第5章3G基站天馈系统介绍

1、第5章3G基站天馈系统介绍 基站天馈系统概况基站天馈系统概况 5.1 移动基站天线移动基站天线 5.2 移动通信用馈线移动通信用馈线 5.3 TD-SCDMA TD-SCDMA中的智能天线中的智能天线 5.4 第5章3G基站天馈系统介绍 基站天线参数调整基站天线参数调整 5.6 基站天线的分类与选型基站天线的分类与选型 5.5 常见射频器件常见射频器件 5.7 射频、光传输常用知识总结射频、光传输常用知识总结 5.8 第5章3G基站天馈系统介绍 【本章内容简介本章内容简介】 3G基站天馈系统在基站天馈系统在 很多方面和很多方面和2G类似，但是类似，但是3G基站天馈系统基站天馈系统 也有其特殊之

2、处，比如射频拉远、智能天也有其特殊之处，比如射频拉远、智能天 线等。线等。 第5章3G基站天馈系统介绍 本章先介绍移动通信的基站天馈系统，本章先介绍移动通信的基站天馈系统， 然后较详细地介绍各类天线的特点和参数然后较详细地介绍各类天线的特点和参数 调整，最后介绍基站工程中常用的射频和调整，最后介绍基站工程中常用的射频和 光传输知识。光传输知识。 【本章重点难点本章重点难点】 重点掌握天线的参重点掌握天线的参 数调整、射频和光传输知识。数调整、射频和光传输知识。 第5章3G基站天馈系统介绍 基站天馈系统是移动基站的重要组成基站天馈系统是移动基站的重要组成 部分，它主要完成下列功能：对来自发信部分

3、，它主要完成下列功能：对来自发信 机的射频信号进行传输、发射，建立基站机的射频信号进行传输、发射，建立基站 到移动台的下行链路；对来自移动台的上到移动台的下行链路；对来自移动台的上 行信号进行接收、传输，建立移动台到基行信号进行接收、传输，建立移动台到基 站的上行链路。站的上行链路。 第5章3G基站天馈系统介绍 基站天线系统的配置同网络规划紧密基站天线系统的配置同网络规划紧密 相关。相关。 网络规划决定了天线的布局、天线架网络规划决定了天线的布局、天线架 设高度、天线下倾角、天线增益以及分集设高度、天线下倾角、天线增益以及分集 接收方式等。接收方式等。 不同的覆盖区域、覆盖环境对天线系不同的覆

4、盖区域、覆盖环境对天线系 统的要求会有非常大的差异。统的要求会有非常大的差异。 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-1 5-1 基站天馈系统安装示意图基站天馈系统安装示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 天线作为无线通信不可缺少的一部分，天线作为无线通信不可缺少的一部分， 其基本功能是辐射和接收无线电波。其基本功能是辐射和接收无线电波。 发射时，把传输线中的高频电流转换发射时，把传输线中的高频电流转换 为电磁波；接收时，把电磁波转换为传输为电磁波；接收时，把电磁波转换为传输 线中的高频电流。线中的高频电流。 天线系统作为电磁波的收发部件，其天线系统作为电磁波的收发部件，其 功能示意图如功能示意图

5、如5-2所示。所示。 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-2 5-2 天线系统收发功能示意图天线系统收发功能示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 天线品种繁多，主要有下列几种分类天线品种繁多，主要有下列几种分类 方式：按工作性质可分为发射天线和接收方式：按工作性质可分为发射天线和接收 天线；按用途可分为通信天线、广播天线、天线；按用途可分为通信天线、广播天线、 电视天线、雷达天线等；按工作波长可分电视天线、雷达天线等；按工作波长可分 为超长波天线、长波天线、中波天线、短为超长波天线、长波天线、中波天线、短 波天线、超短波天线、微波天线等；按结波天线、超短波天线、微波天线等；按结 构形式和工作原理

6、可分为线天线、面天线构形式和工作原理可分为线天线、面天线 等。等。 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-3 5-3 天线天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-4 5-4 电磁波辐射示意图电磁波辐射示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 （1）输入阻抗（）输入阻抗（Impedance） （2）回波损耗（）回波损耗（Return Loss） （3）驻波比（）驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR） 第5章3G基站天馈系统介绍 （4）带宽（）带宽（bandwidth） （5）增益（）增益（gain） （6）方向图）方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-5 5-

