天线培训资料

无线网络天馈系统原理和设计要点〔根底培训〕本课程为GSM天馈系统根底培训，共五部分内容：一、天线任务原理简介二、天线的技术参数阐明三、无线设计中关于天线方面的几个重要要素四、关于铁塔的选型五、直放站、室内分布和其他目的：经过本课程，让学员对无线网络天馈系统在概念上和工程运用上有一定的了解，同时具备进一步学习的实际和实际根底。第一部分天线任务原理简介什么是天线？把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...搜集无线电波并产生电信号波长1/2波长1/2波长极子的长度

800MHz~200mm长度

400MHz~400mm长度1/4波长h1/4波长1/2波长Dipole偶极子是天线运用中最普遍采用的一种方式。极子的长度与任务频率的波长成对应关系。偶极子1/4波长天线计算公式(补充〕天线长度＝300/f×1/4×0.96〔波长缩短率〕例：850M的1/4波长天线：300/850×1/4×0.96=0.085(m)820MHz的1/2波长~180mm,890MHz的1/2波长~170mm天线应取值在~850MHz-175mm天线带宽=890-820=70MHz偶极子的任务性能与其长度和波长的匹配有关：Optimum1/2wavelengthfordipoleat850MHzat890MHz天线偶极子at820MHz频率范围俯视图侧视图单偶极子任务时呈圈饼形。天线控制原理增益=10log(4mW/1mW)=6dBd单极子

接纳端产生1mW的功率几个极子排成一列

接纳端产生4mW功率信号集中极子普通组合成列。天线控制原理功率由于反射在同一方向上叠加，从而添加增益。定向天线的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“定向天线〞

接纳端产生8mW功率“全向天线〞

接纳端产生1mW功率(俯视)天线极子列的侧面放置一块反射板。天线控制原理单偶极子辐射呈圈饼状各向同性辐射体“dBd〞以偶极子为基准“dBi〞以各向同性辐射体为基准eg:3dBd=5.15dBi2.15dB以各向同性辐射体为基准的偶极子增益为2.15dBdBd和dBi基站天线增益〔总结〕天线的增益：普通指天线在其最大辐射方向上的增益，是和基准天线相对比的一个相对值，有时也称为功率增益。对无线覆盖率和话音质量有较大的影响。能够以如下方式给出：dBi:基准天线为各向同性辐射器(全向天线〕； dBd:基准天线为自在空间的半波振子〔偶极子天线〕； 0dBd=2.15dBidBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP〔功率值/1mw〕dB是一个表征相对值的值，当思索甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg〔甲功率/乙功率〕第二部分天线的技术参数阐明前后比〔dB〕=10log 常见的在25dB左右(前瓣功率)(后瓣功率)即天线中前向主瓣功率与后向主瓣功率的比值。后瓣功率主瓣功率主瓣功率与后瓣功率比〔前后比〕关于前后比在实践运用中应留意的方面前后比是天线前向和后向之间的功率比值，普通来讲，前后比是越大越好。防止天线后向信号干扰天线后方的前向信号。尤其运用在城市中密集住宅小区，最好能到达30db，可以有效降低后瓣对高层建筑的室内干扰。如今普通的天线前后比为20db左右；全向天线是没有前后比的。天线的前后比在普通情况下当然是越大越好，但是在某些特定的条件下也并不绝对是这样，比如，以两扇区的定向站延续覆盖高速公路时，由于大多数用户都是快速挪动用户，为保证切换的正常进展，定向天线的前后比不宜太大，否那么能够会由于两定向小区交叠深度太小而导致切换不及时呵斥掉话的情况。〔同时要思索塔型要素〕程度半功率角120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dB波束宽度60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB波束宽度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB半功率角波束宽度

〔程度半功率角和垂直半功率角〕程度半功率角和垂直半功率角的关系G=32600/程度半功率角*垂直半功率角

天线增益=10*log

G

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，当固定在一定高度的天线照射在一有限的程度面区域内，天线的垂直方向图阐明由于有旁瓣零点的存在，在需求覆盖的区域就有能够产生盲区问题。为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需求填充，不能有明显的零深。经过垂直平面的余割平方赋形波束设计，可以消除主瓣下方的零点，从而使所需覆盖区域有相等的接纳信号电平。该技术也称为零点填充技术。高增益天线由于其垂直波束宽度较窄，尤其需求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%，这两种表示方法的关系为：Y(dB)＝20log(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：

1、对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率；

2、为减少对邻区的同频干扰。

基站天线波束赋形时应尽能够降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高D/U值〔有用和无用信号强度之比〕，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。

负载阻抗匹配是指负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此情况下，传输线只需从信源到负载的入射波，无反射波。假设反射波较大，波腹电场比行波电场大，容易击穿。负载阻抗匹配普通采用阻抗匹配器。 Cable

