天線培訓資料課件

本課程為GSM天饋系統(tǒng)基礎(chǔ)培訓，共五部分內(nèi)容：

一、天線工作原理簡介

二、天線的技術(shù)參數(shù)說明三、無線設(shè)計中關(guān)于天線方面的幾個重要因素四、關(guān)于鐵塔的選型五、直放站、室內(nèi)分布和其他目標：通過本課程，讓學員對無線網(wǎng)絡(luò)天饋系統(tǒng)在概念上和工程應(yīng)用上有一定的了解，同時具備進一步學習的理論和實踐基礎(chǔ)。第1頁/共56頁第一部分天線工作原理簡介第2頁/共56頁什么是天線？把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間…...收集無線電波并產(chǎn)生電信號第3頁/共56頁波長1/2波長1/2波長極子的長度

800MHz~200mm長度

400MHz~400mm長度1/4波長h1/4波長1/2波長Dipole偶極子是天線應(yīng)用中最普遍采用的一種方式。極子的長度與工作頻率的波長成對應(yīng)關(guān)系。偶極子第4頁/共56頁1/4波長天線計算公式(補充）天線長度＝300/f×1/4×0.96（波長縮短率）例：850M的1/4波長天線：300/850×1/4×0.96=0.085(m)第5頁/共56頁820MHz的1/2波長~180mm,890MHz的1/2波長~170mm天線應(yīng)取值在~850MHz-175mm天線帶寬=890-820=70MHz偶極子的工作性能與其長度和波長的匹配有關(guān)：Optimum1/2wavelengthfordipoleat850MHzat890MHz天線偶極子at820MHz頻率范圍第6頁/共56頁俯視圖側(cè)視圖單極子工作時呈圈餅形。天線控制原理第7頁/共56頁增益=10log(4mW/1mW)=6dBd單極子

接收端產(chǎn)生1mW的功率幾個極子排成一列

接收端產(chǎn)生4mW功率信號集中極子一般組合成列。天線控制原理第8頁/共56頁功率由于反射在同一方向上疊加，從而增加增益。定向天線的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd“定向天線”

接收端產(chǎn)生8mW功率“全向天線”

接收端產(chǎn)生4mW功率(俯視)天線極子列的側(cè)面放置一塊反射板。天線控制原理第9頁/共56頁單偶極子輻射呈圈餅狀各向同性輻射體“dBd”以偶極子為基準“dBi”以各向同性輻射體為基準eg:3dBd=5.15dBi2.15dB以各向同性輻射體為基準的偶極子增益為2.15dBdBd和dBi第10頁/共56頁基站天線增益（總結(jié)）天線的增益：一般指天線在其最大輻射方向上的增益，是和基準天線相對比的一個相對值，有時也稱為功率增益。對無線覆蓋率和話音質(zhì)量有較大的影響?？赡芤匀缦路绞浇o出：

dBi:基準天線為各向同性輻射器(全向天線）；

dBd:基準天線為自由空間的半波振子（偶極子天線）；

0dBd=2.15dBidBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）dB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）第11頁/共56頁第二部分天線的技術(shù)參數(shù)說明第12頁/共56頁前后比（dB）=10log 常見的在25dB左右(前瓣功率)(后瓣功率)即天線中前向主瓣功率與后向主瓣功率的比值。后瓣功率主瓣功率主瓣功率與后瓣功率比（前后比）第13頁/共56頁關(guān)于前后比在實際應(yīng)用中應(yīng)注意的方面前后比是天線前向和后向之間的功率比值，一般來講，前后比是越大越好。防止天線后向信號干擾天線后方的前向信號。尤其應(yīng)用在城市中密集住宅小區(qū)，最好能達到30db，可以有效降低后瓣對高層建筑的室內(nèi)干擾。現(xiàn)在一般的天線前后比為20db左右；全向天線是沒有前后比的。天線的前后比在一般情況下當然是越大越好，但是在某些特定的條件下也并不絕對是這樣，比如，以兩扇區(qū)的定向站連續(xù)覆蓋高速公路時，由于大多數(shù)用戶都是快速移動用戶，為保證切換的正常進行，定向天線的前后比不宜太大，否則可能會由于兩定向小區(qū)交疊深度太小而導致切換不及時造成掉話的情況。（同時要考慮塔型因素）第14頁/共56頁水平半功率角120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dB波束寬度60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB波束寬度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB垂直半功率角波束寬度

