天線基本知識及天線選型

1、天線基本知識及天線選型,學習目標,學習完此課程，您將會： 了解半波振子天線 了解增益、方向圖、下傾角、電壓駐波比等天線的電氣性能參數(shù) 了解天線尺寸、天線抱桿等天線的機械性能參數(shù) 了解天線的選型,課程內(nèi)容,天線簡介 基站天饋系統(tǒng)的結構 天線電氣性能參數(shù)及選型 天線機械參數(shù)及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)天線及選型,什么是天線 簡單的說，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。 把從導線上傳來的電信號轉換為無線電波發(fā)射到空間，并能從空間收集無線電波產(chǎn)生電信號的輻射體,天線,無線網(wǎng)絡規(guī)劃優(yōu)化中，天線的選擇非常重要。選擇合理的天線不僅可以提高網(wǎng)絡的覆蓋質(zhì)量和容量，還可以大大縮短網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化的時間，節(jié)省人力物力 本

2、課程用于指導選用合適的天線；也可用在網(wǎng)絡優(yōu)化階段，作為優(yōu)化的一種手段，判斷是否需要更換天線,課程內(nèi)容,簡介 基站天饋系統(tǒng)結構 天線電氣性能參數(shù)介紹及選型 天線機械參數(shù)介紹及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型 美化天線介紹,基站天饋系統(tǒng)結構,bts設備,基站天饋系統(tǒng)結構,課程內(nèi)容,簡介 基站天饋系統(tǒng)結構 天線電氣性能參數(shù)及選型 天線機械參數(shù)及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型 美化天線介紹,天線電氣性能參數(shù),半波振子 工作頻段 電壓駐波比 極化方式 增益 方向圖,波束寬度 下傾角 方位角 前后比 輸入阻抗 波瓣抑制和零點填充 天線口隔離,天線原理振子,導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與

3、導線的長短和形狀有關. 當導線的長度與波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將能夠產(chǎn)生顯著輻射的直導線稱為振子。 振子的角度與電磁波輻射能力的關系,振子,交變電流,振子,對稱振子：兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。 半波對稱振子：每臂長度為四分之一波長，全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子。 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地、單獨立地使用，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣列,天線基礎半波振子(dipoles,gain= 10log(4mw/1mw) = 6dbd,半波振子 (dipoles,天線增益,在輸入功率相等的條件下

4、，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。 它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。天線增益與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高,天線只是無源傳輸器件，不能放大能量,理想半波振子,理想點源（無損耗均勻輻射,eg: 0dbd = 2.15dbi,增益,常用單位：dbd 和 dbi dbi：表示天線在最大輻射方向場強相對于全向輻射器的參考值。 dbd: 表示天線在最大輻射方向場強相對于半波振子的參考值 兩者有一個固定的差值：dbi=dbd+2.15,全向輻射器,理想的輻射單元,dbm db dbd dbi dbw,1、dbm：分貝毫瓦，用于表

5、示功率絕對的大小,w,10lg(w*1000mw/1mw) dbm,轉換公式,lg2=0.3 lg4=0.6 lg8=0.9,dbm能很容易表示一個很大的數(shù),1w 103mw 30dbm,10w 104mw 40dbm,100w 105mw 50dbm,1000w 106mw 60dbm,10nw 10(n+3)mw (30+10*n)dbm=10*(n+3)dbm,w,10lg(w*1000mw/1mw,10lgw*103,10(lgw+lg103,10(lgw+3,10*lgw+30,dbm db dbd dbi dbw,dbm能很容易表示一個很小的數(shù),1w 103mw 30dbm,0.1

6、w 100mw 20dbm,0.01w 10mw 10dbm,0.001w 1mw 0dbm,0.0001w 0.1mw (-10)dbm,0.00001w 0.01mw (-20)dbm,10(-n)mw -10*n dbm,結論：10(m) mw=10*m dbm,dbm db dbd dbi dbw,功率側加倍，dbm側加3dbm,10lgb/a (db,10lg(2/1)= 3dbm,公式,dbm與w之間的對應關系,1w 30dbm,2w 33dbm,4w 36dbm,8w 39dbm,2、db 分貝 相對單位,b,a,3、dbd dbi 天線增益單位,結論：dbm能與db、dbi、d

