天馈系统选型和功率设计

1、天馈系统选型和功率设计目录1天馈系统产品的种类介绍31.1 天线31.2馈线81.3功率放大器91.4 避雷器101.5合路器101.6功分器111.7耦合器121.8防水材料122天馈系统的计算公式：133天馈系统的安装注意事项：134天馈系统的选择和功率设计：144.1无线网桥天馈系统的选择和功率设计144.1.1天线选择：144.1.2避雷器选择154.1.3功率放大器的选择174.1.4 功率分配器选择184.1.5 馈线选择194.2无线AP天馈系统的选择和功率设计204.2.1 天线204.2.2 合路器221天馈系统产品的种类介绍1.1 天线1.1.1天线基础概述天线是无线传输系

2、统中的关键装置之一。是辐射和接收无线电波的装置。是一种将导行波转换为空间波（发射），或将空间波转换为导行波（接收）的能量转换装置。凡是依靠空间无线电磁波传输信息的系统或设备都离不开天线。如大家熟悉的无线寻呼系统、移动电话系统（GSM，全球移动电话系统、GPRS，通用无线包业务、CDMA,码分多址）、GPS，全球定位系统、雷达及卫星通信等系统中，天线都是系统中必不可少的关键装置之一。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。可见，天线是发射和接收电磁波的一个

3、重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。 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。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的： 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；天线原理l 天线能量转换如下图： 图1.1 a 图1.1 b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

4、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，l 天线方向性l基本方向天线基本方向如下，垂直放置的半波对称振子形成具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.2.1 a）。图1.2.1 b 与图1.2.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.2.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.2.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。图1.

5、2.1 c图1.2.1 b图1.2.1 a加强方向性：使用干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。 采用反射面放在阵列的一边构成方向性天线。反射面l 波瓣宽度 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1.2.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（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）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 降 3dB - 3dBµã - 3dBµã

6、降 3dB l 天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。依据规定：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。下图示出了两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。 EE在实际使用时，相互通讯的无线设备的天线的极化方向要一致才能保证无线信号接受能力达到最好。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，天线就几乎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，在安装天线时要特别注意。有时在干扰严重的区域也可利用此特性避免干扰，增加同一地点的可安装无线设备的个数。1.1.2 微

7、波天线分类因为本公司的无线设备工作在2.42.4835Ghz 5.7255.850 Ghz 微波波段，所以下面仅对此波段的天线做介绍：按照天线的形状有以下几类天线：l 杆状天线杆状天线适用于各桥接点距离较近、分布角度范围大且数量较多的情况，一般使用距离范围在3公里以内。 l 扇形天线此类型天线具有能量定向和汇聚功能，可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖，当桥接点在某一角度内较集中的情况下，可选用此类型天线，一般距离在6公里以内。l 吸顶天线室内吸顶天线一般安装在天花板上做室内覆盖用，结构轻巧、外型美观、安装方便。 l 平板天线 平板天线的波速角度可分为30度和15度，少数角

8、度在9度，能量汇聚能力强，适用在远程连接点相对集中且数量较少的环境下，连接距离在20公里以内。l 抛物面天线 抛物面天线是定向天线中能量汇聚能力最强，信号方向指向性最好的一种类型的天线，当桥接点位置固定切数量少而集中的项目中，此类型天线是最佳选择，一般用作点对点通讯，连接距离在20公里以上。1. 2馈线馈线是起连接作用的，用于无线网桥和避雷器，功分器，天线，功率放大器之间的连接，馈线的主要要素有两点：馈缆：馈缆是一种特制的同轴电缆，按照直径分类有八分之一，四分之一，二分之一，八分之七英寸等。直径越大，同长度馈缆的信号衰减就越小，一般无线网桥设备内部信号连接采用八分之一馈缆，无线网桥设备和其他配

9、件如天线之间用二分之一馈缆，以提高强度和减少信号损失，特别要提出的是，采用的馈缆的阻抗为50欧姆，以匹配无线网桥，其他阻抗的馈缆会导致信号衰减严重，需要特别注意。 接头：转接头，主要有 SMA N MMCX型三种，室内型AP和天线采用SMA型接头,室外无线网桥采用N型头,无线网卡采用MMCX型头,后面分别用J K 来表示接头状况，规则如下：先看外层，内罗纹为J 中心为针为J 中心为孔为K 。外罗纹为K 中心为针为J 中心为孔为K。如果为JJ时常缩写成一个J智达康产品的命名规则（转接电缆、连接器）转接电缆的表示：ZA-X/YLX，Y: NJ： N(J), N阳NK: N(k), N阴SJ: SM