（水平半功率角和垂直半功率角）第15頁/共56頁水平半功率角和垂直半功率角的關(guān)系G=32600/水平半功率角*垂直半功率角

天線增益=10*log

G

第16頁/共56頁

第17頁/共56頁零點填充零點填充：基站天線垂直面內(nèi)采用賦形波束設(shè)計時，當固定在一定高度的天線照射在一有限的水平面區(qū)域內(nèi)，天線的垂直方向圖表明由于有旁瓣零點的存在，在需要覆蓋的區(qū)域就有可能產(chǎn)生盲區(qū)問題。為了使業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)的輻射電平更均勻，下副瓣第一零點需要填充，不能有明顯的零深。通過垂直平面的余割平方賦形波束設(shè)計，可以消除主瓣下方的零點，從而使所需覆蓋區(qū)域有相等的接收信號電平。該技術(shù)也稱為零點填充技術(shù)。高增益天線由于其垂直波束寬度較窄，尤其需要采用零點填充技術(shù)來有效改善近處覆蓋。通常零深相對于主波束大于-26dB即表示天線有零點填充，有的供應(yīng)商采用百分比來表示，如某天線零點填充為10%，這兩種表示方法的關(guān)系為：Y(dB)＝20log(X%/100%)如：零點填充10%，即X=10；用dB表示：Y=20log(10%/100%)＝－20dB第18頁/共56頁上副瓣抑制上副瓣抑制：

1、對于小區(qū)制蜂窩系統(tǒng)，為了提高頻率復用效率；

2、為減少對鄰區(qū)的同頻干擾。

基站天線波束賦形時應(yīng)盡可能降低那些瞄準干擾區(qū)的副瓣，提高D/U值（有用和無用信號強度之比），上第一副瓣電平應(yīng)小于-18dB，對于大區(qū)制基站天線無這一要求。

第19頁/共56頁負載阻抗匹配是指負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗的情形，此情況下，傳輸線只有從信源到負載的入射波，無反射波。如果反射波較大，波腹電場比行波電場大，容易擊穿。負載阻抗匹配一般采用阻抗匹配器。

Cable

50ohms

Antenna

50ohms 80ohms阻抗匹配第20頁/共56頁反射系數(shù)T＝丨80-50丨/丨80+50丨，VSWR=丨1+T丨/丨1-T丨；回波損耗為20log丨T丨=12.76dB天線輸入阻抗與特性阻抗不一致，產(chǎn)生的反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波。電壓駐波過大，將縮短通信距離，容易燒壞功放管。電壓反射系數(shù)為任意一點反射波電壓與入射波電壓之比。

VSWR（電壓駐波比）為相鄰電壓最大值與最小值之比。（VSWR最大值應(yīng)小于或等于1.5:1，即入射阻抗應(yīng)小于75ohms）9.5W80ohms天線輸入阻抗50ohms天線特性阻抗Forward:10WReturn:0.5W回波損耗第21頁/共56頁極化無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(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。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。第22頁/共56頁垂直極化水平極化+45度傾斜-45度傾斜極化天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向第23頁/共56頁水平極化和垂直極化的比較由于水平極化天線的路徑損耗大于垂直極化天線（水平極化波的去極化機會大于垂直極化波）。從發(fā)射的角度來看，由于垂直于地面的手機更容易與垂直極化信號匹配，因此垂直單極化天線會比其他非垂直極化天線的覆蓋效果要好一些。

第24頁/共56頁V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)2個獨立波雙極化天線2個天線振子位于一個單元內(nèi)第25頁/共56頁（補充）極化損失

當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量；當接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。第26頁/共56頁端口隔離度專指雙極化天線，指一個極化方向的輸入功率與反映到另一極化方向上的輸出功率的比值。收發(fā)共用時，端口之間隔離度應(yīng)大于30dB。1000mW(ie1W)1mW隔離度10log(1000mW/1mW)=30dB端口隔離度第27頁/共56頁頻率范圍

MHz 820-890帶寬 MHz 70增益 dBi 15極化方向 Vertical電阻 50回波損耗 dB >18半功率角(3dB)

