天线基础知识20111227

天线基础知识一.基站天线基本特性二.TD-SCDMA智能天线技术三.核心技术介绍一.基站天线基本特性

基站天线是移动通信系统的重要组成部分，它的作用是有效的发射或接收电磁波。发射天线把高频电流形式的能量转变成同频率的无线电波能量发射出去，接收天线把其接收下来的高频无线电波能量转变成同频率的电流能量。简单的说天线就是一种将电磁波与高频电流相互转换的装置。评价基站天线工作质量的参数主要有天线工作频段、天线极化、输入阻抗、驻波比、隔离度、交调、增益和辐射方向图等。1.工作频段

1．1中国移动经营的网络有：GSM900、GSM1800、TD-SCDMA其工作频段是

GSM900：870～960MHzGSM1800：1710～1880MHzTD－SCDMA：1880～1920MHz；2010～2025MHz；2500～2690MHz1．2中国联通经营的网络有：GSM900、GSM1800、WCDMA其工作频段是

GSM900：870～960MHzGSM1800：1710～1880MHzWCDMA：1920～2170MHz1．3中国电信经营的网络有：CDMA和CDMA-2000其工作频段是

CDMA：820～896MHzCDMA-2000:1920～2170MHz2．天线极化所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。一般以天线最大辐射方向上的电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向。天线极化方式可分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化、垂直极化和±45°极化。目前在移动通信网络中应用的基站天线常用的单极化天线一般为垂直极化，而双极化天线通常采用±45°极化天线。

单极化±45°双极化

3．输入阻抗天线的输入阻抗是指天线输入端的电压与电流之比。如果把输入到天线的功率看作被一个等效阻抗所“吸收”的功率，输入阻抗就是指天线在工作频段的这个等效阻抗。一般基站天线的输入阻抗为50Ω。

4．驻波比由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波。其相邻的电压最大值与最小值之比即为电压驻波比VSWR。基站天线的驻波比应小于1.5。当驻波比过大时，不仅影响能量传输，还会影响串噪声指标。5．隔离度天线的隔离度通常是指两端口或多端口天线的一个端口上的入射功率与该入射功率在其他端口上可得到的功率之比。为了满足空间分集技术的要求双极化天线的隔离度应小于-28dB。

6．交调天线交调产物是指当两个或多个频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号有和差关系的射频信号。

-107dBm中国电信CDMA800MHZ上行：820-835

下行：870-880三阶交调：上行：2f1-f2=2×820-835=805MHZ2f2-f1=2×835-820=850MHZ下行：2f1-f2=2×870-880=860MHZ2f2-f1=2×880-870=890MHZ7．增益增益是天线最重要的参数之一，它表示天线在给定方向上能量集中的程度。将其定义为天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用无损耗半波偶极子）在相同输入功率是最大辐射功率通量密度的比值。实际应用中，一般取天线最大辐射方向上的增益作为天线的增益。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为他决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就能在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或在确定范围内增大增益余量。

8．辐射方向图天线在给定距离R的球面各点的辐射场强是不同的，辐射方向图就是用来表征这些辐射强度与空间角度的关系。表示辐射（或接收）场强振幅方向特性的称为场强振幅方向图，表示辐射（或接收）功率方向特性的称为功率方向图，表示相位特性的称为相位方向图，表示极化特性的称为极化方向图等等。天线的辐射方向图是一个三维空间的曲面图形。但工程上为了方便常采用两个相互正交主平面上的剖面图来描述天线的方向性，通常取E平面（即电场矢量与传输方向构成的平面）和H面（即磁场矢量与传输方向构成的平面）内的方向图。在移动通信中使用的基站天线通常采用如下电参数来表征天线的辐射方向图的特性：8．1半功率波束宽度半功率波束宽度也是定向天线常用的一个非常重要的参数。功率方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向功率通量密度下降到一半处（或小于最大值3dB）的两点之间的夹角称为半功率波束宽度。场强方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向场强下降到0.707倍处的夹角也称为半功率波束宽度。天线的垂直面（E面）半功率波束宽度一般和该天线所对应方向上的覆盖半径有关。在一定范围内通过对天线俯仰角的调节，便能达到改善小区覆盖质量的目的。8．2电下倾角

