移动通信基站天线系统设计ppt课件

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1、 移动通信基站天线系统设计 目录 基站天线的基本特性天线类型选择基站天线设置天线安装相关专题 天线增益 增益表示表示天线在某一方向能量集中的能力 天线增益 知识点1 天线有增益是否表示天线具有能量放大的功能 知识点2 dBi与dBd的差别知识点3 天线的增益是怎么来的 知识点4 天线增益与天线长度 宽度 波束宽度有什么联系 辐射方向图 天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形 称为方向图 天线具有的方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的 在原理上与光的干涉效应十分相似 辐射方向图 波瓣宽度的概念天线增益与波束宽度的关系 Gain 10lg 32400 a b 零点填

2、充上副瓣抑制 辐射方向图 问题1 天线增益越大 天线越长 天线垂直波束越窄 天线越长 天线水平波束越窄 天线越宽 请问以上论断是否正确 问题2 定义波束宽度的意义何在 问题3 零点填充的意义何在 判断的标准一般多少 什么情况下要进行零点填充 问题4 上副瓣抑制的意义何在 判断的标准一般是多少 什么情况下要进行上副瓣抑制 前后比 基站天线前后比指天线的后向180 30 以内的副瓣电平与最大波束电平之差在站址密集的场合下 后瓣过大容易产生PN污染干扰 从而影响网络质量 而在某些应用条件下 天线的前后比不宜太高 问题 天线的前后比一般为多少 高前后比的天线一般又是多少 天线极化 极化是描述电磁波场矢

3、量空间指向的一个辐射特性 一般以天线最大辐射方向上的电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向 天线极化方式可分为线极化 圆极化和椭圆极化 线极化又分为水平极化 垂直极化和 45 极化 基站常用的单极化天线一般为垂直极化天线 而双极化天线为 45 线极化天线 问题 水平极化与垂直极化的区别如何 双极化天线与单极化天线的区别如何 极化隔离是什么概念 改变极化的手段 输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值 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 输入阻抗与天线的结构和工作波长以及天线周围的情况有关 问题 馈线的特性阻抗一般是多少 如何实现天线输入阻抗与特性阻抗的匹配

4、天线匹配的概念是什么 驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致 会产生部分的信号反射 反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波 在指定的工作频段 温度范围 湿度度范围内 基站天线的驻波比应小于1 5 当驻波比过大时 不仅影响能量传输 还会影响串噪声指标 问题 输入阻抗与天线驻波比的关系 造成驻波比过低的原因一般有哪些 工作频率范围 天线工作在中心频率时天线所能输送的功率最大 偏离中心频率时它所输送的功率都将减小 据此可定义天线的频率带宽 有几种不同的定义 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度 在同时满足技术指标要求的前提下 可考虑采用宽频

5、段天线 问题 宽频天线与双频天线的区别 波束下倾 天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平 减小对其他小区干扰的一种重要手段 通常天线的下倾方式有机械下倾 电子下倾两种方式 电下倾又可分为固定波束下倾 手动连续可调波束下倾和有线远空波束电下倾 问题1 机械下倾与电下倾优劣的比较 问题2 天线的机械下倾会导致天线方向图失真 这种说法对吗 其他基本特性 功率容量无源交调天线尺寸和重量风荷载天线工作温度和湿度雷电防护与接地保护 其他基本特性 功率容量无源交调天线尺寸和重量风荷载天线工作温度和湿度雷电防护与接地保护 接收天线的性能 根据互易原理 对接收天线的性能分析有以下结论 任一天线做发射和接收时的

6、辐射方向图相同 增益相等 任一天线做发射和接收时的有效高度和有效面积相同 任一天线做发射和接收时的输入阻抗相同 目录 基站天线的基本特性天线类型选择基站天线设置天线安装相关专题 天线类型选择 应根据网络的覆盖要求 容量 干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线 天线选择得当 可以改善覆盖效果 减少干扰 改善服务质量 根据地形或用户的分布可以把天线使用的环境分为8种类型 市区 高楼多 话务大 郊区 楼房较矮 开阔 农村 话务少 公路 带状覆盖 山区 或丘陵 用户稀疏 近海 覆盖极远 用户少 隧道 大楼室内 城区基站天线 应用环境特点 基站分布较密 要求单基站覆盖范围小 尽量减少越区覆盖的现象 减少