水平 ° 64

垂直 ° 18前后比 dB >30上副瓣抑制 dB <-12下副瓣抑制 dB <-14電子下傾角(可調(diào)) ° 2-10一種典型的天線參數(shù)特性第28頁/共56頁第三部分無線設(shè)計中關(guān)于天線方面的幾個重要因素第29頁/共56頁1、天線的選型（分集方式、增益、水平及垂直半功率角）2、天線掛高3、方位角4、下頃角5、天線的安裝注意點第30頁/共56頁1、空分天線和雙極化天線1、空分天線采用空間分集方式，即利用場強隨空間的隨機變化實現(xiàn)信號分集?？臻g間距越大，多徑傳播的差異就越大，場強相關(guān)性就越小在這種情況下，由于深衰落難得同時發(fā)生，分集便能把衰落效應(yīng)降到最小。；＝h/D(h－－天線實際高度；D－－天線間距）最佳取值為11。2、雙極化天線采用極化分集方式。天線有兩種極化方式，水平極化和垂直極化，而用一個頻率攜帶兩種不同極化方式的信號。理論上，由于媒質(zhì)不引入耦合影響，也就不會產(chǎn)生相互干擾。但是在移動通信環(huán)境中，會發(fā)生互耦效應(yīng)。這就意味著，信號通過移動無線電媒質(zhì)傳播后，垂直極化波的能量會泄漏到水平極化波去，反之亦然。幸運的是，和主能流相比，泄漏能量很小，通過極化分集依舊可以得到良好的分集增益。極化分集天線的最大優(yōu)點在于只需安裝一副天線即可，節(jié)約了安裝成本。第31頁/共56頁空間分集和極化分集比較1、極化分集最大的好處是可以節(jié)省天線安裝空間，空間分集需要間隔一定距離的兩根接收天線，而極化分集只需一根天線；2、一般空間分集可以獲得3.5dB的鏈路增益。3、對于一個雙極化天線，其增益的改善度比空間分集要少1.5dB左右。但雙極化分集相對空間分集在室內(nèi)或車內(nèi)能提供較低的相關(guān)性，因此又能獲得比空間分集多1.5dB的改善。第32頁/共56頁小區(qū)天線增益的選擇城區(qū)（要求覆蓋距離較近，選中等增益天線，15.5dBi左右）距離距離郊區(qū)（要求覆蓋距離較遠，選較高增益天線，17dBi左右）第33頁/共56頁小區(qū)天線水平波束寬度的確定水平3dB波束寬度：

天線的水平面波束的主瓣功率下降3dB后的波束寬度（也稱水平半功率角）。確定原則： 根據(jù)小區(qū)的預期覆蓋要求和干擾情況調(diào)整（一般原則，城區(qū)65度以降低干擾，郊區(qū)90度左右以增強覆蓋）。第34頁/共56頁小區(qū)天線垂直波束寬度的確定垂直3dB波束寬度：

天線的垂直面波束的主瓣功率下降3dB后的波束寬度（也稱垂直半功率角）。確定原則：

根據(jù)小區(qū)預期覆蓋要求和干擾情況調(diào)整（一般原則，城區(qū)波束寬度較窄6度左右以降低干擾，郊區(qū)13度左右以增強覆蓋）。第35頁/共56頁2、天線的掛高天線的掛高應(yīng)視應(yīng)用環(huán)境而定：1、郊區(qū)的天線掛高盡可能處于一個水平面上，一般在45m左右。2、市區(qū)的天線掛高應(yīng)視選擇的樓層本身的樓高，但一般控制在35m左右。3、山區(qū)的天線一般選用全向天線，掛高一般需要超出植物的頂高5～10m。第36頁/共56頁目前的GSM基站采用三扇區(qū)覆蓋，視原網(wǎng)絡(luò)采用的方位角方式，方位角以正北為0度，一般小區(qū)方位角相差120度。一般為0/120/240。但在實際查勘設(shè)計中，如需要對覆蓋的對象重點照顧，則需要調(diào)整方位角。3、天線的方位角第37頁/共56頁天線的下傾方式可以分為機械下傾和電子下傾兩種。天線的機械下傾角度過大時會導致天線方向圖嚴重變形（即主瓣前方產(chǎn)生凹坑），對網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和干擾帶來許多不確定因素，因此機械下傾角不宜過大。電子下傾通過改變天線振子的相位使得波束的發(fā)射方向發(fā)生改變，與原來沒有下傾時相比，各個波瓣的功率下降幅度是相同的，從而避免了前述機械下傾時所帶來的缺陷。4、天線下頃角調(diào)整第38頁/共56頁DHaABb/2假設(shè)所需覆蓋半徑為D(m)，天線高度為H(m)，傾角為α,垂直半功率角為?，則天線主瓣波束與地平面的關(guān)系如圖所示：tg(a-?/2+P)=H/DP:預制下頃角但應(yīng)用該式時有限制條件：傾角必須大于半功率角之一半；距離D必須小于無下傾時按公式計算出的距離。

