无线维护岗位认证教材天馈系统.ppt

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1、,1,无线维护篇系列教材之 天馈系统介绍,中国电信无线维护 岗位认证培训教材,2,内容介绍,第1章 天线介绍 第2章 馈线介绍 第3章 分集天线 第4章 天线的选用,天线是什么？,有效地辐射和接收无线电波的装置，称为天线。 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。,天线的发射和接收功能,发射天线是一种将高频已调电流的能量变换为电磁波的能量，并将电磁波辐射到预定方向的装置。 接收天线是将无线电波的能量变换为高频电流能量，同时还能分辩出由预定方向传来的电磁波

2、的装置。 接收天线和发射天线的作用是可逆的过程。,电性能参数 半波振子天线 工作频段 增益 方向图 水平、垂直波瓣3dB宽度 下倾角 前后比 旁瓣抑制与零点填充 输入阻抗 驻波比 极化方式 天线口隔离,机械参数 尺寸 重量 天线罩材料 外观颜色 工作温度 存储温度 风载 迎风面积 接头型式 包装尺寸 天线抱杆 防雷,天线基本技术参数及含义,天线基础半波振子（Dipoles）,对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长

3、的振子，称半波对称振子,天线基础半波振子（Dipoles）,使用数学中的微积分理论可以推算出半波振子天线的辐射图,GAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,半波振子（Dipoles）辐射图,天线方向图（Pattern）,发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 但实际中的天线辐射图都比较复杂，称之为天线方向图。,天线增益,注意：天线只是无源传输器件，不能放大能量！,增益是指： 在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。 它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。

4、增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。,天线增益,天线增益的计算：指天线在最大辐射方向的增益系数。 在相同输入功率就的条件下,天线在某方向某点产生的功率密度s1与理想点源(效率100%)同一点产生的功率密度s0的比值。 G（、）=s1（、）/s0 单位：dBi 在相同输入功率就的条件下,天线在某方向某点产生的功率密度p1与 半波对称振子增益系数的比值。 G （、）= s1（、）/ GA0 单位：dBd G（、）= G （、）+ 2.15 dBi=dBd+2.15,半波振子,理想点源（无耗均匀辐射器）,eg: 0dBd = 2.15dBi,dBd and dBi,

5、定向天线增益,dBi vs. dBd,PLAN VIEW,isotropic,dipole,dB Gain ref Dipole (dBD),dB Gain ref isotropic (dBi),0dBi (ref),0dBD (ref),定向天线,天线增益实例,EIRP （有效辐射功率） 实例,波束宽度（Beamwidth）,方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗

6、干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角,基站天线三扇区覆盖,20、30的品种多用于狭长地带或高速公路的覆盖；65品种多用于密集城市地区典型基站三扇区配置的覆盖，90品种多用于城镇郊区地区典型基站三扇区配置的覆盖,垂直波瓣3dB宽度,定向天线： 全向天线：,垂直平面的半功率角（ 3dB宽度） 48,33,15,8等，定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角时，可以准确控制覆盖范围。,下倾角（Down Tilt）,为使主波瓣指向

7、地面， 安置时需要将天线适度下倾，可分为以下： 机械下倾 固定电子下倾 可调电子下倾,不下倾 Non down tilt,电调下倾 Electronic downtilt,机械下倾 Mechanical downtilt,各种下倾的覆盖,天线下倾角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。,天线下倾角的调整,一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式

8、推算： =arctg(h/R)A/2 其中：-天线的俯仰角 h-天线的高度 R-小区的覆盖半径 A-天线的垂直平面半功率角 上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内，并且 要通过路测不断修改。,前后比,方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单- F / B = 10 Lg （前向功率密度） /（ 后向功率密度）,对天线的前后比F / B 有要求时，其典型值为 （18 - 30）dB，特殊情况下则要求达

9、（35 - 40）dB 。,后向功率,前向功率,上下旁瓣抑制,对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣 尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。,旁瓣抑制与零点补充,功率容量,一般天线功率容量范围： 251500W 基站天线功率容量： 应大于200W,输入阻抗Impedance,天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率发射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓，天线的匹配工作就是消除天

10、线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。 匹配的优劣一般用4个参数来衡量，即反射系数、行波系数、驻波比和回波损耗。4个参数之间有固定的数值关系，使用哪一个出于习惯。在我们的日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。 一般移动通信天线的输入阻抗是50欧。,9.5 W,Forwarda: 10W,Backward: 0.5W,Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB VSWR (Voltage Standing Wave Ratio),回波损耗 Return Loss,回波损耗： 它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB 到 无穷

11、大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。,电压驻波比VSWR: 微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配 否则就会有反射波产生，流向信号源 由反射波和入射波合成而产生的称为驻波 驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为电压驻波比VSWR 它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.3。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。,电压驻波比

