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天线的概念 天线 Antenna 是在无线电收发系统中 向空间辐射或从空间接收电磁波的装置 是无线电通信系统中必不可少的部分 由于各种设备要求采用的波段不同 天线的设计也就不同 不同用途的天线需要设计成各种样式 就是我们通常称的天线程式 如在长 中 短波段 一般用导线构成天线 有T形 倒L形 环形 菱形 鱼骨形 笼形天线等 在微波波段 用金属板或网制成喇叭天线 抛物面天线 金属面上开槽的裂缝天线 金属或介质条排成的透镜天线等 天线基础知识 听说过吗 躺在床上能和外教一对一练英语口语 适合职场中的你 免费体验史上最牛英语口语学习 太平洋英语 天线的分类 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 按用途可分为基地台天线 basestationantenna 和移动台天线 mobileportableantennas 按工作频率可划分为超长波 长波 中波 短波 超短波和微波按其方向性可划分为全向和定向天线按其结构性可划分为线天线和面天线 天线原理 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 1a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 1b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 1a 图1 1b 天线的方向性讨论 天线方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力 它的这种能力可采用方向图来表示 方向图主瓣的宽度 方向性系数等参数进行描述 所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一 天线有了方向性 就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率 并使之具有一定的保密性和抗干扰性 天线的五个基本参数 方向图 波瓣宽度 增益输入阻抗 50 75 120 前后比极化方式频率范围 天线方向图 天线方向图是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围 是表示天线方向性的特性曲线 即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形 波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数 它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度 天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标 通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系 方向图通常都有两个或多个瓣 其中辐射强度最大的瓣称为主瓣 其余的瓣称为副瓣或旁瓣 参见图1 3 4a 在主瓣最大辐射方向两侧 辐射强度降低3dB 功率密度降低一半 的两点间的夹角定义为波瓣宽度 又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角或波瓣角 波瓣宽度越窄 方向性越好 作用距离越远 抗干扰能力越强 移动通信天线波瓣宽度与覆盖的关系 天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关 因此 在一定范围内通过对天线垂直度 俯仰角 的调节 可以达到改善小区覆盖质量的目的 这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段 主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度 水平平面的半功率角 H PlaneHalfPowerbeamwidth 45 60 90 等 定义了天线水平平面的波束宽度 角度越大 在扇区交界处的覆盖越好 但当提高天线倾角时 也越容易发生波束畸变 形成越区覆盖 角度越小 在扇区交界处覆盖越差 提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖 而且相对而言 不容易产生对其他小区的越区覆盖 在市中心基站由于站距小 天线倾角大 应当采用水平平面的半功率角小的天线 郊区选用水平平面的半功率角大的天线 垂直平面的半功率角 V PlaneHalfPowerbeamwidth 48 33 15 8 定义了天线垂直平面的波束宽度 垂直平面的半功率角越小 偏离主波束方向时信号衰减越快 在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围 带反射板的二半波振子垂直阵列VerticalPlane垂直方向图 侧视图 反射板长度为L 两个半波振子 两个半波振子 带反射板 在垂直面上的配置 HorizontalPlane水平方向图 俯视图 VerticalPlane垂直方向图 侧视图 增益 Gain 天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力 它是选择基站天线最重要的参数之一 一般来说 增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度 而在水平面上保持全向的辐射性能 天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要 因为它决定蜂窝边缘的信号电平 增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围 或者在确定范围内增大增益余量 任何蜂窝系统都是一个双向过程 增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量 另外 表征天线增益的参数有dBd和dBi dBi是相对于点源天线 全向天线 的增益 在各方向的辐射是均匀的 dBd相对于对称阵子 偶极子 天线的增益dBi