3G基站天馈系统介绍

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1、第5章 3G基站天馈系统介绍基站天馈系统概况 5.1移动基站天线 5.2移动通信用馈线5.3TD-SCDMA中的智能天线 5.4基站天线参数调整5.6基站天线的分类与选型 5.5常见射频器件 5.7射频、光传输常用知识总结 5.8【本章内容简介】 3G基站天馈系统在 很多方面和2G类似，但是3G基站天馈系统 也有其特殊之处，比如射频拉远、智能天 线等。本章先介绍移动通信的基站天馈系统 ，然后较详细地介绍各类天线的特点和参 数调整，最后介绍基站工程中常用的射频 和光传输知识。【本章重点难点】 重点掌握天线的参 数调整、射频和光传输知识。5.1 基站天馈系统概况基站天馈系统是移动基站的重要组成 部

2、分，它主要完成下列功能：对来自发信 机的射频信号进行传输、发射，建立基站 到移动台的下行链路；对来自移动台的上 行信号进行接收、传输，建立移动台到基 站的上行链路。基站天线系统的配置同网络规划紧密 相关。网络规划决定了天线的布局、天线架 设高度、天线下倾角、天线增益以及分集 接收方式等。不同的覆盖区域、覆盖环境对天线系 统的要求会有非常大的差异。图5-1 基站天馈系统安装示意图5.2 移动基站天线天线作为无线通信不可缺少的一部分 ，其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把传输线中的高频电流转换 为电磁波；接收时，把电磁波转换为传输 线中的高频电流。天线系统作为电磁波的收发部件，其 功能示意图

3、如5-2所示。图5-2 天线系统收发功能示意图天线品种繁多，主要有下列几种分类 方式：按工作性质可分为发射天线和接收 天线；按用途可分为通信天线、广播天线 、电视天线、雷达天线等；按工作波长可 分为超长波天线、长波天线、中波天线、 短波天线、超短波天线、微波天线等；按 结构形式和工作原理可分为线天线、面天 线等。图5-3 天线5.2.1 天线辐射的基本原理图5-4 电磁波辐射示意图5.2.2 天线的一些概念（1）输入阻抗（Impedance） （2）回波损耗（Return Loss） （3）驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）（4）带宽（bandwidth

4、） （5）增益（gain） （6）方向图图5-5 回波损耗示意图 图5-6 3种常用天线增益比较图5-7 半波振子天线方向图（7）波瓣宽度（beam-width） 图5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D基站天线的水平和垂直方向图（8）极化方式（Polarisation） 图5-9 天线单极化方式和双极化方式（9）前后比（front-back ratio） 图5-10 天线前后比示意图5.2.3 常见的天线种类1单极天线和对称振子天线图5-11 单极天线和对称振子天线图5-12 振子天线辐射方向图图5-13 不同长度的对称振子天线的辐射方向图2八木-宇田天线图5-14 八木天线示意

5、图3缝隙天线图5-15 缝隙天线 4喇叭天线图5-16 几种常见喇叭天线图5-17 棱锥形喇叭天线的辐射方向图5反射面天线图5-18 反射面天线6微带天线图5-19 微带天线的4种形式图5-20 矩形微带天线的典型方向图5.3 移动通信用馈线1传输线（1）TEM波传输线 （2）TE波和TM传输线 （3）表面波传输线图5-21 几种常见波导结构2馈线图5-22 典型馈线的外观1/2英寸馈馈 线线7/8英寸馈馈 线线尺寸（mm）内导导体外径4.8mm9mm 外导导体外径13.7mm24.7mm 绝缘绝缘 套外径16mm27.75mm 特性阻抗（）501501 频频率上限（GHz）85 一次最小弯曲

6、半径70mm120mm 百米损损耗（dB）900MHz6.883.87 2 000MHz10.76.1表5-1移动通信馈线5.4 TD-SCDMA中的智能天线图5-23 8天线圆环阵智能天线以及辐射方向图智能天线的基本思想是：智能天线是 利用用户空间位置的不同来区分不同用户 ，系统通过改变各天线阵元的权重在空间 形成方向性波束，天线以多个高增益窄波 束动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方 向形成零陷，从而大大降低了系统的干扰 ，提高了频谱利用率。接收模式下，来自窄波束之外的信号 被抑制；发射模式下，能使期望用户接收 的信号功率最大，同时使窄波束照射范围 以外的非期望用户受到的干扰最小。图5-24