12、（VSWR）,电压驻波比（VSWR）,学员练习：体会电压驻波比，回波损耗，辐射功率之间联系,天线极化方式（Polarization）,垂直极化,水平极化,+ 45倾斜极化,- 45倾斜极化,极化是指电磁波在传播的过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态。接收天线的极化方向只有同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号。 一般使用的天线为单极化的。,双极化天线,把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者， 把 +45 极化和 -45 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线-双极化天线。,极化方式与无线传播关系,Power Transfer Between A

13、ntenna A and Antenna B,A,Cross-Polarized,当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生 极化损失。例如：当用+ 45 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45 极化或 -45极化波时，等等情况下，都要产生极化损失 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，天线就完全接收不到来波的能量， 这种情况下极化损失为最大。,1000mW ( 1W),1mW,10log(1000mW/1mW) = 30dB,天线口隔离,理想的极化完全隔离是没有的。馈

14、送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。 例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为1W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 1mW，则隔离度为30dB.,工作频段,CDMA800系统： 选用824896MHZ天线。 工作带宽89682472MHZ CDMA1900系统 选用18501990MHZ的天线,天线尺寸,长宽高 长：与垂直波瓣、增益有关 宽：与水平波瓣有关 高：与所采用的天线技术有关,天线重量,影响运输、施工,天线罩材料,PVC, ABS, fiberglass等 防晒、防冻，防盐雾，阻燃，抗老化等,天线外观颜色,Good-lo

15、oking, environment-protecting,伪装天线,伪装天线,物理参数,工作温度： 典型范围：-40C +70C 存储温度： 典型范围：-40C +70C 风载： Eg: 160 km/h 迎风面积： 越大越好 接头形式： 7/16”DIN，N，SMA，female,物理参数,风载、风符合：Wind Load Eg: 83N at 160km/h 迎风面积：Flat Plate Area 越小越好 接头类型Connector Type 7/16DIN,N,SMA female,天线抱杆,Mast diameter 45-90mm,天线防雷,Direct Ground,避雷器,

16、基站天线主要参考参数,频带类型: CDMA800, CDMA1900, 极化方式: 垂直；水平；45 线性极化；圆极化 辐射方向: 全向；定向 下倾方式: 无下倾；机械下倾；电子下倾； 可调下倾；遥控下倾 功能: 发射；接收；收发公用,46,内容介绍,第1章 天线介绍 第2章 馈线介绍 第3章 分集天线 第4章 天线的选用,7/8”主馈线（MAIN FEEDER）,天线馈线（1）,1/2”超柔跳线 （JUMP CABLE）,天线馈线（2）,7/16”DIN-F型连接器（DIN CONNECTOR） 7/16”DIN-M和N-M型连接器（DIN & N CONNECTOR）,天线馈线（3）,缆头

17、装接工具（Trimming Tool or Hand Tool Kit） 馈线卡（Clamp） 接地卡（Earthing Kit） 穿墙馈通（Wall Glands） 接地排(Universal Ground Bar),馈线安装附件,馈线损耗,馈线长度小于15米时，一般使用1/2英寸跳线，损耗约1dB. 800M频率时，使用7/8馈线，每百米长度的损耗是4dB。 1900M频率时，使用7/8馈线，每百米长度的损耗是6dB。,GPS馈线,长度小于100米时，一般使用1/2馈线，一般不需跳线。 长度100300米时，一般使用7/8馈线，需要跳线。 长度大于300米时，一般使用5/4馈线，需要跳线。

18、,53,内容介绍,第1章 天线介绍 第2章 馈线介绍 第3章 分集天线 第4章 天线的选用,慢衰落、快衰落,慢衰落：是由于地形起伏或者建筑物的阻挡等因素使信号出现变化相对缓慢的随机衰落。 快衰落是由于无线接收机相对于周围环境的运动以及多径传播，使信号的幅度和相位出现快速波动并伴有深衰落。 分集技术能有效抵抗慢、快衰落。,分集技术,利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善信号接收，来抵抗衰落引起的不良影响。 通过采用分集技术而带来的发射功率的节省，称为分集增益。,宏分集、微分集,宏分集：利用两个或多个相隔较远的天线分别接收经不同路径传播的同一无线信号，并进

19、行选择性合并来提高接收信号的质量。对于对抗慢衰落、快衰落有较好的作用。 软切换对信号的改善就是利用了多个基站天线的宏分集效应。 微分集：通过在相同或相近的位置放置天线，利用空间分集、时间分集、频率分集、角度分集、极化分集等方式实现信号的分集接收。对于快衰落有较好的改善。,分集合并技术,最大比例合并：是将接收到的各路信号进行相位调整以及幅度加权调整，从而使合并后的信号达到最大的信噪比。 等增益合并：将各路信号调整到相同的相位，然后进行幅度合并。 选择性合并：在接收端比较各路信号的大小，选择其中最强的一个信号。 三种合并方式复杂度依次降低，合并性能依次降低。,空间分集,采用多个接收天线同时接收信号