7、bd直接相加減，結果為dbm，dbm之間不能直接相加減,dbi=dbd+2.15,功率側減1倍，dbm側減3dbm,10dbm+10db=20dbm,10dbm+10dbm=13dbm,2倍放大器,24dbm = 0.25w,21dbm = 0.125w,工作頻段(frequency range,天線的工作頻段必須與所設計系統(tǒng)的頻段相對應，從降低帶外干擾信號的角度考慮，所選天線的帶寬剛好滿足頻帶要求即可。 中國電信800mhz的cdma占用的帶寬： 反向鏈路帶寬：825mhz835mhz； 前向鏈路帶寬：870mhz880mhz,輸入阻抗(impedance,50,cable 50 ohms,

8、antenna 50 ohms,輸入阻抗(impedance,匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關系，使用那一個純出于習慣。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗50,天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗,了解,9.5 w,forward: 10w,bac

9、kward: 0.5w,回波損耗return loss： 10log(10/0.5) = 13db 駐波比vswr (voltage standing wave ratio,回波損耗(return loss,電壓駐波比: 微波傳輸線的阻抗必須與天線的輸入阻抗匹配 否則就會有反射波產(chǎn)生，流向信號源 由反射波和入射波合成而產(chǎn)生的稱為駐波 電壓駐波比：駐波信號振幅的最大值與最小值之比稱為電壓駐波比vswr 電壓駐波比的值在1到無窮大之間。 駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。 在移動通信系統(tǒng)中，一般要求電壓駐波比小于1.5，但工程應用中應小于1.3。過大的電壓駐波比會減小基

10、站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務性能,電壓駐波比(vswr,無線電波的極化：無線電波在空間傳播時，其周圍形成的場是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。 無線電波的電場方向稱為電波的極化方向,vertical,horizontal,45degree slant,45degree slant,天線極化 (polarization,單極化,v/h (vertical/horizontal,slant (+/- 45,極化方式 (polarization,雙極化,極化方式 (polarization,單極化天線多采用垂直極化,雙極化天線多采用45雙極化,天線極化方式的選取原則

11、,通常情況下，如果沒有特殊要求，建議全部選用雙極化天線，對施工和后續(xù)的調(diào)整都比較有利,在郊區(qū)和農(nóng)村，基站數(shù)目較少，每個基站覆蓋半徑較大，采用空間分集對接收效果略有改善，可以采用空間分集的單極化天線,在城區(qū)，基站數(shù)目較多，每個基站的覆蓋半徑較小，考慮到安裝方便，加上城區(qū)基站調(diào)整可能性比較大，為了保證分集效果，建議采用雙極化天線,天線分集方式,空間分集（兩個以上的天線收發(fā)信號） 當兩個接收天線間隔一定距離，就可接收到具有不同衰落包絡的同一個信號，這兩個信號的相關系數(shù)小于0.7 ，就可滿足分集接收要求。 空間分集對天線安裝提出了要求： d10 h/d11 h是天線高度，d是天線間隔， 是電磁波的波長

12、 空間分集天線僅采用在水平方向的間隔。 極化分集（水平極化和垂直極化各自收發(fā)信號） 每個載頻的每個扇區(qū)使用一個45雙極化天線就可以完成分集接收，兩個相互垂直的45極化是正交極化，有較好的分集接收能力,常用的天線分集方式主要有 空間分集、極化分集、時間分集 、 頻率分集等多種方式,方向圖（pattern,發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 但實際中的天線輻射圖都比較復雜，稱之為天線方向圖,方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力,定向天線,波束寬度（beamwidth,方向圖通常都有兩個或多個瓣，其

13、中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。波瓣寬度：在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低 3 db（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 （ 還有一種是輻射強度減低10db 的天線） 分為水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度,水平波瓣3db寬度,定向天線：65/90/105/120,全向天線： 360,從上往下看方向圖,垂直波瓣3db寬度,定向天線,全向天線,從前往后看方向圖,水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度,天線輻射的大部分能量都集中在波瓣寬度內(nèi)，波瓣寬度的大小反映了天線的輻射集中程度

14、。 全向天線的水平波瓣寬度為360，定向天線的水平波瓣寬度有25 、65、90、105、120、180等，常用65、90； 天線的垂直波瓣寬度一般在380之間，基站采用較多的是518的天線。 天線的增益、水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度密切相關，一般來說，天線的波瓣寬度越小，其增益越大，在確定這三個參數(shù)時，需一起考慮 方向圖中主瓣越窄，副瓣越小，增益越高,水平和垂直波瓣寬度的選取原則,對不同傳播環(huán)境、不同地形地貌，天線的水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度一般可遵循下面的原則選取,對基站數(shù)目較多、覆蓋半徑較小、話務分布較大的區(qū)域，水平波瓣寬度應選得小一點。 對覆蓋半徑較大，話務分布較少的區(qū)域，水平波瓣寬度應選

