天线倾角设计报告

天线的倾角设计报告姓名：程前班级：09电子工程1班学号：0905074003一、天线倾角规划要点：1、掌握在理论上计算天线倾角与覆盖距离的关系。2、在市区能根据实际情况合理设置天线的下倾角二、天线倾角设计在设计天线倾角时必须考虑的因素有：天线的高度、方位角、增益、垂直半功率角，以及期望小区覆盖范围。在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功角成反比，其关系可以表示为：G=32600/(*其中，Ga为天线增益（为倍数，还需换算成dB值），为垂直半功率角，为水平半功率角。从上式可知，当天线增益较小时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大；而当天线增益较高时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小。为了更好地控制越区覆盖，在密集基站区域网络规划时选择高增益天线比较适宜，但是高增益天线容易造成近处覆盖不好的情况发生，严重时需要考虑采用零点填充技术。对于分布在市区的基站，当天线无倾角或倾角很小时，各小区的服务范围取决于天线高度、方位角、增益、发射功率，以及地形地物等，此时覆盖半径可以采用Okumura-Hata或COST231公式计算；当天线倾角较大时，因上述公式中没有考虑倾角，无法计算出的覆盖半径（如有比较准确的传播模型和数字地图，ASSET可以计算）。此时可以根据天线垂直半功率角和倾角大小按三角几何公式直接估算，方法如下：假设所需覆盖半径为D(m)，天线高度为H(m)，倾角为，垂直半功率角为，则天线主瓣波束与地平面的关系如图所示：图1天线主瓣波束与地平面的关系可以看出，当天线倾角为0度时天线波束主瓣即主要能量沿水平方向辐射；当天线下倾度时，主瓣方向的延长线最终必将与地面一点（A点）相交。由于天线在垂直方向有一定的波束宽度，因此在A点往B点方向，仍会有较强的能量辐射到。根据天线技术性能，在半功率角内，天线增益下降缓慢；超过半功率角后，天线增益（特别是上波瓣）迅速下降，因此在考虑天线倾角大小时可以认为半功率角延长线到地平面交点（B点）内为该天线的实际覆盖范围。根据上述分析以及三角几何原理，可以推导出天线高度、下倾角、覆盖距离三者之间的关系为：H/D)+/2上式可以用来估算倾角调整后的覆盖距离。但应用该式时有限制条件：倾角必须大于半功率角之一半；距离D必须小于无下倾时按公式计算出的距离。式中垂直波束宽度可以查具体天线技术指标或计算得出。对于垂直波束宽度为17度，基站天线高度40米的场合，覆盖距离与天线倾角的关系如图2所示。当垂直波束宽度为6.5度，基站天线高度40米时，覆盖距离与天线倾角的关系如图3所示。图2覆盖距离与倾角关系（垂直波束宽度17度，天线高度40米）图2覆盖距离与倾角关系（垂直波束宽度6.5度，天线高度40米）从以上两图可以看出，在天线高度和倾角一定时，覆盖距离与天线的垂直波束宽度间的关系。垂直波束宽度越小，覆盖距离越小。因此为了更好地控制越区覆盖，在规划阶段选择天线时应该选择垂直波束宽度小的天线。必须注意的是：调整倾角后除了可以控制越区覆盖外，还可以改善基站附近的室内覆盖，但远离基站处的覆盖将变差。三、实际运用为了便于实际运用和考虑相邻小区间必要的部分区域重叠，密集市区基站到覆盖目标距离D可以简化为小区设计半径；天线高度H指基站与覆盖目标的相对高度，并且本文我们只讨论近似平原地区。天线下倾分为机械下倾和电气下倾。一般认为，天线机械下倾在10度以内是比较科学的做法，大于10度时波瓣容易变形而对其他小区造成意想不到的干扰。所以，从追求最大合理化目标而言，在密集市区组网，我们希望采用电调天线，由于能够在现场进行电气下倾角调节的天线较贵，一般可以采用出厂预设6～7度电气下倾天线，在网络扩容和优化时结合机械下倾，实现15～20度大下倾角设置。根据上述讨论，结合我们最常用的A天线和常见天线高度（25-50米），给出在250、500、800、1000米小区半径下的天线倾角建议值。其他情况可以类推。可见，在小区半径过分小时，天线机械下倾也无法保证能够很好控制覆盖范围，此时只能降低天线高度；如果降低高度存在困难，就需要采取天线电气下倾与机械下倾相结合的方式。实际运用中，对于天线高度50米的基站，小区半径最小为250米。一般情况下，密集市区宏蜂窝理想天线高度为25-30米，而郊区或指向郊区天线高度为40-50米。以上下倾角计算方法主要适合于站距1200米（即R=800m）以内的密集基站组网。当基站距离覆盖目标大于800米时，大面积覆盖仍是最重要的关注点，估算天线下倾角时不必考虑垂直半功率角的影响，此时下倾角一般为1-4度；特殊情况下如基站本身已经建在较高位置，此时下倾角也可能较大。但是，基站周围环境是十分复杂的，下倾角还必须考虑附近山体、水面和高大玻璃墙反射，这种反射容易造成意外的与其他基站同邻频干扰甚至自身时间色散效应；也必须考虑楼房天面、前方密集建筑群、山坡等对电波的阴影效应。但是实际组网中有时也会结合基站周围地理环境利用大楼或山体等的阻挡来控制覆盖范围，此时需要与下倾角综合考虑。密集市区组网还必须考虑当天线主瓣正对街道而带来的街道效应和意外越区覆盖。一般情况下，密集市区应避免天线主瓣正对较直的街道。当小区需要覆盖比天线位置高的区域时，可能还会采取定向天线倒装或者下倾角为负的情况，此时需要注意天线的防水问题。如果基站位置过高而需要覆盖比基站位置低很多（大于60-70米或俯角大于5度）的谷地，并且只能用全向天线时，需要考虑采用电气下倾角（3度、5度等）、较宽垂直波瓣（低增益）、零点填充或提高下副波瓣增益等特点的全向天线来改善基站近处覆盖，避免可能出现的“塔下黑”现象。我们还必须考虑天线后瓣在天线主瓣下倾后的方向情况，因为现在一般的天线前后比只有20dB左右。同时还需注意上副瓣的影响。通常，全向天线垂直功率角是沿水平面上下对称的，倒装和正装效果一样；但是实际工程中还是需要注意具体全向天线的垂直方向图，是否已经具备电气下倾角，此时倒装就要慎重考虑了。