10、A(J),SMA阳SK: SMA(K) ,SMA阴SJK: SMA(J)(K), SMA阳(内导体反) SKJ: SMA(K)(J), SMA阴(内导体反)MJ: MMCX(J),MMCX阳MK: MMCX(K),MMCX阴MJK: MMCX(J)(K),MMCX阳(内导体反)MKJ: MMCX(K)(J),MMCX阴(内导体反) L:线缆长度，单位：cm。当L=0时为连接器例如：60cm N阳转N阳 ：ZA-NJ/NJ-60 10cm MMCX阳(内导体反)转SMA阴(内导体反)：ZA-MJK/SKJ-101. 3功率放大器功率放大器有两个作用：放大无线网桥的输出功率，提高无线网桥的接受灵敏

11、度。功率放大器分为四种情况： （1） 不同发射功率电平（500mW、1W、和5W）IEEE802 .11b频段（2.4GHz-2.483GHz）的功率放大器（2） 不同发射功率电平（500mW、1W、和5W）IEEE802 .11g频段（2.4GHz-2.483GHz）的功率放大器（3） 不同发射功率电平（500 mW、1W、和5W）的IEEE802 .11a频段（5.15GHz-5.35GHz,和5.725-5.85GHz）的功率放大器（4） 具有将IEEE802 .11b,g频段（2.4GHz-2.5GHz）频率变换到IEEE802 .11a频段（5.15GHz-52.5GHz, 5.25

12、GHz-5.35GHz和5.725-5.85GHz）的频率变换双向功率放大器其发射功率输出电平分100mW-500mW或1W。这几种双向智能放大器分别用于IEEE802 .11b，802 .11g频段、 IEEE802 .11a频段以及变换这两个频段传输数据时使用。基 本 指 标频率范围24002500 MHz频率响应± 1 dBi发射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi电压驻波比<1.5输出功率500mw (+27dBm)功 耗650mA*9V温度范围-200C700C工作模式双向时分双工RF接头SMA-50-Female雷电防护DC Ground应用范围Wi

13、reless LAN1.4 避雷器避雷器是用于无线网桥免遭雷击浪涌损坏的保护装置，关键部件是压敏电阻，每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在无线网桥上如安装避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使线缆上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全，良好接地是避雷器能够正常工作的基本条件。 如上图，有了

14、避雷器的保护后，强电流电压就会顺着接地走掉，而不会进入设备，对设备有了很好的保护作用。1. 5合路器合路器的主要作用，是将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入GSM室内覆盖系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。在天馈系统无源器件无法满足合路频段要求，或由于天线安装位置不合理导致无法达到预定信号覆盖强度等情况下，可对原有天馈系统进行扩频或结构改造，以实现双网（GSM、WLAN）或多网（如GSM、3G、WLAN）合路。图1说明，G网、3G网和WLAN之间并不存在直接的相互关系，只是通过合路单元（多频合路器）实现射频信号共用天馈传输。1. 6功分器功分器适用于系统中需要进行功率合成或分配的场合。如：用一

15、只网桥向两个以上的方向 进行无线传输；高楼层的中继和楼层同时覆盖传输等情形。产品名称5.8GHz四功分配器产品说明TA-GFQ4Y-5800功率分配器采用微带结构，带内平坦度好、隔离度高、插损小、驻波性能良好,安装方便,适用于扩频通信的室内分布系统。电气参数类别四分配器型号ZDC-5800频率范围-MHz51005900插入损耗(含分配比)-dB4隔离度-dB20驻波比1.4标称阻抗-50承载功率-W50接头型号N座机械参数环境温度-30+60相对湿度-%5951. 7耦合器耦合器可以由同轴、波导、微带和带状线电路构成。通常，定向耦合器用于信号分配及合成，取样以进行测量和监测， 和功分器不同，