dBd 2 15 相同的条件下 增益越高 电波传播的距离越远 一般地 GSM定向基站的天线增益为18dBi 全向的为11dBi 天线增益的若干近似计算公式 1 天线主瓣宽度越窄 增益越高 对于一般天线 可用下式估算其增益 G dBi 10Lg 32000 2 3dB E 2 3dB H 式中 2 3dB E与2 3dB H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度 32000是统计出来的经验数据 2 对于抛物面天线 可用下式近似计算其增益 G dBi 10Lg 4 5 D 0 2 式中 D为抛物面直径 0为中心工作波长 4 5是统计出来的经验数据 3 对于直立全向天线 有近似计算式G dBi 10Lg 2L 0 式中 L为天线长度 0为中心工作波长 单位换算 dBmdBi dBddBdBc dBm dBm是一个考征功率绝对值的值 计算公式为 10lgP 功率值 1mw 例1 如果发射功率P为1mw 折算为dBm后为0dBm 例2 对于40W的功率 按dBm单位进行折算后的值应为 10lg 40W 1mw 10lg 40000 10lg4 10lg10 10lg1000 46dBm dBi dBd dBi和dBd是考征增益的值 功率增益 两者都是一个相对值 但参考基准不一样 dBi的参考基准为全方向性天线 dBd的参考基准为偶极子天线 所以两者略有不同 一般认为 表示同一个增益 用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2 15 即dBi dBd 2 15 例3 对于一面增益为16dBd的天线 其增益折算成单位为dBi时 则为18 15dBi 一般忽略小数位 为18dBi 例4 0dBd 2 15dBi 例5 GSM900天线增益可以为13dBd 15dBi GSM1800天线增益可以为15dBd 17dBi dB dB是一个表征相对值的值 当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时 按下面计算公式 10lg 甲功率 乙功率 例6 甲功率比乙功率大一倍 那么10lg 甲功率 乙功率 10lg2 3dB 也就是说 甲的功率比乙的功率大3dB 例7 7 8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3 9dB 例8 如果甲的功率为46dBm 乙的功率为40dBm 则可以说 甲比乙大6dB 例9 如果甲天线为12dBd 乙天线为14dBd 可以说甲比乙小2dB dBc dBc 它也是一个表示功率相对值的单位 与dB的计算方法完全一样 一般来说 dBc是相对于载波 Carrier 功率而言 在许多情况下 用来度量与载波功率的相对值 如用来度量干扰 同频干扰 互调干扰 交调干扰 带外干扰等 以及耦合 杂散等的相对量值 在采用dBc的地方 原则上也可以使用dB替代 dB只是表示一个比值 并不是功率增益的单位 输入阻抗 Impedance 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值 天线与馈线的连接 最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗 这时馈线终端没有功率反射 馈线上没有驻波 天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓 天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量 使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗 匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数 行波系数 驻波比和回波损耗 四个参数之间有固定的数值关系 使用那一个纯出于习惯 在我们日常维护中 用的较多的是驻波比和回波损耗 一般移动通信天线的输入阻抗为50 75 120 电压驻波比 VSWR 驻波比 它是行波系数的倒数 其值在1到无穷大之间 驻波比为1 表示完全匹配 驻波比为无穷大表示全反射 完全失配 在移动通信系统中 一般要求驻波比小于1 5 但实际应用中VSWR应小于1 2 过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大 影响基站的服务性能 回波损耗 它是反射系数绝对值的倒数 以分贝值表示 回波损耗的值在0dB的到无穷大之间 回波损耗越大表示匹配越差 回波损耗越大表示匹配越好 0表示全反射 无穷大表示完全匹配 在移动通信系统中 一般要求回波损耗大于14dB 驻波比 回波损耗对照表 回波损耗 驻波比 算法 当馈线和天线匹配时 馈线上没有反射波 只有入射波 即馈线上传输的只是向天线方向行进的波 这时 馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等 馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗 而当天线和馈线不匹配时 也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时 负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量 而不能全部吸收 未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波 例如 在下图中 由于天线与馈线的阻抗不同 一个为75ohms 一个为50ohms 阻抗不匹配 其结果是 这里的反射损耗为10Lg 10 0 4 14dB 输入功率 10W 前后比 Front BackRatio 表明了天线对后瓣抑制的好坏 选用前后比低的天线 天线的后瓣有可能产生越区覆盖 导致切换关系混乱 产生掉话 一般在25 30dB之间 应优先选用前后比为30的天线 判断题 天线前后比越大方向性越好 天线前后比越大增益越大 极化方式 所谓天线的极化 就是指天线辐射时形成的电场强度方向 当电场强度方向垂直于地面时 此电波就称为垂直极化波 当电场强度方向平行于地面时 此电波就称为水平极化波 