利用电性能使天线垂直波束向下偏移，最大辐射方向与天线法线之间的夹角。在实际应用中选择合适的下倾角对于网络覆盖是非常重要的。8．3前后比

定向天线的前后比是指主瓣的最大辐射方向（规定为0°）的功率通量密度与相反方向附近（规定为180°±20°范围内）的最大功率通量密度之比值。8．4交叉极化鉴别率给定方向上主极化分量与正交极化分量功率之比。型号HTDBYS17216518(6)代码HT326016(50)频率（MHZ）1710-18801850-19901920-2170极化±45°±45°±45°增益（dBi）≥17.2≥17.3≥17.5H面半功率波束宽度65°±5°64°±5°63°±5°V面半功率波束宽度（参考）8°±1°7.5°±1°7°±1°下倾角6±1°第一上副瓣抑制≥18dB前后比≥25dB输入阻抗50Ω交叉极化比≥15dB（轴向）

≥10dB（±60°）隔离度≥30dB电压驻波比≤1.4三阶交调≤-107dBm雷电保护直流接地功率容量200W馈电位置底馈随着移动通信技术的不断发展，对网络覆盖的要求不断提升，又针对基站天线的特殊作用提出了新的概念：扇区功率比（SPR），天线效率，波束效率，方向图一致性（双极化天线），方向图倾斜度。8．5扇区功率比（SPR）为了提高蜂窝扇区边缘弱电平及减少两扇区重叠区的软切换概率，为水平面波束定义一个新指标：扇区功率比（SPR）。SPR越小，扇区重叠区域就越小，软切换概率就越小，掉话率就越小。这是网络优化的关键指标。例证：下图就是两面SPR不同的65º瓣宽天线H面方向图，蓝色曲线的天线的SPR较大，因此扇区重叠区域范围相应大，而红色曲线所表示的天线的SPR就相应较小一些，因此它的扇区重叠区域范围也就较小，那么在网络的应用中软切换概率就会相当减小。8．6方向图一致性（双极化天线）

在某一特定的角度范围内，±45º双极化天线的两个波束之间的一致性。如果两个（+/-45度极化）阵列没有相似的方向图，将影响双极化天线的极化分集接收增益性能。特别是影响蜂窝三个小区重叠区域的软切换性能。

+60º处的一致性（dB）=（-45º方向图中在+60º处的电平值）-（+45º方向图中在+60º处的电平值）

-60º处的一致性（dB）=（-45º方向图中在-60º处的电平值）-（+45º方向图中在-60º处的电平值）8．7方向图倾斜度以机械口径面的方向为参考面给定一个波束方向，将误差率的大小定义为波束倾斜。如果波束最大值不在机械口径面上且不对称，波束倾斜可以影响扇区边缘覆盖面。方向图倾斜度（º）=（-3dB处的角度值+3dB处的角度值）/28．8天线效率：ηA=Pr/P0=Pr/（Pr+Pn）<1因辐射功率Pr可测定，而P0可高度近似为同时测量的标准喇叭辐射功率，天线效率ηA即可得到。8．7波束效率：ηu=Pu/Pr球面立体角的有用角区辐射功率/总辐射功率.

