基站天线基础知识介绍(经典版)

基站天线基础知识介绍2015.8优化中心前言天线在无线通信系统中起着重要的作用。各种场景下天线的选型、天线的方位角、下倾角角度设置会直接影响到网络的性能和覆盖强度。通过天线基础知识学习，希望大家在后期对天线与覆盖的关系有一个更深入的认识。内容介绍第1章天线的位置和作用第2章天线的驻波比对覆盖的影响第3章现网天线型号介绍第4章天线的辐射方向图第5章天线下倾角计算第6章案例第7章天线调整注意事项天线的位置基站天馈系统示意图防雷保护器主馈线（7/8“）馈线卡走线架接地装置接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带天线调节支架板状天线抱杆（50~114mm）室外跳线室内超柔跳线馈线过线窗基站天线的作用就是将馈管中携带声音信息的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，反之收集自由空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能电信号。

天线是无源设备，载波通过馈线送到天线的信号有多大，天线发出去的信号就有多大。天线的位置和作用如果天馈系统出现驻波，导致信号在天馈系统中反射，最终由天线发射出去的电磁波能量降低，直接的影响就是覆盖变弱，天线驻波比较大对基站覆盖能力有着严重影响。驻波比的产生，是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。天线的驻波比对覆盖的影响驻波比高的原因：1、连接松动：塔顶跳线和天线之间，塔顶跳线和馈线之间，机房跳线和馈线之间，机房跳线和设备之间。2、线缆问题：查看馈线是否有压扁的地方，更换跳线验证是否是跳线问题；3、天线问题：可能是天线的驻波比过高导致；4、跳线或馈线接头做的不好，导致接触不良；5、如果室外的接头防水做的不好，导致馈线进水，产生高驻波比。驻波比预防/监控措施1、夏天雨季，天热多雨，容易造成馈线接头出现松动进水，需加强检查。2、判断故障注意方法，从大方向及相关部件处理。处理驻波告警的步骤：1、测试有驻波告警小区的天馈线，确定是天馈存在驻波（驻波大于1.5视为存在驻波）2、对存在驻波的馈线进行驻波定位（可以确定在几米处有多大的驻波）3、估算馈线上到各接头的距离，先处理接头处的驻波问题，直到接头处驻波小于1.54、检查出现驻波的一段馈线，若此段馈线有明显损伤，则需要更换馈线；5、天馈系统驻波处理完成后，掉电重启基站设备。VSWR反射功率百分比增大馈线损耗(dB)（50米馈线加跳线约2.5dB自然损耗）与完全匹配(VSWR=1)相比减小的辐射功率(dB)减小辐射功率百分比3.06.025%(1.25dB)0.92.1540%2.09.511%(0.5dB)0.360.8618%1.811.08%(0.36dB)0.310.6714%1.514.04%(0.17dB)0.190.368%1.415.52.8%(0.12dB)0.090.214.7%1.317.51.7%(0.07dB)0.060.132.9%1.221.00.8%(0.03dB)0.040.071.1%驻波比大小与所减小的总辐射功率的关系图如左侧表格，VSRW=3.0时，天线反射25%的功率（1.25dB），馈线新增损耗0.9dB，与完全匹配（VSRW=1）相比，功率多损失40%(2.15dB)。驻波比太大对覆盖影响严重

波束宽度也是天线的重要指标之一，它包括水平半功率角与垂直半功率角。分别定义为在水平方向或垂直方向相对于最大辐射方向功率下降一半（3dB）的两点之间的波束宽度。现网使用的天线水平半功率角主要为65度，垂直方向半功率角主要为6.5度天线为主。现网天线型号及主要波束宽度厂家型号天线占比水平半功率角垂直半功率角预制电下倾角机械下倾角海天HTDBS096515(3)27%656.5~153

海天HTQ-09-1117%656.5~15

华天FX-X-GB-17-65-03T14%656.5~153

海天HTDBS096517（3）8%656.5~153

海天HTDBS0965157%656.5~15

海天HTDBS096515(6)7%656.5~156

海天HTDBS096518（3）6%656.5~15

ANDREWCTSD09-06513-6DM/7226.033%656.5~15

海天HTDBS0965175%656.5~15

摩比MB900-65-15/7226.033%656.5~15

摩比MB900-65-18D3%656.5~15

天线下倾角介绍：天线下倾是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。电子下倾天线一般倾角固定，即我们通常所说的预置下倾。最新的技术是倾角可调的电子下倾天线，为区分前面的电子下倾天线，这种天线我们通常称作电调天线。左图为机械调节下倾角和电子调节下倾角的模拟覆盖比较效果图，一个覆盖均匀，一个变形严重。从左侧的现网天线情况统计来说，现网50%以上的天线都有预制的电子下倾角，这时天线的总下倾角=电子下倾角+机械下倾角。在做天线调整时一定要先核查天线的具体型号和具体的参数，确认天线是否有电子下倾角，结合分析判断调整。机械下倾预制电下倾天线的辐射方向图（1）天线的覆盖具有方向性，大家可以简单的理解成手电筒打开后光的传播方式。不同的是由于天线的构造原理导致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。下图是定向天线的水平及垂直方向图。波束水平方向图波束垂直方向图信号传播的3D效果图由3D图可以看出信号由天线发出后向外扩展传播，水平方向较宽，垂直方向较窄，颜色由深绿逐渐便黄再变红（颜色表示信号强弱的变化）