第39頁/共56頁

調(diào)整原則 根據(jù)覆蓋、小區(qū)負載和干擾情況進行調(diào)整。 一般在城區(qū)內(nèi)盡量選用電子下傾天線。隨著期望的小區(qū)覆蓋區(qū)域的變化，調(diào)整天線下傾角度。一般情況下，隨著網(wǎng)絡(luò)容量的增加，總體趨勢是基站間距縮小，要求的覆蓋區(qū)域變小，總是通過增加天線下傾角度以盡量降低干擾。距離距離第40頁/共56頁電調(diào)天線與地面垂直安裝（可以選擇0°～5°機械下傾），天線安裝好以后，在調(diào)整天線下傾角度過程中，天線本身不動，是通過電信號調(diào)整天線振子的相位，改變水平分量和垂直分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，使天線的覆蓋距離改變，天線每個方向的場強強度同時增大或減小，從而保證在改變傾角后，天線方向圖形狀變化不大。而機械天線與地面垂直安裝好以后，在調(diào)整天線下傾角度時，天線本身要動，需要通過調(diào)整天線背面支架的位置，改變天線的傾角，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖嚴重變形。（注意：電調(diào)天線分兩種，固定電氣下傾角天線和可調(diào)電氣下傾角天線。）（補充）機械天線與電調(diào)天線的區(qū)別第41頁/共56頁（補充）機械天線與電調(diào)天線的區(qū)別

如圖所示，電調(diào)下傾與機械下傾在對后瓣的影響方面也不同，電調(diào)下傾會使得后瓣的影響得到進一步的控制，而機械下調(diào)可能會使后瓣的影響擴大。

第42頁/共56頁5、天線安裝的注意點（1）hd屋頂安置定向天線D=天線至屋頂邊沿的距離H=屋頂以上必要高度注:

為了覆蓋效果，盡可能使天線靠近屋頂邊沿。.第43頁/共56頁

說明：在鐵塔平臺上的天線安裝應(yīng)按照如圖所示的方式，實際中往往有很多鐵塔平臺上只有六根抱桿，為達到更好的覆蓋效果，可以對運營商建議：1、平臺上加支撐抱桿；2、空分天線改為高增益雙極化天線。d1天線安裝的注意點（2）第44頁/共56頁1、天線的避雷避雷針頂端與天線頂端不大于45度角2、饋線的接地

<＝50米，三點接地

>50米，四點接地3、饋線的彎曲

1/2"饋線單次彎曲最小半徑為70mm，多次彎曲最小半徑為210mm；7/8"饋線單次彎曲為120mm，多次彎曲為360mm；天線安裝的注意點（3）第45頁/共56頁第四部分鐵塔的選型第46頁/共56頁鐵塔種類角鋼塔：高度一般在20m～70m左右，落地與房頂方式均可。價格適中，適用面廣。單管塔：高度在30m~60m左右，只限于落地方式，占地面積小，價格較高；適用面廣，比較適合城郊結(jié)合地、交通要道和開發(fā)區(qū)。三管直立塔：限高30m，只限于落地方式，投資較低，適用面廣。拉線塔：限高25m，落地與房頂方式均可，投資較低，適用面廣。單桿塔：限高20m，只限于落地方式均可，比較適于山頂面積較小的情況，一般適用于全向天線，投資稍高；拉線桅桿：限高15m，落地與房頂方式均可，注意僅適用于全向天線，投資低。第47頁/共56頁第五部分直放站、室內(nèi)分布和其他第48頁/共56頁直放站BTS雙工器雙工器盲區(qū)施主基站注意：考慮到誤碼傳輸，光纖長度不超過30km。光纖微波定向天線PLL鎖相第49頁/共56頁

直放站加入到網(wǎng)絡(luò)中，對施主基站影響主要表現(xiàn)在反向鏈

路上，即對施主基站的靈敏度影響，造成基站的靈敏度的下降。降敏度值是直放站經(jīng)施主鏈路注入到基站接收機里的噪聲功率的函數(shù)。通常用注入噪聲裕量(NIM)來說明注入的噪聲功率，NIM是基站的有效噪聲(kT*FBTS)與直放站的注入噪聲的比值，是以dB為單位的。計算公式如下：

**10__0=InjectedRPTRBTSNFkTLogNIM第50頁/共56頁

直放站的注入噪聲，即注入到基站接收機里的噪聲，由下述方程計算

這里LP_Net

是從直放站的施主天線接口到基站施主扇區(qū)的輸入口的凈路徑損耗，F(xiàn)Bi

和GBi

是直放站一路通路的噪聲系數(shù)和增益。對最差條件而言，我們可以假定FBTS是一個常數(shù)，LP_Net是不衰落的(對于基站的降敏度而言是最壞的情況)，那么就只有噪聲系數(shù)和增益的積是一個隨機變量。從RTI直放站的實際測量顯示看，這一系數(shù)的典型標準背離值是0.6dB，并且不超過1.1dB第51頁/共56頁01234567891011-