天线基本知识及天线选型

CBB_A01_C3天线基本知识及天线选型中兴通讯学院CDMA-BSS团队学习目标学习完此课程，您将会：掌握半波振子、工作频段、回波损耗、输入阻抗等天线的电气性能参数。了解天线尺寸、天线抱杆、工作和存储环境等天线的机械性能参数。掌握根据不同的地理环境和实际需要情况选择合适的电性能和机械性能参数的天线。课程内容简介基站天馈结构天线电性能参数介绍及选型天线机械参数介绍及选型室内分布系统的天线选型简介无线网络规划优化中，天线的选择非常重要。合理的天线不仅可以提高网络的覆盖质量和容量，还可以大大缩短网络规划和优化的时间，节省人力物力。本课程用于指导选用合适天线；也可用在网络优化阶段，作为优化的一种手段，判断是否需要更换天线。简介课程内容简介基站天馈结构天线电性能参数介绍及选型天线机械参数介绍及选型室内分布系统的天线选型基站天馈结构天线7/16接头1/2“跳线7/8“电缆接地卡口1/2“跳线机柜避雷器接地卡口天线电性能参数介绍及选型课程内容简介基站天馈结构天线电性能参数介绍及选型天线机械参数介绍及选型室内分布系统的天线选型Blahblahblahblah天线电性能参数半波振子工作频段输入阻抗电压驻波比极化方式增益方向图波束宽度下倾角前后比波瓣抑制和零点填充三阶互调天线口隔离天线电性能参数介绍及选型Wavelength1/2Wavelength1/4Wavelength1/4Wavelength1/2WavelengthDipole1900MHz：166mm800MHz：333mm对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。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。天线基础－半波振子(Dipoles)天线电性能参数介绍及选型1个dipole接收功率：1mW多个dipole组阵接收功率：4mWGAIN=10log(4mW/1mW)=6dBd半波振子(Dipoles)天线电性能参数介绍及选型工作频段(FrequencyRange)天线的工作频段必须与所设计系统的频段相对应，从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。工作带宽（BANDWIDTH）=896-824=72MHzOptimum1/2wavelengthfordipoleat860MHzat896MHzAntennaDipoleat824MHz示例：CDMA800MHz系统天线的工作带宽天线电性能参数介绍及选型CDMA系统天线的工作带宽GSM900:890-960MHzGSM1800:1710-1880MHzGSM双频:890-960MHz&1710-1880MHzCDMA常用的频段有450M\800M\1900MCDMA450Ｍ:450-468MHzGOTA800M：806-866MHzCDMA800Ｍ:824-896MHzCDMA1900Ｍ:1850-1990MHz天线电性能参数介绍及选型IMT—2000:FDD频段:1920—1980MHz/2110—2170MHzFDD补充频段:1755—1785MHz/1850—1880MHz占用60MHz+30MHz（对称频段）TDD频段:1880—1920MHz、2010—2025MHzTDD补充频段:2300—2400MHz占用40MHz+15MHz+100MHz（非对称频段）3G常用工作频段天线电性能参数介绍及选型输入阻抗(Impedance)50Cable50ohmsAntenna50ohms天线电性能参数介绍及选型输入阻抗(Impedance)匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗50Ω。天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。天线电性能参数介绍及选型9.5W80ohms50ohmsForwarda:10WBackward:0.5W回波损耗ReturnLoss：10log(10/0.5)=13dB驻波比VSWR(VoltageStandingWaveRatio)回波损耗(ReturnLoss)天线电性能参数介绍及选型电压驻波比VSWR:–微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配–否则就会有反射波产生，流向信号源–由反射波和入射波合成而产生的称为－驻波驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为－电压驻波比VSWR它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.3。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。电压驻波比(VSWR)天线电性能参数介绍及选型AntVSWR=1.5:1ReturnLoss=20LogVSWR+1=14dBVSWR-1+40dBm(10watts)+26dBm0dBiEIRP=+39.8dBm(400mW)电压驻波比(VSWR)天线电性能参数介绍及选型天线分集方式空间分集空间分集：当两个接收天线间隔一定距离，就可接收到具有不同衰落包络的同一个信号，这两个信号的相关系数小于0.7，就可满足分集接收要求。空间分集对天线安装提出了要求：D10λh/D≤11h是天线高度，D是天线间隔。空间分集天线仅采用在水平方向有间隔。极化分集极化分集：每个载频的每个扇区使用一个45°双极化天线就可以完成分集接收。两个相互垂直的45°极化是正交极化，有较好的分集接收能力。