W(初级)-03-2WCDMA天线原理及选型-20080428-V10-A

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidential WCDMA天线原理及选型ISSUE1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 1l天线在无线通信系统中起着重要的作用。WCDMA中各种场景下天线的选型会直接影响到网络的性能。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 2参考资料lW-天馈设计指导书lW-专题指导书 天线选型lW-城区天线选型lW-山区与农村天线选型lW-高速公路天线选型HUAWEI T

2、ECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 3l学习完此课程，您将会：掌握天线的作用、基本原理、常见分类、主要技术指标，从而指导如何进行典型场景下的天线选型。同时了解实际项目中天线选择的工作流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 4第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要指标天线主要指标第四章第四章 天线选型原则及流程天线选型原则及流程第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI

3、 ConfidentialPage 5第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线工作原理天线工作原理1.3天线工作带宽天线工作带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 61.1天线作用l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间l收集无线电波并产生电信号HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 7天线的位置和作用基站天馈系统示意图防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/8“）馈线卡馈线卡走线架走线架接地装置接地装置

4、接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带绝缘胶带天线调节支架天线调节支架板状天线板状天线抱杆（抱杆（ 50114mm）室外跳线室外跳线室内超柔跳线室内超柔跳线馈线过线窗馈线过线窗基站基站天线的作用：天线的作用：将馈管中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波；反之将自由空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 8第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线工作原理天线工作原理1.3天线工作带宽天线工作带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOL

5、OGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 91.2天线工作原理l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；l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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 101.2天线工作原理l两臂长度相等的振子叫做对称振子l每臂长度为四分之一波长，称为半波振子l全长与波长相等的振子，称为全波对称振子l将振子折合起来的，称为折合振子1/2波长波长波长波长

6、1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 111.2天线工作原理单 元 振 子馈 电 网 络馈 电 网 络天 线 接 头天 线 接 头单 元 振 子馈 电 网 络定 向 天 线全 向 天 线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 12第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线工作原理天线工作原理1.3天线工作带宽天线工作带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD

7、.HUAWEI ConfidentialPage 131.3天线工作带宽l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。l天线工作带宽有几种不同的定义：一种是指天线增益下降3dB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; l在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 14第一章天线原理第一章

8、天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线工作原理天线工作原理1.3天线工作带宽天线工作带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 151.4天线极化l天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向电场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HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 16双极化天线l两个天线为一个整体l传输两个独立的波V/H (垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜 (+/- 45

9、)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 17极化损失l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3dB的极化损失，即只能接收到来波的一半能量； l当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 18极化隔离l隔离代表馈送到一种极化的信号在

10、另外一种极化中出现的比例1000mW (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) = 30dBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 19问题l天线的作用是什么？天线的阻抗带宽怎么定义的?l双极化天线实际是两个天线吗？l为什么用线极化天线接收圆极化波会有3dB损失？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 20第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要指标天线主要指标第四章第四

11、章 天线选型原则及流程天线选型原则及流程第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 21第二章第二章 天线分类天线分类2.1按辐射方向划分按辐射方向划分2.2按外形划分按外形划分2.3按极化方式划分按极化方式划分HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 222.1按辐射方向划分定向天线定向天线全向天线全向天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 232.2按外形划分板状

12、天线板状天线帽形天线帽形天线鞭状天线鞭状天线面状天线面状天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 242.3按极化方式划分垂直极化全向天线垂直极化全向天线垂直极化定向天线垂直极化定向天线双极化天线双极化天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 25问题l根据定向天线的安装，怎样得出它的辐射方向？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 26第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分

13、类第三章第三章 天线主要指标天线主要指标第四章第四章 天线选型原则及流程天线选型原则及流程第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 27第三章第三章 天线主要指标天线主要指标3.1天线电气指标天线电气指标3.2天线机械指标天线机械指标HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 28天线主要电气指标HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 29天线增益l增益是指在输入功率相等