可以定义主瓣范围的立体角的辐射功率为有用功率，立体角之外的辐射功率为干扰功率。显然波束效率越高，来自有用波束之外的接收（或发射）干扰功率就越小。网络指标就越好。常规的二维测量是反映不出这一有用指标的。但通过多探头三维测试可以准确测出。二.TD-SCDMA智能天线技术

智能天线作为我国拥有自主知识产权的3G系统—TD-SCDMA技术的重要组成部分，在技术上除了满足常规的指标要求，还根据其技术特点制定了相应的技术指标，如单元波束、广播波束和业务波束。单元波束：各单元天线在空间所形成的功率方向图，均为单元波束广播波束：各单元天线按照广播权值要求加载后，在空间形成的功率方向图。业务波束：跟踪用户时天线的功率方向图。根据用户来波方向（上行）的权值自动设置下行波束权值得到的方向图，由于TDD上下行频率相同，因而必定得到跟踪用户的波束。波束权值：智能天线在空间生成所需方向图时各端口所需要加载幅度（U）和相位称为权值。

通用参数参数（单位）指标指标指标工作频段（MHz）1880-1920(F)2010-2025(A)2500-2690（D）预设电下倾角（o）666电下倾角精度（o）±1.5±1±1校准与电路参数校准端口至各辐射端口的耦合度dB）-26±2-26±2-26±2校准端口至各辐射端口的幅度最大偏差（dB）<0.7<0.7<0.7校准端口至各辐射端口的相位最大偏差（o）<5<5<5校准端口及辐射端口电压驻波比<1.5<1.5<1.5同极化辐射端口之间的隔离（dB）≥20dB≥23dB≥25dB异极化辐射端口之间的隔离度（dB）≥28dB≥28dB≥28dB辐射参数单元波束水平面半功率波束宽度100°±15°90°±15°75°±15°单元波束增益≥11.5dBi≥12dBi≥12.5dBi交叉极化比（轴向）≥15dB≥15dB≥15dB交叉极化比（±60°）≥10dB≥10dB≥10dB前后比≥23dB≥23dB≥23dB广播波束水平面半功率波束宽度65°±5°65°±5°65°±5°广播波束增益≥11.5dBi≥12dBi≥12.5dBi波束±60°边缘功率下降10-15dB10-15dB10-15dB垂直面半功率波束宽度≥16°≥16°≥14°交叉极化比（轴向）≥15dB≥15dB≥15dB交叉极化比（±60°）≥10dB≥10dB≥10dB前后比≥28dB≥28dB≥28dB上旁瓣抑制≤-15dB≤-15dB≤-15dB业务波束0°指向波束增益≥17dBi≥17.5dBi≥18.5dBi0°指向波束水平面半功率波束宽度≤28°≤28°≤22°0°指向波束水平面副瓣电平≤-12dB≤-12dB≤-12dB±60°指向波束增益≥13.5dBi≥14dBi≥14.5dBi±60°指向波束水平面半功率波束宽度≤34°≤34°≤26°±60°指向波束水平面副瓣电平≤-5dB≤-5dB≤-4dB0°交叉极化比（轴向）≥20dB≥20dB≥20dB0°前后比≥30dB≥30dB≥30dB西安海天天线作为最早一批的TD-SCDMA联盟的成员之一，一直在为TD-SCDMA技术的发展做着自己的贡献。从早期的圆形智能天线阵，8列单极化定向智能天线阵，6列单极化定向智能天线阵，到小型化后的窄带双极化智能天线，以及目前正在大规模网络建设中使用的超宽带双极化智能天线，海天天线均紧跟TD-SCDMA技术的发展需求，研制出了一系列的TD-SCDMA智能天线。

1．圆形智能天线阵圆形智能天线阵由8个辐射单元和一个校准网络组成，8个辐射单元呈等角度分布在圆周上，每个辐射单元接在校准网络的辐射单元接口上，基站信号通过电缆连接到天线的射频端口，通过耦合器耦合一部分信号到校准网络的公共校准端口。工作频率：2010—2025MHZ2．8列定向单极化智能天线

8列定向单极化智能天线由8列单极化辐射单元和一个校准网络组成，8个辐射单元呈等间距组阵，每个辐射单元接在校准网络的辐射单元接口上，基站信号通过电缆连接到天线的射频端口，通过耦合器耦合一部分信号到校准网络的公共校准端口。工作频率：1880—1920&2010—2025MHZ3．6列定向单极化智能天线6列定向单极化智能天线由6列单极化辐射单元和一个校准网络组成，6个辐射单元呈等间距组阵，每个辐射单元接在校准网络的辐射单元接口上，基站信号通过电缆连接到天线的射频端口，通过耦合器耦合一部分信号到校准网络的公共校准端口。工作频率：1880—1920&2010—2025MHZ