天线电性能参数介绍及选型极化方式(Polarization)VerticalHorizontal+45degreeslant-45degreeslant天线电性能参数介绍及选型V/H(Vertical/Horizontal)Slant(+/-45°)极化方式(Polarization)天线电性能参数介绍及选型极化方式(Polarization)单极化天线多采用垂直线极化双极化天线多采用45双线极化天线电性能参数介绍及选型天线极化方式的选取原则在城区，基站数目较多，每个基站的覆盖半径较小，考虑到安装方便，加上城区基站调整可能性比较大，为了保证分集效果，建议采用双极化天线。在郊区和农村，基站数目较少，每个基站覆盖半径较大，采用空间分集对接收效果略有改善，可以采用空间分集的单极化天线。通常情况下，如果没有特殊要求，建议全部选用双极化天线，对施工和后续的调整都比较有利。天线电性能参数介绍及选型增益注意：天线只是无源传输器件，不能放大能量！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信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线电性能参数介绍及选型半波振子理想点源（无耗均匀辐射器）0dBd=2.15dBi2.15dB常用单位：dBd和dBidBi：表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值。dBd:表示天线在最大辐射方向场强相对于半波振子的参考值两者有一个固定的差值：dBi=dBd+2.15增益天线电性能参数介绍及选型天线增益实例BaseStationTransmitter(20watts)ConverttodBm10Log(20)+30=+43dBmjumperHeliaxCablejumper-0.5dB-0.5dB-3dBAntennaGain=+18dBiAntInputPower=+39dBmEiRP=+39+18=+57dBmEIRP（有效辐射功率）实例天线电性能参数介绍及选型天线增益目前基站天线的增益范围从0dBi到20dBi以上均有应用。室外基站采用全向天线时增益多为9-12dBi，采用定向天线时增益多为15-20dBi。水平波束相对较窄的天线多用于地广人稀的道路的覆盖，增益一般为20dBi。室内覆盖的天线,增益一般为0-8dBi。天线电性能参数介绍及选型方向图（Pattern）发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。但实际中的天线辐射图都比较复杂，称之为天线方向图。天线电性能参数介绍及选型120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dBBeamwidth60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dBBeamwidth波束宽度（Beamwidth）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。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（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。还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角。天线电性能参数介绍及选型水平波瓣3dB宽度定向天线：65°/90°/105°/120°全向天线：360°天线电性能参数介绍及选型垂直波瓣3dB宽度定向天线全向天线天线电性能参数介绍及选型水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度（续）在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增益下降3dB的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣宽度（3dB宽度，可以有其它的定义方式）。天线辐射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。全向天线的水平波瓣宽度为360，定向天线的水平波瓣宽度有20、30、65、90、105、120、180等，常用65、90；天线的垂直波瓣宽度一般在3～80之间，基站采用较多的是5～18的天线。天线的增益和水平及垂直波瓣宽度密切相关，一般来说，天线的波瓣宽度越小，其增益越大，在确定这三个参数时，需一起考虑。天线电性能参数介绍及选型水平和垂直波瓣宽度的选取原则水平波瓣宽度对基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域，水平波瓣宽度应选得小一点。对覆盖半径较大，话务分布较少的区域，水平波瓣宽度应选得大一些。垂直波瓣宽度对地形平坦，建筑物稀疏，平均高度较低的区域，垂直波瓣宽度可选得小一点。对地形复杂、落差大的区域，垂直波瓣宽度可选得大一些。对不同传播环境、不同地形地貌，天线的水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度一般可遵循下面的原则选取：天线电性能参数介绍及选型水平和垂直波瓣宽度的选择建议1城区S111基站：一般选用水平波瓣宽度为65，垂直波瓣宽度为7～10的天线，天线增益在15～18dBi之间S110或定向单扇区基站：可以选用水平波瓣宽度为65、90甚至更宽的天线，根据覆盖需求选用；垂直波瓣及增益选择同S111站型全向基站：选用增益较小、带电子下倾的天线天线电性能参数介绍及选型水平和垂直波瓣宽度的选择建议2郊区和农村定向基站：选用水平波瓣宽度为90，垂直波瓣宽度为5～7的天线，天线的增益在15～18dBi之间。全向基站：选用垂直波瓣宽度为5～7，增益在9～12dBi之间的天线。天线电性能参数介绍及选型水平和垂直波瓣宽度的选择建议3水面