水平面方向图波瓣宽度60度左右，相对较宽；垂直方向图波瓣宽度15度以下，部分天线只有6.5度的垂直波瓣，垂直面波瓣宽度相对水平面波瓣宽度较窄。所以整个波形传播出去的图形呈现“鸭嘴”形状，由于天线传播信号较扁平，在调整时必须注意下倾角的调整。天线的辐射方向图（2）--天线垂直面波瓣的覆盖介绍不同下倾角覆盖不同区域天线垂直面波瓣按照上下波瓣半功率角延长线分别至A点和B点，根据天线技术性能，在这个范围内天线增益下降缓慢，因此A点与B点之间的区域为天线覆盖最强的区域；当超过半功率角后，天线增益迅速下降（特别是上波瓣半功率角延长线B点往外区域），因此在考虑天线倾角大小时可以认为上波瓣半功率角延长线到地平面交点（B点）以内区域为该天线的实际覆盖范围。40m垂直面波瓣宽度6.5o垂直波瓣6.5o红色为主波瓣覆盖区信号最强垂直面波瓣宽度6.5oABAB主覆盖区域村庄村庄下旁瓣覆盖区域主覆盖区域下旁瓣覆盖区域上旁瓣覆盖区域迅速下降，覆盖能力忽略CC式中：Pr(dBm)表示覆盖范围内手机接收的辐射功率。PT(dBm)表示基站辐射的功率。S表示手机距基站的距离。λmin表示基站工作的最短波长。GT(dBi)表示基站天线的增益。Gr(dBi)表示手机天线的增益。Lo(dBi)表示传播中的其它损耗（含馈线损耗）天线下倾角计算方程式S’’40mS’S8.5o

通过三角函数根据天线的垂直波束方向图等技术参数来进行天线下倾角的计算。主要依据天线挂高（相对于被覆盖点的相对高度）、天线与被覆盖点之间的距离、载波功率、天线增益、天线垂直波瓣宽度等进行计算。天线垂直面波形演示例：在自由空间中GSM网中：基站塔高40米，发射功率PT=43dBm(20W)，基站用天线GT=15dBi，垂直波束宽度θ3dB=18o，手机持有者高hz=1.5米，手机天线增益Gr=1.5dBi，最短波长λmin=0.313米，如果天线下倾角为0度，计算出覆盖区内的功率分布为：当S=2000米时，手机天线与主波束的夹角θ’=arctg(40/2000)=1.1o，可认为手机天线处于主波束宽度内，可算出：手机天线处照射的功率为：Pr=-38.5dBm–Lo理想条件下Lo≈0，则手机信号Pr(dBm)＞-70dBm，即信号很好。当S=S’时，手机天线与主波束夹角θ’正处于天线波束零点，此时手机天线处照射功率为0。同样当手机处于S=S’’时，也收不到信号，这就是所谓塔下“黑”现象。

以下为常见的天线挂高为40米，垂直波瓣为8.5度时不同天线覆盖不同距离时对天线下倾角的大概要求，供参考：基站距离农村600米，“总下倾角”应设置为3.5度。基站距离农村1000米，“总下倾角”应设置为2.1度。基站距离农村2000米，“总下倾角”应设置为1.1度。“总下倾角”=“预制电下倾角”+“机械下倾角”。常见情况天线下倾角设置建议处于S时为主覆盖区，处于S’时位于天线波束零点，接收信号为0；处于S’’时再次位于天线波束零点，手机信号同样为0，处于波束零点时均为塔下黑情况。天线调整的注意事项

通过综合评估的方式调整天线，在调整天线前应针对弱覆盖区及周边多个基站进行天线方位角、俯仰角综合分析评估，并结合地形、天线挂高、距离形成综合调整计划，避免出现拆东墙补西墙的情况出现。需注意的问题1、调整时必须采用天线姿态仪，做好天线调整后的数据采集；2、调整俯仰角时需考虑天线的内置俯仰角；3、调整方位角时要看天线覆盖区的整体情况，避免拆东墙补西墙，避免调整到这边，那边没覆盖了。3、调整前后必须详细记录天线的型号，因为型号标示有天线的内置俯仰角，便于后期的调整分析；4