀，如圖1.15所示。

（1.16）圖1.15同軸電纜的內(nèi)部場(chǎng)分布1.3.4泄漏同軸電纜

泄漏同軸電纜（leakycoaxialcable）通常又簡(jiǎn)稱為泄漏電纜，其結(jié)構(gòu)與普通的同軸電纜相近，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)、開有一系列槽孔的外導(dǎo)體和護(hù)套四部分組成，如圖1.16所示。泄漏同軸電纜既具有信號(hào)傳輸作用，又具有天線功能。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)通過(guò)槽孔向外界輻射電磁波；外界的電磁場(chǎng)也可通過(guò)槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部并傳送到接收端。圖1.16泄漏電纜的組成結(jié)構(gòu)

當(dāng)同軸電纜外導(dǎo)體完全封閉時(shí)，電纜內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)與外界是完全屏蔽的，電纜外沒(méi)有其泄露出的電磁場(chǎng)；同樣地，外界的電磁場(chǎng)也不會(huì)對(duì)電纜內(nèi)的信號(hào)造成影響。然而通過(guò)同軸電纜外導(dǎo)體上所開的槽孔，電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠蛛姶拍芰堪l(fā)送至外界環(huán)境。同樣，外界能量也能傳入電纜內(nèi)部。外導(dǎo)體上的槽孔使電纜內(nèi)部電磁場(chǎng)和外界電波之間產(chǎn)生耦合，具體的耦合機(jī)制取決于槽孔的排列形式。

根據(jù)信號(hào)與外界的耦合機(jī)制不同，泄漏電纜主要分為輻射型（RMC）和耦合型（CMC）兩種基本類型。

輻射型泄漏電纜（見圖1.17）的電磁場(chǎng)由電纜外導(dǎo)體上周期性排列的槽孔產(chǎn)生，槽孔間距（d）與工作波長(zhǎng)（λ）相當(dāng)。

耦合型泄漏電纜（見圖1.18）有許多不同的結(jié)構(gòu)形式，如在外導(dǎo)體上開一長(zhǎng)條形槽，或開一組間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)的小孔，或兩側(cè)開縫。電磁場(chǎng)通過(guò)小孔衍射激發(fā)電纜外導(dǎo)體外部電磁場(chǎng)。電流沿外導(dǎo)體外部傳輸，電纜像一個(gè)可移動(dòng)的長(zhǎng)天線向外輻射電磁波。因此，耦合型電纜亦等同于一根長(zhǎng)的電子天線。圖1.17輻射型泄漏同軸電纜圖1.18耦合型泄漏同軸電纜

泄漏同軸電纜有兩個(gè)重要指標(biāo)：傳輸衰減和耦合損耗。泄漏同軸電纜的系統(tǒng)損耗就是指?jìng)鬏斔p和耦合損耗的總和。傳輸衰減，也叫介入損耗，主要指?jìng)鬏斁€路的傳導(dǎo)損耗，它隨頻率而變化，以dB/100m表示；耦合損耗是指通過(guò)開槽外導(dǎo)體從電纜散發(fā)出的電磁波在泄漏同軸電纜和移動(dòng)接收機(jī)之間的路徑損耗或信號(hào)衰減。 1.4射頻常用術(shù)語(yǔ)

1.dB與dBc

射頻信號(hào)的相對(duì)功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個(gè)功率的比值的對(duì)數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點(diǎn)輸出功率和載頻輸出功率的比值的對(duì)數(shù)表示形式。

射頻信號(hào)的絕對(duì)功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下（設(shè)信號(hào)功率為xW）：例如，1W等于30dBm，等于0dBW。

2.噪聲與熱噪聲

噪聲是指在信號(hào)處理過(guò)程中遇到的無(wú)法確切預(yù)測(cè)的干擾信號(hào)（各類頻點(diǎn)干擾不算是噪聲）。常見的噪聲有來(lái)自外部的，也有來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的。來(lái)自外部的有地球大氣層外銀河系產(chǎn)生的噪聲、大氣干擾和電暴、汽車的點(diǎn)火噪聲等；來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的有熱噪聲、晶體管等在工作時(shí)產(chǎn)生的散粒噪聲、信號(hào)與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物等。