50ohmsAntenna

50ohms 80ohms阻抗匹配反射系数T＝丨80-50丨/丨80+50丨，VSWR=丨1+T丨/丨1-T丨；回波损耗为－20log丨T丨=12.76dB天线输入阻抗与特性阻抗不一致，产生的反射波和入射波在馈线上叠加构成驻波。电压驻波过大，将缩短通讯间隔，容易烧坏功放管。电压反射系数为恣意一点反射波电压与入射波电压之比。VSWR〔电压驻波比〕为相邻电压最大值与最小值之比。〔VSWR最大值应小于或等于1.5:1，即入射阻抗应小于75ohms〕9.5W80ohms天线输入阻抗50ohms天线特性阻抗Forward:10WReturn:0.5W回波损耗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，这种景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。假设电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。假设电波的电场方向与地面平行，那么称它为程度极化波。垂直极化程度极化+45度倾斜-45度倾斜极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向程度极化和垂直极化的比较由于程度极化天线的途径损耗大于垂直极化天线〔程度极化波的去极化时机大于垂直极化波〕。从发射的角度来看，由于垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配，因此垂直单极化天线会比其他非垂直极化天线的覆盖效果要好一些。V/H(垂直/程度)倾斜(+/-45°)2个独立波双极化天线2个天线振子位于一个单元内〔补充〕极化损失 当来波的极化方向与接纳天线的极化方向不一致时，在接纳过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接纳任一线极化波，或用线极化天线接纳任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接纳到来波的一半能量；当接纳天线的极化方向〔例如程度或右旋圆极化〕与来波的极化方向〔相应为垂直或左旋圆极化〕完全正交时，接纳天线也就完全接纳不到来波的能量，这时称来波与接纳天线极化是隔离的。端口隔离度专指双极化天线，指一个极化方向的输入功率与反映到另一极化方向上的输出功率的比值。收发共用时，端口之间隔离度应大于30dB。1000mW(ie1W)1mW隔离度10log(1000mW/1mW)=30dB端口隔离度频率范围 MHz 820-890带宽 MHz 70增益 dBi 15极化方向 Vertical电阻 50回波损耗 dB >18半功率角(3dB)程度 ° 64垂直 ° 18前后比 dB >30上副瓣抑制 dB <-12下副瓣抑制 dB <-14电子下倾角(可调) ° 2-10一种典型的天线参数特性第三部分无线设计中关于天线方面的几个重要要素1、天线的选型〔分集方式、增益、程度及垂直半功率角〕2、天线挂高3、方位角4、下顷角5、天线的安装留意点1、空分天线和双极化天线1、空分天线采用空间分集方式，即利用场强随空间的随机变化实现信号分集。空间间距越大，多径传播的差别就越大，场强相关性就越小在这种情况下，由于深衰落难得同时发生，分集便能把衰落效应降到最小。；＝h/D(h－－天线实践高度；D－－天线间距〕最正确取值为11。2、双极化天线采用极化分集方式。天线有两种极化方式，程度极化和垂直极化，而用一个频率携带两种不同极化方式的信号。实际上，由于媒质不引入耦合影响，也就不会产生相互关扰。但是在挪动通讯环境中，会发生互耦效应。这就意味着，信号经过挪动无线电媒质传播后，垂直极化波的能量会走漏到程度极化波去，反之亦然。侥幸的是，和主能量相比，走漏能量很小，经过极化分集照旧可以得到良好的分集增益。极化分集天线的最大优点在于只需安装一副天线即可，节约了安装本钱。空间分集和极化分集比较1、极化分集最大的益处是可以节省天线安装空间，空间分集需求间隔一定间隔的两根接纳天线，而极化分集只需一根天线；2、普通空间分集可以获得3.5dB的链路增益。3、对于一个双极化天线，其增益的改善度比空间分集要少1.5dB左右。但双极化分集相对空间分集在室内或车内能提供较低的相关性，因此又能获得比空间分集多1.5dB的改善。小区天线增益的选择城区〔要求覆盖间隔较近，选中等增益天线，15.5dBi左右〕间隔间隔郊区〔要求覆盖间隔较远，选较高增益天线，17dBi左右〕小区天线程度波束宽度确实定程度3dB波束宽度： 天线的程度面波束的主瓣功率下降3dB后的波束宽度〔也称程度半功率角〕。确定原那么： 根据小区的预期覆盖要求和干扰情况调整〔普通原那么，城区65度以降低干扰，郊区90度左右以加强覆盖〕。小区天线垂直波束宽度确实定垂直3dB波束宽度： 天线的垂直面波束的主瓣功率下降3dB后的波束宽度〔也称垂直半功率角〕。确定原那么： 根据小区预期覆盖要求和干扰情况调整〔普通原那么，城区波束宽度较窄6度左右以降低干扰，郊区13度左右以加强覆盖〕。2、天线的挂高天线的挂高应视运用环境而定：1、郊区的天线挂高尽能够处于一个程度面上，普通在45m左右。2、市区的天线挂高应视选择的楼层本身的楼高，但普通控制在35m左右。3、山区的天线普通选用全向天线，挂高普通需求超出植物的顶高5～10m。目前的GSM基站采用三扇区覆盖，视原网络采用的方位角方式，方位角以正北为0度，普通小区方位角相差120度。普通为0/120/240。但在实践查勘设计中，如需求对覆盖的对象重点照顾，那么需求调整方位角。3、天线的方位角天线的下倾方式可以分为机械下倾和电子下倾两种。天线的机械下倾角度过大时会导致天线方向图严重变形〔即主瓣前方产生凹坑〕，对网络的覆盖和干扰带来许多不确定要素，因此机械下倾角不宜过大。电子下倾经过改动天线振子的相位使得波束的发射方向发生改动，与原来没有下倾时相比，各个波瓣的功率下降幅度是一样的，从而防止了前述机械下倾时所带来的缺陷。4、天线下顷角调整DHaABb/2假设所需覆盖半径为D(m)，天线高度为H(m)，倾角为α,垂直半功率角为ß，那么天线主瓣波束与地平面的关系如下图：tg(a-ß/2+P)=H/DP:预制下顷角但运用该式时有限制条件：倾角必需大于半功率角之一半；间隔D必需小于无下倾时按公式计算出的间隔。调整原那么 根据覆盖、小区负载和干扰情况进展调整。 普通在城区内尽量选用电子下倾天线。随着期望的小区覆盖区域的变化，调整天线下倾角度。普通情况下，随着网络容量的添加，总体趋势是基站间距减少，要求的覆盖区域变小，总是经过添加天线下倾角度以尽量降低干扰。间隔间隔电调天线与地面垂直安装〔可以选择0°～5°机械下倾〕，天线安装好以后，在调整天线下倾角度过程中，天线本身不动，是经过电信号调整天线振子的相位，改动程度分量和垂直分量的幅值大小，改动合成分量场强强度，使天线的覆盖间隔改动，天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而保证在改动倾角后，天线方向图外形变化不大。而机械天线与地面垂直安装好以后，在调整天线下倾角度时，天线本身要动，需求经过调整天线反面支架的位置，改动天线的倾角，虽然天线主瓣方向的覆盖间隔明显变化，但天线垂直分量和程度分量的幅值不变，所以天线方向图严重变形。〔留意：电调天线分两种，固定电气下倾角天线和可调电气下倾角天线。〕〔补充〕机械天线与电调天线的区别〔补充〕机械天线与电调天线的区别

