8天馈线技术讲解课件

1、天馈线技术 第1页，共65页。目标掌握天线工作原理和主要性能指标掌握天线的种类和选型掌握天线的测试及故障处理掌握CDMA天馈优化调整学习完本章内容，您应该能够：2第2页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指标天线的分类天线的选型馈线的种类和选择天馈线测试及常见故障处理3第3页，共65页。天线的工作原理基站天馈系统示意图8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走线架4接地装置3接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带1天线调节支架GSM/CDMA板状天线抱杆（50114mm）2室外馈线9室内超柔馈线7馈线过线窗基站主设备天线的位置和作用4第4页，共65页。无线电波的概念: 无线电波是一种能量传

2、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。天线的工作原理5第5页，共65页。无线电波的波长、频率和传播速度的关系：可用式 / 表示。在公式中，为速度，单位为米/秒； 为频率，单位为赫芝；为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。波长天线的工作原理6第6页，共65页。天线的工作原理无线电波传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场7第7页，共65页。天线的工作原理当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射；如果两导线的距离很近，导线中电流方向相反，感应电动势互相抵消，因此辐射很微弱；如果

3、将两导线张开，由于两导线的电流方向相同，辐射较强；当导线的长度可与波长相比拟时，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；两臂长度均为1/4波长的振子叫做对称半波振子。8第8页，共65页。天线的工作原理天线的结构天线是由一系列半波振子叠加而成1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipole内部组成：槽板、馈电网络、振子外部组成：天线罩、端盖、接头9第9页，共65页。问题任何一段导体都可以辐射电磁波吗？导体辐射电磁波的能力为什么与长度和形状有关？发射天线和接收天线可以互换吗？天线内部和外部组成怎样？什

4、么是垂直极化波？什么是垂直极化天线？10第10页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指标天线的分类天线的选型馈线的种类和选择天馈线测试及常见故障处理11第11页，共65页。 电性能参数Electrical properties工作频段输入阻抗驻波比极化方式增益方向图水平、垂直波瓣3dB宽度下倾角前后比旁瓣抑制与零点填充功率容量三阶互调天线口隔离机械参数Mechanical properties尺寸重量天线罩材料外观颜色工作温度存储温度风载迎风面积接头型式包装尺寸天线抱杆防雷天线的性能参数12第12页，共65页。天线的方向图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

5、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。天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称为平面方向图，一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分，而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如心型、8字形等。天线具有方向性本质上是通过阵子的排列以及各阵子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推。对于定向天线，还存在后瓣。 13第13页，

6、共65页。对称半波振子方向图顶视侧视定向天线方向图全向天线方向图天线的方向图14第14页，共65页。增益天线的增益指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元或半波振子在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、旁瓣越小，增益越高。 单位：dBi或dBddBi是以理想点源天线增益为参考基准Isotropic。dBd是以半波振子天线增益为参考基准Dipole。 dBi dBd2.15 天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有把增加所辐射信号的能量，它只是通过天线阵子的组合

7、并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力15第15页，共65页。波束宽度波束宽度16第16页，共65页。波束宽度定向天线：65/90/105/120 全向天线：360水平波瓣3dB宽度：基站天线水平半功率角有360、210、120、90、65、60、45、 33等，城市中最常用的是6517第17页，共65页。 定向天线： 全向天线：垂直波瓣3dB宽度：垂直半功率角有6.5、13、25、78等。 城市中最常用的是13 波束宽度18第18页，共65页。前后比：前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向18030以内的

8、副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比在1845dB之间。对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线。 F/B = 10 log typically ： 25dB (前向功率)后向功率)后向功率前向功率前后比19第19页，共65页。零点填充和上副瓣抑制 零点填充零点填充，基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。高增益天线由于其垂直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。 通常零深相对于主波束大于-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的

9、关系为： Y dB20log(X%/100%)如：零点填充10%，即X=10； 用dB表示：Y=20log(10%/100%)20dB上副瓣抑制上副瓣抑制，对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率， 减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高 D/U值，上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区制基站天线无这一要求。 20第20页，共65页。天线的极化 极化是指天线辐射的电场矢量在空间的取向，基站天线通常使用线极化。以大地为基准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VP），平行于地面为水平极化（HP）。在双极化天线中，通常使用+45和-45正交双线极化。垂直极化水