15、得大一些,水平波瓣寬度,對地形平坦，建筑物稀疏，平均高度較低的區(qū)域，垂直波瓣寬度可選得小一點。 對地形復雜、落差大的區(qū)域，垂直波瓣寬度可選得大一些,垂直波瓣寬度,水平和垂直波瓣寬度的選擇建議1,城區(qū) s111基站：一般選用水平波瓣寬度為65，垂直波瓣寬度為710的天線，天線增益在1518dbi之間 s110或定向單扇區(qū)基站：可以選用水平波瓣寬度為65、90甚至更寬的天線，根據(jù)覆蓋需求選用；垂直波瓣及增益選擇同s111站型 全向基站：選用增益較小、帶電子下傾的天線,水平和垂直波瓣寬度的選擇建議2,郊區(qū)和農(nóng)村 定向基站：選用水平波瓣寬度為90，垂直波瓣寬度為57的天線，天線的增益在1518dbi之

16、間。 全向基站：選用垂直波瓣寬度為57，增益在912dbi之間的天線,水平和垂直波瓣寬度的選擇建議3,水面（大的湖泊、海面等）、戈壁灘、沙漠 定向基站：如果要求覆蓋的區(qū)域比較開闊，考慮選用水平波瓣寬度為90或105，垂直波瓣寬度為57的天線，天線增益在1418dbi之間；如果要求覆蓋距離比較遠但寬度不太大（如狹長湖面，地形影響等），可考慮采用65等窄波束天線。 全向基站：選用垂直波瓣寬度為57，增益在912dbi之間的天線,水平和垂直波瓣寬度的選擇建議4,公路、鐵路等狹長地帶：取決于需覆蓋區(qū)域的距離和形狀 如果路線較直，可以選用水平波瓣寬度為2030，垂直波瓣寬度為57的高增益天線。 如果路線

17、彎曲幅度較大，根據(jù)具體情況可選用水平波瓣寬度為65、90甚至更大,垂直波瓣寬度為57的天線,水平和垂直波瓣寬度的選擇建議5,地形復雜、落差較大的區(qū)域，分為兩種情況 天線架高高于覆蓋區(qū)：可根據(jù)具體情況選垂直波瓣寬度為1018的天線。 天線的架設高度低于需要覆蓋的區(qū)域，根據(jù)具體情況選1830大垂直波瓣寬度的天線,下傾角（down tilt,機械下傾 固定電子下傾 可調(diào)電子下傾,方位角：天線從正北方向，順時針旋轉的角度,天線下傾方式,機械下傾天線只在架設時傾斜天線，價格較便宜，多用于下傾角度小于10的環(huán)境。 電子下傾天線價格較貴，其下傾角度范圍較大（可大于10），下傾角度較大時天線方向圖無明顯畸變，

18、天線后瓣也將同時下傾。 對于要求下傾角比較大的情況，多采用小角度的固定電下傾天線加上機械下傾方案。 下傾角通過坡度儀來測量,電子下傾,固定電子下傾,可調(diào)電子下傾,天線下傾方式,機械下傾,不下傾,電調(diào)下傾,機械下傾,下傾角（down tilt,下傾角（down tilt,天線下傾方式選取,以下幾種環(huán)境可以采用電子下傾天線： 覆蓋范圍特別小的城區(qū)站點，所需下傾角很大，可采用電子下傾天線減少對相鄰小區(qū)的干擾。 城區(qū)較高站點，為減少對相鄰小區(qū)的干擾，選擇帶大角度電子下傾或可調(diào)電子下傾天線。 相對周圍比較高的站點（如山頂站點、江邊站點等），為控制覆蓋范圍，可以選用電子下傾天線。 很高的全向站，應根據(jù)不同

19、情況選擇帶電子下傾的天線,主瓣最大值與后瓣最大值之比,f/b = 10 log(前向功率/后向功率） typically ： 25db,后向功率,前向功率,前后比（front to back ratio,了解,上旁瓣抑制與零點填充,了解,上旁瓣抑制與零點填充,了解,天線主瓣上面的旁瓣不僅浪費了天線輻射的能量，而且會對相鄰小區(qū)形成干擾，這些旁瓣應該盡量抑制，尤其是較大的第一副瓣。 天線主瓣下面的旁瓣需要對周圍區(qū)域形成有效覆蓋，需要對零點進行填充。 主瓣上面的第一旁瓣電平應小于18db 主瓣下面的第一零點電平應大于20db,上旁瓣抑制和零點填充,了解,功率容量（permitted power,一般

