第四节-基站天线基本知识.

通信学院基站天线基本知识及网络应用通信学院内容提要一、天馈系统及基站天线组成二、天线的性能指标三、天线性能指标的测试四、电调天线的应用五、基站天线的选型六、基站天线的安装规范七、天馈系统常见问题与故障判断通信学院天线7/16接头1/2跳线7/8电缆接地卡1/2跳线机柜避雷器接地卡室外接地排1/2单联馈线卡塔顶放大器7/8三联馈线卡机房偏置T接头馈线孔板天馈系统及基站天线组成通信学院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通信学院1/2”跳线和主馈线的转接来自室外天线的7/8主馈缆进入机柜的1/2跳线避雷器进入机柜前转接1/2跳线天馈系统及基站天线组成通信学院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通信学院HCHAY-50-9(1/2)HCAAY-50-12(1/2)内导体材料铜包铝线铜包铝线直径(mm)3.554.8绝缘材料物理发泡聚乙烯直径(mm)9.012.0外导体材料螺旋纹铜管环形纹铜管直径(mm)12.013.9外护套材料耐光热聚乙烯或低烟无卤阻燃聚乙烯护套直径(mm)13.416.0天馈系统及基站天线组成RF电缆（1/2〞）电气性能指标通信学院RF电缆（1/2〞）电气性能指标天馈系统及基站天线组成通信学院基站天线的组成下端盖外罩上端盖安装夹具（上夹具）安装夹具（下夹具）射频电缆接头通信学院基站天线的组成单极化天线多频双极化天线900/1800800/900&1800/1900/3G双极化电调天线通信学院打开天线的外包装，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：A.天线罩B.端盖C.接头接头：双极化天线两个7/16DIN型接头（母头），所有天线都是母头端盖外罩基站天线的组成通信学院7/16DIN型母头7/16DIN型公头7/16DIN型接头（公头）N型接头（公头）DIN与N型接头的比较基站天线的组成—电缆接头通信学院手动电调拉杆（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—电缆接头通信学院UPVC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玻璃钢材料天线外罩图基站天线的组成--天线外罩通信学院◆玻璃钢外罩普遍采用的是手工生产方式，效率比较低。◆采用先进的模压方式，既提高了产能，又有良好的外观，提高了一致性。基站天线的组成--天线外罩通信学院基站天线的组成--天线内部结构辐射单元（振子）馈电网络（功率分配网络）反射板（槽板）通信学院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。1/4波长0.5个波长1/4波长基站天线的组成—辐射单元通信学院基站天线的组成—辐射单元单极化微带贴片振子单极化对称振子双极化对称振子天线基本辐射单元，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。通信学院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◆阻抗匹配通信学院空气微带方案◆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—功率分配网络通信学院电缆方案◆相位分配设计灵活◆需要结合其他传输方式实现幅度分配◆无法进行整体仿真基站天线的组成—功率分配网络通信学院空气带状线方案◆无损耗电转接◆无辐射泄漏◆低传输损耗同轴线空气微带线空气带状线基站天线的组成—功率分配网络通信学院二、天线的性能指标电性能指标频带(MHz)824～896增益(dBi)＞17电压驻波比V.S.W.R＜1.35极化±45°水平面波束宽度(°)90垂直面波束宽度(°)6.5前后比(dB)≥25交叉极化比(dB)≥15预置电下倾角(°)3端口隔离度(dB)30三阶无源交调IMD3(dBm)＜-107输入阻抗(Ω)50最大功率(W)500接头形式7/16DIN(F)雷电保护直流接地通信学院机械性能指标天线尺寸(mm)640×296×156天线重量(kg)20辐射材料铝天线罩材料UPVC天线罩颜色灰色工作温度(℃)-40～+70下倾角调整范围(°)0～-15储藏温度(℃)-55～+80最大风速(km/h)210二、天线的性能指标通信学院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？2.15dB理想点源半波振子2.1、天线增益通信学院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:η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+2.15202/EEDDG定义2.1、天线增益通信学院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，θe和θh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。