天线基本知识-交流

1、天线基本知识介绍 董振强,Page 2,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线基本知识介绍,Page 3,天线的功能,Page 4,天线的功能,一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图,顶视,侧视,在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的,天线的功能（控制辐射能量的方向）,在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,一个对称台振子 假设在接收机中有1mW功率,在阵中有4个对称振子 在接收机中就有4 mW功率,更加集中的信号,对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”,增益是

2、指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。,在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd,“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率,(顶视),天线,利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向,反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线,Page 7,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线基本

3、知识介绍,Page 8,天线的主要电气指标,Page 9,天线的主要电气指标,水平面方向图 垂直面方向图 主瓣波瓣宽度（水平面、垂直面） 前后比 零点填充比例 天线使用的频率范围 天线增益 极化方式 SWR 第一旁瓣电平 端口隔离度 输入阻抗 三阶交调,Page 10,天线的主要电气指标,Page 11,波瓣宽度,在方向图中通常都有两个或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。,方位即水平面方向图,120 (eg),峰值,- 10dB点,- 10dB点,10dB 波束宽度

4、,60 (eg),峰值,- 3dB点,- 3dB点,3dB 波束宽度,15 (eg),Peak,Peak - 3dB,Peak - 3dB,32 (eg),Peak,Peak - 10dB,Peak - 10dB,俯仰面即垂直面方向图,Page 12,天线增益,天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线,抛物面天线增益，近似用下式表示：,板状天线增益，近似用下式表示：,Page 13,天线增益,dBd 和 dBi的区别,一个单一对称振子dipole具有面包圈形的方向图辐射,一个各向同性isotropic的辐射器在所有方向具有相同的辐射,一个天线与对称振子相比较的增益 用“dBd”表示 一个天线与各

5、向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示 例如: 3dBd = 5.15dBi,2.15dB,对称振子的增益为2.15dB,Page 14,天线增益-举例,全向天线增益与垂直波瓣宽度,Page 15,天线前后比,前后比,方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比（后瓣是150-210圆锥角度范围内所有）。前后比大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,Page 16,天线极化方式,天线的极化,天线辐射的电磁场的电场矢量方向就是天线的极化方向,Page 17,天线极化方式-双极化天线,Page 18,端口隔离度,隔

6、离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例,1000mW (即1W),1mW,在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB,只有在双极化天线中才有此指标 要求,如果天线隔离度不高，另一个通道的发射载频功率通过天线端口间的内部耦合直接进入当前接收通道前端，此时接收滤波器抑制设计余量不足时，就会导致接收通道性能恶化（信道阻塞引起系统内部干扰增加）,Page 19,天线的工作频率范围,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内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。 有几种不

7、同的定义： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比1.5时，天线的工作频率带宽。,Page 20,天线方向图,天线方向图,Page 21,为了将天线辐射的能量都集中指向用户所在地区域，通过天线设计，对天线上第一副瓣电平进行抑制，这种做法叫做上副瓣抑制。,上副瓣抑制,Page 22,天线下倾覆盖时，上副瓣会造成越区覆盖 网规分析数据发现，18dB比15dB上副瓣抑制可减少越区覆盖5以上 提高C/I约2dB 业界指标15dB 华为天线指标18dB,上副瓣抑制的影响,Page 23,对

8、于较窄垂直波束（-22dB) 超高增益天线(18dBi)需做零点填充，避免远区产生较大覆盖空洞，中低增益天线波瓣较宽。,零点填充,Page 24,交叉极化分极可实现对抗多径衰落的目的 水平面最大方向正交极化辨别率应大于15dB；60度正交极化辨别率应大于10dB 交叉极化能使接收增益提高 2.8dB, 交叉极化辨别率降低会导致接收增益减少,10dB,15dB,交叉极化比,Page 25,天线方向图-电下倾的实现,电下倾的实现,Page 26,天线方向图-可变电下倾的实现,如何实现可变电下倾,Page 27,天线波束下倾的演示,天线方向图-波束下倾演示,Page 28,天线方向图-两种下倾方式下