由于电波的特性 决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流 极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减 而垂直极化方式则不易产生极化电流 从而避免了能量的大幅衰减 保证了信号的有效传播 因此 在移动通信系统中 一般均采用垂直极化的传播方式 另外 随着新技术的发展 最近又出现了一种双极化天线 就其设计思路而言 一般分为垂直与水平极化和 45 极化两种方式 性能上一般后者优于前者 因此目前大部分采用的是 45 极化方式 双极化天线组合了 45 和 45 两副极化方向相互正交的天线 并同时工作在收发双工模式下 大大节省了每个小区的天线数量 同时由于 45 为正交极化 有效保证了分集接收的良好效果 其极化分集增益约为5dB 比单极化天线提高约2dB 天线的极化分类 天线向周围空间辐射电磁波 电磁波由电场和磁场构成 人们规定 电场的方向就是天线极化方向 一般使用的天线为单极化的 下图示出了天线四种基本的单极化的情况 垂直极化 是最常用的 水平极化 也是要被用到的 45 极化与 45 极化 它们仅仅在特殊场合下使用 垂直极化 水平极化 45 极化 45 极化 双极化天线 把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起 或者 把 45 极化和 45 极化两种极化的天线组合在一起 就构成了一种新的天线 双极化天线 下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线 注意 双极化天线有两个接头 双极化天线辐射 或接收 两个极化在空间相互正交 垂直 的波 V H 垂直 水平 型双极化 45 45 型双极化 极化损失 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收 水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收 而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时 接收到的信号都会变小 也就是说 发生极化损失 例如 当用 45 极化天线接收垂直极化或水平极化波时 或者 当用垂直极化天线接收 45 极化或 45 极化波时 等等情况下 都要产生极化损失 用圆极化天线接收任一线极化波 或者 用线极化天线接收任一圆极化波 等等情况下 也必然发生极化损失 只能接收到来波的一半能量 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时 例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波 或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时 天线就完全接收不到来波的能量 这种情况下极化损失为最大 称极化完全隔离 天线的工作频率范围 频带宽度 无论是发射天线还是接收天线 它们总是在一定的频率范围 频带宽度 内工作的 天线的频带宽度有两种不同的定义 一种是指 在驻波比SWR 1 5条件下 天线的工作频带宽度 一种是指 天线增益下降3分贝范围内的频带宽度 在移动通信系统中 通常是按前一种定义的 具体的说 天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR不超过1 5时 天线的工作频率范围 一般说来 在工作频带宽度内的各个频率点上 天线性能是有差异的 但这种差异造成的性能下降是可以接受的 天线的工作频带宽度是实际应用中选择天线的重要指标之一 移动通信天线介绍和应用 移动通信天线的技术发展很快 最初中国主要使用普通的定向和全向型移动天线 后来普遍使用机械天线 现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线 由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率 增益和前后比等指标差别不大 都符合网络指标要求 我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面 对上述几种天线进行分析比较 全向天线 全向天线 即在水平方向图上表现为360 都均匀辐射 也就是平常所说的无方向性 在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束 一般情况下波瓣宽度越小 增益越大 全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型 覆盖范围大 定向天线 定向天线 在水平方向图上表现为一定角度范围辐射 也就是平常所说的有方向性 在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束 同全向天线一样 波瓣宽度越小 增益越大 定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型 覆盖范围小 用户密度大 频率利用率高 根据组网的要求建立不同类型的基站 而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线 选择的依据就是上述技术参数 比如全向站就是采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线 而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线 一般在市区选择水平波束宽度B为65 的天线 在郊区可选择水平波束宽度B为65 90 或120 的天线 按照站型配置和当地地理环境而定 而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的 机械天线 所谓机械天线 即指使用机械调整下倾角度的移动天线 机械天线与地面垂直安装好以后 如果因网络优化的要求 需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现 在调整过程中 虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化 但天线垂直分量和水平分量的幅值不变 所以天线方向图容易变形 实践证明 机械天线的最佳下倾角度为1 5 当下倾角度在5 10 变化时 其天线方向图稍有变形但变化不大 当下倾角度在10 15 变化时 其天线方向图变化较大 当机械天线下倾15 后 天线方向图形状改变很大 从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形 这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短 但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内 在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号 从而造成严重的系统内干扰 基站天线下倾角一般为4 8 最大不超过12 另外 在日常维护中 如果要调整机械天线下倾角度 整个系统要关机 不能在调整天线倾角的同时进行监测 机械天线调整天线下倾角度非常麻烦 一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整 机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值 同实际最佳下倾角度有一定的偏差 机械天线调整倾角的步进度数为1 三阶互调指标为 120dBc 电调天线 所谓电调天线 即指使用电子调整下倾角度的移动天线 电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位 改变垂直分量和水平分量的幅值大小 改变合成分量场强强度 从而使天线的垂直方向性图下倾 由于天线各方向的场强强度同时增大和减小 保证在改变倾角后天线方向图变化不大 使主瓣方向覆盖距离缩短 同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰 实践证明 电调天线下倾角度在1 5 变化时 其天线方向图与机械天线的大致相同 当下倾角度在5 10 变化时 其天线方向图较机械天线的稍有改善 当下倾角度在10 15 变化时 其天线方向图较机械天线的变化较大 当机械天线下倾15 后 其天线方向图较机械天线的明显不同 这时天线方向图形状改变不大 主瓣方向覆盖距离明显缩短 整个天线方向图都在本基站扇区内 增加下倾角度 可以使扇区覆盖面积缩小 但不产生干扰 这样的方向图是我们需要的 因此采用电调天线能够降低呼损 减小干扰 另外 电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整 实时监测调整的效果 调整倾角的步进精度也较高 为0 1 因此可以对网络实现精细调整 电调天线的三阶互调指标为 150dBc 较机械天线相差30dBc 有利于消除邻频干扰和杂散干扰 双极化天线 双极化天线是一种新型天线技术 组合了 45 和 45 两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下 因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量 一般GSM数字移动通信网的定向基站 三扇区 要使用9根天线 每个扇形使用3根天线 空间分集 一发两收 如果使用双极化天线 每个扇形只需要1根天线 同时由于在双极化天线中 45 的极化正交性可以保证 45 和 45 两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求 30dB 因此双极化天线之间的空间间隔仅需20 30cm 另外 双极化天线具有电调天线的优点 在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样 可以降低呼损 减小干扰 提高全网的服务质量 如果使用双极化天线 由于双极化天线对架设安装要求不高 不需要征地建塔 只需要架一根直径20cm的铁柱 将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可 从而节省基建投资 同时使基站布局更加合理 基站站址的选定更加容易 移动通信天线选择 对于天线的选择 我们应根据自己移动网的覆盖 话务量 干扰和网络服务质量等实际情况 选择适合本地区移动网络需要的移动天线 在基站密集的高话务地区 应该尽量采用双极化天线和电调天线 在边 郊等话务量不高 基站不密集地区和只要求覆盖的地区 可以使用传统的机械天线 我国目前的移动通信网在高话务密度区的呼损较高 干扰较大 其中一个重要原因是机械天线下倾角度过大 天线下倾角度过大 天线方向图严重变形 要解决高话务区的容量不足 必须缩短站距 加大天线下倾角度 但是使用机械天线 下倾角度大于5 时 天线方向图就开始变形 超过10 时 天线方向图严重变形 因此采用机械天线 很难解决用户高密度区呼损高 干扰大的问题 因此建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线 替换下来的机械天线可以安装在农村 郊区等话务密度低的地区 室内分布常用天线举例 定向板状天线栅状 格 抛物面天线八木天线室内全向吸顶天线室内壁挂天线微波传输天线伪装天线 基站用900M板状天线技术参数 电性能 900MHz 技术参数 英文 性能指标增益 Gain 16dBi频率范围 FrequencyRange 870 960MHz双极化 PolarisationDualSlant 45 端口隔离度 Isolationbetweenports 330dB水平平面 3dB功率角 HorizontalPlane 3dBPowerBeamwidth 65 垂直平面 3dB功率角 VerticalPlane 3dBPowerBeamwidth 8 水平面 10dB功率角 HorizontalPlane 10dBPowerBeamwidth 125 阻抗 Impedance 50Ohm回波损耗 ReturnLoss 870 960MHz316dB前后比 FronttoBackRatio 325dB端口最大输入功率 MaxInputPowerperport 150W电调下倾角度 ElectricalDowntilt 