3dB电桥高温环境下性能说明.doc

3dB电桥高温环境下性能说明及案例分析一、 电桥的作用与工作原理 图1：3dB电桥（图片实物生产商：国人通信）上图为目前在室分系统中广泛使用的3dB电桥的实物照片。3dB电桥的主要用途为室分系统中的同频段合路，以取代早期的体积比较庞大的同频段合路器件。如图中所示，上述电桥设备有四个端口，分别为两入两出。每个端口之间的功率关系如下：OUT1=OUT2=0.5*(IN1+IN2)从上式可知，每个端口的输出功率皆等于输入功率之和的一半，即输入信号衰减3dB以后分别从两个端口等功率的输出，就是3dB电桥名称的由来。3dB电桥在室分系统中的安装方式如下图所示： 图2：3dB电桥用于同频合路如上图所示，当微蜂窝配置较大时，内部合路不够用，载频分为两组分别合路，分别经由两个架顶双工器输出。对于宏站而言，可以用两种方法解决主设备两路输出问题。一是采用物理位置邻近的两付单极化天线输出，二是采用一付45度双极化的天线输出，前者相当于在空间自由合路，后者由不同的极化振子合路，本质上也是空间合路。但是在分布系统中，不具备上述条件。分布系统只能有一套天线，一个入口。因此要将完整的一个CI的频点通过分布系统发射出去，只能通过电桥将两组载频事先合路后再接入分布。综上所述，3dB电桥起的作用为射频级同频合路。二、3dB电桥的内部构造极电气指标 目前最常用的为微带电桥，微带电桥的内部电路可以简化为下图的形式：图3：3dB电桥的内部结构（简化图）如图：3dB电桥内部结构为两根微带线极填充的绝缘介质组成。经过特殊的设计，从两个入口入射的电磁波，经过耦合后，从两个出口输出，每个出口的功率包含了两个入口功率之和的一半。和所有无源器件一样，电桥有相应的工作指标，下表列出了目前常用电桥的电气指标：参数名称电气指标频率范围8002500MHz插损=3.3dB(对单端口而言)驻波系数=25dB(同向端口间)带内平坦度=0.3dB功率容量150W接口类型N型阴头（阻抗50欧姆）三阶互调抑制=-140dBc工作温度-25摄氏度65摄氏度表1：3dB电桥的电气性能如上表所述，国产3dB电桥的工作标称温度在25摄氏度65摄氏度之间，据相关资料，世界顶尖的电缆与室分器件供应商安德鲁公司的电桥产品，标称温度也只能做到85摄氏度左右，可以认为是电桥工作的极限温度。当电桥处于高温环境下，内部绝缘介质和微带的热膨胀系数不一致，导致了微带相对绝缘介质发生位移，因此带来了阻抗及隔离度一系列电气性能的变化，对主设备产生交调干扰。在实际使用中，电桥和负载是直接连接的关系，负载为吸收功率器件，射频信号在其上转化为热能，因此负载工作时的温度时相当高的，大约在7080摄氏度之间。负载的热量可以直接传导至电桥设备，导致电桥工作时的温度也较高，在散热不好的房间内，电桥很容易接近临界温度。影响电桥自身温度的主要因素为机房温度和负载温度，话务量的变化对电桥温度影响微乎其微（因为信号直接通过电桥，不会在电桥中损失）。但是，我们观察到的话务量却是随干扰变化的，这是因为交调产物和输入信号源的功率呈一定的比例关系，工程上采用dBc来度量。当高话务时，同时工作的载频多，上下行功率皆高，因此导致的杂散和互调产物功率也高，直接导致干扰上升。需要强调的是，电桥作为无源器件，本身并不会产生任何信号（包括干扰信号）。但是其电气性能的下降会导致通过信号的杂散和交调的增加，因此给主设备的上行带来干扰及相应的误码性能下降。这种干扰的特征是：干扰的大小随话务量变化，话务量高时，干扰高，话务量低时，干扰低，甚至于完全没有。配置越大的站，越容易出此问题，配置越小的站，出现该问题的可能性越小。三、 高温导致电桥干扰的案例：本节介绍了三个案例，这三个案例的共同特点是机房狭小，空调不制冷（或无空调），机房内环境温度高。从后台统计指标看，上行干扰跟随话务量走，话务量高时，干扰高（通常在10以上），话务量低时干扰低，甚至没有。本三个案例分别采取了物理降温、器件替代和器件更换三个方法解决的电桥高温所带来的上行干扰。案例1：鼎好大厦（敷冰降温）鼎好大厦搬迁机房后，空间狭小，机柜密集导致温度较高，实测机房空气温度在55摄氏度左右，器件温度更高。从后台统计上看，干扰在话务高时能达到30左右，但在晚间无话务时，干扰在5以下。上站排查，将将频谱仪接入到分布系统中，可以观察到以下频谱：图4：分布系统中的实时频谱从上述频谱可以看出，在高温，高话务情况下，3dB电桥已经失去了线性度，产生了大量的寄生频率，从下行频段一直拖尾至上行频段，进而对上行频段产生干扰波形。为了验证3dB电桥工作性能和温度的关系，现场做了如下实验：断开所有有源器件，排除有源干扰，仅在干线上保留部分无源天线点。取300g左右的冰块，妥善包裹后捆绑在3dB电桥上，10分钟后，干扰降至5dBm，约15分钟后干扰降至01 dBm；取下冰块，约15分钟后，干扰恢复至原来水平。至此判断该器件性能和温度关系较大。目前该机房已增加一台空调，温度问题得到解决。鼎好大厦案例为西北区域第一次发现电桥的性能和温度有关联。图5：冰块实验案例2：动物园公交枢纽M2（采用二功分器反向使用替代电桥）动物园公交枢纽M2站点所在机房无安装空调条件（地下室无法走水），且机柜较密集，温度在40摄氏度左右（2010年4月实地测量值）。自4月18日起，该站上行产生15dBm左右的干扰，且干扰功率和话务量正相关。前期厂家排查所有分布连接未发现问题。西北区域上站排查认为电桥问题，现场无可供更换的电桥（厂家未准备）。临时使用二功分器反接替代电桥使用，干扰立即消失。二功分器件如下图所示，为一进两出器件，信号从入口进入，平均分配为两路后输出。图6：二功分器件如上图所示，正常使用时，下行信号应当从IN口输入，从两OUT口输出。本案例中，临时将下行信号从两OUT口输入，从IN口输出，这样使用，能使二功分器件起到合路的作用。但是，二功分器件（腔体）各输出口间无隔离度，反向使用会造成驻波过大，产生78#告警，因此，除非是临时应急，不建议采用反接二功分替代电桥使用。案例3：乐府江南M1高干扰（替换新器件）乐府江南站点位于地下室弱电井中，暂时无法解决空调问题，机房温度一直较高。本次收到重要用户投诉后，发现存在干扰随话务量变化