9、的覆盖比较,两种下倾方式下的覆盖比较,10电下倾,10机械下倾,6 电下倾 + 4 机械下倾,Page 29,测试例证,机械下倾与电下倾的效果比较,Page 30,测试例证,Page 31,输入阻抗,天线的输入阻抗,天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 输入阻抗与天线的结构和工作波长有关。基本半波振子，其输入阻抗为（73.142.5）欧姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻

10、，即半波振子的输入阻抗为73.1欧。,Page 32,匹配和失配,要获得良好的电性能阻抗必须匹配,电缆 50 ohms,天线 50 ohms,80 ohms,什么叫匹配？ 我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。,Page 33,VSWR,当天线阻抗不等于馈线阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，只能吸收大部分能量。入射波的一部分能量就会被反射回来形成反射波。反射波与入射波叠加形成驻波。驻波的波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)，因此，要想获得良好的天馈系统特性，阻抗一定要匹配。,9.5 W,80 ohms

11、,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,Page 34,VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比 3.0 25% 2.15dB 40% 2.0 11% 0.86dB 18% 1.8 8% 0.67dB 14% 1.5 4% 0.36dB 8.0% 1.4 2.8% 0.21dB 4.7% 1.3 1.7% 0.13dB 2.9% 1.2 0.8% 0.07dB 1.1%,驻波比为1，表示天馈系统是完全匹配的。 驻波比为无穷大，表示天馈系统完全失配，通讯行业标准中要求驻波比1.5，其值在1到无穷大之间。 但若过分追求驻波比指标，会造研发成本的大幅上。,VSWR对通讯系统的影响,

12、Page 35,驻波比、反射损耗和反射系数的关系,驻波比、反射损耗和反射系数,Page 36,无源交调 PIM (Passive Intermodulation)定义,当两个频率f1和f2或多个频率同时通过同一个无源射频传输系统（即由无源射频电路元件组成的系统。无源射频电路元件包括：电阻器、电感器、电容器、连接器、滤波器、传输线、天线等），由于传输系统非线性影响，使得基波信号之间产生非线性频率分量，这种现象被称为交调。 这些IMP如果落在接收频带内，又足够强，则会形成对基波信号频率的干扰，这种干扰称为无源交调干扰（Passive Intermodulation InterferencePIMI

13、),或称为无源交调失真（Passive Intermodulation Distortion-PIMD）. 交调产物（IMP）用式子表示：FIm=mf1 nf2 式中,f1、f2为输入的基波频率；FIM为交调信号（无用干扰信号）,天线小知识：三阶交调 IMD243dBm PIM3=2f1-f2 and 2f2-f1 2936-959=913MHz 2959-936=982MHz,三阶交调分量一般要低于接收机灵敏度10分贝，通常要求小于-107dBm,某些系统互调指标要求更高,913MHz, 936MHz, 959MHz, 982MHz,F1:43dBm,f2,:43dBm,-107dBm,-1

14、07dBm,无源交调,Page 37,互调失真如何影响系统的性能？ 较高功率的发射信号通常混合后产生互调信号，最后进入接收波段 基站天线接收的信号通常功率较低 如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号 在系统将互调信号视为真实的接收信号的情况下，将带来如下问题： 信号丢失、虚假信道繁忙、语音质量下降、系统容量受限 带来运营商销售利润减少 虽然大部分移动用户可以容忍语音质量下降，但信号丢失及信道繁忙常常会令用户不满,无源交调 的影响,Page 38,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线

15、基本知识介绍,Page 39,天线的主要机械指标,Page 40,风载荷,对风载荷的解释说明,风载荷（KN）=风速（m/s）*风速（m/s）*受力面积（m*m）*风 载系数/1600 对于天线正面，一般为弧形，风载系数取1.2 对于天线背面，一般为矩形，风载系数取1.98 对于天线侧面，是上述两种情况的综合,Page 41,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线基本知识介绍,Page 42,天线分类,基站天线,全向天线,定向天线,按照水平方向特性划分,单极化全向天线,按照极化特性划分,双极化天线大大节省了天线的数量,单极化天

