基站天线基本知识

基站天线基本知识及网络应用 3 内容提要 一 天馈系统及基站天线组成二 天线的性能指标三 电调天线的应用四 基站天线的选型五 基站天线的安装规范六 天馈系统常见问题与故障判断 天馈系统及基站天线组成 天馈系统及基站天线组成 1 2 射频电缆 跳线 跳线长度一般3 5米 一般两端DIN公头 7 8 射频电缆 主馈线 一般两端DIN母头 基站天线馈缆系统 天馈系统及基站天线组成 进入机柜的1 2跳线 避雷器 避雷器 来自室外天线的7 8主馈缆 1 2 跳线和主馈线的转接 进入机柜前转接1 2跳线 天馈系统及基站天线组成 RF电缆 1 2 50欧姆皱纹铜管同轴电缆 天馈系统及基站天线组成 RF电缆 1 2 电气性能指标 天馈系统及基站天线组成 RF电缆 1 2 电气性能指标 基站天线的组成 上端盖 外罩 下端盖 射频电缆接头 安装夹具 上夹具 安装夹具 下夹具 基站天线的组成 多频双极化天线900 1800800 900 1800 1900 3G 双极化电调天线 单极化天线 基站天线的组成 外罩 端盖 接头 双极化天线两个7 16DIN型接头 母头 所有天线都是母头 打开天线的外包装 我们看到天线外观结构 以典型的板状天线为例 天线有以下三个部分 天线罩端盖接头 基站天线的组成 电缆接头 7 16DIN型母头 7 16DIN型接头 公头 7 16DIN型公头 N型接头 公头 基站天线的组成 电缆接头 手动电调拉杆 旋钮 用于调整天线波束下倾角 7 16DIN接头 母头 上图为900 1800双频双极化电调天线 下图为800 900和1800 1900 3G五频双极化电调天线 共4个DIN射频母头和2个电调调节杆 基站天线的组成 天线外罩 UPVC材料天线外罩图 玻璃钢材料天线外罩图 UPVC材料特点 重量轻 耐水性好 耐候性强 适合于小尺寸天线外罩 玻璃钢材料特点 强度高 长期耐候性略逊于UPVC材料 适用于大尺寸天线外罩 基站天线的组成 天线内部结构 反射板 槽板 馈电网络 功率分配网络 辐射单元 振子 基站天线的组成 辐射单元 半波振子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 半波对称振子的增益为G 2 15dBi 它是构成高增益天线的基本辐射单元 基站天线的组成 辐射单元 天线基本辐射单元 其作用 1 发射状态 将来自射频电缆的电信号转变成空间的电磁波信号 2 接收状态 将空间电磁波信号转变成传输线中的信号 单极化对称振子 单极化微带贴片振子 双极化对称振子 作用 输入端口到振子能量传输 振子间幅度相位分配 阻抗匹配 空气微带线方案 电缆方案 空气带状线方案 基站天线的组成 功率分配网络 空气微带方案 网络幅度相位分配设计灵活 可进行振子 网络整体仿真 设计精度高 批量生产一致性好 基站天线的组成 功率分配网络 天线性能指标 天线性能指标 2 1 天线增益 天线是将传输线中的电磁能量有效地转化成自由空间的电磁波能量或将空间电磁波有效地转化成传输线中的电磁能的设备 天线是无源器件 所以仅仅起到能量转化作用而不能放大信号 那么我们所说的某天线的增益是18dBi 是指什么呢 天线增益 天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力 一般把天线在最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线 理想点源 均匀辐射场强E 相比 以功率密度增强的倍数定义为增益 即 单位是dBi i是各向同性 isotropic 的缩写 上式没有考虑天线的各种损耗 叫方向性系数 计入损耗天线增益即 是增益系数 是方向性系数和增益系数的乘积 注 另一种表示增益的单位是与理想半波振子的比较值 用dBd表示 d是振子 dipole 的缩写 由于半波振子的增益是2 15dB 所以dBi dBd 2 15 定义 天线增益 G 10log 4 1 6dBd 天线增益也可以按波束宽度来估算 工程上有如下经验公式 其中 e和 h分别是天线水平面和垂直面的半功率波束宽度 单位是 如水平面波束65 垂直面波束7 的定向天线 按上式计算增益为18dB 由此可见天线的增益越高 天线波束的就越窄 或反之波束越窄 天线增益越高 天线增益 2 2 天线电压驻波比 50 同轴电缆 输入功率10W 反射功率0 5W 天线驻波比是表示天线与基站 包括电缆 匹配程度的指标 