天馈系统和直放站.pptx
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1、选择基站天线时,需要考虑其电气和机械性能电气和机械性能。电气性能电气性能主要包括:工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械性能机械性能主要包括:尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等。天线性能天线性能1.工作频段工作频段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
2、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,天线的工作带宽。对各类基站而言,所选天线的工作频段应包含要求的频段。GSM900系统,工作频段为890-960MHz、870-960MHz、807-960MHz和890-1880MHz的双频天线均为可选。CDMA800系统,选用824896MHZ的天线。CDMA1900系统,选用18501990MHZ的天线。天线电气性能天线电气性能2.天线的增益。天线的增益。增益是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增益是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
3、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。瓣越小,增益越高。天线作为一种无源器件,其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用,但天线本身并没有增加所辐射信号的能量,它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指标之一,它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两个:dBi、dBd。两者之间的关系为:dBi=dBd+2.17dBi定义为实际的方向性天线(包括全向天线)相对于各向同性天线能量集中的相
4、对能力,“i”即表示各向同性Isotropic。dBd定义为实际的方向性天线(包括全向天线)相对于半波振子天线能量集中的相对能力,“d”即表示偶极子Dipole。一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射对称振子的增益为2.17dB天线电气性能天线电气性能3.极化方式极化方式 无无线线电电波波在在空空间间传传播播时时,其其电电场场方方向向是是按按一一定定的的规规律律而而变变化化的的,这这种种现现象象称称为为无无线线电电波波的的极极化化。无无线线电电波波的的电电场场方方向向称称为为电电波波的的极极化化方方向向。如如果果电电波波的的电电场场方方向向垂垂直直
5、于于地地面面,我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行,则称它为水平极化波我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行,则称它为水平极化波。天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化-45度倾斜的极化度倾斜的极化单单极极化化天天线线天线电气性能天线电气性能3.极化方式:双极化天线极化方式:双极化天线V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)两个天线为一个整体,传输两个独立的波两个天线为一个整体,传输两个独立的波如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的,就叫作椭圆
6、极化波。旋转过程中,如果电场的幅度,即大小保持不变,我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波,反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收;水平极化特性的天线来接收;水平极化波要用具有水平极化特性极化波要用具有水平极化特性的天线来接收;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,在接收过程中通常都要产生极化损失,例如:当用圆极化天线接收任一线极化波,或用线极化天线接收任一圆极化波时,都要产生分贝的极化损
7、失,即只能接收到来波的一半能量。天线电气性能天线电气性能3.极化方式:极化损失和极化隔离极化方式:极化损失和极化隔离来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,在接收过程中通常都要产生极化损失,例如:当用圆极化天线接收任一线极化波,或用线极化天线接收任一圆极化波时,都要产生分贝的极化损失,即只能接收到来波的一半能量;当接收天线的极化方向(例如水平或右旋圆极化)与来波的极化方向(相应为垂直或左旋圆极化)完全正交时,接收天线也就完全接收不到来波的能量,这时称来波与接收天线极化是隔离的。隔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隔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 10
8、00mW(即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB天线电气性能天线电气性能4.辐射方向图辐射方向图 天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言,方向性天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言,方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示用方向图来表示.方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收
