2.2 电路参数

2.2.1 电压驻波比

电压驻波比（VSWR）是表征端口阻抗匹配程度的一个量，天线馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。

输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。如果馈线阻抗与天线输入端口一致，即为阻抗匹配，如图2-2所示。

VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中，应小于或等于1.5。若ZA表示天线的输入阻抗，Z0为天线馈电的特性阻抗，则反射系数为：

在移动通信工程中一般Z0为50Ω。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，天线输入阻抗与馈线特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其波形上相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比，如式（2-24）所示。电压驻波比过大，功率不能有效辐射，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放，影响通信系统正常工作。

终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波比越接近于1，匹配也就越好。S11是反射电压矢量与入射电压矢量之比，则将S11的dB值的相反数也称为回波损耗（Return Loss，RL）。

VSWR=1.5:1时，RL= 13.98dB。S11的取值范围是0～1之间，其dB值取值范围是-∞～0dB，S11越小越好。驻波比取值区间是1～∞之间，越接近1越好，但越小的驻波比意味着越精密的设计和加工工艺，即意味着更高的成本，一个适当的驻波比指标是要在损失能量与制造成本之间进行折中权衡，在工程上可以接受的驻波比一般认为是1.5。由于阻抗不匹配造成功率效率ρ（即实际辐射功率和端口馈电功率之比）小于1，如式（2-26）所示。

图2-3（a）是一条实测得到的基站天线驻波比曲线，图2-3（b）显示了基于式（2-26）的功率效率的计算结果。式（2-26）只是简化的理论模型，由于负载分配导致最大功率传输受到影响，实际的输出功率下降更为严重。

2.2.2 端口隔离度

端口隔离度针对多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，指一个端口的输入功率耦合到另一端口上的输出功率的比值。收发共用时，端口之间隔离度应大于30dB，如图2-4所示。

2.2.3 功率容量

功率容量指输入天线的最大的能确保天线不损坏且能正常工作的平均功率。天线包括匹配、平衡、移相等其他耦合装置，所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W），若天线的一个端口最多输入6个载波，则天线的输入功率为120W，考虑到信号叠加的峰均比，天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65℃时）。

2.2.4 无源互调

无源互调（Passive Inter-Modulation，PIM）是指接头、馈线、天线、滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应，也称为无源交调。通常都认为无源部件是线性的，但是在大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性，这种非线性主要是由以下因素引起的：不同材料的金属的接触；相同材料的接触表面不光滑；连接处不紧密；存在磁性物质等。

互调产物的存在会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生影响，因此系统中对接头、电缆、天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪声信号。比如频率f1及f2的载波，相互作用会产生如下互调信号。

二阶：（f1+f2），（f1-f2）

三阶：（2f1±f2），（2f2±f1）

四阶：（3f1±f2），（3f2±f1），（2f1±2f2）

五阶：（4f1±f2），（4f2±f1），（3f1±2f2），（3f2±2f1）

互调失真如何影响系统的性能？较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收频段。而基站天线接收的信号通常功率较低。如果互调信号与实际的接收信号具有相近或更高的功率，则会产生显著的干扰效应，通常奇数阶的互调分量由于距离原载波近，干扰效应会较显著，如图2-5 所示。工程上尤其关注三阶交调产生的干扰，如图2-6所示。

以此类推，可得到各移动通信系统可能产生的交调频段范围，如表2-3所示。

由表2-3可以看出，电信CDMA800的三阶交调落入了移动EGSM900的接收频段，五阶交调落入了移动GSM900和EGSM900的接收频段。移动GSM900的五阶交调落入了移动GSM900和联通GSM900的接收频段。其他系统的三阶、五阶交调均不落入本系统及其他系统的接收频段。可见，中国国内移动通信在划分各系统频率时，已充分考虑了交调因素，使产生的多载波三阶交调都不能落入到自身的接收频段内，一定程度上避免了三阶交调对本系统的影响。

某运营商曾通过试验开展天线互调值与网络质量关联研究，试验方法是：在同一个小区，选取三阶互调值逐渐递增的四面天线进行网络指标对比分析，实验结果如表2-4所示。

实验结果表明：从大体上看，天线三阶互调值越差，产生上行干扰越强，掉话率等网络指标越差。但是对比三阶互调-86dBm和-110dBm两面天线对应的网络指标，可以发现差别并不显著，这说明在三阶交调较小的情况下，继续优化该指标对网络性能的优化作用会趋于弱化，但要使三阶交调达到一个非常小的量值（比如-110dBm），在工艺和材料上要付出很大的努力，成本也会较高。产业界的研究表明，目前若干标准规定的-107dBm的三阶互调指标是严格的，但也要具体情况具体分析，在一些干扰强度较弱的场景中，指标可以稍微放宽。

一般认为随着阶数的增高，互调信号电平会迅速下降，所以一般工程上较多关心三阶、五阶互调而忽略高阶互调。但是河北电信的工程师曾发现，一些天线的高阶奇次互调（如17、19阶互调）也会产生较明显的干扰，这说明一些情况下无源互调随着阶数的增长其衰减并不显著，这个现象需要进一步核实、研究。如果此现象是普遍存在的，在做干扰协调时就要考虑更多因素。