天馈系统和直放站

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1、天馈系统图,天线类型按辐射方向来分主要有：全向天线、定向天线。 按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）。 按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。 全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向是有方向性的,选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。 电气性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。 机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口 、风载荷等。,天线性能,工作频段 无论是发射天线还是接收天线，它们

2、总是在一定的频率范围内工作的，通常，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。 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比1.5时，天线的工作带宽。 对各类基站而言，所选天线的工作频段应包含要求的频段。 GSM900系统，工作频段为890-960MHz、870-960MHz、807-960 MHz和890-1880 MHz的双频天线均为可选。 CDMA800系统，选用824896MHZ的天线。 CDMA190

3、0系统，选用18501990MHZ的天线。,天线电气性能,2.天线的增益。 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场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。 天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两个：dBi、dBd。两者之间的关系为：dBi=dBd+2.17 d

4、Bi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的相对能力，“i”即表示各向同性Isotropic。 dBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中的相对能力，“d”即表示偶极子Dipole。,一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射,一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射,对称振子的增益为2.17dB,天线电气性能,3.极化方式无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平

5、极化波。 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向,垂直极化,水平极化,+ 45度倾斜的极化,- 45度倾斜的极化,单极化天线,天线电气性能,3.极化方式：双极化天线,两个天线为一个整体，传输两个独立的波,如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。

6、当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。,天线电气性能,3.极化方式：极化损失和极化隔离,来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量； 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来

7、波与接收天线极化是隔离的。,隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例,1000mW (即1W),1mW,在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB,天线电气性能,4.辐射方向图天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。,基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两大类，分别被称为全向天线和定向天线。如图所示，左边所示分别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图

8、；右边所示分别为定向天线的水平截面图和立体辐射方向图。全向天线在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，它适用于全向小区；图中红色所示为定向天线罩中的金属反射板，它使天线在水平面的辐射具备了方向性，适用于扇形小区。,空间辐射方向图（全向天线和定向天线）,天线电气性能,5.波束宽度在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波束宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。,天线电气性能,5.波束宽度：水平波束宽度 /垂直波束宽度,水平波束宽度：全向天线的水平波瓣宽度均为360，而定向天线的常见水

9、平波瓣3dB宽度有20、30、65、90、105、120、180多种,基站天线水平波瓣3dB宽度示意图,20、30的品种一般增益较高，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，105品种多用于地广人稀地区典型基站三扇区配置的覆盖，如图2.25所示。120、180品种多用于角度极宽的特殊形状扇区的覆盖。,垂直波束宽度：基站天线的垂直波瓣3dB宽度多在10左右。一般来说，水平波瓣越宽，垂直波瓣3dB越窄。,基站天线垂直波瓣3dB宽度的选取示意图,较窄的垂直波瓣3dB宽度将会产生较多的覆盖死区（盲区），如图

10、2.26所示，同样挂高的二副无下倾天线中，红色较宽的垂直波瓣产生的覆盖死区范围长度为OX，小于兰色较窄的垂直波瓣死区范围长度为OX 。,天线电气性能,6.下倾方式（Downtilt）,天线下倾有多种方式：机械下倾、固定电调下倾、可调电调下倾、遥控可调电调下倾等。其中机械下倾只是在架设时倾斜天线，多用于角度小于10的下倾，当再进一步加大天线下倾的角度时，天线方向图会发生畸变，引起天线正前方覆盖不足同时对两边基站的干扰加剧。机械下倾的另一个缺陷是天线后瓣会上翘，对相临扇区造成干扰，引起近区高层用户手机掉话。,电调下倾天线的下倾角度范围较大（可大于10），天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾，

11、不会造成对近端高楼用户的干扰 。,天线电气性能,7.前后比 方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,天线的前后比指标与天线反射板的电尺寸有关，较大的电尺寸将提供较好的前后比指标。 室外基站天线前后比一般应大于25dB较好，微蜂窝天线由于尺寸相对较小的缘故，天线的前后比指标应适当放宽。,天线电气性能,8.旁瓣抑制与零点填充,天线一般要架设在铁塔或楼顶高处来覆盖服务区，所以对垂直面向上的旁瓣应尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。以减少不必要的能量浪费；同时要加强对垂直面向下

12、旁瓣零点的补偿，使这一区域的方向图零深较浅，以改善对基站近区的覆盖，减少近区覆盖死区和盲点，下图是基站天线有无零点填充效果的对比，其中横坐标为离开基站的距离，纵坐标为地面信号强度值。,基站天线有无零点填充效果对比示意,为确保对服务区的良好覆盖，严格地说，不具备旁瓣抑制与零点填充特性的天线是不能使用的。,9. 回波损耗当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。 回波损耗是反射系数的倒数，以分贝表示。RL的

13、值在0dB到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，反之则匹配越好。0dB表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信中，一般要求回波损耗大于14dB（对应VSWR=1.5）。 RL=10lg（入射功率/反射功率）,天线电气性能,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是反射损耗的另一种计量,天线电气性能,10. 反射系数、驻波比在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成

14、波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度 （。）反射系数 入射波幅度 （。） 驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)驻波波腹电压幅度最大值max （1+）驻波比 驻波波节电压辐度最小值min （1-）终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于，匹配也就越好。,天线电气性能,11.功率容量,指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W），若天线的 一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为1

15、20W，因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65时）。,12.三阶互调,互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。 具有两个载波信号的互调失真频率实例 频率A及B上的载波，产生如下互调信号： 1阶： A，B 2阶： （A+B），（A-B） 3阶： （2AB），（2B A） 4阶： （3AB），（3B A），（2A2B） 互调失真如何影响系统的性能？较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。 互调信号视为真实的接收信号的情况下，将带来如下问题：信号丢失、 虚假信道繁忙、语音

16、质量下降、 系统容量受限,天线的安装,目前的天线主要分为全向型天线与定向天线。全向天线为圆柱形，一般为垂直安装，接收天线向上，而发射天线向下。做发射天线时，排水口向上，应封住；做接收天线时，排水口向下，不封住。因接收天线向上，天线顶上会进水，故在下面馈线口边有一个排水孔，安装时应将此孔留出，不能封住，否则长期使用后会引起积水。,全向天线的安装,天线的安装,定向天线为板状形，有两个数据：方位角与下倾角。方位角为正北顺时针转与天线指向的夹角，下倾角为天线与垂直方向的夹角。定向天线的安装如图所示 .,定向天线的安装,天线的安装,硬馈线弯角不应大于90度，软馈线可以盘起，但半径应大于20厘米。室内与室外的接地是分开的，室内采用市电引入的地线，室外采用大楼地网，接地点应在尽量接近地网处，而且应在下铁塔转弯之前1米处接地，或者是在下天台（楼顶）转弯之前1米处接地，一个接地点不应超过两条馈线的接地，接硬馈线的接地点采用生胶密封，而接地网的接地点应用银油涂上。室内外接地示意图所示 .,