熱噪聲主要來(lái)源于電路中各元器件的電子熱運(yùn)動(dòng)，它是電路器件所固有的，是一種隨機(jī)變量，其頻譜占據(jù)整個(gè)無(wú)線電頻譜，熱噪聲譜密度是均勻的，因此熱噪聲的功率是正比于接收機(jī)帶寬的。

熱噪聲N0大小等于當(dāng)溫度為290K（17℃）時(shí)，由接收機(jī)通帶（通常由接收機(jī)中頻帶寬所決定）所截獲的熱噪聲功率電平。其中，k為玻爾茲曼常量，k=1.37×10-23；T為絕對(duì)溫度值290K；B為接收機(jī)帶寬，單位為Hz。N0用分貝值表示如下：N0(dBW)=-204dBW+10lgB或N0(dBm)=-174dBm+10lgB（1.20）

3.信噪比與載噪比

信號(hào)功率與噪聲功率的對(duì)數(shù)比值稱為信噪比。信噪比是衡量系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

由于在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，允許其輸入的信噪比為負(fù)值，即信號(hào)功率往往比噪聲功率低很多，這就使得我們無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試信號(hào)通過(guò)射頻通道后的信噪比的惡化程度。為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量射頻通道對(duì)信噪比影響的性能，可以用載噪比替代信噪比來(lái)衡量射頻通道的好壞。載噪比是指輸入載波功率與噪聲功率的對(duì)數(shù)比值。

由于射頻通道對(duì)信噪比的影響是通過(guò)輸入端信噪比和輸出端信噪比的變化差值來(lái)衡量的，而同樣利用一個(gè)較強(qiáng)的輸入載波功率替代信號(hào)功率，輸入端和輸出端載噪比的變化差值與信噪比的變化差值實(shí)際上是一樣大的。

4.噪聲系數(shù)

在接收機(jī)系統(tǒng)中，主要依靠信噪比(載噪比)來(lái)判斷接收通道的性能好壞。而在射頻通道的各個(gè)指標(biāo)中，低噪放的噪聲系數(shù)的指標(biāo)是對(duì)接收機(jī)信噪比(載噪比)影響最大的指標(biāo)。

噪聲系數(shù)用來(lái)衡量射頻部件對(duì)小信號(hào)的處理能力，噪聲系數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信噪比（SNR）i與輸出信噪比(SNR)

o的比值，即（1.21）噪聲系數(shù)表示信號(hào)通過(guò)射頻通道后，電路對(duì)信噪比的惡化程度。噪聲系數(shù)最小為1，但實(shí)際中不存在這樣的電路網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于線性單元，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)與噪聲的互調(diào)產(chǎn)物及信號(hào)的失真，這時(shí)噪聲系數(shù)可以用下式表示：其中，Pno表示輸出端的噪聲功率，G為單元增益，kTB為熱噪聲功率。

例1.3三個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，各電路網(wǎng)絡(luò)的增益和噪聲系統(tǒng)分別為：G1=1000，NF1=1.5；G2=1000，NF2=10；G3=1000，NF3=20。求三個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù)。

解三個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù)為可見當(dāng)?shù)谝患?jí)網(wǎng)絡(luò)的增益足夠大時(shí)，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。5.1dB壓縮點(diǎn)

信號(hào)在通過(guò)射頻通道時(shí)會(huì)有一定程度的失真，失真可以分為線性失真和非線性失真。產(chǎn)生線性失真的主要是一些濾波器等無(wú)源器件，產(chǎn)生非線性失真的主要是一些放大器、混頻器等有源器件。

非線性失真可以分成非線性幅度失真和非線性相位失真。非線性幅度失真常用1dB壓縮點(diǎn)、三階交調(diào)、三階截止點(diǎn)等指標(biāo)衡量。

當(dāng)一個(gè)射頻放大器的輸入信號(hào)較小時(shí)，其輸出與輸入可以保證線性關(guān)系，輸入電平每增加1dB，輸出相應(yīng)增加1dB，增益保持不變；隨著輸入信號(hào)電平的增加，輸入電平每增加1dB，輸出將增加不到1dB，增益開始?jí)嚎s。增益壓縮1dB時(shí)的輸入信號(hào)電平稱為輸入1dB壓縮點(diǎn)，這時(shí)輸出信號(hào)電平稱為輸出1dB壓縮點(diǎn)，如圖1.19所示。圖1.191dB壓縮點(diǎn)