例：1个半波振子接收功率：1mW4个半波振子组阵接收功率：4mWG=10log(4/1)=6dBd)30000lg(10heG2.1、天线增益通信学院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。输入功率10W50Ω同轴电缆反射功率0.5W辐射功率9.5W2.2、天线电压驻波比通信学院由此可算出回波损耗：RL＝10lg(10/0.5)=13dB功率反射系数：Γ2＝0.5/10＝0.05电压反射系数Γ＝0.2238驻波比定义为VSWR＝(1+)/(1-)＝1.572.2、天线电压驻波比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通信学院垂直单极化±45°双极化垂直极化(单极化)45极化(双极化)2.3、天线的极化通信学院双极化天线单极化天线单极化天线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。2.4、端口隔离度隔离度隔离度通信学院对于多端口天线，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30dB10log(1000mW/1mW)=30dB1000mW(1W)1mW2.4、端口隔离度通信学院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2.5、方向图特性通信学院前向功率后向功率F/B=10log一般要求：F/B＞25dB(前向功率)（后向功率)2.5、方向图特性—前后比通信学院2.5、方向图-上旁瓣抑制与下旁瓣零点填充零点填充16dB00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-100-80-60-40-200距离(km)相对电平(dBm)发射功率=1W基站天线高度=40m天线增益=16dBi垂直面半功率波束宽度=6.5°◆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通信学院下倾角方式：机械下倾、固定电下倾、可调电下倾、遥控电下倾10°电子下倾10°机械下倾2.5、方向图—波束下倾角及下倾方式的比较6°电子下倾＋4°机械下倾通信学院◆测试指标：端口驻波比端口隔离度◆仪器：矢量网络分析仪◆测试环境：微波暗室三、天线性能指标的测试通信学院◆大型室外测试场◆大型室内微波暗室及自动化测试系统软件三、天线性能指标的测试通信学院方向图测试原理图三、天线性能指标的测试◆测试指标：3dB波束宽度前后比上旁瓣抑制和下零点填充天线增益◆仪器：信号源频谱仪或矢量网络分析仪◆测试环境：微波暗室通信学院三、天线性能指标的测试上图是实测的某天线的水平面/垂直面方向图，从图中可以读出其水平面半功率波束宽度为66.3°，前后比31dB，垂直面半功率波束宽度为7.7°，前后比27dB，波束下倾角4°，上第一旁瓣电平-23.6dB，下第一旁瓣电平-7.6dB，零点填充-18dB。通信学院冰冻干燥机低温冷冻柜高低温湿热箱老化实验机淋雨实验装置盐雾试验箱振动试验台恒温箱氙灯老化试验三、天线性能指标的测试---环境测试通信学院遥控电调天线控制器四、电调天线介绍通信学院电调覆盖不随下倾角变化变形覆盖变形网络的灵活性调节方便不再受天气、交通限制，调节周期短适合频繁调节，调节过程无需关闭基站，不影响网络运行调整小区覆盖范围,平衡话务流量遥控下倾角降低网络优化成本网络优化减低旁瓣和背瓣对非覆盖区的干扰动态网络优化，可以在路测的同时调整倾角电调天线的优势通信学院无下倾时天线各单元等相位分布等相位面电下倾时天线各单元相位按一固定的相位差△φ连续滞后α等相位面电调天线的基本原理通信学院驱动器(RCU)中央控制单元(CCU)便携式控制器控制电缆双塔放(DTMA)T型头避雷器天线电调天线的各部件通信学院兼顾手动和遥控电调－－－－驱动器安装方便简易，可靠性高摩比电调天线的特点通信学院可调范围宽(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）900M双极化1800M双极化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双极化摩比电调天线的特点通信学院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摩比电调天线的特点通信学院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。驱动器电调天线驱动器电调天线驱动器电调天线基站设备机房馈线控制电缆驱动器电调天线可以继续接6个驱动器控制电缆控制电缆天馈避雷器控制信号避雷器笔记本电脑RS-232控制器RJ-45电调天线远程控制方案通信