如下图，电调下倾与机械下倾在对后瓣的影响方面也不同，电调下倾会使得后瓣的影响得到进一步的控制，而机械下调能够会使后瓣的影响扩展。

5、天线安装的留意点〔1〕hd屋顶安顿定向天线D=天线至屋顶边沿的间隔H=屋顶以上必要高度注:为了覆盖效果，尽能够使天线接近屋顶边沿。.

阐明：在铁塔平台上的天线安装应按照如下图的方式，实践中往往有很多铁塔平台上只需六根抱杆，为到达更好的覆盖效果，可以对运营商建议：1、平台上加支撑抱杆；2、空分天线改为高增益双极化天线。d1天线安装的留意点〔2〕1、天线的避雷避雷针顶端与天线顶端不大于45度角2、馈线的接地<＝50米，三点接地>50米，四点接地3、馈线的弯曲1/2"馈线单次弯曲最小半径为70mm，多次弯曲最小半径为210mm；7/8"馈线单次弯曲为120mm，多次弯曲为360mm；天线安装的留意点〔3〕第四部分铁塔的选型铁塔种类角钢塔：高度普通在20m～70m左右，落地与房顶方式均可。价钱适中，适用面广。单管塔：高度在30m~60m左右，只限于落地方式，占地面积小，价钱较高；适用面广，比较适宜城郊结合地、交通要道和开发区。三管直立塔：限高30m，只限于落地方式，投资较低，适用面广。拉线塔：限高25m，落地与房顶方式均可，投资较低，适用面广。单杆塔：限高20m，只限于落地方式均可，比较适于山顶面积较小的情况，普通适用与全向天线，投资稍高；拉线桅杆：限高15m，落地与房顶方式均可，留意仅适用于全向天线，投资低。第五部分直放站、室内分布和其他直放站BTS双工器双工器盲区施主基站留意：思索到误码传输，光纤长度不超越30km。光纤微波定向天线PLL锁相直放站参与到网络中，对施主基站影响主要表如今反向链

路上，即对施主基站的灵敏度影响，呵斥基站的灵敏度的下降。降敏度值是直放站经施主链路注入到基站接纳机里的噪声功率的函数。通常用注入噪声裕量(NIM)来阐明注入的噪声功率，NIM是基站的有效噪声(kT*FBTS)与直放站的注入噪声的比值，是以dB为单位的。计算公式如下：

**10__0=InjectedRPTRBTSNFkTLogNIM直放站的注入噪声，即注入到基站接纳机里的噪声，由下述方程计算

这里LP_Net是从直放站的施主天线接口到基站施主扇区的输入口的净途径损耗，FBi和GBi是直放站一路通路的噪声系数和增益。对最差条件而言，我们可以假定FBTS是一个常数，LP_Net是不衰落的(对于基站的降敏度而言是最坏的情况)，那么就只需噪声系数和增益的积是一个随机变量。从RTI直放站的实践丈量显示看，这一系数的典型规范背叛值是0.6dB，并且不超越1.1dB01234567891011-10-9