基站天线基本概念.ppt

2019/12/13,内部培训资料,北京华盛天基通信技术有限公司,天线知识交流,第一部分：天线知识第二部分：天馈优化与网络优化的差异和个案说明,第一部分：GSM天线基础知识,1、天线基本原理2、dBd和dBi的区别3、基站天线技术指标4、天线机械下倾与电子下倾波形对比5、天线及天馈驻波比6、天线类型及应用,1.1无线电波什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,电磁波的传播,1.2无线电波的极化,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，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。,1.3天线定义及极化方式,把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间.收集无线电波并产生电信号,垂直极化,水平极化,+45度倾斜的极化,天线的极化,天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向,-45度倾斜的极化,双极化天线,两个天线为一个整体传输两个独立的波,1.4信号通过天线辐射电磁波的原理和过程,导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果两导线平行且距离很近，而两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱.当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。,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。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称为折合振子。,1/2波长,一个1/2波长的对称振子在800MHz约200mm长400MHz约400mm长,1/4波长,1/4波长,1/2波长,振子,1.5对称振子,波长,天线的方向性,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。,方向图旁瓣显示,上旁瓣抑制,下旁瓣抑制,在820MHz1/2波长为180mm,在890MHz为170mm175mm对850MHz将是最佳的该天线的频带宽度=890-820=70MHz,当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的,在850MHz1/2波长振子最佳,在890MHz,天线振子,在820MHz,顶视,侧视,天线的功能:控制辐射能量的去向,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,一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图,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4mW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,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”表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.15dBi,2、dBd和dBi的区别,2.17dB,对称振子的增益为2.15dB,3、基站天线技术指标,频率范围MHz880-960频带宽度MHz80增益dBi15极化方式垂直极化驻波比18输入功率W30俯仰上旁瓣抑制dB-12俯仰下旁瓣抑制dB-14下倾角(可调)2-10尺寸LWH（mm)重量Kg,3.1天线的工作频率范围(带宽),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。,3.2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,后向功率,3.3波束宽度,方位面即水平面方向图,120(eg),峰值,-10dB点,-10dB点,10dB波束宽度,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,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。,2019/12/13,23,可编辑,4、天线波束的下倾,为使无线信号指向地面（波形俯视图）两种调节方法:机械倾角和电子倾角,无下倾,电下倾,机械下倾,目的：有效控制覆盖范围减小各种干扰目前在C网中，减少PN污染的有效途径是对覆盖范围的控制。,波束下倾的作用,电下倾的产生,无下倾时在馈电网络中路径长度相等,有下倾时在馈电网络中路径长度不相等,下倾方法的比较,10电下倾,10机械下倾,6电下倾+4机械下倾,5、馈线和天线的电压驻波比,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（。）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+）驻波系数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。,驻波比、反射损耗和反射系数,6、天线类型及应用,根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：arctgh/（r/2）（式中为波束倾角为天线高度，为站间距离）（1）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出大约在1019之间。采用内置电下倾9的+45双极化水平半功率瓣宽65定向天线。再加上机械可变15的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾1019内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。（2）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，大约在616之间可选择+45双极化，内置电下倾6的水平半功率瓣宽65定向天线，可以保证主瓣在下倾的616内水平半功率宽度无变化。可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。（3）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，大约在313之间。可选择+45双极化，内置电下倾3的水平半功率瓣宽65定向天线，可保证主瓣在下倾的313内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。,应用原则：（一）话务量高密集市区,话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的（18dBi）65定向天线（三扇区）、或17dBi90定向天线(双扇区，如下图)。,（二）在县城及城镇地区,话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选36011dBi高增益全向天线。根据基站架设高度，可选择主波束下倾3、5、7、9的全向天线。,（三）在乡镇地区,（1）双扇区型，两个区180划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90最大增益为1718dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下左图：（2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线，它的双向3dB波瓣宽度为70，最大增益为14dBi。其方向图为下右图：,(四)在铁路/公路沿线及乡镇，可选择三种天线,（3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用210、13dBi的弱定向天线兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：,附：表1电平换算及驻波比对功率的损耗,表2天线增益对覆盖距离的改善,天线增益与距离的关系：增加的增益距离倍数1dB1.122dB1.263dB1.414dB1.585dB1.786dB2.00注：上述是理论计算值以上数据在实际应用中应该减去0.1余量,第二部分：天馈优化与网络优化,提交报告结果：天馈优化基站物理信息表、网络覆盖图、各个方案对比结果网络优化网络整体指标、网络覆盖图、各个方案对比结果,小区方位角的调整,调整前：福园_0Ori=20,调整后：福园_0Ori=40,小区方位角的调整,优化前：粮食局