7、干扰 1 水平波束宽度选择 为减少干扰 应选用水平半功率角接近于60度的天线 这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构 与现网适配性较好 有助于控制越区切换 如下图所示 城区基站天线 垂直波束在天线增益和水平波束确定之后一般也就定了 2 天线增益的选择 由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离 因此建议选用中等增益的天线 尺寸优势 增益范围 3 天线极化的选择 双极化 原因 因为组合了两副 45度极化方向正交的天线 同时工作在收发双工模式 节省同一扇区的天线数量 有效保证分集接收的效果 极化分集增益约5dB 比单极化方式增加2dB 4 预置下倾角 选择具有预制下倾角的天线 建议选

8、3 6 或电调天线 原因 合理设置天线下倾角不但可以降低同频干扰的影响 有效控制基站的覆盖范围和整网的软切换比例 对CDMA网络而言 而且可以加强本基站覆盖区内的信号强度 5 零点填充 可以不考虑 原因 因为中等增益天线 16 18dBi 在小覆盖半径内的垂直波瓣大可使信号更加均匀 相邻扇区信号强度更加合理 城区基站天线 6 下倾角调整范围选择 要求天线支架的机械调节范围在0 15 7 上副瓣抑止比选择 建议在城区选择第一上副瓣抑制的赋形技术天线 原因 控制同频小区干扰推荐 半功率波束宽度65 中等增益 带固定电下倾角或可调电下倾 机械下倾的双极化天线 问题 在市区使用高增益天线是否完全不合理

9、 农村地区基站天线 应用环境特点 基站分布稀疏 话务量较小 覆盖要求广 应根据覆盖区域特性选择合适的天线 极化方式选择 建议选择垂直极化天线 具体原因见下文天线极化方式的比较2 水平波束宽度选择 波束宽度的选择主要取决于基站周围的覆盖区域话务分布特性和覆盖距离要求 问题 什么时候采用全向天线 全向天线广覆盖的概念 全向天线安装的注意事项 什么时候使用定向天线 定向天线的波束宽度取多少 农村地区基站天线 天线增益的选择 视覆盖要求选择天线增益 建议在农村地区选择较高增益 16 18dBi 的定向天线或11dBi的全向天线 预置下倾角的选择 由于预置下倾角会影响到基站的覆盖能力 所以在农村这种以覆

10、盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线 零点填充的选择 天线挂高在50米以上且近端有覆盖要求时 应该优先选用零点填充 大于15 16dB 的天线来避免塔下黑问题 下倾方式的选择 在农村地区对天线的下倾调整不多 其下倾角的调整范围及特性要求不高 建议只采用机械下倾方式 对于定向站型推荐选择 半功率波束宽度90 中 高增益 单极化空间分集 机械下倾 是否需要零点填充根据需要而定 农村地区基站天线 对于全向站型推荐 零点填充的天线 若覆盖距离不要求很远且天线很高 可以采用电下倾 3 或5 天线相对主要覆盖区挂高不大于50m时 可以使用普通天线 另外 对全向站还可以考虑双发天线配置以减小塔体对覆盖的

11、影响 此时需要通过功分器把发射信号分配到两个天线上 需要说明的是 不能死板的运用以上的原则 譬如目前国内发达省市的农村 移动或者联通的站点分布已经很密集 站距已经缩短到2km 5km 这种情况下 覆盖已经不是最主要的矛盾 要部分兼顾干扰的影响 这时天线未必一定要使用单极化天线 同时应尽量避免使用全向天线 以避免加剧干扰和增加站型整改的难度 郊区基站天线 应用环境特点 郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间 有的地方可能更接近城区 基站数量不少 这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要考虑 而有的地方可能更接近农村地方 覆盖成为重要因素 因此在天线选型方面可以视实际情况参考城区及农村的天线选型原则