7、5 回波损耗示意图回波损耗示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-6 35-6 3种常用天线增益比较种常用天线增益比较 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-7 5-7 半波振子天线方向图半波振子天线方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 （7）波瓣宽度（）波瓣宽度（beam-width） 图图5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D基站天线的水平和垂直方向图基站天线的水平和垂直方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 （8）极化方式（）极化方式（Polarisation） 图图5-9 5-9 天线单极化方式和双极化方式天线单极化方式和双极化

8、方式 第5章3G基站天馈系统介绍 （9）前后比（）前后比（front-back ratio） 图图5-10 5-10 天线前后比示意图天线前后比示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 1单极天线和对称振子天线单极天线和对称振子天线 图图5-11 5-11 单极天线和对称振子天线单极天线和对称振子天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-12 5-12 振子天线辐射方向图振子天线辐射方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-13 5-13 不同长度的对称振子天线的辐射方向图不同长度的对称振子天线的辐射方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-14 5-14 八木天线示意图八木天线示意图 第5章3

9、G基站天馈系统介绍 图图5-15 5-15 缝隙天线缝隙天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-16 5-16 几种常见喇叭天线几种常见喇叭天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-17 5-17 棱锥形喇叭天线的辐射方向图棱锥形喇叭天线的辐射方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-18 5-18 反射面天线反射面天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-19 5-19 微带天线的微带天线的4 4种形式种形式 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-20 5-20 矩形微带天线的典型方向图矩形微带天线的典型方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 1传输线传输线 （1）TEM波传输线波传输线 （2

10、）TE波和波和TM传输线传输线 （3）表面波传输线）表面波传输线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-21 5-21 几种常见波导结构几种常见波导结构 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-22 5-22 典型馈线的外观典型馈线的外观 第5章3G基站天馈系统介绍 1/21/2英寸馈线英寸馈线7/87/8英寸馈线英寸馈线 尺寸（尺寸（mmmm） 内导体外径内导体外径4.8mm4.8mm9mm9mm 外导体外径外导体外径13.7mm13.7mm24.7mm24.7mm 绝缘套外径绝缘套外径16mm16mm27.75mm27.75mm 特性阻抗（特性阻抗（ ）50501 150501 1 频率上限（频

11、率上限（GHzGHz）8855 一次最小弯曲半径一次最小弯曲半径70mm70mm120mm120mm 百米损耗（百米损耗（dBdB） 900MHz900MHz6.886.883.873.87 2 000MHz2 000MHz10.710.76.16.1 表表5-15-1移动通信馈线移动通信馈线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-23 85-23 8天线圆环阵智能天线以及辐射方向图天线圆环阵智能天线以及辐射方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 智能天线的基本思想是：智能天线是智能天线的基本思想是：智能天线是 利用用户空间位置的不同来区分不同用户，利用用户空间位置的不同来区分不同用户， 系统通过改

12、变各天线阵元的权重在空间形系统通过改变各天线阵元的权重在空间形 成方向性波束，天线以多个高增益窄波束成方向性波束，天线以多个高增益窄波束 动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方向动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方向 形成零陷，从而大大降低了系统的干扰，形成零陷，从而大大降低了系统的干扰， 提高了频谱利用率。提高了频谱利用率。 第5章3G基站天馈系统介绍 接收模式下，来自窄波束之外的信号接收模式下，来自窄波束之外的信号 被抑制；发射模式下，能使期望用户接收被抑制；发射模式下，能使期望用户接收 的信号功率最大，同时使窄波束照射范围的信号功率最大，同时使窄波束照射范围 以外的非期望用户受到的干扰最小。以

13、外的非期望用户受到的干扰最小。 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-24 85-24 8天线线阵智能天线以及辐射方向图天线线阵智能天线以及辐射方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 移动网络类型不同，基站天线的选择移动网络类型不同，基站天线的选择 也有不同的要求。也有不同的要求。 2G时代的时代的GSM，CDMA以及以及3G时代时代 的几种制式，不同制式对基站天线的带宽、的几种制式，不同制式对基站天线的带宽、 三阶互调等性能指标也有着不同的要求。三阶互调等性能指标也有着不同的要求。 第5章3G基站天馈系统介绍 现在应用的基站天线除了现在应用的基站天线除了TD-SCDMA 的智能天线有较大不同外，其

14、他网络制式的智能天线有较大不同外，其他网络制式 使用的天线基本结构相差不大。使用的天线基本结构相差不大。 智能天线由于前面已经有了较多介绍，智能天线由于前面已经有了较多介绍， 下面的内容没有再涉及。下面的内容没有再涉及。 第5章3G基站天馈系统介绍 在在GSM，GPRS，EDGE，CDMA2000， WCDMA等系统中使用的宏基站天线按定向性等系统中使用的宏基站天线按定向性 可分为全向和定向两种基本类型，按极化方式可分为全向和定向两种基本类型，按极化方式 又可分为单极化和双极化两种基本类型，按下又可分为单极化和双极化两种基本类型，按下 倾角调整方式又可分为机械式和电调式两种基倾角调整方式又可分