16、线,双极化天线,水平极化定向天线,垂直极化定向天线,按照极化方向划分,垂直/水平极化定向天线,+/-45正交极化定向天线,按照极化方向划分,按照极化特性划分,基站天线,只能机械调节天线,电调天线（也可机械调节）,按照下顷角调节方式分,有的手动电调天线可扩展为远端电调天线,远端电调天线,手动电调天线,固定电下顷角天线,无电下顷角天线,基站天线,单频天线,双频天线、三频天线,按照频段划分,自带双工器,不自带双工器,宽频天线,非宽频天线,Page 43,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线基本知识介绍,Page 44,天线选型的

17、主要性能参数,900M频段（GSM） 1800M频段（GSM） 2100M频段（W） 频段较窄如870-960 宽频天线1710-2170， 既可覆盖GSM1800M，也可WCDMA 双频天线824-960/1710-2170，内含两根双极化 天线，平均成本高一倍,33/65/90/120/360 在最大辐射方向两侧 功率容量降低一半的两点间夹角 又称半功率角 360是全向天线 其他是定向天线 65常做3扇区覆盖,一般情况下 半功率角越小 能量越集中 相应增益越高,V：垂直单极化 X： +/-45双极化 XX：双频双极化针对双频天线的 双频天线实际内含2根X天线，所以表示为XX,电调下顷角 0

18、：没有电下顷 FE：固定电下顷 ME：手调电下顷 与机械下顷角不同！ 机械下顷带表天线 悬挂的角度； 电顷角是天线内部特 性，不是悬挂角度,Page 45,城区环境下的天线选择,天线水平波束宽度选择： 通常选用水平面半功率波束宽度为65的天线。一般不采用90以上天线。 天线的增益选择： 建议选用中等增益的天线，根据目前天线型号，建议市区天线增益选用15dBi。对于城市边缘的基站，如果要求覆盖距离较远，可选择较高增益的天线，如17dBi、18dBi。 下倾角选择： 在城区设计基站覆盖时，对频率资源紧张或覆盖控制要求高的情况建议选择具有预置倾角天线，下倾角的大小根据具体的情况而定（2 10）。 在

19、城市内，为了提高覆盖效果，减小越区干扰，改善D/U值（有用信号与无用信号电平之比），还可以选择上第一副瓣抑制，下第一零点填充的赋形天线。 极化方式选择： 由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，一般建议选用双极化天线及多频双极化天线。,Page 46,郊区环境下的天线选择,覆盖考虑：在人口较少的郊区为了保证覆盖以及减少对城区的干扰，通常不同的小区要采用不同的定向天线。 郊区的情况差别很大，可以根据覆盖面积来选择天线的类型及决定是否采用下倾角，一般下倾角相对较小。 增益考虑：面向城区的小区可参考城区基站的天线的选择原则，一般采用增益较小且水平波瓣角较小的天线。非面向城区的小区一般采用增益较大

20、的天线，优先采用水平面半功率波束宽度为90的天线。 扩容考虑：考虑到将来系统平滑升级，不建议采用全向站。,Page 47,农村环境下的天线选择,覆盖考虑：当所要覆盖的话务区域比较分散，且话务量不高，此时我们建议采用全向站来做覆盖。 如果运营商对覆盖距离有更远的覆盖要求，则需要用三个定向天线来覆盖。一般情况下，应当采用水平面半波束宽度为90 的定向天线； 极化考虑：单极化天线比双极化天线在空间上会有更好的分集增益，同时抵抗慢衰落的能力更强一些，所以，在农村广覆盖的要求下，铁塔上空间允许的情况下，也可以采用两根垂直极化天线； “塔下黑”考虑：对于山区的高站（天线相对高度超过50米），一般应当选用具

