基站天线基本概念.ppt

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1、2022/12/8内 部 培 训 资 料北京华盛天基通信技术有限公司北京华盛天基通信技术有限公司天线知识交流l第一部分：天线知识l第二部分：天馈优化与网络优化的差异和个案说明第一部分：GSM天线基础知识1、天线基本原理2、dBd 和 dBi的区别3、基站天线技术指标4、天线机械下倾与电子下倾波形对比5、天线及天馈驻波比6、天线类型及应用 1.1 1.1 无线电波无线电波 什什么么叫叫无无线线电电波波？无无线线电电波波是是一一种种能能量量传传输输形形式式，在在传传播播过过程程中中，电电场场和和磁磁场场在在空空间间是是相相互互垂垂直直的的，同同时时这这两两者者又又都都垂垂直直于于传播方向。传播方向

2、。电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振振子子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场 1.2 1.2 无线电波的极化无线电波的极化 无无线线电电波波在在空空间间传传播播时时，其其电电场场方方向向是是按按一一定定的的规规律律而而变变化化的的，这这种种现现象象称称为为无无线线电电波波的的极极化化。无无线线电电波波的的电电场场方方向向称称为为电电波波的的极极化化方方向向。如如果果电电波波的的电电场场方方向向垂垂直直于于地地面面，我我们们就就称称它它为为垂垂直直极极化化波波。如如果果电电波波的的电电场场方方向向与与地地面面平平行行，则则称称它它为为水水平平极极化波化波。1.3 1.3 天

3、线定义及极化方式天线定义及极化方式把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间.收集无线电波并产生电信号收集无线电波并产生电信号垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化 天线的极化天线的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向-45度倾斜的极化度倾斜的极化双极化天线双极化天线两个天线为一个整体两个天线为一个整体传输两个独立的波传输两个独立的波V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)1.4 1.4 信号通过天线辐射电磁波的原理和过程信号通过天线辐射电磁波的原理和过程

4、 导导线线载载有有交交变变电电流流时时，就就可可以以形形成成电电磁磁波波的的辐辐射射，辐辐射射的的能能力力与与导导线线的的长长短短和和形形状状有有关关。如果两导线平行且距距离离很很近近，而两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱.当当导导线线的的长长度度增增大大到到可可与与波波长长相相比比拟拟时时，导导线线上上的的电电流流就就大大大大增增加加，因因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。而就能形成较强的辐射。

5、通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两两臂臂长长度度相相等等的的振振子子叫叫做做对对称称振振子子。每每臂臂长长度度为为四四分分之之一一波波长长。全全长长与与波波长长相相等等的的振振子子，称称为为全全波波对对称称振振子子。将将振振子子折折合合起起来的，称为折合振子。来的，称为折合振子。1/2波长波长一个一个1/2波长的对称振子波长的对称振子 在在800MHz 约约 200mm长长 400MHz 约约 400mm 长长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长振子振子1.5 1.5 对称振子对称振子波长波长天线的方向性天线的方向性 天天线线的的方方向向性性是是指指天天线线向向一一定定方方向向

6、辐辐射射电电磁磁波波的的能能力力。对对于于接接收收天天线线而而言言，方方向向性性表表示示天天线线对对不不同同方方向向传传来来的的电电波波所所具具有有的的接收能力。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.方方向向图图可可用用来来说说明明天天线线在在空空间间各各个个方方向向上上所所具具有有的的发发射射或或接接收电磁波的能力。收电磁波的能力。方向图旁瓣显示方向图旁瓣显示上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制在在 820 MHz 1/2 波长波长 为为 180mm,在在890 MHz 为为 170mm 175mm对对 850MHz 将是最佳的将是最

7、佳的该天线的频带宽度该天线的频带宽度=890-820=70MHz当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在天线工作频带内在天线工作频带内,天线性能下降不多天线性能下降不多,仍然是可以接受的仍然是可以接受的在在 850MHz 1/2 波长振子波长振子最佳最佳在在 890MHz天线振子天线振子在在820MHz 顶视顶视侧视侧视 天线的功能天线的功能:控制辐射能量的去向控制辐射能量的去向在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈面包圈”压成扁平的压成扁平的一个单一的对称振子具有一个单一的对称振子具有

8、“面包圈面包圈”形的方向图形的方向图在这儿增益在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个对称台振子一个对称台振子假设在接收机中假设在接收机中有1mW功率功率 在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 mW功率功率 更加集中的信号更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈扁平的面包圈扁平的面包圈扁平的面包圈”增增益益是是指指在在输输入入功功率率相相等等的的条条件件下下，实实际际天天线线与与理理想想的的辐辐射射单单元元在在空空间间同同一一点点处处所所产产

9、生生的的场场强强的的平平方方之之比比，即即功功率率之之比比。增增益益一一般般与与天天线线方方向向图图有有关关，方方向向图图主主瓣瓣越越窄窄，后后瓣瓣、副瓣越小，增益越高。副瓣越小，增益越高。在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里这里,“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”将在接收机中有将在接收机中有8mW功率功率“全向阵全向阵”例如在接收机中为例如在接收机中为4mW功率功率(顶视)天

