基站天線基礎(chǔ)知識介紹(經(jīng)典版)

基站天線基礎(chǔ)知識介紹2015.8優(yōu)化中心前言天線在無線通信系統(tǒng)中起著重要的作用。各種場景下天線的選型、天線的方位角、下傾角角度設(shè)置會(huì)直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能和覆蓋強(qiáng)度。通過天線基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，希望大家在后期對天線與覆蓋的關(guān)系有一個(gè)更深入的認(rèn)識。內(nèi)容介紹第1章天線的位置和作用第2章天線的駐波比對覆蓋的影響第3章現(xiàn)網(wǎng)天線型號介紹第4章天線的輻射方向圖第5章天線下傾角計(jì)算第6章案例第7章天線調(diào)整注意事項(xiàng)天線的位置基站天饋系統(tǒng)示意圖防雷保護(hù)器主饋線（7/8“）饋線卡走線架接地裝置接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶天線調(diào)節(jié)支架板狀天線抱桿（50~114mm）室外跳線室內(nèi)超柔跳線饋線過線窗基站天線的作用就是將饋管中攜帶聲音信息的高頻電磁能轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，反之收集自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為饋管中的高頻電磁能電信號。

天線是無源設(shè)備，載波通過饋線送到天線的信號有多大，天線發(fā)出去的信號就有多大。天線的位置和作用如果天饋系統(tǒng)出現(xiàn)駐波，導(dǎo)致信號在天饋系統(tǒng)中反射，最終由天線發(fā)射出去的電磁波能量降低，直接的影響就是覆蓋變?nèi)?，天線駐波比較大對基站覆蓋能力有著嚴(yán)重影響。駐波比的產(chǎn)生，是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端B未被全部吸收（輻射）、產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。天線的駐波比對覆蓋的影響駐波比高的原因：1、連接松動(dòng)：塔頂跳線和天線之間，塔頂跳線和饋線之間，機(jī)房跳線和饋線之間，機(jī)房跳線和設(shè)備之間。2、線纜問題：查看饋線是否有壓扁的地方，更換跳線驗(yàn)證是否是跳線問題；3、天線問題：可能是天線的駐波比過高導(dǎo)致；4、跳線或饋線接頭做的不好，導(dǎo)致接觸不良；5、如果室外的接頭防水做的不好，導(dǎo)致饋線進(jìn)水，產(chǎn)生高駐波比。駐波比預(yù)防/監(jiān)控措施1、夏天雨季，天熱多雨，容易造成饋線接頭出現(xiàn)松動(dòng)進(jìn)水，需加強(qiáng)檢查。2、判斷故障注意方法，從大方向及相關(guān)部件處理。處理駐波告警的步驟：1、測試有駐波告警小區(qū)的天饋線，確定是天饋存在駐波（駐波大于1.5視為存在駐波）2、對存在駐波的饋線進(jìn)行駐波定位（可以確定在幾米處有多大的駐波）3、估算饋線上到各接頭的距離，先處理接頭處的駐波問題，直到接頭處駐波小于1.54、檢查出現(xiàn)駐波的一段饋線，若此段饋線有明顯損傷，則需要更換饋線；5、天饋系統(tǒng)駐波處理完成后，掉電重啟基站設(shè)備。VSWR反射功率百分比增大饋線損耗(dB)（50米饋線加跳線約2.5dB自然損耗）與完全匹配(VSWR=1)相比減小的輻射功率(dB)減小輻射功率百分比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%駐波比大小與所減小的總輻射功率的關(guān)系圖如左側(cè)表格，VSRW=3.0時(shí)，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)。駐波比太大對覆蓋影響嚴(yán)重

波束寬度也是天線的重要指標(biāo)之一，它包括水平半功率角與垂直半功率角。分別定義為在水平方向或垂直方向相對于最大輻射方向功率下降一半（3dB）的兩點(diǎn)之間的波束寬度?，F(xiàn)網(wǎng)使用的天線水平半功率角主要為65度，垂直方向半功率角主要為6.5度天線為主?，F(xiàn)網(wǎng)天線型號及主要波束寬度廠家型號天線占比水平半功率角垂直半功率角預(yù)制電下傾角機(jī)械下傾角海天HTDBS096515(3)27%656.5~153