15、为机械式和电调式两种基 本类型。本类型。 第5章3G基站天馈系统介绍 1全向天线全向天线 2定向天线定向天线 3机械天线机械天线 4电调天线电调天线 5双极化天线双极化天线 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-25 5-25 电调天线原理示意图电调天线原理示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 基站天线的参数主要有高度、俯仰角、基站天线的参数主要有高度、俯仰角、 方位角、天线位置等几个方面，这些参数方位角、天线位置等几个方面，这些参数 对基站的电磁覆盖有决定性的影响。对基站的电磁覆盖有决定性的影响。 所以天线参数的调整在网络规划和网所以天线参数的调整在网络规划和网 络优化中具有很重要的意义。络优化

16、中具有很重要的意义。 第5章3G基站天馈系统介绍 图图5-26 5-26 天线覆盖距离计算示意图天线覆盖距离计算示意图 第5章3G基站天馈系统介绍 天线俯仰角是网络规划和优化中的一天线俯仰角是网络规划和优化中的一 个非常重要的事情。个非常重要的事情。 选择合适的俯仰角可以使天线至本小选择合适的俯仰角可以使天线至本小 区边界的电磁波与周围小区的电磁波能量区边界的电磁波与周围小区的电磁波能量 重叠尽量小，从而使小区间的信号干扰减重叠尽量小，从而使小区间的信号干扰减 至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使至最小；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，基站实际覆盖范围与预期

17、的设计范围相同， 同时加强本覆盖区的信号强度。同时加强本覆盖区的信号强度。 第5章3G基站天馈系统介绍 天线方位角对移动通信的网络质量非天线方位角对移动通信的网络质量非 常重要。常重要。 一方面，准确的方位角能保证基站的一方面，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。整，可以更好地优化现有的移动通信网络。 第5章3G基站天馈系统介绍 （1）基站初始布局

18、）基站初始布局 （2）站址选择与勘察）站址选择与勘察 第5章3G基站天馈系统介绍 射频器件可以分为有源和无源两大类，射频器件可以分为有源和无源两大类， 无源器件又根据实现原理分为微带型和腔无源器件又根据实现原理分为微带型和腔 体型两类，微带结构利用体型两类，微带结构利用1/4波长的微带线，波长的微带线， 腔体型利用谐振腔实现功能。腔体型利用谐振腔实现功能。 第5章3G基站天馈系统介绍 以下介绍一些常见的射频器件。以下介绍一些常见的射频器件。 （1）功放（）功放（power amplifier） （2）滤波器（）滤波器（filter） （3）衰减器（）衰减器（attenuator） （4）隔离器

19、（）隔离器（isolator） （5）环形器（）环形器（circulator） （6）功分器（）功分器（Power Splitter） 第5章3G基站天馈系统介绍 （7）耦合器（）耦合器（coupler） （8）3dB电桥电桥 （9）直流馈电器）直流馈电器 （10）负载（）负载（load） （11）转接头）转接头 （12）馈线（）馈线（Feeder Line） （13）天线（）天线（antenna） 第5章3G基站天馈系统介绍 1射频知识射频知识 （1）功率）功率/电平（电平（dBm） （2）增益（）增益（dB） （3）dBi和和dBd （4）dBc （5）天线增益（）天线增益（dB） （6）

20、天线方向图）天线方向图 第5章3G基站天馈系统介绍 （7）天线前后比）天线前后比 （8）插损）插损 （9）选择性）选择性 （10）3dB带宽带宽 （11）驻波比（回波损耗）驻波比（回波损耗） （12）互调）互调 第5章3G基站天馈系统介绍 （1）光功率）光功率 （2）光端机）光端机 （3）激光器）激光器 （4）光接收器）光接收器 （5）光耦合器）光耦合器 （6）波分复用器）波分复用器 （7）光衰减器）光衰减器 第5章3G基站天馈系统介绍 （8）光法兰头）光法兰头 （9）光纤）光纤 （10）光缆）光缆 （11）尾纤）尾纤 （12）跳线）跳线 第5章3G基站天馈系统介绍 在移动通信系统中，空间无线信号的在移动通信系统中，空间无线信号的 发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实 现的。现的。 因此，天馈系统对于移动通信网络来因此，天馈系