6.三階交調(diào)與三階截止點(diǎn)

三階交調(diào)（也稱三階互調(diào)）是用來(lái)衡量非線性的一個(gè)重要指標(biāo)，三階交調(diào)常用dBc表示，即交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號(hào)的比。以放大器為例來(lái)說(shuō)明三階交調(diào)指標(biāo)，兩個(gè)電平相等的單音信號(hào)ω1和ω2同時(shí)輸入一個(gè)射頻放大器，由于存在非線性作用，因此將產(chǎn)生許多互調(diào)分量，其中的2ω1-ω2和2ω2-ω1兩個(gè)頻率分量稱為三階交調(diào)分量（見圖1.20），其功率P3與信號(hào)ω1或ω2的功率P1之比稱三階交調(diào)系數(shù)M3，即（1.24）圖1.20

三階交調(diào)分量

當(dāng)兩個(gè)單頻輸入信號(hào)同時(shí)增加1dB時(shí)，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物將增加3dB，而主輸出信號(hào)僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入信號(hào)電平增加到一定值時(shí)，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號(hào)相等，這一點(diǎn)稱為三階截止點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)電平稱為輸入三階截止點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)電平稱為輸出三階截止點(diǎn)，如圖1.21所示。注意：三階截止點(diǎn)信號(hào)電平是不可能達(dá)到的，因?yàn)樵谶@時(shí)早已超過(guò)微波單元電路的承受能力。圖1.21三階交調(diào)截止點(diǎn)

7.EIRP

EIRP（等效全向輻射功率）為射頻發(fā)射機(jī)在指定方向上的輻射功率。EIRP反映了設(shè)備輻射信號(hào)的強(qiáng)度，接收設(shè)備收到的信號(hào)強(qiáng)度與這個(gè)指標(biāo)有密切關(guān)系。一般的無(wú)線電法規(guī)都是規(guī)定EIRP的限值，而不是發(fā)射功率的限值。

EIRP的計(jì)算公式如下：EIRP=P+G-A

（1.25）其中，P為設(shè)備發(fā)射功率，單位為dBw或dBm；G為發(fā)射天線增益，單位為dB；A為線路損耗，單位為dB。

例1.4如圖1.22所示，設(shè)備發(fā)射功率為20W，兩端連接跳線損耗各為0.5dB，饋線損耗為3dB，發(fā)射天線增益為18dBi，求該系統(tǒng)的EIRP。圖1.22EIRP的計(jì)算解

經(jīng)換算：20W=43dBm，由圖可知，線路損耗

A=0.5+3+0.5=4dB

EIRP=P+G-A=43dBm+18dBi-4dB=57dBm

1.5接收機(jī)射頻指標(biāo)

接收機(jī)的主要作用是把天線接收下來(lái)的射頻載波信號(hào)首先進(jìn)行低噪聲放大，然后經(jīng)過(guò)（一次、兩次，甚至三次）變頻將射頻信號(hào)變頻為適宜解調(diào)的中頻信號(hào)，最后經(jīng)解調(diào)還原出原始低頻信號(hào)。天線基站接收機(jī)典型框圖如圖1.23所示。圖1.23無(wú)線基站接收機(jī)典型框圖

1.接收機(jī)帶外抑制

帶外抑制是指接收機(jī)對(duì)通帶外的干擾的抑制能力。一般如果沒(méi)有特別的干擾信號(hào)，對(duì)于接收機(jī)沒(méi)有特殊的帶外抑制要求；通常對(duì)于遠(yuǎn)離通帶的信號(hào)，一般濾波器都能很好地抑制，不需要進(jìn)行特別的處理。有兩類特殊情形需要對(duì)接收機(jī)的前端低噪放LNA部分的濾波器帶外抑制作特殊要求：一是干擾信號(hào)距離通帶很近，二是遠(yuǎn)離通帶信號(hào)的干擾信號(hào)很強(qiáng)。

2.接收機(jī)帶內(nèi)波動(dòng)