海天HTQ-09-1117%656.5~15

華天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

天線下傾角介紹：天線下傾是常用的一種增強(qiáng)主服務(wù)區(qū)信號電平，減小對其他小區(qū)干擾的一種重要手段。通常天線的下傾方式有機(jī)械下傾、電子下傾兩種方式。機(jī)械下傾是通過調(diào)節(jié)天線支架將天線壓低到相應(yīng)位置來設(shè)置下傾角；而電子下傾是通過改變天線振子的相位來控制下傾角。當(dāng)然在采用電子下傾角的同時(shí)可以結(jié)合機(jī)械下傾一起進(jìn)行。電子下傾天線一般傾角固定，即我們通常所說的預(yù)置下傾。最新的技術(shù)是傾角可調(diào)的電子下傾天線，為區(qū)分前面的電子下傾天線，這種天線我們通常稱作電調(diào)天線。左圖為機(jī)械調(diào)節(jié)下傾角和電子調(diào)節(jié)下傾角的模擬覆蓋比較效果圖，一個(gè)覆蓋均勻，一個(gè)變形嚴(yán)重。從左側(cè)的現(xiàn)網(wǎng)天線情況統(tǒng)計(jì)來說，現(xiàn)網(wǎng)50%以上的天線都有預(yù)制的電子下傾角，這時(shí)天線的總下傾角=電子下傾角+機(jī)械下傾角。在做天線調(diào)整時(shí)一定要先核查天線的具體型號和具體的參數(shù)，確認(rèn)天線是否有電子下傾角，結(jié)合分析判斷調(diào)整。機(jī)械下傾預(yù)制電下傾天線的輻射方向圖（1）天線的覆蓋具有方向性，大家可以簡單的理解成手電筒打開后光的傳播方式。不同的是由于天線的構(gòu)造原理導(dǎo)致在某些方向上能量得到增強(qiáng)，而某些方向上能量被減弱，即形成一個(gè)個(gè)波瓣（或波束）和零點(diǎn)。能量最強(qiáng)的波瓣叫主瓣，上下次強(qiáng)的波瓣叫第一旁瓣，依次類推。對于定向天線，還存在后瓣。下圖是定向天線的水平及垂直方向圖。波束水平方向圖波束垂直方向圖信號傳播的3D效果圖由3D圖可以看出信號由天線發(fā)出后向外擴(kuò)展傳播，水平方向較寬，垂直方向較窄，顏色由深綠逐漸便黃再變紅（顏色表示信號強(qiáng)弱的變化）

水平面方向圖波瓣寬度60度左右，相對較寬；垂直方向圖波瓣寬度15度以下，部分天線只有6.5度的垂直波瓣，垂直面波瓣寬度相對水平面波瓣寬度較窄。所以整個(gè)波形傳播出去的圖形呈現(xiàn)“鴨嘴”形狀，由于天線傳播信號較扁平，在調(diào)整時(shí)必須注意下傾角的調(diào)整。天線的輻射方向圖（2）--天線垂直面波瓣的覆蓋介紹不同下傾角覆蓋不同區(qū)域天線垂直面波瓣按照上下波瓣半功率角延長線分別至A點(diǎn)和B點(diǎn)，根據(jù)天線技術(shù)性能，在這個(gè)范圍內(nèi)天線增益下降緩慢，因此A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)樘炀€覆蓋最強(qiáng)的區(qū)域；當(dāng)超過半功率角后，天線增益迅速下降（特別是上波瓣半功率角延長線B點(diǎn)往外區(qū)域），因此在考慮天線傾角大小時(shí)可以認(rèn)為上波瓣半功率角延長線到地平面交點(diǎn)（B點(diǎn)）以內(nèi)區(qū)域?yàn)樵撎炀€的實(shí)際覆蓋范圍。40m垂直面波瓣寬度6.5o垂直波瓣6.5o紅色為主波瓣覆蓋區(qū)信號最強(qiáng)垂直面波瓣寬度6.5oABAB主覆蓋區(qū)域村莊村莊下旁瓣覆蓋區(qū)域主覆蓋區(qū)域下旁瓣覆蓋區(qū)域上旁瓣覆蓋區(qū)域迅速下降，覆蓋能力忽略CC式中：Pr(dBm)表示覆蓋范圍內(nèi)手機(jī)接收的輻射功率。PT(dBm)表示基站輻射的功率。S表示手機(jī)距基站的距離。λmin表示基站工作的最短波長。GT(dBi)表示基站天線的增益。Gr(dBi)表示手機(jī)天線的增益。Lo(dBi)表示傳播中的其它損耗（含饋線損耗）天線下傾角計(jì)算方程式S’’40mS’S8.5o