它的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后未被全部辐射出去 产生反射波 迭加而成的 天线电压驻波比 由此可算出回波损耗 RL 10lg 10 0 5 13dB功率反射系数 2 0 5 10 0 05电压反射系数 0 2238驻波比定义为VSWR 1 1 1 57 一般要求天线的驻波比小于1 5 驻波比是越小越好 但考虑到天线制造成本和批量生产的一致性在工程使用中没有必要追求过小的驻波比 如右表所示 当天线的驻波比分别是1 5和1 35时 由上面的公式可计算出功率反射系数分别是4 和2 2 则由于反射引起的增益损失分别是0 18dB和0 1dB 天线电压驻波比 天线的极化 2 3 天线的极化 天线的极化 隔离度指的是两根或多根单极化天线或者一根双极化天线两个端口的不相关性隔离度指标保证了同扇区天线分集接收的性能 隔离度 隔离度 端口隔离度 10log 1000mW 1mW 30dB 对于多端口天线 端口隔离度是衡量各个端口之间互耦的重要指标 理论上要求各端口是独立的即无互耦的 工程实际中要求隔离度大于30dB 方向性图特性 天线的方向图特性包括 水平面 垂直面3dB波束宽度 前后比 下旁瓣零点填充和上旁瓣抑制 下倾角 方向性图特性 前后比 下旁瓣零点填充和上旁瓣抑制 为了减少对临近小区的干扰必须抑制上旁瓣电平 一般要求为 15dB 为了使覆盖特性更加均匀 减少盲区 下旁瓣零点必须填充 一般要求为18dB 方向性图 波束下倾角及下倾方式的比较 下倾角方式 机械下倾 固定电下倾 可调电下倾 遥控电下倾 10 电子下倾 6 电子下倾 4 机械下倾 10 机械下倾 电调天线简介 电调天线优势 电调天线基本原理 电调天线的各部件 天线 驱动器 RCU 中央控制单元 CCU 控制电缆 避雷器 便携式控制器 双塔放 DTMA T型头 电调天线的特点 兼顾手动和遥控电调 驱动器安装方便简易 可靠性高 电调天线的特点 可调范围宽 0 10 0 14 在进行角度调整时 选择更多 独立电子下倾角可调 双频或多频电调天线 具有良好的副瓣抑制特性 低上旁瓣可以减少越区干扰 800 900M双极化 1800 1900 3G双极化 电调天线的特点 软件协议及硬件设计严格遵循AISG标准目前 几乎所有电调天线系统都采用AISG协议 AISG是天线接口标准组织的简称 它是由KATHERIN等一些国际天线名牌厂家发起的一个天线标准行业组织 主要是起草有关电调天线硬件接口及软件协议等 以便各厂家生产的天线设备能统一监控和管理 各厂家做的产品在结构样式上各不相同 但如果都支持相同的控制协议 软件上一般都可以互联互通 兼容现有主流基站设备 提供USB与RS232接口与本地电脑通信 提供以太网 PPP接口与基站通信 本地控制与远程控制 多种灵活的远程控制解决方案 电调天线远程控制方案 无塔放远程控制解决方案 特点 1 三扇区控制信号通过串联方式连接 相对并联连接 节省合路器2 控制信号与射频信号分离 相对射频和控制信号共用的方式 多了一根AISG电缆 但是节省了2个T型头 同时射频信号与控制信号分离 可靠性更好 不会因为控制信号或T型头问题导致基站无法工作 电调天线远程控制方案 有塔放远程控制解决方案 特点 1 控制电缆和塔放连接 通过塔放内置T型头控制信号与射频信号合路2 射频和控制信号共用一根射频电缆 省了控制电缆 但是增加了2个T型头 电调天线的应用 基站天线的选型 五 基站天线的选型 人口密集的城区 为了保证容量需求 一般来讲基站的布局比较紧凑 这时首先需要考虑的是系统的干扰问题 而覆盖一般都可以保证 为了减少系统的干扰 通常采用增益比较低且水平波瓣角较小的定向天线 使其对其他基站的干扰降低到最小程度 基站天线的选型 城区基站天线选型三原则 原则一 选用天线水平半功率波束宽度小的天线 覆盖问题 重叠覆盖 频率干扰 推荐选用 水平半功率波束宽度65度的天线 原则二 中等增益 天线垂直面波束宽度宽 可以增强覆盖区内的覆盖效果 天线的体积重量变小 利于安装 降低成本 建议常用增益 15dBi 800 900MHz频段 18dBi 1800 1900MHz频段 原则三 尽量选择有固定电下倾天线或者选择电调天线 便于以后的网络优化 基站天线的选型 人口较少的城郊地区 为了保证覆盖以及对城区的干扰 通常不同的小区采用不同的定向天线 面向城区的小区 一般采用增益较小且水平波瓣角较小的天线 当和城区距离较远时可不用这样考虑 非面向城区的小区 一般采用增益较大的天线 