10、平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化21第21页，共65页。双极化天线两个天线为一个整体，传输两个独立的波。V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45)天线的极化22第22页，共65页。天线的极化双极化天线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23第23页，共65页。天线的极化极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波，与地面垂直的

11、波叫垂直极化波。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化波都有旋相性。不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。目前常见的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是线极化方式。双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，提高基站接收信号质量的，通常有0/90、45/-45两种。对于CDMA800频段，水平极化波的传播效果不如垂直极化，因此目前很少采用0/90的交叉极化天线。24第24页，共65页。工

12、作带宽（ BANDWIDTH ）= 896 - 824 = 72MHzOptimum 1/2 wavelengthfor dipole at 860MHzat 896MHzAntenna Dipoleat 824MHz工作频段 25第25页，共65页。输入阻抗50Cable 50 ohmsAntenna 50 ohms26第26页，共65页。9.5 W80 ohms50 ohmsForwarda: 10WBackward: 0.5W假设基站发射功率是10W，反射回0.5W，由此可算出:反射系数： 开平方(0.5/10)0.2238驻波比：VSWR=(1+)/(1- )1.57 回波损耗： RL

13、10lg(10/0.5)=13dB，回波损耗与反射系数的关系：RL=-20lg 一般要求天线的驻波比小于1.5，驻波比是越小越好，但工程上没有必要追求过小的驻波比。驻波比（VSWR）27第27页，共65页。回波损耗 回波损耗RLRL=10lg（入射功率/反射功率），以分贝表示RL的值在0dB到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，反之则匹配越好。0dB表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信中，一般要求回波损耗大于14dB（对应VSWR=1.5）例如Pf10W，Pr0.5W，则RL=10lg（10/0.5）13dBVSWR与RL值有一个转换关系28第28页，共65页。当馈线和天线匹配时，高频

14、能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波端口隔离度：对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dB。 三防能力：基站天线必须具备三防能力，即：防潮、防盐雾、防霉菌。对于基站全向天线必须允许天线倒置安装，同时满足三防要求天馈线匹配及其他29第29页，共65页。下倾角（Down Tilt）下倾角天线下倾是

15、常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角；而电子下倾是通过改变天线振子的相位来控制下倾角。当然在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一起进行30第30页，共65页。电调下倾原理31第31页，共65页。不下倾Non down tilt电调下倾Electronic downtilt机械下倾Mechanical downtilt天线下倾32第32页，共65页。天线下倾角选择设计天线倾角时必须考虑因素有：天线挂高，方位角，增益，垂直半功率 角以及小区的覆盖范围。=arct

16、an(H/D) +/2（R1000米的密集组网）33第33页，共65页。一般城区下倾角设置参考表6515dBi 天线下倾角设置值站距（米）天线有效挂高（米）水平半功率角（度）垂直半功率角（度）下倾角（公式一）建议下倾角（度）60035651311.511.570035651310.810.880035651310.310.39003565139.89.810003565139.59.534第34页，共65页。密集城区下倾角设置参考表6515dBi 天线下倾角设置值站距（米）天线有效挂高（米）水平半功率角（度）垂直半功率角（度）下倾角（公式一）建议下倾角（度）30030651318.018.04

17、0030651315.015.050030651313.313.3 结论：站距越近，同等增益天线所需要的下倾角越大。 35第35页，共65页。问题天线是无源器件，为什么会有增益？因为天线有增益，所以输出功率大于输入功率，对吗？为什么机械下倾角度不能够太大？不同频段的天线可以互换使用吗？36第36页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指标天线的分类天线的选型馈线的种类和选择天馈线测试及常见故障处理37第37页，共65页。天线的分类按辐射方向分全向天线定向天线38第38页，共65页。天线的分类室内天线室外天线39第39页，共65页。天线的分类隐形天线和美化天线40第40页，共65页。天线的分类