16、功分器的每个端口的输出功率是一致的；耦合器可选用不同参数性能的控制每个端口的功率输出比例，使天线不管远近，输出的功率都几乎相同，提高覆盖信号的质量。耦合器的特性可以由耦合度，插入损耗，隔离度和方向性等四项指标来表征，。 1. 8防水材料防水材料用于室外无线网桥的接头防水，一般有防水胶带和防水胶泥两种，推荐使用防水胶带，拆卸比较方便，比较好的品牌有3M。2天馈系统的计算公式：无线网络工程在施工之前必须对整个链路进行计算。链路计算根据实地环境勘测结果在保证链路通信质量的基础上进行。链路计算的内容应包括如下几点：一无线链路计算方法 根据链路之间的距离、使用的频段、使用设备的发射功率、接收灵敏度、使用

17、天馈线系统的规格、长短等进行计算。链路计算公式如下： Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-Lrl 其中Ltm=92.5+20logf+20logdPrSr Pr=接收功率 Pt=设备的发射功率 Gta=发射天线的增益 Gra=接收天线的增益Ltl=发射端传输线路衰耗 Lrl=接收端传输线路衰耗 Ltm=传输空间衰耗 f=使用频率（Ghz）Sr=设备的接收灵敏度 d=两站之间的距离(KM) PrSr的预留程度应根据实地电磁环境的复杂程度、链路之间的物理环境和通信距离来定。 一般情况下，每公里为1dBm,如10公里的预留增益为10dBm传输距离越远预留增益应越大。3天馈系统的安装注意事项：

18、一天线极化方式天线的极化与实地的电磁环境关系比较大，应尽量与当地其他同频段的天线极化方向错开，将外来干扰减至最小。还应对本网链路进行分析在尽量避免外来干扰的情况下还要考虑到自己内部链路的干扰。在同一地点同时放多面天线时，同极化的天线尽量不要安装在同一个方向上，且天线之间应进行隔离。间隔距离的大小可根据使用天线的规格和使用的频率进行计算。二天线安装高度 天线的安装高度应保证相连的两站点之间完全可视。根据实地勘测和相关地图的测量，可计算出天线安装的最佳高度，在计算时应注意对费涅尔区（费涅尔区是围绕电磁信号中心线周围的一个区域）的计算。在费涅尔区内不能有障碍物。如果费涅尔区内有障碍物的话，就会造成信

19、号的衍射和衰减，降低信号强度。如果地形条件特殊时还可以进行特殊考虑，如链路之间有断面等。三天线方位角计算出天线的理论角度有利于对整个网的链路设计，避免干扰和降低工程的施工难度。计算设备摆放的位置和天线的角度时，应该参照现场实物图计算。4天馈系统的选择和功率设计：天馈系统是无线网络中最重要的一环，直接关系到无线网络的使用效果，选择合适的天馈设备，合适的安装地点，规范的安装方法是无线网络应用的重中之重。4.1无线网桥天馈系统的选择和功率设计4.1.1天线选择：点对点无线连接天线选择例：ZA-5000-E 10公里点对点系统功率设计，速率54Mbps 预留增益10dBm。ZA-5000-E接收灵敏度

20、65dBm54Mbps66dBm48Mbps70dBm36Mbps74dBm24Mbps77dBm18Mbps79dBm12Mps81dBm9Mps82dBm6MbpsLtm=传输空间衰耗Ltm=92.5+20log (5.8GHZ)+20log(10公里)=92.5 +20*0.76+20*(1)=92.5+15.2+20=127.7dBmPt(设备的发射功率)=18dBmLtl(发射端传输线路衰耗)=1dBm Lrl（接收端传输线路衰耗）=1dBmSr(设备的接收灵敏度)=-65dBm&54MbpsPt +(ant1+ant2)-Sr-(Ltl1+Ltl2)-Ltm>10dB

21、m(预留增益)ant1+ant2>56dBm在点对点系统中一般两边天线增益相同，所以天线增益为Ant1=Ant2=28dBm。通过上式计算可得10公里在不同速率下，需要天线增益如下：54Mbps 28dBi48Mbps 27dBi36Mbps 23dBi24Mbps 19dBi18Mbps 16dBi12 Mbps 14dBi9 Mbps 12dBi6 Mbps 11dBi点对多点无线连接天线选择在点对多点的系统中，天线计算方式和点对点相同，只是需要多考虑一个中心点天线的角度问题。例：5公里点对六点接入，中心点用ZA-5000-E 远端点用ZA-5000-E 。通过勘测了解，远端点分布在