20、天線功率容量范圍25-1500w,基站天線功率容量范圍應大于200w,imd243dbm f1, f2, 2f1-f2, 2f2-f1,830mhz,835mhz,840mhz,845mhz,三階互調(diào),天線的三階互調(diào)應該低于-150dbc243dbm,了解,1000mw ( 1w,1mw,10log(1000mw/1mw) = 30db,天線口隔離度（isolation,理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為1w，結果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為 1mw，則隔離度

21、為30db,了解,課程內(nèi)容,簡介 基站天饋結構 天線電性能參數(shù)介紹及選型 天線機械參數(shù)介紹及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型 美化天線介紹,了解,了解,機械參數(shù),天線尺寸,天線罩材料,工作與存儲溫度,結構參數(shù),天線抱桿,防雷,機械參數(shù),影響運輸、施工,長：與垂直波瓣、增益、波長有關 寬：與水平波瓣、波長有關 厚：與所采用的天線技術有關,重量 (weight,尺寸 (dimen sions,機械參數(shù),operating temperature range： 典型值：-40c +70c storage temperature range ： 典型值：-40c +70c,pvc, abs, fiberg

22、lass等 防曬、防凍，防鹽霧，阻燃，抗老化等,天線罩 材料,工作與存儲溫度,機械參數(shù)結構參數(shù),天線 抗風,迎風 面積,接頭 型式,eg: 216km/h,越小越好,7/16”din，n，sma female,7/16”din n型 sma,結構參數(shù)接頭座型式,din接頭優(yōu)點: 改善互調(diào)產(chǎn)物,可比n型插頭多承受4倍的功率,一致且最優(yōu)的電壓駐波比性能,機械參數(shù)天線抱桿,機械參數(shù)防雷,dc ground,天線電性能指標示例全向天線,天線機械性能指標示例全向天線,天線 電氣性能指標示例定向天線,天線機械性能指標示例定向天線,常見天線供應商,kathrein decibel andrew,維先通 山水

23、盛路 摩比天線,課程內(nèi)容,簡介 基站天饋結構 天線電性能參數(shù)介紹及選型 天線機械參數(shù)介紹及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型,室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選用原則,室內(nèi)分布系統(tǒng)天線吸頂天線,吸頂天線是一種全向天線，主要安裝在房間、大廳、走廊等場所的天花板上，其增益一般都在25dbi之間，水平波瓣寬度為360 ，垂直波瓣寬度65 左右。 吸頂天線增益小，外形美觀，安裝在天花板上，室內(nèi)場強分布比較均勻，在室內(nèi)天線選擇時應優(yōu)先采用。吸頂天線應盡量安裝在室內(nèi)正中間的天花板上，避免安裝在窗戶、大門等信號比較容易泄漏到室外的開口旁邊,室內(nèi)分布系統(tǒng)天線壁掛式天線,壁掛板狀天線是一種定向天線，主要安裝在房間、大廳、走廊等場所

24、的墻壁上； 壁掛天線的增益一般在610dbi之間，水平波瓣寬度有65 、45 等多種，垂直波瓣寬度在70 左右。 多用在一些比較狹長的室內(nèi)空間，天線安裝時前方較近區(qū)域不能有物體遮擋，且不要正對窗戶、大門等信號比較容易泄漏到室外的開口,室內(nèi)分布系統(tǒng)天線八木天線,具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信。 八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 12 單元的八木定向天線，其增益可達 1015 dbi,室內(nèi)分布系統(tǒng)天線泄漏電纜,泄漏電纜也可以看成是一種天線，通過在電纜外導體上的一系列開口把信號沿電纜縱向均勻地發(fā)射和接收，適用于隧道、地鐵等環(huán)境,室內(nèi)分布系統(tǒng)天線其它天線,其它的一些室內(nèi)天線包括小增益的螺旋、桿狀天線等，增益一般都在2、3dbi左右；這些天線由于安裝后外觀不是很好看，用的較少,課程內(nèi)容,簡介 基站天饋結構 天線電性能參數(shù)介紹及選型 天線機械參數(shù)介紹及選型 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型 美化天線介紹,美化天線介紹-概述,為了提供更高