18、智能天线41第41页，共65页。天线的分类天线分布系统42第42页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指标天线的分类天线的选型馈线的种类和选择天馈线测试及常见故障处理43第43页，共65页。天线选择移动通信网络中，天线的选择是一个很重要的部分，应根据网络的覆盖要求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线。天线选择得当，可以改善覆盖效果，减少干扰，改善服务质量根据地形或话务量的分布可以把天线使用的环境分为8 种类型：市区（高楼多，话务大）、郊区（楼房较矮，开阔）、农村（话务少）、公路（带状覆盖）、山区（或丘陵，用户稀疏）、近海（覆盖极远，用户少）、隧道、大楼室内。 44第44页，共6

19、5页。市区基站天线选择 应用环境特点：基站分布较密，要求单基站覆盖范围小，希望尽量减少越区覆盖的现象，减少基站之间的干扰，提高频率复用率。天线选用原则：1、极化方式选择：由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，建议选用双极化天线；2、方向图的选择：在市区主要考虑提高频率复用度，因此一般选用定向天线；3、半功率波束宽度的选择：为了能更好地控制小区的覆盖范围来抑制干扰，市区天线水平半功率波束宽度选6065。在天线增益及水平半功率角度选定后，垂直半功率角也就定了；4、天线增益的选择：由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离，因此建议选用中等增益的天线。同时天线的体积和重量可以变小，有利于安装和降低

20、成本。根据目前天线型号，建议市区天线增益视基站疏密程度及城区建筑物结构等选用15-18dBi增益的天线。若市区内用作补盲的微蜂窝天线增益可选择更低的天线如10-12dBi的天线；5、预置下倾角及零点填充的选择：市区天线一般来都要设置一定的下倾角，因此为增大以后的下倾角调整范围，可以选择具有固定电下倾角的天线（建议选3-6）。由于市区基站覆盖距离较小，零点填充特性可以不作要求；天线选择45第45页，共65页。6、下倾方式选择：由于市区的天线倾角调整相对频繁，且有的天线需要设置较大的倾角，而机械下倾不利于干扰控制，所以在可能的情况下建议选用预置下倾天线。条件成熟时可以选择电调天线；7、下倾角调整范

21、围选择：由于在市区出于干扰控制的原因，需要将天线的下倾角调得较大，一般来说电调天线在下倾角的调整范围方面是不会有问题的。但是在选择机械下倾的天线时，建议选择下倾角调整范围更大的天线，最大下倾角要求不小于14；8、在城市内，为了提高频率复用率，减小越区干扰，有时需要设置很大的下倾角，而当下倾角的设置超过了垂直面半功率波束宽度的一半时，需要考虑上副瓣的影响。所以建议在城区选择第一上副瓣抑制的赋形技术天线，但是这种天线通常无固定电下倾角。推荐：半功率波束宽度65/中等增益/带固定电下倾角或可调电下倾机械下倾的双极化天线。 天线选择46第46页，共65页。 天线的选型 市区密集市区：基站间距30050

22、0米。宜选用水平半功率点张角是65度，天线增益是15dBi，下倾角度36度的双极化天线。中等密集市区：基站间距离大于500米，采用增益在1718dBi左右，内置电下倾角大约在6度左右的天线 。低话务量市区：由于基站间距离可能更大一些，采用增益在18dBi左右，内置电下倾角大约3左右的天线 。47第47页，共65页。市区基站天线选择a、通常选用水平半功率角6065的定向天线；b、一般选择15dBi左右的中等增益天线；c、最好选择带有一定电下倾角（36）的天线；d、建议选择双极化天线。郊区基站天线选择a、根据实际情况选择水平半功率角65或90的定向天线；b、一般选择1518dBi的中、高增益天线；

23、c、根据具体情况决定是否采用预置下倾角；d、双极化和垂直极化天线均可选用。天线选择48第48页，共65页。农村基站天线选择a、根据具体情况和要求选择90、120定向天线或全向天线；b、所选的定向天线增益一般比较高（1618dBi）；c、一般不选预置下倾天线，高站可优先选择零点填充天线；d、建议选择垂直极化天线。公路基站天线选择a、一般选择窄波束、高增益的定向天线，也可以根据实际情况选择8字型天线、全向天线；b、公路基站对覆盖距离要求高，因此一般不选预置下倾角天线；c、建议选择垂直极化天线；d、所选定向天线的前后比不宜太高。天线选择49第49页，共65页。电调天线 在城镇繁华区域，不但多径反射复