1to10 电调下倾角度精确度 DowntiltSettingAccuracy 0 5 定向板状天线 无论是GSM还是CDMA 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线 这种天线的优点是 增益高 扇形区方向图好 后瓣小 垂直面方向图俯角控制方便 密封性能可靠以及使用寿命长 板状天线也常常被用作为直放站的用户天线 根据作用扇形区的范围大小 应选择相应的天线型号 基站用1800M板状天线技术参数 电性能 1800MHz 增益 Gain 16dBi频率范围 FrequencyRange 1710 1880MHz双极化 PolarisationDualSlant 45 端口隔离度 Isolationbetweenports 330dB水平平面 3dB功率角 HorizontalPlane 3dBPowerBeamwidth 65 垂直平面 3dB功率角 VerticalPlane 3dBPowerBeamwidth 8 水平面 10dB功率角 HorizontalPlane 10dBPowerBeamwidth 120 阻抗 Impedance 50Ohm回波损耗 ReturnLoss 870 960MHz314dB前后比 FronttoBackRatio 325dB 端口最大输入功率 MaxInputPowerperport 125W电调下倾角度 ElectricalDowntilt 1to10 电调下倾角度精确度 DowntiltSettingAccuracy 0 5 电性能 一般 连接器类型 ConnectorsType 7 16DIN Noptional机械性能高度Height2258mm宽度Width400mm深度Depth139mm额定风速度 RatedWindSpeed 200km hrThrustatWindSpeedof160km hrkgf175重量 除安装机架 Weight excludingmountingbrackets TBOutlineDrawingNoMK105kg 栅状抛物面天线 从性能价格比出发 人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线 由于抛物面具有良好的聚焦作用 所以抛物面天线集射能力强 直径为1 5m的栅状抛物面天线 在900兆频段 其增益即可达G 20dBi 它特别适用于点对点的通信 例如它常常被选用为直放站的施主天线 抛物面采用栅状结构 一是为了减轻天线的重量 二是为了减少风的阻力 抛物面天线一般都能给出不低于30dB的前后比 这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标 栅格抛物面天线技术参数 电指标 频率范围 MHz 870 960增益 dBi 18 5驻波比23dB接头N Female雷电防护直流接地 机械指标 尺寸 L D mm 1200重量 Kg 12支架重量 Kg 2 8调整范围水平360 俯仰0 15 抱杆直径 mm60 114抗风速 Km h 241 八木定向天线 八木定向天线 具有增益较高 结构轻巧 架设方便 价格便宜等优点 因此 它特别适用于点对点的通信 例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型 八木定向天线的单元数越多 其增益越高 通常采用6 12单元的八木定向天线 其增益可达10 15dB 技术指标频率范围 450 470MHz驻波比 1 5增益 11dBi波瓣宽度 水平面 61 垂直面 50 前后比 15dB阻抗 50 最大输入功率 100W雷电保护 直流接地机械指标接头 TNC阳头接头位置 底部 15米电缆天线长度 775mm天线重量 1 1kg抗风能力 210km h环境温度 40 60 环境湿度 5 95 室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧 外型美观 安装方便等优点 现今市场上见到的室内吸顶天线 外形花色很多 但其内芯的购造几乎都是一样的 这种吸顶天线的内部结构 虽然尺寸很小 但由于是在天线宽带理论的基础上 借助计算机的辅助设计 以及使用网络分析仪进行调试 所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求 按照国家标准 在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR 2 当然 能达到VSWR 1 5更好 顺便指出 室内吸顶天线属于低增益天线 一般为G 2 3dBi 吸顶天线技术参数 主要参数 技术指标频率范围FrequencyRang824 960 MHz 1710 2500 MHz 输入阻抗Impedance50 增益Gain3 dBi 驻波比系数VSWR 1 5功率容量MaximumPower50 w 半功率波束HPBW360度极化方式Polarization过难关垂直极化接口形式ConnectorTypeN K直径Diameter 248 mm 高度Height0 075 m 重量Weight0 5 kg 室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧 外型美观 安装方便等优点 现今市场上见到的室内吸顶天线 外形花色很多 但其内芯的购造几乎也都是一样的 这种壁挂天线的内部结构 属于空气介质型微带天线 由于采用了展宽天线频宽的辅助结构 借助计算机的辅助设计 以及使用网络分析仪进行调试 所以能较好地满足了工作宽频带的要求 顺便指出 室内壁挂天线具有一定的增益 约为G 7dBi 壁挂天线技术参数 技术参数频率范围 824 960 1710 2500增益dBi 7水平面波瓣宽度 70 垂直面波瓣宽度 58 电压驻波比 1 5输入阻抗 50极化方式 垂直最大功率W 50接头型号 N K型天线尺寸mm 205X176X45重量kg 0 3安装方式 壁挂式 伪装天线举例 移动通信系统天线安装规范 由于移动通信的迅猛发展 目前全国许多地区存在多网并存的局面 即A B G三网并存 其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800 为充分利用资源 实现资源共享 我们一般采用天线共塔的形式 