帶內(nèi)波動(dòng)是指接收機(jī)對(duì)通帶內(nèi)不同頻點(diǎn)的增益差別。接收機(jī)帶內(nèi)波動(dòng)太大會(huì)對(duì)接收信號(hào)的質(zhì)量有影響，一般較好射頻組部件的帶內(nèi)波動(dòng)指標(biāo)要求都小于1dB。

3.接收靈敏度

噪聲系數(shù)與靈敏度是衡量接收機(jī)對(duì)微弱信號(hào)的接收能力的兩種表現(xiàn)方式。

接收靈敏度是指在接收機(jī)輸出端得到規(guī)定的信噪比S/N時(shí)，接收機(jī)輸入端所需要的最小電平，通常單位為dBm。用功率表示如下：其中，K是玻爾茲曼常數(shù)，K=1.37×10-23；T表示絕對(duì)溫度，T=290K；B表示信號(hào)帶寬，單位為Hz；NF表示系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，單位為dB；S/N表示解調(diào)所需信噪比，單位為dB。當(dāng)B＝1Hz時(shí)，10lg（KTB）＝-174dBm。

4.接收互調(diào)干擾

當(dāng)頻率不同的兩個(gè)或更多干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，由于接收機(jī)的非線性而產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物，倘若互調(diào)產(chǎn)物落在接收機(jī)的工作帶內(nèi)，就形成了接收互調(diào)干擾。

假設(shè)系統(tǒng)A和系統(tǒng)B共站址。由于系統(tǒng)A的多個(gè)發(fā)射頻率較為接近系統(tǒng)B的通帶，在系統(tǒng)B接收機(jī)的通帶內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生三階互調(diào)產(chǎn)物。如果該互調(diào)產(chǎn)物強(qiáng)度足夠高，就會(huì)直接干擾系統(tǒng)B接收機(jī)的正常工作。

互調(diào)干擾的影響和雜散輻射類似，即抬升接收機(jī)的基底噪聲，降低接收機(jī)的靈敏度。因此可以把互調(diào)干擾也看做雜散干擾的影響。

減小接收互調(diào)干擾的方式如下：

（1）在接收機(jī)的輸入端增加抑制濾波器來(lái)抑制干擾信號(hào)。

（2）調(diào)整天線的位置來(lái)提高干擾系統(tǒng)與被干擾系統(tǒng)間的天線隔離度。

（3）提高接收機(jī)的線性度。

5.阻塞干擾

接收機(jī)通常工作在線性區(qū)，當(dāng)有一個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，接收機(jī)會(huì)工作在非線性狀態(tài)下或嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致接收機(jī)飽和，這種干擾稱為阻塞干擾。阻塞干擾一般指接收帶外的強(qiáng)干擾信號(hào)，會(huì)引起接收機(jī)飽和，導(dǎo)致增益下降；也會(huì)與本振信號(hào)混頻后產(chǎn)生落在中頻的干擾；還會(huì)由于接收機(jī)的帶外抑制度有限而直接造成干擾。

阻塞指標(biāo)也是用來(lái)考核接收機(jī)抗干擾能力的，它描述的是接收機(jī)在接收的頻道外存在單音或調(diào)制信號(hào)干擾，但干擾信號(hào)不在相鄰頻道或雜散響應(yīng)頻點(diǎn)上的情況。阻塞指標(biāo)一般要求接收機(jī)前端要有較高的三階截止點(diǎn)（即大的線性動(dòng)態(tài)），同時(shí)要求中頻濾波器有較好的選擇性。

減小阻塞干擾的方式如下：

（1）在接收機(jī)的輸入端增加抑制濾波器來(lái)抑制干擾信號(hào)。

（2）調(diào)整天線的位置來(lái)提高干擾系統(tǒng)與被干擾系統(tǒng)間的天線隔離度。

（3）提高接收機(jī)的線性度。

6.雜散響應(yīng)