9、电磁波的能力。基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两大类,分别被称为全向天线和定向天线。如图所示,左边所示分别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图;右边所示分别为定向天线的水平截面图和立体辐射方向图。全向天线在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的,它适用于全向小区;图中红色所示为定向天线罩中的金属反射板,它使天线在水平面的辐射具备了方向性,适用于扇形小区。空间辐射方向图(全向天线和定向天线)天线电气性能天线电气性能5.波束宽度波束宽度在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣,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束宽度。称为半功率(
10、角)瓣宽。主瓣瓣宽越窄,则方向性越好,抗干扰能力越强。天线电气性能天线电气性能5.波束宽度:水平波束宽度波束宽度:水平波束宽度/垂直波束宽度垂直波束宽度水平波束宽度:水平波束宽度:全向天线的水平波瓣宽度均为360,而定向天线的常见水平波瓣3dB宽度有20、30、65、90、105、120、180多种基站天线水平波瓣3dB宽度示意图20、30的品种一般增益较高,多用于狭长地带或高速公路的覆盖;65品种多用于密集城市地区典型基站三扇区配置的覆盖,90品种多用于城镇郊区地区典型基站三扇区配置的覆盖,105品种多用于地广人稀地区典型基站三扇区配置的覆盖,如图2.25所示。120、180品种多用于角度极
11、宽的特殊形状扇区的覆盖。垂直波束宽度:垂直波束宽度:基站天线的垂直波瓣3dB宽度多在10左右。一般来说,水平波瓣越宽,垂直波瓣3dB越窄。基站天线垂直波瓣3dB宽度的选取示意图较窄的垂直波瓣3dB宽度将会产生较多的覆盖死区(盲区),如图2.26所示,同样挂高的二副无下倾天线中,红色较宽的垂直波瓣产生的覆盖死区范围长度为OX,小于兰色较窄的垂直波瓣死区范围长度为OX。天线电气性能天线电气性能6.下倾方式下倾方式(Downtilt)天线下倾有多种方式:机械下倾、固定电调下倾、可调电调下倾、遥控可调电调下倾等。其中机械下倾只是在架设时倾斜天线,多用于角度小于10的下倾,当再进一步加大天线下倾的角度时
12、,天线方向图会发生畸变,引起天线正前方覆盖不足同时对两边基站的干扰加剧。机械下倾的另一个缺陷是天线后瓣会上翘,对相临扇区造成干扰,引起近区高层用户手机掉话。电调下倾天线的下倾角度范围较大(可大于10),天线方向图无明显畸变,天线后瓣也将同时下倾,不会造成对近端高楼用户的干扰。天线电气性能天线电气性能7.前后比前后比方向图中,前后瓣最大电平之比称为前后比。它大,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。前向功率前向功率后向功率后向功率以dB表示的前后比=10log典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反
13、向功率反向功率)天线的前后比指标与天线反射板的电尺寸有关,较大的电尺寸将提供较好的前后比指标。室外基站天线前后比一般应大于25dB较好,微蜂窝天线由于尺寸相对较小的缘故,天线的前后比指标应适当放宽。天线电气性能天线电气性能8.旁瓣抑制与零点填充旁瓣抑制与零点填充天线一般要架设在铁塔或楼顶高处来覆盖服务区,所以对垂直面向上的旁瓣应尽量抑制,尤其是较大的第一副瓣。以减少不必要的能量浪费;同时要加强对垂直面向下旁瓣零点的补偿,使这一区域的方向图零深较浅,以改善对基站近区的覆盖,减少近区覆盖死区和盲点,下图是基站天线有无零点填充效果的对比,其中横坐标为离开基站的距离,纵坐标为地面信号强度值。基站天线有
14、无零点填充效果对比示意为确保对服务区的良好覆盖,严格地说,不具备旁瓣抑制与零点填充特性的天线是不能使用的。9.回波损耗回波损耗当馈线和天线匹配时,高频能量全部被负载吸收,馈线上只有入射波,没有反射波。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,负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收,而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。回波损耗是反射系数的倒数,以分贝表示。RL的值在0dB到无穷大之间,回波损耗越小表示匹配越差,反之则匹配越好。0dB表示全反射,无穷大表示完全匹配。在移动通信中,一般要求回波损耗大于14dB(对应VSWR=1.5)。RL=10lg(入射功率
15、/反射功率)天线电气性能天线电气性能9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10log(10/0.5)=13dB VSWR 是是反射损耗的另一种计量反射损耗的另一种计量天线电气性能天线电气性能10.反射系数、驻波比反射系数、驻波比 在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加,在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小,形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度(。)反射系数入射波幅度(。)
16、驻波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)驻波波腹电压幅度最大值max(1+)驻波比驻波波节电压辐度最小值min(1-)终端负载阻抗和特性阻抗越接近,反射系数越小,驻波系数越接近于,匹配也就越好。天线电气性能天线电气性能11.功率容量功率容量 指平均功率容量,天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置,其所承受的功率是有限的,考虑到基站天线的实际最大输入功率(单载波功率为20W),若天线的一个端口最多输入六个载波,则天线的输入功率为120W,因此天线的单端口功率容量应大于200W(环境温度为65时)。12.三阶互调三阶互调 互调是指非线性射频线路中,两个或多个频率混合后
17、所产生的噪音信号。互调产生的本来并不存在“错误”信号,此信号会被系统误认为是真实的信号。具有两个载波信号的互调失真频率实例具有两个载波信号的互调失真频率实例频率A及B上的载波,产生如下互调信号:1阶:A,B2阶:(A+B),(A-B)3阶:(2AB),(2BA)4阶:(3AB),(3BA),(2A2B)互调失真如何影响系统的性能?互调失真如何影响系统的性能?较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号,最后进入接收波段。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、系统容量受限天线的安装天线的安装 目前的天线主要分为全向型天线与定向天线。全向天线为圆柱形
