移动通信 2G 3G 天馈系统 天线的设计与工程安装

天馈线系统2010年 12月 6日前言天馈线系统的维护和调整在网络中有着重要的作用和地位，它的正常运作不仅能够扩大覆盖范围，减少盲区，提高覆盖率，而且能够减少干扰、串话，降低掉话率等，为用户提供优质服务。因此学习好如何正确安装和维护好天馈线系统是一项重要工作。天馈线系统的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。上述可见，天馈线系统是传输、发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天馈线系统的连接 示意图天线近端部分即是 TRX与天线之间的接口，包含如下几个部分：1、 COMB功率合成器，用于将发射信号合成到一组发射天线上。2、 RX接收分路器，用于将接收信号分配给多个 RX3、跳线与馈线，相当于 50 同轴电缆做为传送 TX/RX与天线之间的射频信号。馈线布放直且粗以便减小信号的衰减，而跳线细软以便连接和弯曲。注意：所有的射频电缆的阻抗要相同，否则信号会在接头处反射。4 、 双工滤波器 。双工滤波器允许 RX和 TX共用一套天馈线系统。5、 TMA（塔顶放大器） 。也叫 ALNA（天线低噪声放大器），用来提高上行信号的强度（特别在 1800和 1900MHz）。常用的塔放有单工、双工、两双工。 （注意： ALNA只用于对上行信号的放大）天线近端部分（ Antenna Near Part）发信带通滤波器收信带通滤波器至天线发信机 RF输出 收信机 RF输入双工器示意图B T S CA B INE TT X 0 COMB 1T X 1T X 2 COMB 2T X 3RX 0 DIV ARX 1RX 2 DIV BRX 3RX ARX BT X 2T X 1T X 1T X 2RX BRX AJ um pe r sF ee de r sB T S CA B INE TT X 0 COMB 1T X 1T X 2 COMB 2T X 3RX 0 DIV ARX 1RX 2 DIV BRX 3T X 1RX AT X 1T X 2RX BT X 2RX BRX AW itho ut Dup le x Fil ter W ith Du ple x Fil ter,Du plDu plT X 1RX AT X 2RX B天线配置实例：S imp le x Du p le x Du al - Du p le x不同类型塔顶放大器连接原理图天线低噪声放大器（ ALNA）ALNA是一个安装在天线杆上的外部单元，在 1800MHZ或 1900MHz系统中它用于放大接收信号，以补偿天馈线系统的损耗，并使接收信号能够提高至全系统接收灵敏度的要求。它的电源由 CDU单元的 RX馈线电缆供给（ 15 V DC），并由 RBS对它进行管理。 ALNA也把发信机和接收机经由一个双工滤波器连接到相同的天线。ALNA硬件的功能是：收信信号（ RX）的预放大射频信号（ RF）的滤波 (含双工器）当有时要用移动台（ MS）对 CDU作收发信测试时，移动台通过 50欧的阻抗与基站相连接，必须在 CDU与 MS之间连接大约 100DB的衰减器，为了避免烧坏 MS或 BTS的接收机，一般要在 TX的输出端连接一个超过 50W的衰减器。下图是具体的连接应用图TXRX ARX BB T S cab i n e tCoupler4 x 2 0 d B (1W )MS2 0 d B (1W )Coupler2 0 d B (50 W )（因室内只能直接用有线与 MS连接，所以要加上 43-（ -57） =100dB的衰耗）-57=53-110（移动台收到的信号强度是 63，但在实验条件下要保障移动台不处于最大接收情况，所以选 53）天馈线系统特殊连接课程内容第一章 天馈线的基本概念第二章 爱立信 RBS中与天馈线相关模块原理第三章 爱立信基站验收规范中关于天馈线部分的内容第一章 天馈线的基本概念1.1 天线的工作原理1.2 天线的分类1.3 天线的主要电气和机械指标1.4 天线的选型原则1.5 天线新技术电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如 图 1.1 A所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 B 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出 ， 当导线的长度 L 远小于波长 时 ， 辐射很微弱；导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时 ， 导线上的电流将大大增加 ， 因而就能形成较强的辐射 。图 1.1 A 图 1.1 B天线的基本原理传输线终端变形的传输线终端接半波振子天线的传输线从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子 ,见图 1.2 A。另外 ， 还有一种异型半波对称振子 ， 可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框 ， 并把全波对称振子的两个端点相叠 ， 这个窄长的矩形框称为折合振子 ， 注意， 折合振子的长度也是为二分之一波长 ， 故称为半波折合振子 ,见图 1.2 B。1/4波长对称振子1/4波长1/2波长图 1.2 A 图1.2 B单元振子馈电网络馈电网络天线接头天线接头单元振子馈电网络定向天线 全向天线在移动通信系统中使用的基站天线一般多为由基本单元振子组成的天线阵列，其中单元振子一般为长度是半个波长的半波振子，馈电网络一般采用等功率的功分网络。对定向天线，在单元振子的后面是一块金属平板，作为反射面来提高天线的增益。天线的接头一般采用 DIN型（7/16）接头，接头的位置一般在天线的底部，也有装在天线背部。在结构上，用天线罩将单元振子和馈电网络密封，以保护天线不易损坏。