14、的条件下，实际天线在在最大辐射方向最大辐射方向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。l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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 30dBd 和 dBi的区别一个单一对称振子具有面包圈形一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射的方向图辐射对称振子的增益为对称振子的增益为2.15dB一个天线与对称振子相比较的增一个天线与对称振子相比较的增益用益用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用较的增益用“

15、dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.15dBiHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 31天线方向图l天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。l在移动通信工程中，通常用功率方向图来表示，分为水平方向图和垂直方向图。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 32天线方向图对称半波振子方向图对称半波振子方向图顶视顶视侧视侧视定向天线方向图定向天线方向

16、图全向天线方向图全向天线方向图HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 33天线其它电气指标HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 34前后比l方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比越大，表示天线的定向接收性能就越好。后向功率后向功率前向功率前向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右 (前向功率前向功率) (反向功率反向功率)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

17、identialPage 35波束宽度l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。工程上一般用工程上一般用3dB波瓣宽度波瓣宽度。方位即水平面方向图方位即水平面方向图120 (eg)峰值峰值 - 10dB点点 - 10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60 (eg)峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15 (eg)峰值峰值 - 3dB点点- 3dB点点32 (eg)峰值峰值- 10dB点点- 10dB点点俯仰面即垂直面

18、方向图俯仰面即垂直面方向图HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 36波束宽度l天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平波束宽度与垂直波束宽度成反比，其关系可以表示为： 其中：Ga为天线增益，单位：dBi； 为垂直波束宽度，单位：角度； 为水平波束宽度，单位：角度。 10 lg 32400aG HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPa

19、ge 37波束宽度l 例如：某一全向天线，增益 11dBi，水平波束宽度 360，其垂直波束宽度为： 由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直波束宽度往往比上述计算结果要小。两者差别越小，说明天线设计得越好。1.1324007.15360 10oHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 38波束宽度天线增益与波束宽度的关系天线增益与波束宽度的关系HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 39例如例如14FE代表固定电下顷角代表固定电下顷角14 电下顷角是固定不可

20、变的电下顷角是固定不可变的 固固定定电电下下顷顷FE 天线下倾通过支架通过支架调节下顷角调节下顷角机机械械下下顷顷天线和垂直方向角度为天线和垂直方向角度为机机械下顷角械下顷角电电下下顷顷 天线垂直安装时，天线发射波天线垂直安装时，天线发射波束下顷这个发射波束与水平方束下顷这个发射波束与水平方向夹角为向夹角为电下顷角电下顷角改变天线内部振子分布特性产生改变天线内部振子分布特性产生电下顷，而不是调节支架造成的电下顷，而不是调节支架造成的机械下顷机械下顷实际波束的下顷角度实际波束的下顷角度=电下顷角电下顷角+机械下顷角机械下顷角电电调调天天线线 可可调调电电下下顷顷天天线线MERE例如例如7ME 代

21、表代表07 可调可调电下顷角可在一定范围内调节变化电下顷角可在一定范围内调节变化RCU手调电下顷通过配置手调电下顷通过配置马达马达RCU和和SMKT装置装置可变成远端调控电下顷可变成远端调控电下顷配置RCU和SMBT手手动动电电调调ME远远端端电电调调REHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 40天线下倾机械下倾机械下倾电下倾电下倾可调电下倾天线可调电下倾天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 41若 ZA 表示天线的输入阻抗，Z0 为天线的标称特性阻抗 ，

22、则天线的反射系数为 ， 。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性， 。VSWR = 1.5:1 时，R.L. = 13.98dB。天线驻波比9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前: 10W返回返回: 0.5W00AAZZZZ 11VSWR . .()20 lgRL dB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 42天线互调l互调产生的原因： 存在磁性物质 连接处不紧密 不同材料的金属的接触 相同材料的接触表面不光滑l无源互调特性是指接头，馈线，天线，滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起

23、的互调效应。 l常见影响比较大的互调：三阶互调HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 43第三章第三章 天线主要指标天线主要指标1.1天线电气指标天线电气指标1.2天线机械指标天线机械指标HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 44天线的主要机械指标l 天线输入接口l 天线尺寸l 天线重量l 风载荷l 工作温度l 湿度要求l 雷电防护l 三防能力HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 45第一章第一