4．窄带双极化智能天线(FA频段)窄带双极化智能天线将正交双极化思想引入阵列设计，由4个双极化阵列和一个校准网络组成，4个双极化阵列呈等间距组阵，借鉴现有的阵列设计技术和极化设计技术，达到降低尺寸的效果。工作频率：1880—1920&2010—2025MHZ5．超宽带双极化智能天线（FAD频段）其中A频段主要用于室外覆盖；而F频段由于受到小灵通的干扰，一般用于室内覆盖；D频段也就是用于LTE，即TD-SCDMA的延伸TD-LTE。

工作频率：F段:1880—1920&A段:2010—2025&D段:2500—2690MHZ6．电调智能天线电倾角是靠改变电波的相位来改变波形的覆盖，而机械倾角是靠调整天线的机械下倾角度来改变覆盖范围。首先，可以采用电调天线对覆盖蜂窝实施动态调整，以解决呼吸效应。其次，在城区等高话务地区干扰过大，要解决高话务区的容量不足就需要缩短站距，加大天线下倾角度，而机械天线下倾角度过大覆盖效果将显著变差，因此用电调天线来解决下倾角的问题就成为了首选。7．超宽带集束电调智能天线三扇区集束超宽带电调智能天线是将三面双极化超宽带智能天线集束于一个天线罩内，节省室外站点，美化环境。8．美化：集束同轴头智能天线TD智能天线相对于其它标准（如GSM/CDMA等)的主要优势是将雷达相控阵天线波束赋形（波束跟踪）原理应用于无线蜂窝移动电话网络，大大提升网络优化水平。但也付出了代价，就天馈系统而言，除了增大了天线的复杂性，特别是增多了射频馈线的数目（从单极化的一根增加到9根），大大增加了建站成本。为解决智能天线“辫子”问题海天天线联合有关电缆头厂家研制出了多联同轴头，可将每面天线的9个N型同轴座换成1个5联和1个4联同轴座，分别用2根集束电缆（内部各有5根和4根同轴线）与RRU连接。天线端口射频同轴线端口使用后效果图

在集束电调智能天线中每面扇区天线采用两根多同轴集束电缆与各自的RRU连接，整个三扇区天线只需六根多同轴集束电缆与三个RRU连接。射频跳线电缆从原来的27根N型减少到6根多同轴集束电缆,大大提高现场施工速度、降低安装复杂度及安装成本。

N型接头天线端面示意图多联同轴座天线端面示意图9．TD+GSM双模智能天线采用TD+GSM双模智能天线，可最大限度地实现二站合一，避免天线系统的重复建站，充分利用TD(或GSM)基站站址，二天线合一，降低基站建设的费用。节能降耗综合成本下降1/3。三.核心技术1.超宽带天馈单元此天馈单元采用锌铝合金铸造，它的优点是采用模具铸造成型，一致性好，性能稳定可靠，适宜于大批量生产。低频段天馈单元（806-960MHZ）高频段天馈单元(1710-2170MHZ)低频段组阵示意图高频段组阵示意图2.宽频天线技术2G/3G超宽带、多频电调天线（9=1）=现在：频率范围806~960MHz，1710~2170MHz现在一副天线相当于原来的9副天线，并且具备电调功能。2G/3G超宽带、多频电调天线实测方向图824-960MHzV面方向图2G/3G超宽带、多频电调天线实测方向图1710-1880MHzV面方向图2G/3G超宽带、多频电调天线实测方向图1710-2170MHzV面方向图3.2G/3G天线型号展示适用系统覆盖频段(MHZ)水平面波束宽度增益范围可调电