22、中心点的60度覆盖范围内：通过产品搜索，60度5.8G天线的最大增益为16dBi，同点对点计算方式可得到以下数据速率 中心点 远端点54Mbps 16dBi 20dBi48Mbps 16dBi 19 dBi36Mbps 16dBi 15 dBi24Mbps 16dBi 11 dBi18Mbps 16dBi 7 dBi12 Mbps 16dBi 5 dBi9 Mbps 16dBi 3 dBi6 Mbps 16dBi 2 dBi4.1.2避雷器选择避雷器是用于无线网桥免遭雷击浪涌损坏的保护装置，主要用于无线网桥的无线接口的雷电防护，所以外接天线设备如ZA-5000-E才会用到避雷器，内置天线设备如

23、ZA-5000-I不需要避雷器，如果无线网桥的安装位置比较高，没有避雷针的保护，或者位置处在雷区，避雷器是必须的，可最大限度的保护设备，避雷器的选择主要是考虑波段，有2.4G波段和5G波段可供选择，在选择前，请确定无线网桥的工作波段，下面是本公司常用两种避雷器，ZA-P230用于2.4G无线网桥，ZA-P5230用于5G无线网桥ZA-P230型号:ZA-P230基 本 指 标频率范围DC-3 GHz接口N-50J/IC电压驻波比1.3插入损耗0.25 dBiDC放电电压230V±20%接地方式外壳接地起始脉冲放电电压700V(lKV/us)ZA-P5230型号:ZA-P5230基 本

24、 指 标频率范围DC-6 GHz接口N-50J/IC电压驻波比1.4插入损耗0.25 dBiDC放电电压230V±20%接地方式外壳接地起始脉冲放电电压700V(lKV/us)4.1.3功率放大器的选择当选用最大增益的天线还是达不到距离的要求的时候，就需要提高设备的输出功率，这时，就需要用到功率放大器，功率放大器有IEEE802 .11b，802 .11g， IEEE802 .11a三种，应根据不同的无线网桥选择不同协议的功率放大器，输出功率常见有0.5w ，1w， 5w。应根据具体的需要补充的增益来确定设备。采用ZA-5000-E做点对点连接，通过计算，发现天线增益还差9dBi才能

25、达到要求，这时可以选择0.5w IEEE802 .11a的功率方法器。特别需要指出的是，无论输入功率是多少，功率放大器的输出功率是恒定的，0.5W功率放大器为27dBm ，1W功率放大器输出功率为30dBi 5W功率放大器输出功率为34dBi。如上图，无论无线网桥输出是多少，通过功率放大器后，输出功率恒定为27dBm。型号：ZA-B500基 本 指 标频率范围24002500 MHz频率响应± 1 dBi发射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi电压驻波比<1.5输出功率500mw (+27dBm)功 耗650mA*9V温度范围-200C700C工作模式双向时分双

26、工RF接头N-50-Female雷电防护DC Ground尺寸(L×W×H)110×60×34 mm3应用范围Wireless LAN4.1.4 功率分配器选择在远端点和中心点的距离比较远，而且夹角比较大的时候，就需要到功率分配器：如下图：此应用因为和中心点的夹角在180度，比较大，距离又比较远，中心点采用功分器是最佳方案。需要指出的是，信号通过功分器后，每个输出端口的输出功率会降低，对于1分2的功分器输出功率为输入功率的1/2，对于1分4的功分器输出功率为输入功率的1/4。如上图，输入功率为100毫瓦，通过功分器后，每端口输出为50毫瓦，在计算天馈时需

27、要用50豪瓦计算。常用功分器指标ZA-D12/ ZAD512（一分二） 基 本 指 标频率范围2400-2500 MHz / 5725-5850 MHz传输/插入损耗3.5 dBi / 5.5 dBi隔离端隔离度20 dBi / 16 dBi各端驻波比1.6 / 1.8接口N/Fmale尺寸76×60×20 mm(含接头)4.1.5 馈线选择无线网桥由于是户外设备，所以连接的馈线需要有足够的强度以抵御户外恶劣环境的侵袭，推荐采用1/2英寸馈线，由于无线网桥的天线接头为NK型，所以馈线接头为NJ型，中间线缆长度由无线网桥到天线之间的距离确定。4.2无线AP天馈系统的选择和功率设计AP天馈设计原理大部分和无线网桥类似，请参考无线网桥的天馈设计，不同主要有以下几点：4.2.1 天线考虑到连接的距离