这就涉及到天线的正确安装问题 即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响 在工程中我们一般用隔离度指标来衡量 通常要求隔离度应至少大于30dB 为满足该要求 常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法 实践证明 在天线间距相同时 垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度 天线安装应注意的几个问题 1 定向天线的塔侧安装 为减少天线铁塔对天线方向性图的影响 在安装时应注意 定向天线的中心至铁塔的距离为 4或3 4时 可获得塔外的最大方向性 2 全向天线的塔侧安装 为减少天线铁塔对天线方向性图的影响 原则上天线铁塔不能成为天线的反射器 因此在安装中 天线总应安装于棱角上 且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于 3 多天线共塔 要尽量减少不同网收发信天线之间的耦合作用和相互影响 设法增大天线相互之间的隔离度 最好的办法是增大相互之间的距离 天线共塔时 应优先采用垂直安装 4 对于传统的单极化天线 垂直极化 由于天线之间 RX TX TX TX 的隔离度 30dB 和空间分集技术的要求 要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离 一般垂直距离约为50cm 水平距离约为4 5m 这时必须增加基建投资 以扩大安装天线的平台 而对于双极化天线 45 极化 由于 45 的极化正交性可以保证 45 和 45 两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求 30dB 因此双极化天线之间的空间间隔仅需20 30cm 移动基站可以不必兴建铁塔 只需要架一根直径20cm的铁柱 将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可 小结 离开铁塔平台距离 1M 天线间距 同一小区分集接收天线 3M 全向天线水平间距 4M 定向天线水平间距 2 5M 不同平台天线垂直间距 1M 收发天线除说明书特别指明不可倒置安置 处于避雷针保护范围内 天线方位 对于定向天线 第一扇区北偏东60度 第二扇区正南方向 第三扇区北偏西60度 天线倾角 保证天线实际倾角符合SE设计要求 误差小于2度 天线垂直度 除有天线倾角的基站外 保证天线的垂直度不大于2度 移动通信系统天线参数调整 天线高度的调整天线俯仰角的调整天线方位角的调整天线位置的优化调整 天线高度的调整 天线高度直接与基站的覆盖范围有关 一般来说 我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响 一是天线所发直射波所能达到的最远距离 二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉 900MHz移动通信是近地表面视线通信 天线所发直射波所能达到的最远距离 S 直接与收发信天线的高度有关 具体关系式可简化如下 S 2R H h 其中 R 地球半径 约为6370km H 基站天线的中心点高度 h 手机或测试仪表的天线高度 由此可见 基站无线信号所能达到的最远距离 即基站的覆盖范围 是由天线高度决定的 GSM网络在建设初期 站点较少 为了保证覆盖 基站天线一般架设得都较高 随着近几年移动通信的迅速发展 基站站点大量增多 在市区已经达到大约500m左右为一个站 在这种情况下 我们必须减小基站的覆盖范围 降低天线的高度 否则会严重影响我们的网络质量 其影响主要有以下几个方面 a 话务不均衡 基站天线过高 会造成该基站的覆盖范围过大 从而造成该基站的话务量很大 而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖 话务量较小 不能发挥应有作用 导致话务不均衡 b 系统内干扰 基站天线过高 会造成越站无线干扰 主要包括同频干扰及邻频干扰 引起掉话 串话和有较大杂音等现象 从而导致整个无线通信网络的质量下降 c 孤岛效应 孤岛效应是基站覆盖性问题 当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时 由于水面或山峰的反射 使基站在原覆盖范围不变的基础上 在很远处出现 飞地 而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到 这样就造成 飞地 与相邻基站之间没有切换关系 飞地 因此成为一个孤岛 当手机占用上 飞地 覆盖区的信号时 很容易因没有切换关系而引起掉话 天线俯仰角的调整 天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情 选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分 从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小 另外 选择合适的覆盖范围 使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同 同时加强本覆盖区的信号强度 在目前的移动通信网络中 由于基站的站点的增多 使得我们在设计市区基站的时候 一般要求其覆盖范围大约为500M左右 而根据移动通信天线的特性 如果不使天线有一定的俯仰角 或俯仰角偏小 的话 则基站的覆盖范围是会远远大于500M的 如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大 从而导致小区与小区之间交插覆盖 相邻切换关系混乱 系统内频率干扰严重 另一方面 如果天线的俯仰角偏大 则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小 导致小区之间的信号盲区或弱区 同时易导致天线方向图形状的变化 如从鸭梨形变为纺锤形 从而造成严重的系统内干扰 因此 合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证 一般来说 俯仰角的大小可以由以下公式推算 