基站天线的选型 郊区基站天线选型原则 可以根据实际情况选择水平半功率波束宽度为65度和90度的天线 当周围基站较少时 应该优先采用90度的天线 若周围基站分布较密 参考城区基站天线选型原则处理 考虑到将来的平滑扩容 一般不建议采用全向站型 MB900 90 17D 基站天线的选型 下倾角过大导致覆盖距离不够 例如 H 40米 天线下倾角设为6度 使用增益17dB和18dB的天线 垂直面半功率波束宽度分别为8 5度和7度 则S分别为1310米和916米 使用高增益天线应注意的问题 基站天线的选型 农村地区 话务量小 考虑的主要是覆盖问题 这时一般采用高增益的定向或全向天线 农村基站选型原则 覆盖要求低 话务量小地区采用全向天线 需要覆盖距离较远地区采用定向天线 采用的定向天线水平波束宽度建议采用90度 增益较高型号 若基站天线位置较高 需要覆盖的区域位置较低 考虑采用具有预置电下倾全向天线改善覆盖 基站天线的选型 1 双扇区型 两个区180 划分 可选择单极化 3dB波瓣宽度为90 最大增益为17 18dBi的定向天线 两天线背向 最大辐射方向各向高速路的一个方向 基站天线的选型 30 21D 2 采用高增益 窄波束双极化天线 如水平面波束宽度30度 最大增益为21dBi的定向天线 最大辐射方向指向高速路的一个方向 基站天线的安装规范 上夹具不能装反 否则无法调节下倾角 1 安装上夹具 基站天线的安装规范 2 安装下夹具 基站天线的安装规范 使用军用罗盘 指北针 来定位方位角 3 调节方位角 基站天线的安装规范 下倾角必须准确 在调节之前必须了解天线是否有内置下倾角 4 调节下倾角 基站天线的安装规范 5 接头拧紧 6 缠绕自溶胶泥和防水胶带 基站天线的安装规范 做完防水胶带的例子 基站天线的安装规范 夹具安装的螺钉都要拧紧 且按照要求的力矩操作 7 安装完毕 基站天线的安装规范 调节拉杆 从角度窗中观察到相应的下倾角 达到合适的角度后拧紧锁紧螺钉以固定 松开锁紧螺钉 8 手动电调天线下倾角的调节 电调天线增加了电下倾角的调节 有别于机械下倾 基站天线的安装规范 将驱动器探头伸入天线卡槽内 然后将驱动器旋转90度 使得驱动器标签和角度标尺在同一面 旋紧连接螺母 并在对接处缠上防水胶带 遥控电调和手动电调天线的接口是兼容的 按如图操作可安装遥控电调的驱动器 拉动拉杆 至角度最大 然后旋出拉杆 9 遥控电调天线驱动器的安装 基站天线的安装规范 安装完成 错误 不规范安装图例 天馈系统常见问题及解决方案 常见问题 驻波不良 覆盖效果不好 天馈系统常见问题及解决方案 初步判断个别现象 批量现象 导致问题的原因排除是天线问题还是馈线问题 天线是否有损坏 天线方位角设置是否正确 天线下倾角设置是否正确 天线型号选择是否合适 仪器使用方法是否正确 天线测试时是否受到其他干扰 天馈系统常见问题及解决方案 SiteMaster 频率驻波比测试故障定位测试频谱功能 天馈系统常见问题及解决方案 用户反映 某基站天线驻波超标测试仪器 Sitemaster测试方法 从连接主馈线的跳线处测试驻波比测试结果 A端口VSWR1 46B端口VSWR1 55摇动跳线驻波无明显变化 更换跳线驻波无变化结论 此根天线驻波比超标 需要更换 案例分析 案例1 天馈系统常见问题及解决方案 VSWR 1 35 VSWR 1 48 用户反映 某基站天线驻波超标 摇动天线口跳线 驻波变动较大 测试仪器 Sitemaster测试方法 从连接主馈线的跳线处测试驻波比测试结果 B2端口VSWR1 48 见右上图摇动跳线 观察驻波比变化 驻波变化较大并在某种状态达到合格指标 VSWR1 35 见右下图 案例分析 案例2 天馈系统常见问题及解决方案 更换跳线现象仍存在 结论 由于接头损坏 导致连接不稳定 驻波比超标 需更换天线 观察天线B2端口的接头 发现该接头已经损坏 偏斜 如下图 案例分析 案例2 天馈系统常见问题及解决方案 某国外用户反映全向天线在安装后出现大面积驻波告警现象 影响极大 类似的现象在国内多处基站上发现 案例分析 案例3 驻波比测量 天馈系统常见问题及解决方案 结论 不正确安装导致驻波比超标 天线辐射性能劣化 重新安装天线 上站观测 案例分析 案例3 故障点 安装抱杆超过了天线底端安装部位 超出的高度 天馈系统常见问题及解决方案 库房内测试 不满足测试条件 在无遮挡的开阔地测试 指标合格 某用户反映天线测试驻波比偏高 案例分析 案例4 天馈系统常见问题及解决方案 某用户反映在天馈巡检时发现