GSM基站天線知識(shí)和調(diào)整方法

1、GSM基站天線知識(shí)和調(diào)整方法基站天線的原理.天線輻射電磁波的基本原理.電波的多徑傳播.天線的功能：控制輻射能量的去向.前后比.波束寬度.天線的下傾1天線輻射電磁波的基本原理導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射， 輻射的能力寫導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān).如果導(dǎo)線位置如由于兩 導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兒手可以抵消，因而輻射很 微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時(shí)山于兩導(dǎo)線的電流方向相同，山兩導(dǎo)線所產(chǎn) 生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度1遠(yuǎn)小于波長時(shí)， 導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱.當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流 就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上

2、述能產(chǎn)生顯著 輻射的直導(dǎo)線稱為振子雙極化天線兩個(gè)天線為一個(gè)整體 傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波2電波的多徑傳播電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、 森林、地面或樓房等高大建筑物，還會(huì)產(chǎn)生反射。因此, 到達(dá)接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這 種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。由于多途徑傳播使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng) 很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，?huì)使電波的極化方向發(fā) 生變化，因此，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào) 場(chǎng)強(qiáng)減弱。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不 同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波的反射能力比磚墻 強(qiáng)。我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響。同時(shí)可采取 空間分集或極化分集的措施加以對(duì)應(yīng)。多徑傳

3、播與反射用分集接收改善信號(hào)電平Signal A Signal B Signal via switching 信號(hào)電平dB距離3天線的功能：控制輻射能量的去向一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有“面包圈”形的方向圖頂視便視在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方, 要求把“面包圈”壓成扁平的對(duì)稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”CO增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻 射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的平方之比，即功率之比 增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越 小，增益越高。在這兒增益=10log(4mW/1mW) = 6dBd更加集中的信號(hào)利用反射板可.把輻射能控制聚

4、焦到一個(gè)方向“扇形覆蓋天線”將在接收機(jī)中有8mW功率反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線“全向陣”例如在接收機(jī)中為4m W功率在我們的“扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益。 這里，“扇形覆蓋天線”與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBddBd和I dBi的區(qū)另IJ一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包圈形的方向圖輻射一個(gè)各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益用“dBd”表示一個(gè)天線與各向同性輻射器相比較的 增益用“dBi”表示例如：3dBd = 5.17dBi對(duì)稱振子的增益為2.17dB4前后比方向圖中，前后瓣最大電平之比

5、稱為前后比。它大，天線 定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為1,所以對(duì)來 自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力。4波束寬度在方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱為主瓣 ,其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線方向圖 的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越 好，抗干擾能力越強(qiáng)。萬位即水平的萬向圖方向圖旁瓣顯示上旁瓣抑制下旁瓣抑制全向天線增益與垂直波瓣寬度1 1J2 dipole0V功率濃/蜜度70cOO(iain以N/2為觸數(shù)OUO/15c6dB.8 X/2 dipoles?9dBd全向天線板狀天線增益與水平波瓣寬度半功率波瓣寬度半波振子O

6、帶反射板的半波振子 向帶反射板的兩個(gè)半波振子-O-O以半波振子 為參考的增益3600OdBd6dB1理論輛射圖天線增益與方向圖半功率波瓣寬度的關(guān)系:優(yōu)1045- Q 180275360，60“120*水平下功率濃海覽段天線波束下傾的演示6電波的繞射傳播電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物， 再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱 在高大建筑物后面會(huì)形成所謂的“陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響 的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還 和頻率有關(guān)。物2 0。米攵I建筑物1。0 0米田仃 也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越 低，建筑

7、物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。因此，架設(shè)天線選擇基站場(chǎng)地時(shí)，必須按上述原則來考慮對(duì) 繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。二基站天線的選型原則1基站天線的基本要求2通信方程式3機(jī)械下傾與電下傾的效果比較4全向天線的選型5關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo)6基站選擇7基站天線的選型原則（建議）|基站天線的基本要求1為提高網(wǎng)絡(luò)性能和降低成本，在城區(qū)使用的基站天線應(yīng)具有極化 分集代替空間分集的能力。2對(duì)天線罩因雨雪、裹冰造成的表面分布電容影響，應(yīng)有一定的 防范能力。3為保證天線的最大增益，天線應(yīng)當(dāng)采用低耗饋電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。4全向天線高增益天線在確保電性能前提下，天線尺寸應(yīng)盡量短。5具有采用機(jī)械下傾、電下傾、電調(diào)下傾三