24、杂，而且频率复用规划的站址相互制约、相互干扰严重。还有，某些场景的话务量变化复杂，比如一天中白天和夜晚的话务量来自不同的局部区域，或者平时和节假日的话务量来自不同的局部区域等等。要平衡和解决这些矛盾的较好办法是采用连续电调基站天线。使用环境天线描述下倾角型号话务量较大的市区双极化连续电调65度15dBi天线0-14连续可调ODP-065R15DB(V)话务量中等的市区双极化连续电调65度17dBi天线0-10连续可调ODP-065R17DB(V)天线的选型50第50页，共65页。天线的选型低增益天线城市人口密集的市区和商业中心，话务量越来越多，基站也越来越密集，每个基站的覆盖半径也越来越小；常

25、规使用的65度15、17dBi天线需要增大下倾角度来满足覆盖要求，但是随着下倾角的增大，将带来波束的变形，严重影响覆盖质量。为了解决上述问题，低增益天线得到广泛应用。低增益天线还具有尺寸小，安全系数高，更适合美化；垂直面波束宽度宽，覆盖更均匀等优点。隧道覆盖推荐选择10-12dB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。 室内覆盖推荐室内使用的全向天线：2dBi/垂直极化/全向天线。定向天线：7dBi/垂直极化/90度的定向天线。51第51页，共65页。窄波束天线铁路、国道、高速公路等道路地区，如果覆盖目标仅为高速公路或铁路等交通干线 ，可以选择一些波瓣宽度为3

26、0度左右的高增益天线。由于主瓣宽度较小，增益通常都在18dBi以上。天线种类天线尺寸（mm）预置电下倾角800、900MHz，3221dBi261558976.5 3800、900MHz，3218dBi1415572141 连续电调014800、900MHz，3221dBi2615572141 连续电调07天线的选型建议优先选择“8”字形天线或S0.5/0.5 配置，以减少高速移动用户接近/离开基站附近时的切换52第52页，共65页。天线的选型天线高度设计同一基站不同小区的天线可以有不同的高度；对于地势平坦的市区，一般天线的有效高度为30m左右；对于郊县基站，天线高度可适当提高，一般在40m左

27、右；天线高度过高会降低天线附近的覆盖电平（俗称“塔下黑”），特别是全向天线该现象更为明显。天线高度过高容易造成严重的越区覆盖问题，影响网路质量。53第53页，共65页。天线的选型天线方位角设计应从整个网络的角度考虑，在满足覆盖的基础上，尽可能保证市区各基站三扇区天线方向一致，局部微调；城郊接合部、交通干道、郊区孤站可根据重点覆盖目标对天线方向进行调整；天线的主瓣方向指向高话务密度区；市区相邻扇区天线交叉覆盖深度不宜超过10；郊区、乡镇等地相邻小区交叉覆盖深度不宜太深，同基站相邻扇区天线夹角不能小于90度；为防止越区覆盖，密集市区应避免天线主瓣正对较直的街道。54第54页，共65页。天线的选型天

28、线下倾角的设计要达到既能减少相邻小区干扰，有可以满足覆盖的目的；要综合考虑基站的发射功率、天线的高度、小区覆盖范围、无线传播环境等因素；密集市区考虑带电调下倾的天线；郊区和农村使用机械下倾天线。55第55页，共65页。问题有哪些常用的天线？在不同的传播环境下，天线是如何选型的？天线的高度、方位角、下倾角是如何设计的？56第56页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指标天线的分类天线的选型馈线的种类和选择天馈线测试及常见故障处理57第57页，共65页。馈线的种类和选择馈线接头保护盒馈线卡不同直径的馈线馈线头的安装58第58页，共65页。馈线的种类和选择59第59页，共65页。目录天线的工作原理天线的性能指