12、根据情况选择水平波束宽度为65 或90 天线 若周围基站分布很密 则其天线选择原则参考城区基站的天线选择 若周围基站较很少 且将来扩容潜力不大 则可参考农村的天线选择原则 思考题 某基站配置为O1 S1 即此基站即配置了全向天线又配置了定向天线 合理吗 交通干线基站天线 应用环境特点 1 该应用环境下话务量低 用户高速移动 此时重点解决的是覆盖问题 2 其次是带状覆盖 根据公路两边的话务分布可选择变形的全向站 二扇区或者三扇区 3 再次是强调广覆盖 要结合站址及站型的选择来决定采用的天线类型 不同的公路环境差别很大 如平直的公路 蜿蜒起伏的山路 在覆盖不到的盲区路段可选用增益较低的天线进行补盲

13、 交通干线基站天线 极化方式选择 建议选用垂直单极化天线 天线增益的选择 定向天线增益可选17dBi 22dBi的天线 全向天线的增益选择11dBi 若是用来补盲 则可根据需要选择增益较低的天线 水平波束宽度的选择 在以覆盖铁路 公路沿线为目标的基站 可以采用窄波束高增益的定向天线 根据道路局部地形起伏和拐弯等因素来灵活选择天线形式 如果覆盖目标为公路及周围零星分布的村庄 且覆盖距离要求不高 可以考虑采用全向天线或变形全向天线 如八字形或心形天线 纯公路覆盖时根据公路方向选择合适站址采用高增益 14dBi 8字型天线 O2 O1 或考虑S0 5 0 5的配置 最好具有零点填充 对于高速公路一侧

14、有小村镇 用户不多时 可以采用210 220 变形全向天线 交通干线基站天线 预置下倾角及零点填充的选择 由于预置下倾角会影响到基站的覆盖能力 所以在公路这种以覆盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线 在50米以上且近端有覆盖要求时 可以优先选用零点填充 大于15 的天线来解决塔下黑问题 下倾方式的选择 公路覆盖一般不需要预置下倾 对于高速公路和铁路覆盖 建议优先选择 8 字形天线或S0 5 0 5配置 以减少高速移动用户接近 离开基站附近时的切换 思考题 某基站根据实际话务分布特性 选取了O1 S1的站型配置 请问是否有可行性 交通干线基站天线 交通干线基站天线 山区基站天线 1 在偏远的

15、丘陵山区 山体阻挡严重 电波的传播衰落较大 覆盖难度大 通常为广覆盖 在基站很广的覆盖半径内分布零散用户 话务量较小 2 基站或建在山顶上 山腰间 山脚下 或山区里的合适位置 需要区分不同的用户分布 地形特点来进行基站选址 选型 选择天线 3 以下这几种情况比较常见的 盆地型山区建站 高山上建站 半山腰建站 普通山区建站等 4 在盆地中心选址建站 如果盆地范围不大 推荐采用全向站型 如果盆地范围较大 或需要兼顾到某条出入盆地的交通要道 推荐采用定向站型 5 有时受制于微波传输的因素 必须在某些很高的山上建站 此时天线离用户分布面往往有150米以上的落差 如果覆盖的目标区域就在山脚下附近 此时需

16、配以带电子下倾角的全向天线 使信号波形向下 避免出现 塔下黑 的现象 6 在半山腰建站 基站天线的挂高低于山顶 山的背面无法覆盖 因此只需用定向扇区 用波束宽度较大的天线 覆盖山的正面 7 普通地形起伏不大的山区 推荐采用定向站型 尽量增加信号强度 给信号衰减留下更多的余量 山区基站天线 方向图的选择 视基站的位置 站型及周边覆盖需求来决定方向图的选择 可以选择全向天线 也可以选择定向天线 对于建在山上的基站 若需要覆盖的地方位置相对较低 则应选择垂直波束宽度较大的方向图 更好地满足垂直方向的覆盖要求 天线增益选择 视需覆盖的区域的远近选择中等天线增益 全向天线 9 11dBi 定向天线 15 18dBi 预置下倾与零点填充选择 在山上建站 需覆盖的地方在山下时 要选用具有零点填充或预置下倾角的天线 对于预置下倾角的大小视基站与需覆盖地方的相对高度作出选择 相对高度越大预置下倾角也就应选择更大一些的天线 近海覆盖基站天线 应用环境特点 话务量较少 覆盖面广 无线传播环境好 对近海的海面进行覆盖时 覆盖距离将主要受三个方面的限制 即地球球面曲率 无线传播衰减限制 考虑到地球球面曲率的影响