8、種調(diào)整方式相結(jié)合， 解決大機(jī)械傾角下波形畸變的能力。通信方程式PT(dB)=PR(dB)+201og47tR(m)/Xmin(m)-GT(dBi)-GR(dBi)+Lc(dB)+L0(dB) 式中L0是基站發(fā)射天線的饋線損耗L是傳播途中的電波損耗在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)最后一項(xiàng)電波傳播損耗L要留有足夠的 余量，一般電波傳播損耗與傳播途中自然條件有關(guān)如經(jīng)過樹 林和土木建筑時(shí)有1015dB損耗、經(jīng)過鋼筋水泥墻時(shí)約有 253OdB 損耗，對(duì)于800MHz、900MHz、的CDMA和GSM、通常認(rèn)為手機(jī)的接收門限而實(shí)際接收的信號(hào)應(yīng)高出10dB左右才能保證手機(jī)收到的信號(hào)達(dá)到要求得信噪 比、實(shí)際上，為了保持良好的

9、通信往往按接收功率約70dBm來計(jì)算。設(shè)基站有如下常數(shù)發(fā)射功率為PT=20w=43dBm接收功率為PR=-70dBm饋線損耗為Lc=2.4dB(約60米長饋線)手機(jī)接收天線增益Gr= L5dBj工作波長入=33,333cm(fo=9OOMHz)上述通信方程變?yōu)椋?3dBm-(-70dBm)4-GT+1.5dBm=32dB4-20logR(m)+2.4dB+Lo可得出：80.1dB+GT(dBj)=20logR(m)4- %當(dāng)GKdB)20logR(m)-80.1dB+ Lq時(shí)可認(rèn)為能保持系統(tǒng)良好通信如果基站采用全向天線GT=lldBi,收發(fā)天線距離R=1000m帶入上式得Lo3LldB時(shí)在1公

10、里距離內(nèi)能保持良好的通信在上述同樣損耗條件卜.，如果發(fā)射天線增益GT=17dBi即提 高6dBi則通信距離可增加一倍R=2km另外如果在上述計(jì)算中，保持GT=lldB不變，而是Lq減少 2OdB,則R可增加10倍，即R= 10km,而傳播損耗與周圍的自 然條件密切相關(guān)，在城區(qū)高層建筑高而密集，傳播損耗大、 在郊區(qū)農(nóng)村、房屋低而稀疏傳播損耗小，因此即使通信系統(tǒng) 的設(shè)置完全相同、由于使用環(huán)境的不同也會(huì)使覆蓋的功率有 不同的結(jié)果，從而影響通信效果所以在選擇基站天線時(shí)，必須根據(jù)應(yīng)用環(huán)境來選擇不同類 型、不同規(guī)格的基站天線山廣天線的垂直波束如圖所示，在前面的計(jì)算中，我們所給Gt值實(shí)際上是在波束的主軸 線

11、上的值。由于基站天線均架設(shè)于高塔匕 這樣為保證處F地面上的接收者足夠的功 率覆蓋，天線就必須傾斜，乂體傾斜角度由塔高和用戶與基站的距離d來決定.另外由天線垂直方向圖也可看出，當(dāng)?shù)孛嫔纤幍奈恢谜锰幱诓ㄊ牧阒迭c(diǎn)照射后則 出現(xiàn)了塔下黑的現(xiàn)象，解決塔下厘的方法最好是采用零值填充天線，其次通過使波束下 傾也可緩解塔下黑的區(qū)域。2機(jī)械下傾與電下傾的效果比較HTDBS096515在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度及前后比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2000年12月29日序號(hào)電下 傾角械角 機(jī)傾總傾角水平面 波束寬度前后比 (dB)最大值 (dB)相對(duì)值 (dB)100064.834-30.8860202V2U68.1v2