天线罩的材料一般为PVC材料或玻璃钢材料，其特点是对电波损耗较小，强度也较好。由于天线工作在室外环境中，为了防止进水对天线的性能产生影响，在天线的底部都有排水孔。第一章 天馈线的基本概念1.1 天线的工作原理1.2 天线的分类1.3 天线的主要电气和机械指标1.4 天线的选型原则1.5 天线新技术天线的分类天线有两个目的：馈线 (Z = 50 ) 与空气 (Z = 377 ).即 有线与无线阻抗匹配 TX 及 RX 信号的 放大作用因为天线是绝缘的 ,唯一获得增益的方法是将辐射集中在某一个方向上。通过在垂直方向上跌加双极单元在水平方向获得增益（在水平方向各双极单元辐射的能量互相叠加，而垂直方向辐射得能量互相抵消）。一般来讲，每加一倍的双极子（其总长度也增加倍）主方向上的信号强度会增加3dB（增加一倍）对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性，可分为全向天线、定向天线等；按外形，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。三种不同类型的双极单元排列方式末端反馈排列 中央反馈 排列 并列反馈排列天线的分类（一）按照辐射方向划分图：定向方向 图：全向天线天线的分类（二）按照外型划分板状天线 帽形天线鞭状天线面状天线天线的分类（三）全向天线 单极化定向天线 双极化定向天线按照极化方式划分全向天线：（ 如下图示：水平切面是没有增益的 ， 而垂直切面按面积比例可以估算出增益值 ）对于全向天线，有一个水平方向的幅射模型，而从垂直方向看，幅射并非全方位的，所以幅射相对集中，因而有一定的相对增益值，一般增益值为 8 到11之间 dBi (6 to 9 dBd). 具体值决定于天线的物理参数，如：对于 900 MHz 的全向天线要获取 11 dBi的增益，则高度为 3 meters. (对于 1800/1900 MHz,而言，获取如此增益则要求的高度相对减半，因波长大约为 900的一半， )定向天线 （ 扇形天线 ）扇形天线（定向天线）通过在双极子单元之间增加反射体以达到在特定地的水平方向形成增益。扇形天线类型的划分方法是根据辐射能量衰减为 3 dB的波束宽度（ BW）来确定的。具体可分为三类： 33 (道路覆盖 ), 65 (120 扇区 ) 和 90 (180扇区 ). 900MHz扇形天线实例水平波速宽度 BW 长度 最大 增益实际应用at 3 dB at 10 dB 33 60 0.25 m 12 dBi 公路低覆盖33 60 1 m 18 dBi 公路最大覆盖65 120 0.25 m 9 dBi 市区微蜂窝小区65 120 2 m 17 dBi 市区或乡镇宏小区90 180 2,5 m 16.5 dBi 乡镇在 120 的扇形小区中使用 65扇形天线的图例 :垂直偏振与双极向偏振天线在垂直偏振的天线内每一个天线的架内有一组垂直排列的偶极单元阵列， 垂直偏振只能采用空分分集， 它的空间分极的距离为 18 左右， 是无线信号的波长。 如： 900 MHz 天线空间分集的距离为 6米， 1800 MHz 天线的空间分集的距离为 3米。在双极向偏振（ X形偏振）天线中，在同一各天线架内放置两组（如正负 45度）的偶极单元阵列，允许极化的分集，这样，天线所占用的空间更小。但极化分集有以下的不足之处：由于 45度的偏振作用使 TX存在倾斜的损耗（ -1.5 dB ），至于 RX，相比空间分集来说，极化分集由于有较高的分集增益补偿，倾斜损耗不是很明显。双极化分集可以采用偏振分集，增益没有空分多，但因为偏振时损耗小，有一定补偿作用V-po la ris e d A nte nn a ( Spa c e d iv e rsi t y ) X-po la ris e d A nte nn a ( Pol a ris a ti o n di v e rsi t y )+/ - 4 5 d e g re e s空间分集和极化分集原理图：不同类型的极化原理图*极化天线增益 =空间分集增益*在干扰限制的环境下，双极化分集比空间分集优越*+/-45度的极化比垂直极化天线要有 1.5dB的额外损耗*双极化天线的隔离度为30dB天线倾斜目的：避免干扰和时间色散，但减少覆盖。关于极化的概念：根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量的取向，天线极化方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂直极化和 45度极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地，移动通信中多采用垂直极化或 45度极化方式。第一章 天馈线的基本概念1.1 天线的工作原理1.2 天线的分类1.3 天线的主要电气和机械指标1.4 天线的选型原则1.5 天线新技术天线的主要电气指标天线的主要电气指标理想孤立波源理论半波阵子定向天线dB ddB i增益图 dBi与 dBd的关系天线增益：天线增益用 dBd 或 dBi 来表示 ， 其中 dBd表示偶极天线的相对增益 ， dBi 则表示各向同性天线 （ 天线的能量均等地向各个方向辐射 ） 的相对增益 。以下是 dBd 和 dBi 的换算公式：G (dBi) = G (dBd) + 2.15dB.幅射功率 ERP或 EIRP等于发射机的输出功率减去馈线损耗 ，加上天线增益 ， 如果天线增益以 dBd表示 ， 则ERP (dBm) = BTSout (dBm) feeder loss (dB) + Ant.gain(dBd)如果天线增益以 dBi表示，则EIRP (dBm) = BTSout (dBm) feeder loss (dB) + Ant.gain (dBi)如： EIRP (RBS 2000 CDU A-900) = 44.5 4 + 17 = 57.5 dBm = 500 W目前 DT/CELL DATA中使用的是 EIRP 注意所谓天线增益实际上是一个相对值，即