20、，并通过信号合并获得分集增益。 各个接收天线之间的信号必须不相关，或相关性很小。 当基站使用多个接收天线时，同常天线之间的距离要求在几十个波长以上。 采用水平间隔分集方式比垂直间隔分集方式的性能通常要好。当天线在水平方向上空间分集时，各天线接收到的信号平均强度基本相等。 对于空间分集，常用的合并方式是选择性合并。,极化分集,通过发射端的天线发射两个极化垂直的信号，在接收端分集接收。可减轻多径的影响。 极化会产生3dB的衰减。发射端必须将能量分到两个不同的极化天线上。 优点，不需要天线的分离，使用于小型设备。 缺点：分集增益小。,空间分集技术的应用,空间分集技术主要应用在基站侧。 对于空间分集，

21、每个BTS可以采用一个发射天线、两个接收天线，或者采用一根天线用于收发共用，另一根天线则用于空间分集接收。 发射天线一般安装在两个接收天线之间，而且要求两个接收天线的连线尽量与主干道平行，以增强接收分集的效果。,极化分集技术的应用,45度/45度双极化天线，组合了45度和45度两副极化方向相互正交的天线，并且同时工作在收发双工模式下，大大节省每个小区的天线数量；同时由于45度和45度为正交极化，有效保障分集接收效果。,CDMA2000前向链路发射分集,优点：减少发射功率，抗瑞利衰落，增大系统容量。 可以采用空间分集、极化分集； 也可以采用正交发送分集OTD、多载波发送分集STS、时空发送分集S

22、TTD。,63,内容介绍,第1章 天线介绍 第2章 馈线介绍 第3章 分集天线 第4章 天线的选用,天线类型,基站天线。 移动台天线：车载台天线，手持移动台天线,常用基站天线类型,共线天线 对数周期天线 角反射器天线 偶极子天线 交叉偶极子天线 八木天线，等,天线选型,需要综合考虑以下因素的影响： 方向图、增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、下倾方式、天线和发射机的匹配程度、驻波比、频带宽度、分集方式、天线的互调、天线尺寸、材质结构、天线安装等。 需要根据覆盖区内的地形、地物、基站高度、覆盖半径等，话务。,极化方式,基站天线多采用线极化方式， 其中单极化天线多采用垂直线极化， 双极化天线多采用4

23、5度/-45度双线极化。,极化方式使用原则,在城区，基站数目较多，每个基站的覆盖半径小，考虑到安装方便，及城区基站调整可能性大，建议采用双极化天线。 在郊区和农村，基站数目少，每个基站的覆盖半径大，采用空间分集可以增强基站接收效果。,天线的频带宽度,发射天线及收发共用天线，对于频段宽度有不同要求。 收发共用天线需要更大的频带宽度。 在实际使用时，最好选择既可用于发送也可用于接收的天线，即可以工作于收发两个频段上。这样当发射天线故障时，可以将接收天线配置为发射天线工作。,天线和发射机的匹配,当天线与其连接的馈线达到阻抗匹配时，传输信号能量的效率最高。 应当选择天线阻抗和馈线阻抗相同。,避免互调干

24、扰,当天线同时工作于两个或多个频率时，或当天线同时用作收发天线时，必须考虑互调的问题。 互调是由于天线辐射单元和馈线之间连接器部件的非线形效应，引起两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。,全向天线、定向天线,基站天线按照辐射方向图可以分为全向天线、定向天线。 全向天线在同一水平面内各方向的覆盖强度是相等的，适用于全向小区的覆盖 定向天线在同一水平面的辐射具有方向性，能量辐射比较集中，适用于扇性小区的覆盖。,天线方向图、水平波瓣、垂直波瓣、增益,在天线的水平面（垂直面）方向图上，相当于主瓣最大点功率增益下降3dB的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣宽度。 天线辐射的大部分能量都集中

25、在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。 全向天线的水平波瓣宽度为360度，而定向天线的常见水平波瓣宽度有20、30、65、90、105、120、180度等多种。 天线的垂直波瓣宽度一般在380度之间，基站天线采用较多的是518度之间的天线。 天线的增益是和天线的水平和垂直波瓣宽度密切相关，一般来说，波瓣宽度越小，增益越大。,天线方向图、水平波瓣、垂直波瓣、增益,水平波瓣宽度的选取：基站数目多、覆盖半径小、话务分布大的区域，天线的水平波瓣宽度应选得小一点；反之，波瓣宽度应选得大一点。 垂直波瓣宽度的选取：覆盖区内地势平坦，建造物稀疏，平均高度较低的，垂直波瓣宽度可选的小一点；覆盖