12、7.5-31.571-0.685304471.824.3-31.2021.316406678.826.3-33.4622576508885.324.0-34.986-4.10601010103.719.8-36.959-6.073701212121.419.5-39.072-8.141801414133.318.0-40.1489.262901515149.617.8-40.414-9.528100C1616152。17.6-40.58-9.694注：|.機(jī)械，城用工定義為天線赤道面與地平面的夾角T=O縱軸肥M J地平面,即天線赤道面平行J地平面T為正天線下傾T為負(fù)大戰(zhàn)上仰注2天線赤道面：定義

13、為與天線縱軸垂I的平面” 測(cè)試日期：2000-12-29測(cè)試儀器】HP8752A海夭天線測(cè)試捽制儀及軋價(jià) 測(cè)試人員：郭渭盛、沈宗珍、張濤、貨國立HTDBS096515 (6)在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度及前后比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2000年12月29H序號(hào)電下 傾角械角 機(jī)傾總傾角水平面 波束寬度前后比JdB)_最大值 (dB)相對(duì)值 (dB)610166223-40.156-9.3592 ；681468.0267-39.326-8.5293661269.031 3-38.551-7.7544641069.4335-36.6795882562866.7306-34.882-4.085660664.9

14、372-33.235-2.43876 c6065.6296-30.797086邛264.2298-30.971-0.17496-2461.6332-31.887-1.09注:】機(jī)械做角T.定義為天線赤道面與地平面的夾角T=0縱軸垂直于地平血.即天線赤道向平行于地平血T為正天線下傾T為負(fù)天找上仰注2大線赤道面：定義為與天線縱軸垂起的平面. 測(cè)試”期：200dl229測(cè)試儀器：HP8752A海天天踐測(cè)試控制儀及轉(zhuǎn)臺(tái) 測(cè)試人員：郭湖盛、沈宗珍、張濤、黃國立HTDBS096515 (9)及前后比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在不同機(jī)械下傾角時(shí)的水平面波束寬度序號(hào)電下傾角機(jī)械傾角總傾角水平面 波束寬度前后比 (dB)最大值

15、(dB)相對(duì)值 (dB)9-9064.936.8-30.71402_98。168.533.7-30.659+0.05539-6362.735.1-31.009-0.29549-4562.234.0-31.854-1.1459-27。63.530.4-33.334262690964.032.534.518-3.8047921169.631.0-37.398-6.6848941367.7。30.4-38.92-8.2069961565.2。26.5-39.895-9.182000年 12 月 29H注2大線赤道而：定義為。天線縱軸垂直的平面.測(cè)試H 期：2000.12.29測(cè)試儀器，HP8752A

16、海天天線測(cè)試控制儀及轉(zhuǎn)臺(tái) 測(cè)試人員：郭泄盛、沈宗珍、張濤、黃國立.注：1.機(jī)械帆用T.定義為天線赤道而9地平面的央角T-0縱軸垂直于地平血，即天線赤道而平行于地平面T為正天線下傾T為負(fù)天線上仰XX公司調(diào)角15d叫65。雙極化板狀天線電性能測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)品號(hào)：99030988#2000年 12JJ28 口電調(diào)下傾角23。45678910測(cè)試頻率(MHz)9159159159159159159159159152X43dBm-78-72-72-70-71-72-71-69-822X40dBm-88-82-81-79-81-82-82-80-92增益14.6/14.5/14/13/11.2水平蕭寬64.5

17、/64.1/63.3/63.6/62.8前后比(dB)38.3/32.8/30/25.7/24VSWR1.42/1.29/1.22/1.25/1.3隔離度32/35/35/37/374關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo)互調(diào)的定義互調(diào)是指曲線性射頻線路中，兩個(gè)或多個(gè)頻率混合后所產(chǎn)生的噪音信號(hào)。互調(diào)產(chǎn)生的本來并不存在“錯(cuò)誤”信號(hào)，此信號(hào)會(huì)被系統(tǒng)誤認(rèn)為是真實(shí)的信號(hào)?；フ{(diào)可由有源元件(無線電設(shè)備、二極管)或無源元件(電纜、接頭、天線、 濾波器)弓I起。心具有兩個(gè)載波信號(hào)的互調(diào)失真頻率實(shí)例頻率A及B上的載波，產(chǎn)生如下互調(diào)信號(hào)：1 階：A, B2階：(A+B) , (A-B)3階：(2AB) , (2B A)4階：(3AB