18、,一般为垂直安装,接收天线向上,而发射天线向下。做发射天线时,排水口向上,应封住;做接收天线时,排水口向下,不封住。因接收天线向上,天线顶上会进水,故在下面馈线口边有一个排水孔,安装时应将此孔留出,不能封住,否则长期使用后会引起积水。全向天线的安装天线的安装天线的安装 定向天线为板状形,有两个数据:方位角与下倾角。方位角为正北顺时针转与天线指向的夹角,下倾角为天线与垂直方向的夹角。定向天线的安装如图所示.定向天线的安装天线的安装天线的安装 硬馈线弯角不应大于硬馈线弯角不应大于90度,软馈线可以盘起,但半径应大于度,软馈线可以盘起,但半径应大于20厘米。室内与室外的接厘米。室内与室外的接地是分开
19、的,室内采用市电引入的地线,室外采用大楼地网,接地点应在尽量接近地网地是分开的,室内采用市电引入的地线,室外采用大楼地网,接地点应在尽量接近地网处,而且应在下铁塔转弯之前处,而且应在下铁塔转弯之前1米处接地,或者是在下天台(楼顶)转弯之前米处接地,或者是在下天台(楼顶)转弯之前1米处接地米处接地,一个接地点不应超过两条馈线的接地,接硬馈线的接地点采用生胶密封,而接地网的,一个接地点不应超过两条馈线的接地,接硬馈线的接地点采用生胶密封,而接地网的接地点应用银油涂上。室内外接地示意图所示接地点应用银油涂上。室内外接地示意图所示.室内外接地示意图注意事项:1、室外地线与室内地线不可汇接后再下地,这样
20、会把雷电引入机房内,有可能会烧坏机架。正确的方法是:室外与室内地线在下地之前分开。2、每一条馈线的两头都要有明显的标志。以防安装天线时出错。另外也有利于以后的维护工作。3、室外的馈口一定要加生胶。即是内层为电工胶(左旋)、中间一层为生胶(右旋)、外层为电工胶(左旋)4、拖拉馈线时不能交叉,否则会扭伤馈线.天馈线常见故障处理天馈线常见故障处理天馈线安装问题天馈线安装问题天馈线在安装过程中,由于安装人员疏忽,造成天馈线短路和馈线接头有灰尘、污垢,以及天馈线接头密封处老化断裂等天馈线故障,往往比较难于查找。有些天馈线安装完毕后,虽然测试指标达到要求,但由于馈线尾巴绑扎不牢,久经风吹雨打,造成密封处断
21、裂,致使基站出现故障。天馈线进水问题天馈线进水问题馈线进水造成馈线系统出现驻波比告警,基站经常退出服务,影响该地区覆盖。天馈线进水问题的出现,既有人为的因素,也有自然的因素。自然的因素是由于馈线本身进水。由于馈线长期受雨水侵蚀,造成馈线外皮老化,雨水渗透导馈线内。如果天线安装好以后,没有按照要求进行驻波比测试,以致晴天时没有驻波比告警,下雨时天馈线系统就有驻波比告警。人为造成天馈线进水的情况就更多。主要包括馈线接地处没有密封好,安装时划伤馈线,馈线和软跳线接头没有密封好。天线高度的调整天线高度的调整天线高度直接和基站的覆盖范围有关。一般来说,用仪器测得的信号覆盖范围受两方面影响:一是天线所发直
22、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距通信,天线所发直射波所能达到的最远距离S直接与收发天线的高度有关,其关系有如下公式:S=2R(Hh)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,无线信号所能到达的最远距离(即基站的覆盖范围)是由天线高度决定的。天线架设过高,会带来话务不均衡、系统内干扰、孤岛效应的问题。随着基站站点增多,必须降低天线高度。天线俯仰角的调整天线俯仰角的调整理论上,俯仰角的大小可以由以下公式推算:arctg(t/R)其中为天线的俯仰角,h为天线的高度,R为小区的覆
23、盖半径。上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的。在实际工作中,调整的角度在理论值的基础上加12度。天线方位角的调整天线方位角的调整方位角的调整可以解决:实际覆盖范围和理想模型之间的出入。有时候用于均衡话务。解决盲区和弱信号覆盖。天馈线常见故障处理天馈线常见故障处理天线选型原则天线选型原则在移动通信网络中,天线的选择是一个很重要的部分,应根据网络的覆盖要求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线。天线选择得当,可以改善覆盖效果,减少干扰,改善服务质量。根据地形或话务量的分布可以把天线使用的环境分为8种类型:市区(高楼多,话务大)、郊区(楼房较矮,开阔)、农村(话务少)、公路(带状覆盖
24、)、山区(或丘陵,用户稀疏)、近海(覆盖极远,用户少)、隧道、大楼室内。应用环境特点应用环境特点:基站分布较密,要求单基站覆盖范围小,希望尽量减少越区覆盖的现象,减少基站之间的干扰,提高频率复用率。天线选用原则天线选用原则:(1)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,建议选用双极化天线。(2)方向图的选择:在市区主要考虑提高频率复用度,因此一般选用定向天线。市区基站天线选择市区基站天线选择(3)半功率波束宽度的选择:为了能更好地控制小区的覆盖范围来抑制干扰,市区天线水平半功率波束宽度选6065。(4)天线增益的选择:由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离,因此建议选用中等增
25、益的天线。(5)下倾方式选择:由于市区的天线倾角调整相对频繁,且有的天线需要设置较大的倾角,而机械下倾不利于干扰控制,所以在可能的情况下建议选用预置下倾天线。条件成熟时可以选择电调天线。推荐推荐:半功率波束宽度65/中等增益/带固定电下倾角或可调电下倾+机械下倾的双极化天线。天线选型原则天线选型原则天线选型原则天线选型原则郊区基站天线选择郊区基站天线选择应用环境特点应用环境特点:郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间,这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要考虑。因此在天线选型方面可以视实际情况参考城区及农村的天线选型原则。天线选用原则天线选用原则:(1)根据情况选择水平面半功率波束宽度为65 的
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