arctg h R A 2其中 天线的俯仰角h 天线的高度R 小区的覆盖半径A 天线的垂直平面半功率角上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的 在实际的调整工作中 一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1 2度 使信号更有效地覆盖在本小区之内 天线方位角的调整 天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要 一方面 准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同 保证整个网络的运行质量 另一方面 依据话务量或网络存在的具体情况对方位角进行适当的调整 可以更好地优化现有的移动通信网络 根据理想的蜂窝移动通信模型 一个小区的交界处 这样信号相对互补 与此相对应 在现行的GSM系统 主要指ERICSSON设备 中 定向站一般被分为三个小区 即 A小区 方位角度0度 天线指向正北 B小区 方位角度120度 天线指向东南 C小区 方位角度240度 天线指向西南 在GSM建设及规划中 我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整 这也是天线安装的重要标准之一 如果方位角设置与之存在偏差 则易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符 导致基站的覆盖范围不合理 从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰 但在实际的GSM网络中 一方面 由于地形的原因 如大楼 高山 水面等 往往引起信号的折射或反射 从而导致实际覆盖与理想模型存在较大的出入 造成一些区域信号较强 一些区域信号较弱 这时我们可根据网络的实际情况 对所地应天线的方位角进行适当的调整 以保证信号较弱区域的信号强度 达到网络优化的目的 另一方面 由于实际存在的人口密度不同 导致各天线所对应小区的话务不均衡 这时我们可通过调整天线的方位角 达到均衡话务量的目的 当然 在一般情况下我们并不赞成对天线的方位角进行调整 因为这样可能会造成一定程度的系统内干扰 但在某些特殊情况下 如当地紧急会议或大型公众活动等 导致某些小区话务量特别集中 这时我们可临时对天线的方位角进行调整 以达到均衡话务 优化网络的目的 另外 针对郊区某些信号盲区或弱区 我们亦可通过调整天线的方位角达到优化网络的目的 这时我们应辅以场强测试车对周围信号进行测试 以保证网络的运行质量 天线位置的优化调整 由于后期工程 话务分布以及无线传播环境的变化 在优化中我们曾遇到一些基站很难通过天线方位角或倾角的调整达到改善局部区域覆盖 提高基站利用率 为此就需要进行基站搬迁 换句话说也就是基站重新选点过程 下文摘录了我们平时做规划时的一些经验 1 基站初始布局 基站布局主要受场强覆盖 话务密度分布和建站条件三方面因素的制约 对于一般大中城市来说 场强覆盖的制约因素已经很小 主要受话务密度分布和建站条件两个因素的制约较大 基站布局的疏密要对应于话务密度分布情况 但是 目前对大中城市市区还作不到按街区预测话务密度 因此 对市区可按照 a 繁华商业区 b 宾馆 写字楼 娱乐场所集中区 c 经济技术开发区 住宅区 d 工业区及文教区 等进行分类 一般来说 a b 类地区应设最大配置的定向基站 如8 8 8站型 站间距在0 6 1 6km c 类地区也应设较大配置的定向基站 如6 6 6站型或4 4 4站型 基站站间距取1 6 3km d 类地区一般可设小规模定向基站 如2 2 2站型 站间距为3 5km 若基站位于城市边缘或近郊区 且站间距在5km以上 可设以全向基站 上几类地区内都按用户均匀分布要求设站 郊县和主要公路 铁路覆盖一般可设全向或二小区基站 站间距离5km 20km左右 结合当地地形和城市发展规划进行基站布局 a 基站布局要结合城市发展规划 可以适度超前 b 有重要用户的地方应有基站覆盖 c 市内话务量 热点 地段增设微蜂窝站或增加载频配置 d 大型商场宾馆 地铁 地下商场 体育场馆如有必要用微蜂窝或室内分布解决 e 在基站容量饱和前 可考虑采用GSM900 1800双频解决方案 2 站址选择与勘察 在完成基站初始布局以后 网络规划工程师要与建设单位以及相关工程设计单位一起 根据站点布局图进行站址的选择与勘察 市区站址在初选中应作到房主基本同意用作基站 初选完成之后 由网络规划工程师 工程设计单位与建设单位进行现场查勘 确定站址条件是否满足建站要求 并确定站址方案 最后由建设单位与房主落实站址 选址要求如下 交通方便 市电可靠 环境安全及占地面积小 在建网初期设站较少时 选择的站址应保证重要用户和用户密度大的市区有良好的覆盖 在不影响基站布局的前提下 应尽量选择现有电信枢纽楼 邮电局或微波站作为站址 并利用其机房 电源及铁塔等设施 避免在大功率无线发射台附近设站 如雷达站 电视台等 如要设站应核实是否存在相互干扰 并采取措施防止相互干扰 避免在高山上设站 高山站干扰范围大 影响频率复用 在农村高山设站往往对处于小盆地的乡镇覆盖不好 避免在树林中设站 如要设站 应保持天线高于树顶 市区基站中 对于蜂窝区 R 1 3km 基站宜选高于建筑物平均高度但低于最高建筑物的楼房作为站址 对于微蜂窝区基站则选低于建筑物平均高度的楼房设站且四周建筑物屏蔽较好 市区基站应避免天线前方近处有高大楼房而造成障碍或反射后干扰其后方的同频基站 避免选择今后可能有新建筑物影响覆盖区或同频干扰的站址 市区两个网络系统的基站尽量共址或 近选址 选择机房改造费低 租金少的楼房作为站址 如有可能应选择本部门的局 站机房 办公楼作为站 链路及空间无线传播损耗计算 链路预算各类损耗的确定无线传播特性常用的两种电波传播模型参考覆盖标准 链路预算 上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落 在蜂窝通信中 为了确定有效覆盖范围 必须确定最大路径衰落 或其他限制因数 在上行链路 从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度 对下行链路来说 从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率 