24、章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要指标天线主要指标第四章第四章 天线选型原则及流程天线选型原则及流程第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 46天线选型原则及流程天线选型原则及流程4.54.5山区山区4.64.6近海近海4.74.7隧道隧道4.84.8室内室内4.14.1城区城区4.24.2郊区郊区4.34.3农村农村4.44.4公路公路4.9天线选型工作流程天线选型工作流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confid

25、entialPage 474.1天线选型原则城区应用环境特点：应用环境特点：l站址分布较密，要求单基站覆盖范围小，尽量 减少越区覆盖的现象，减少导频污染，提高网络质量和容量。天线选取原则：天线选取原则：l工作频率：1710 2170 MHz l极化方式：45 双极化 l水平波束宽度65l 增益：15 dBil下倾方式： 预置 6电下倾、或0 10 可调电下倾 ； 0 15可调机械下倾 l前后比： 25dBl其他：上副瓣抑制 + 零点填充 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 484.2天线选型原则郊区应用环境特点：应用环境特点

26、：l郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间，有的地方可能更接近城区，基站数量不少，这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要考虑。而有的地方可能更接近农村地方，覆盖成为重要因素。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。l65或 90 水平波束宽度 l一般不采用预置电下倾的天线，即使采用预置电下倾，一般下倾角也比较小。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 494.3天线选型原则农村应用环境特点：应用环境特点：l基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广。有的地方会采用孤站覆盖，覆盖是最受关注的问题，这时应结合基站周围需

27、覆盖的区域来考虑天线的选型。天线选取原则：天线选取原则：l定向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 90 水平波束宽度 / 18 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充l全向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 11 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 504.4天线选型原则公路应用环境特点：应用环境特点：l该应用环境下话务量低、用户高速移动、此时重点解决的是覆盖问题。公路覆盖以带状覆盖为主，故多采用双扇区站或“8”字形全向站；在穿

28、过乡镇，旅游点的地区也可采用三扇区或心形全向站。天线选取原则：天线选取原则：l定向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 30水平波束宽度 / 21 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。l“8”字形天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 双向 70水平波束宽度 / 14 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。l心形天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 210水平波束宽度 / 12 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confident

29、ialPage 514.5天线选型原则山区应用环境特点：应用环境特点：l在偏远的丘陵山区，山体阻挡严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。以下这几种情况比较常见：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站等。天线选取原则：天线选取原则：l定向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 90 水平波束宽度 / 15 dBi 增益 / 预置电下倾 / 零点填充。l全向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 11 dBi 增益 / 预置电下倾 / 零点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential

30、Page 524.6天线选型原则近海应用环境特点：应用环境特点：l话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好。对近海的海面进行覆盖时，覆盖距离主要受地球球面曲率、无线传播衰减限制。考虑到地球球面曲率的影响，对海面进行覆盖的基站天线一般架设得很高，超过 100m。天线选取原则：天线选取原则：l定向天线 工作频率 1710 2170 MHz / 垂直极化 / 30 水平波束宽度 / 21 dBi 增益 / 不预置下倾 / 零点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 534.7天线选型原则隧道应用环境特点：应用环境特点：l话务量不大，

31、基本不存在干扰控制的问题，主要是天线的选择及安装问题。天线选取原则：天线选取原则： 小于2公里：建议选择10-12dBi的八木/对数周期/平板天线安装在隧道 口内侧对2km以下的公路隧道进行覆盖； 大于2公里：建议采用泄漏电缆等解决。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI ConfidentialPage 544.8天线选型原则室内应用环境特点：应用环境特点：l为解决室内覆盖问题，通常是建设室内分布系统，将基站的信号通过有线网络直接引入到室内各区域，再通过各室内天线完成信号收发，从而达到消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内用户提供良好的网络覆盖。天线选取原则：天线选取原则：l全向天线 工作频率 800 2500