7、 8天线线阵智能天线以及辐射方向图5.5 基站天线的分类与选型移动网络类型不同，基站天线的选择 也有不同的要求。2G时代的GSM，CDMA以及3G时代 的几种制式，不同制式对基站天线的带宽 、三阶互调等性能指标也有着不同的要求 。现在应用的基站天线除了TD-SCDMA 的智能天线有较大不同外，其他网络制式 使用的天线基本结构相差不大。智能天线由于前面已经有了较多介绍 ，下面的内容没有再涉及。在GSM，GPRS，EDGE，CDMA2000， WCDMA等系统中使用的宏基站天线按定向性 可分为全向和定向两种基本类型，按极化方式 又可分为单极化和双极化两种基本类型，按下 倾角调整方式又可分为机械式和

8、电调式两种基 本类型。1全向天线 2定向天线 3机械天线 4电调天线 5双极化天线图5-25 电调天线原理示意图5.6 基站天线参数调整基站天线的参数主要有高度、俯仰角 、方位角、天线位置等几个方面，这些参 数对基站的电磁覆盖有决定性的影响。所以天线参数的调整在网络规划和网 络优化中具有很重要的意义。1天线高度图5-26 天线覆盖距离计算示意图2天线俯仰角天线俯仰角是网络规划和优化中的一 个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小 区边界的电磁波与周围小区的电磁波能量 重叠尽量小，从而使小区间的信号干扰减 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

9、时加强本覆盖区的信号强度。3天线方位角天线方位角对移动通信的网络质量非 常重要。一方面，准确的方位角能保证基站的 实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络 的运行质量；另一方面，依据话务量或网 络存在的具体情况对方位角进行适当的调 整，可以更好地优化现有的移动通信网络 。4天线位置（1）基站初始布局 （2）站址选择与勘察5.7 常见射频器件射频器件可以分为有源和无源两大类 ，无源器件又根据实现原理分为微带型和 腔体型两类，微带结构利用1/4波长的微带 线，腔体型利用谐振腔实现功能。以下介绍一些常见的射频器件。 （1）功放（power amplifier） （2）滤波器（filter） （3）衰减器

10、（attenuator） （4）隔离器（isolator） （5）环形器（circulator） （6）功分器（Power Splitter）（7）耦合器（coupler） （8）3dB电桥 （9）直流馈电器 （10）负载（load） （11）转接头 （12）馈线（Feeder Line） （13）天线（antenna）5.8 射频、光传输常用知识总结1射频知识 （1）功率/电平（dBm） （2）增益（dB） （3）dBi和dBd （4）dBc （5）天线增益（dB） （6）天线方向图（7）天线前后比 （8）插损 （9）选择性 （10）3dB带宽 （11）驻波比（回波损耗） （12）互调（13

11、）三阶交调 （14）噪声系数 （15）耦合度 （16）隔离度2光纤传输知识（1）光功率 （2）光端机 （3）激光器 （4）光接收器 （5）光耦合器 （6）波分复用器 （7）光衰减器（8）光法兰头 （9）光纤 （10）光缆 （11）尾纤 （12）跳线小 结在移动通信系统中，空间无线信号的 发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实 现的。因此，天馈系统对于移动通信网络来 说，有着举足轻重的作用，如果天馈系统 在施工工艺上存在问题，或者相应参数设 置不当，都会直接影响整个移动通信网络 的运行质量。移动通信基站的天馈系统由馈线、天 线、射频接头、避雷器、铁塔、走线架、 接地等部分组成，基站天馈工程就是以这 些构件为操作对象的。本章开篇介绍了天馈系统的组成情况 ，使读者有一个直观感受。天线是电磁波辐射的最主要部件，天 线选择及其参数设置是否合适，对移动通 信网络的干扰，覆盖率接通率及全网服务 质量都有很大影响。因此，本章详细介绍了天线的各项参 数，同时介绍了各种类型天线的使用方法 。另外，本章还概括介绍了基站天馈工 程中用到的常见射频器件、射频、光传输 的相关知识，使读者对实际工程知识有相 应了解。