通过优化上下行之间的平衡关系 能够使小区覆盖半径内 有较好的通信质量 一般是通过利用基站资源 改善网络中每个小区的链路平衡 上行或下行 从而使系统工作在最佳状态 最终也可以促使切换和呼叫建立期间 移动通话性能更好 图5 01是一基站链路损耗计算 可作为参考 图5 01 上下行链路平衡的计算 对于实现双向通信的GSM系统来说 上下行链路平衡是十分重要的 是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素 也关系到小区的实际覆盖范围 下行链路 DownLink 是指基站发 移动台接收的链路 上行链路 UpLink 是指移动台发 基站接收的链路 上下行链路平衡的算法如下 下行链路 用dB值表示 PinMS PoutBTS LduplBTS LpBTS GaBTS Cori GaMS GdMS LslantBTS LPdown式中 PinMS为移动台接收到的功率 PoutBTS为BTS的输出功率 LduplBTS为合路器 双工器等的损耗 LpBTS为BTS的天线的馈缆 跳线 接头等损耗 GaBTS为基站发射天线的增益 Cori为基站天线的方向系数 GaMS为移动台接收天线的增益 GdMS为移动台接收天线的分集增益 LslantBTS为双极化天线的极化损耗 LPdown为下行路径损耗 上行链路 用dB值表示 PinBTS PoutMS LduplBTS LpBTS GaBTS Cori GaMS GdBTS LPup Gta 式中 PinBTS为基站接收到的功率 PoutMS为移动台的输出功率 LduplBTS为合路器 双工器等的损耗 LpBTS为BTS的天线的馈缆 跳线 接头等损耗 GaBTS为基站接收天线的增益 Cori为基站天线的方向系数 GaMS为移动台发射天线的增益 GdBTS为基站接收天线的分集增益 Gta为使用塔放的情况下 由此带来的增益 LPup为上行路径损耗 根据互易定理 即对于任一移动台位置 上行路损等于下行路损 即 LPdown LPup设系统余量为DL 移动台的恶化量储备为DNMS 基站的恶化量储备为DNBTS 移动台的接收机灵敏度为MSsense 基站的接收机灵敏度为BTSsense Lother为其它损耗 如建筑物贯穿损耗 车内损耗 人体损耗等 于是 对于覆盖区内任一点 应满足 PinMS DL DNMS Lother MSsensePinBTS DL DNMS Lother BTSsense上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率 使得覆盖区边界上的点 离基站最远的点 满足 PinMS DL DNMS Lother MSsense于是 得到了基站的最大发射功率的计算公式 PoutBTS MSsense BTSsense PoutMS GdBTS GdMS LslantBTS Gta DNMS DNBTS 各类损耗的确定 建筑物的贯穿损耗人体损耗车内损耗馈线损耗 建筑物的贯穿损耗 建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减 它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差 建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构 门窗的种类和大小 楼层有很大关系 贯穿损耗随楼层高度的变化 一般为 2dB 层 因此 一般都考虑一层 底层 的贯穿损耗 下面是一组针对900MHz频段 综合国外测试结果的数据 中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物 贯穿损耗中值为10dB 标准偏差7 3dB 郊区同类建筑物 贯穿损耗中值为5 8dB 标准偏差8 7dB 大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物 贯穿损耗中值为18dB 标准偏差7 7dB 郊区同类建筑物 贯穿损耗中值为13 1dB 标准偏差9 5dB 大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物 贯穿损耗中值为27dB 由于我国的城市环境与国外有很大的不同 一般比国外同类名称要高8 10dB 对于1800MHz 虽然其波长比900MHz短 贯穿能力更大 但绕射损耗更大 因此 实际上 1800MHz的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大 GSM规范3 30中提到 城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB 农村为10dB 一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5 10dB 人体损耗 对于手持机 当位于使用者的腰部和肩部时 接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4 7dB和1 2dB 一般人体损耗设为3dB 车内损耗 金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视 尤其在经济发达的城市 人的一部分时间是在汽车中度过的 一般车内损耗为8 10dB 馈线损耗 在GSM900中经常使用的是7 8 的馈线 在1000MHz的情况下 每100米的损耗是4 3dB 在2000MHz的情况下 每100米的损耗则为6 46dB 多了2 16个dB 7dB 4dB 7 8普通馈线 11dB 7dB 1 2普通馈线 2000MHz 900MHz 频率 馈线型号 损耗 100米 无线传播特性 移动通信的传播如图5 02中的曲线所示 总体平均值随距离减弱 但信号电平经历快慢衰落的影响 慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射 使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化 若移动台在没有任何障碍物的环境下移动 则信号电平只与发射机的距离有关 所以通常某点信号电平是指几十米