26、区内地势复杂、落差大，天线的垂直波瓣宽度可选的大一些。,天线方向图、水平波瓣、垂直波瓣、增益,城区选用建议： 城区S111基站一般选用水平波瓣宽度为65度，垂直波瓣宽度为710度天线，天线的增益在1518dBi之间。 对于S110或定向单扇区站点，可以选用水平波瓣宽度为65度、90度甚至更宽的天线，根据实际情况选用；垂直波瓣及增益选择同S111站型。 对于全向站点，选用增益较小、带电子下倾的天线。,天线方向图、水平波瓣、垂直波瓣、增益,郊区和农村选用建议： 定向天线选用水平波瓣宽度为90度，垂直波瓣宽度57度的天线，天线增益在1518 dBi之间 全向天线采用垂直波瓣宽度为57度，增益在912

27、 dBi之间,天线方向图、水平波瓣、垂直波瓣、增益,水面、沙漠等开阔地选用建议： 定向天线：如果要求覆盖的区域比较开阔，选用水平波瓣宽度为90度或105度，垂直波瓣宽度57度的天线，天线增益在1418 dBi之间。对于要求覆盖距离比较远但宽度不大的情况（例如狭长湖面、江面）可以考虑采用65度等窄波束天线。 全向天线：采用垂直波瓣宽度为57度，增益在912 dBi之间的天线。,公路、铁路覆盖,天线选取应根据所要覆盖的公路和铁路的路线距离和形状来决定。 如果路线较直，选用水平波瓣宽度为2030度，垂直波瓣宽度为57度的高增益天线。常采用两个180度的定向天线背靠背放置。 如果路线弯曲幅度较大，根据

28、具体情况可选用水平波瓣宽度为65、90度甚至更大的天线，垂直波瓣宽度可选57度。,天线下倾方式,机械下倾 电下倾：固定电下倾、可调电下倾 机械下倾天线只是在架设时倾斜天线，多用于下倾角度小于10度的下倾。 电下倾，下倾角度范围较大，可大于10度，下倾角度较大时天线方向图无明显畸变，天线后瓣也同时下倾。 小角度的固定电下倾天线加上机械下倾方案在性能和成本上具有优势，是下倾的主流方式。,天线下倾方式,需要用到电下倾天线的情况： 覆盖半径特别小的城区站点，所需下倾角很大，为了减少对相邻小区的干扰。 城区较高站点，为了减少对相邻小区的干扰，减少出现“灯下黑”的可能，选择第一上旁瓣抑制和第一下零点填充较

29、好、且带大角度电下倾或可调电下倾天线。 对于相对周围比较高的站点（如山顶站点、江边站点），为了控制覆盖范围，可以选用电下倾天线。 全向天线无法机械下倾，因此很高的全向站应该根据不同情况选择带不同角度的电下倾天线。,天线前后比、功率容量、驻波比等参数,天线的前后比是指天线的主瓣和后瓣之间的比值，一般应大于25dB. 天线功率容量的选取依据是载频合路后输入天线端口的最大射频发射功率，选取时应在此基础上留适当裕量。一般不得低于200W. 天线的三阶互调应该低于 150dBC243dBm 天线的各个端口之间的隔离度应大于30dB。 电压驻波比应小于1.5。,室内分布系统天线选型：吸顶天线,吸顶天线是一

30、种全向天线。主要安装在房间、大厅、走廊等场所的天花板上。吸顶天线的增益一般在25dBi，水平波瓣宽度为360度，垂直波瓣宽度65度左右。 吸顶天线增益小，外形美观，且安装在天花板上，室内场强分布均匀，室内应优先选用。 吸顶天线应尽量安装在室内正中间的天花板上，避免安装在窗户、大门等这类信号比较容易泄漏到室外的开口处。,室内分布系统天线选型：壁挂板状天线,壁挂板状天线是一种定向天线，主要安装在房间、大厅、走廊等场所的墙壁上。用在一些狭长的室内空间，天线安装时前方较近区域不能有物体阻挡，且不要正对窗户、大门等信号比较容易泄漏到室外的开口。 增益比吸顶天线高，一般在610dBi之间，天线的水平波瓣宽度有65度、45度等多种，垂直波瓣宽度在70度左右。,室内分布系统天线选型：八木天线,八木天线是一种增益较高的定向天线，主要用于解决电梯的覆盖。 增益一般在914dBi之间。,室内分布系统天线选型：泄漏电缆,泄漏电缆也可以看成是一种天线，通过在电缆外导体上的一系列开口把信号沿电缆纵向均匀地发射出去和接收回来。 适用于隧道、地铁等狭长封闭区域。,86,谢谢!,