通過三角函數(shù)根據(jù)天線的垂直波束方向圖等技術(shù)參數(shù)來進(jìn)行天線下傾角的計(jì)算。主要依據(jù)天線掛高（相對于被覆蓋點(diǎn)的相對高度）、天線與被覆蓋點(diǎn)之間的距離、載波功率、天線增益、天線垂直波瓣寬度等進(jìn)行計(jì)算。天線垂直面波形演示例：在自由空間中GSM網(wǎng)中：基站塔高40米，發(fā)射功率PT=43dBm(20W)，基站用天線GT=15dBi，垂直波束寬度θ3dB=18o，手機(jī)持有者高h(yuǎn)z=1.5米，手機(jī)天線增益Gr=1.5dBi，最短波長λmin=0.313米，如果天線下傾角為0度，計(jì)算出覆蓋區(qū)內(nèi)的功率分布為：當(dāng)S=2000米時(shí)，手機(jī)天線與主波束的夾角θ’=arctg(40/2000)=1.1o，可認(rèn)為手機(jī)天線處于主波束寬度內(nèi)，可算出：手機(jī)天線處照射的功率為：Pr=-38.5dBm–Lo理想條件下Lo≈0，則手機(jī)信號Pr(dBm)＞-70dBm，即信號很好。當(dāng)S=S’時(shí)，手機(jī)天線與主波束夾角θ’正處于天線波束零點(diǎn)，此時(shí)手機(jī)天線處照射功率為0。同樣當(dāng)手機(jī)處于S=S’’時(shí)，也收不到信號，這就是所謂塔下“黑”現(xiàn)象。

以下為常見的天線掛高為40米，垂直波瓣為8.5度時(shí)不同天線覆蓋不同距離時(shí)對天線下傾角的大概要求，供參考：基站距離農(nóng)村600米，“總下傾角”應(yīng)設(shè)置為3.5度?；揪嚯x農(nóng)村1000米，“總下傾角”應(yīng)設(shè)置為2.1度?；揪嚯x農(nóng)村2000米，“總下傾角”應(yīng)設(shè)置為1.1度。“總下傾角”=“預(yù)制電下傾角”+“機(jī)械下傾角”。常見情況天線下傾角設(shè)置建議處于S時(shí)為主覆蓋區(qū)，處于S’時(shí)位于天線波束零點(diǎn)，接收信號為0；處于S’’時(shí)再次位于天線波束零點(diǎn)，手機(jī)信號同樣為0，處于波束零點(diǎn)時(shí)均為塔下黑情況。天線調(diào)整的注意事項(xiàng)

通過綜合評估的方式調(diào)整天線，在調(diào)整天線前應(yīng)針對弱覆蓋區(qū)及周邊多個(gè)基站進(jìn)行天線方位角、俯仰角綜合分析評估，并結(jié)合地形、天線掛高、距離形成綜合調(diào)整計(jì)劃，避免出現(xiàn)拆東墻補(bǔ)西墻的情況出現(xiàn)。需注意的問題1、調(diào)整時(shí)必須采用天線姿態(tài)儀，做好天線調(diào)整后的數(shù)據(jù)采集；2、調(diào)整俯仰角時(shí)需考慮天線的內(nèi)置俯仰角；3、調(diào)整方位角時(shí)要看天線覆蓋區(qū)的整體情況，避免拆東墻補(bǔ)西墻，避免調(diào)整到這邊，那邊沒覆蓋了。3、調(diào)整前后必須詳細(xì)記錄天線的型號，因?yàn)樾吞枠?biāo)示有天線的內(nèi)置俯仰角，便于后期的調(diào)整分析；4