18、),(3B A),(2A2B)5階：(4AB),(4B A),(3A2B), (3B 2A)互調(diào)失真如何影響系統(tǒng)的性能？較高功率的發(fā)射信號(hào)通常會(huì)混合產(chǎn)生互調(diào)信號(hào)，最后進(jìn)入接收波段。而基站天線接收的信號(hào)通常功率較低。如果互調(diào)信號(hào)與實(shí)際的接收信號(hào)具有相近或較高的功率，系統(tǒng)會(huì)誤把互調(diào)信號(hào) 視為真實(shí)信號(hào)。GSM系統(tǒng)實(shí)例：三階互調(diào)失真信號(hào)(A=935MHz, B=960MHz)2A-B= 1870-960=910MHz 2B-A= 1920-935=985MHzA及B代表GSM發(fā)射頻率2A-B進(jìn)入GSM接收波段，帶來問題。五階互調(diào)失真信號(hào)(A=935MHz, B=954MHz在GSM的卜行頻段內(nèi))3A-

19、2B=2805-1908=897MHz (在GSM上彳亍頻段內(nèi))互調(diào)失真如何影響系統(tǒng)的性能？在系統(tǒng)將互調(diào)信號(hào)視為真實(shí)的接收信號(hào)的情況下，將帶來如下問題： 信號(hào)丟失、虛假信道繁忙、語音質(zhì)量下降、系統(tǒng)容量受限這意味著：銷售利潤減少雖然大部分移動(dòng)用戶可以容忍語音質(zhì)量下降，但信號(hào)丟失及信道繁忙常常都會(huì) 令用戶不滿。互調(diào)是如何產(chǎn)生的？構(gòu)件材料因?yàn)榇艤年P(guān)系，鐵質(zhì)材料是屬非線性的材料不純電鍍問題接觸區(qū)域/電流密度觸點(diǎn)壓力5基站的選擇由VHF、UHF的電波傳播特性可知，一個(gè)基站僅 能在有效的電波覆蓋區(qū)內(nèi)為用戶服務(wù)，這樣的覆蓋區(qū) 稱為無線小區(qū)（基站區(qū)），服務(wù)區(qū)（業(yè)務(wù)區(qū)）是指移 動(dòng)通信網(wǎng)所能提供的正常業(yè)務(wù)的范圍

20、，業(yè)務(wù)區(qū)通常由 若干個(gè)無線小區(qū)組成，無線小區(qū)的劃分和服務(wù)區(qū)的組 成應(yīng)按用戶區(qū)域分布覆蓋區(qū)形狀及業(yè)務(wù)要求，并根據(jù) 地形電波傳播特點(diǎn)、話務(wù)分布、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面，綜 合考慮確定采用什么樣區(qū)域劃分及組成。由于電波傳播的損耗是隨著距離的增加而增加，并 與地形環(huán)境密切相關(guān)。另外，手機(jī)的功率的有限性決定 了移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離是有限的，也決定了無線小 區(qū)的范圍的有限性，當(dāng)然小區(qū)范圍的大小還與小區(qū)內(nèi)話 務(wù)量的分布有關(guān)。業(yè)務(wù)區(qū)與無線小區(qū)的結(jié)構(gòu):1、帶狀網(wǎng)：主要應(yīng)用于覆蓋公路、鐵路、跨海 橋梁、海岸等。2、蜂窩網(wǎng)：在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)通常采用蜂窩 狀結(jié)構(gòu)。小區(qū)的形狀可分為正三角形、正四邊形、正六邊形。單個(gè)區(qū)域形狀相鄰區(qū)域中心距離單個(gè)區(qū)域面積正三角形R%dTR2正四邊形a/2R2R2正六邊形a/3R2.6R2可看出，正六邊形相鄰區(qū)域中間間距最大，覆蓋面積最大。在業(yè)務(wù)區(qū)域面積一定的情況下，正六邊形 小區(qū)的形狀最接近理想的形狀，因?yàn)樗璧幕緮?shù) 最少，最經(jīng)濟(jì)，由于它與蜂窩相同，故稱蜂窩網(wǎng)。蜂窩小區(qū)根據(jù)它的面積大小可分為:宏蜂窩小區(qū)：1公里以上（主要用于郊區(qū)、一般