21、有零点填充功能的天线来解决近距离的“塔下黑”问题，这是最经济有效的方法。,高铁覆盖的天线选择,根据列车入射角度越大，列车穿透损耗相对越小的规律；加大站点天线对列车的入射角度。,减少车体入射角度过小的覆盖场景,由于高铁属于狭长地形场景覆盖，专网场景下基站与铁路垂直距离小于100米，为避免越区覆盖建议天线选择21DBi高增益窄波束天线，波瓣宽度33度，如果基站与铁路垂直距离不超过300米，可采用65度18DBi天馈,高铁场景天馈选型,Page 49,天线的功能 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线的分类 天线的选型 基站天馈系统 天线优化调整,天线基本知识介绍,Page 50,基站天馈系统

22、,实际工程安装场景,Page 51,天线下倾角测量,天线吊装,Page 52,实际工程安装场景,铁塔平台上的天线,RCU、SBT、跳线、天线等对连,Page 53,无线工程实施质量十大高压线,馈管接头制作规范,连接可靠 天线方位角,下倾角安装与设计一致 天线连接正确,扇区关系正确,无接反、接错 室外跳线、馈线接头处正确做防水密封处理 中继电缆接头制作规范,无虚焊 馈管至少三处接地,且接地处防水良好 馈窗密封良好,且有避水弯 机柜射频电缆连接正确,规范 避雷器要接防雷接地,接地线要汇集到机房室外保护地排 工程物料妥善保管,严禁浪费和随意丢弃,Page 54,无线工程实施TOP类问题,一、基站室外

23、天馈安装TOP类问题 天馈扇区接反 防水做的不好 馈线接头制作及安装 接地系统问题 天线俯仰角不符合设计 二、基站室内设备安装TOP类问题 机柜内部RF电缆连接问题 单板固定螺钉没有拧紧 电缆标签问题,Page 55,馈线的接头制作要规范不要有任何松动.(室内、室外),接头制作问题,Page 56,接头处理问题,对于各种线缆的插头插接前必须保证干净,必要时按规范进行清洁处理(室内、室外),Page 57,接头连接问题,射频电缆接头要安装到位,以避免虚假连接而导致驻波比异常,影响系统正常工作(室内、室外),Page 58,正确牢固的固定所有室外跳线和馈线应根据规范做好防水和密封措施.(室内、室外

24、) 馈线无明显的折、拧现象,馈线无裸露铜皮.(室内、室外),接头防水问题,接头未做防水处理,未使用胶泥,Page 59,天线应在避雷针45度角的保护区域内(室内、室外),天线安装问题,45o,Page 60,天线支架与铁塔连接应可靠牢固,天线与天线支架的连接也应可靠牢固(室内、室外) 天馈安装检查: 1、天线方位角、下倾角安装与设计一致; 2、天线连接正确,扇区关系正确,没有接反、接错; 3、基站定标测试、灵敏度测试指标符合要求;,天线安装问题,Page 61,全向天线应保持垂直,误差应小于2度(室内、室外) 定向天线方位角误差不大于5度,定向天线倾角误差应不大于0.5度(室内、室外),天线安

25、装问题,Page 62,天线的安装位置应与设计文件相符(室内、室外) 全向天线离塔体距离应不小于1.5m;定向天线离塔体距离应不小于1m(室内、室外),天线安装问题,Page 63,全向天线的主、分集天线水平间距要求:M800不小于4m;M1900不小于2m. (室内、室外) 单极化定向天线的主、分集天线水平距离要求:M800不小于4m,M1900不小于2m. (室内、室外) 装在同一根天线支架上的两定向天线的垂直间距应不小于0.5m. (室内、室外),天线安装问题,Page 64,GPS/GLONASS天线支架安装稳固,天线垂直张角90范围没有遮挡(有GPS/GLONASS天线时检查)(室内、室外),天线安装问题,90o,Page 65,馈线由楼顶翻越外墙向下弯曲时,与墙角接触部分应有保护套管,馈线自楼顶沿墙入室时,应使用馈线固定夹等将馈线固定不摇摆(室内、室外) 楼顶安装馈窗引馈线入室时,要保证馈窗的良好密封,且入室处馈线和天线出线处跳线应做避水弯