雜散響應(yīng)也稱為寄生響應(yīng)或寄生靈敏度。無(wú)線環(huán)境中存在很多干擾信號(hào)，這些信號(hào)本身可以被系統(tǒng)濾波器濾掉，但是如果系統(tǒng)采用的接收機(jī)是超外差接收機(jī)，那么接收機(jī)接收到的能夠與本振組合產(chǎn)生中頻的信號(hào)很多，這樣的中頻信號(hào)和系統(tǒng)接收的中頻信號(hào)是同一頻率，系統(tǒng)的后級(jí)中頻濾波器是無(wú)法濾除掉這些干擾的。其中除主接收信號(hào)外的其他頻點(diǎn)稱為寄生波道，該頻點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)稱為寄生響應(yīng)。（1.28）

1.6發(fā)射機(jī)射頻指標(biāo)

發(fā)射機(jī)的主要作用是將所要傳送的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制形成已調(diào)載波，已調(diào)載波信號(hào)經(jīng)過(guò)一次或兩次變頻成為射頻載波信號(hào)，送至功率放大器，經(jīng)功率放大器放大后送至天線。無(wú)線基站發(fā)射機(jī)的典型框圖如圖1.24所示。圖1.24無(wú)線基站發(fā)射機(jī)典型框圖

1.發(fā)射機(jī)帶外抑制

發(fā)射機(jī)帶外抑制是指發(fā)射機(jī)對(duì)通帶外的雜散的抑制能力。由發(fā)射帶寬濾波器、多工器帶外抑制、功放帶外抑制和發(fā)射濾波器共同決定。

2.發(fā)射機(jī)帶內(nèi)波動(dòng)

發(fā)射機(jī)帶內(nèi)波動(dòng)同接收機(jī)帶內(nèi)波動(dòng)一樣，是影響發(fā)射信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)，是指發(fā)射機(jī)對(duì)通帶內(nèi)不同頻點(diǎn)的增益差別。一般要求發(fā)射信道的組部件的帶內(nèi)波動(dòng)小于1dB。

3.鄰道泄漏

鄰道泄漏（ACLR）是用來(lái)衡量發(fā)射機(jī)的帶外輻射特性的指標(biāo)，其定義為鄰道功率與主信道功率之比，單位通常為dBc，如圖1.25所示。發(fā)射機(jī)的領(lǐng)道泄漏必然會(huì)對(duì)其他小區(qū)造成干擾，為了減小這種干擾，領(lǐng)道泄漏必須盡可能地小?！糐P〗WCDMA的要求是：第一鄰道（偏離載頻±5MHz）的ACLR≤-45dBc；第二鄰道（偏離載頻±10MHz）的ACLR≤-50dBc。圖1.25鄰道泄漏示意圖

4.頻譜發(fā)射模板

頻譜發(fā)射模板用于限制偏離發(fā)射載波中心頻率一定頻段內(nèi)的雜散發(fā)射功率。表1.5所示為WCDMA協(xié)議3GPPTS25.141V3.6.0(2001-06)中規(guī)定的NodeB發(fā)射機(jī)的頻譜發(fā)射模板指標(biāo)要求。表1.5基站頻譜發(fā)射模板（基站最大發(fā)射功率43dBm）

5.雜散輻射

雜散輻射（見圖1.26）是指發(fā)信機(jī)在頻譜發(fā)射模板規(guī)定的頻率范圍之外的頻段上發(fā)射的其他信號(hào)，它包括諧波分量、寄生輻射、交調(diào)產(chǎn)物、發(fā)射機(jī)互調(diào)產(chǎn)物等。這些雜散輻射都會(huì)對(duì)其他的無(wú)線通信系統(tǒng)造成干擾，對(duì)該指標(biāo)的規(guī)定是為了提高系統(tǒng)的電磁兼容性能，以便與其他系統(tǒng)共存，當(dāng)然這也保證了系統(tǒng)自身的正常運(yùn)行。圖1.26雜散輻射表1.6雜散輻射模板指標(biāo)要求

6.發(fā)射機(jī)對(duì)接收機(jī)的干擾

收發(fā)一體的通信機(jī)一般都存在收發(fā)隔離的問(wèn)題。由于發(fā)射信號(hào)功率很大，而接收信號(hào)的功率很小，因此收發(fā)功率的差值很大，使得發(fā)射信號(hào)很容易影響到接收機(jī)的性能。

發(fā)射機(jī)對(duì)接收機(jī)的干擾主要包括以下三個(gè)方面：

（1）發(fā)射機(jī)的雜散落在接收