10、线天线利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线一个单一对称振子一个单一对称振子dipole具具有面包圈形的方向图辐射有面包圈形的方向图辐射 一个各向同性一个各向同性isotropic的的辐射器在所有方向具有相辐射器在所有方向具有相同的辐射同的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用增益用“dBi”表示表示例如例如:3dBd =5.15dBi 2 2、dBd dBd 和和

11、dBidBi的区别的区别2.17dB 对称振子的增益为对称振子的增益为2.15dB 3 3、基站天线技术指标、基站天线技术指标 频率范围频率范围MHz880-960频带宽度频带宽度MHz80增益增益dBi15极化方式极化方式垂直极化垂直极化驻波比驻波比18输入功率输入功率W30俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB-12俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dB-14下倾角下倾角(可调可调)2-10尺寸尺寸LWH（mm)重量重量Kg3.1 3.1 天线的工作频率范围天线的工作频率范围(带宽带宽)无无论论是是发发射射天天线线还还是是接接收收天天线线，它它们们总总是是在在一一定定的的频频率率范范围围内内工工作作的

12、的，通通常常，工工作作在在中中心心频频率率时时天天线线所所能能输输送送的的功功率率最最大大，偏偏离离中中心心频频率率时时它它所所输输送送的的功功率率都都将将减减小小，据据此此可可定定义义天天线线的的频频率带宽。率带宽。有几种不同的定义：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。一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在在移移动动通通信信系系统统中中是是按按后后一一种种定定义义的的，具具体体的的说说，就就是是当当天天线的输入驻波比线的输入驻波比1.51.5时，天线的工作带宽。时，天线的工作带宽

13、。3.2 前后比前后比 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。自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 =10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)3.3 3.3 波束宽度波束宽度方位面即水平面方向图120(e

14、g)峰值峰值-10dB点点-10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60(eg)峰值峰值-3dB点点-3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB 俯仰面即垂直面方向图 在在方方向向图图中中通通常常都都有有两两个个瓣瓣或或多多个个瓣瓣，其其中中最最大大的的瓣瓣称称为为主主瓣瓣，其其余余的的瓣瓣称称为为副副瓣瓣。主主瓣瓣两两半半功功率率点点间间的的夹夹角角定定义义为为天天线线方方向向图图的的波波瓣瓣宽宽度度。称称为为半半功功率率（角角）瓣瓣宽宽。主主瓣瓣瓣瓣宽宽越越窄窄，则则方方向向性性越越好好，抗干

15、扰能力越强。抗干扰能力越强。4 4、天线波束的下倾、天线波束的下倾为使无线信号指向地面（波形俯视图）为使无线信号指向地面（波形俯视图）两种调节方法两种调节方法:机械倾角和电子倾角机械倾角和电子倾角无下倾无下倾电下倾电下倾机械下倾机械下倾目的：目的：有效控制覆盖范围有效控制覆盖范围减小各种干扰减小各种干扰目前在目前在C网中，减少网中，减少PN污染的有效途径是对覆盖范污染的有效途径是对覆盖范围的控制。围的控制。波束下倾的作用波束下倾的作用电下倾的产生电下倾的产生无下倾时无下倾时在馈电网络中在馈电网络中路径长度相等路径长度相等有下倾时有下倾时在馈电网络中在馈电网络中路径长度不相等路径长度不相等下倾方

16、法的比较下倾方法的比较10电下倾电下倾10机械下倾机械下倾6 电下倾电下倾+4 机械下倾机械下倾5 5 、馈线和天线的电压驻波比馈线和天线的电压驻波比 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+）驻波系数 驻波波节电压辐度最小值

17、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。驻波比、反射损耗和反射系数驻波比、反射损耗和反射系数 6 6、天线类型及应用天线类型及应用 根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：arctarctgh/（r/2）（式中（式中 为波束倾角为天线高度，为站间距离）为波束倾角为天线高度，为站间距离）（1）对话务量高密集区，基站间距离）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出米，计算得出 大约在大约在1019之间。采用内置电下倾之间。采用内置电下倾9的的+45双极化水平半功率瓣宽双

18、极化水平半功率瓣宽65定向天线定向天线。再加上。再加上机械可变机械可变15的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾1019内内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。（2）对话务量中密集区，基站间距离大于）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，米，大约在大约在616之间可选之间可选择择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾6的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽65定向天线定向天线，可以保证主瓣，可以保证主瓣在下倾的在下倾的616内水平半功率宽度无变化。可满足对

19、中密话区覆盖且不干扰内水平半功率宽度无变化。可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。的要求。（3）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，大约在大约在313之间。之间。可选择可选择+45双极化，内置电下倾双极化，内置电下倾3的水平半功率瓣宽的水平半功率瓣宽65定向天线定向天线，可保证主，可保证主瓣在下倾的瓣在下倾的313内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。扰的要求。应用原则：（一）应用原则：（一）话务量高密集市区话务量高密集市区 话话务务量量不不大大，主主要要考考虑虑覆覆盖盖大大

20、的的要要求求，基基站站间间距距很很大大，可可以以选选用用单单极极化化，空空间间分分集集，增增益益较较高高的的（18dBi）65定定向向天线天线（三扇区）、或（三扇区）、或17dBi90定向天线定向天线(双扇区，如下图双扇区，如下图)。（二）（二）在县城及城镇地区在县城及城镇地区 话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选可选36011dBi高增益全向天线。根据基站架设高度，可选高增益全向天线。根据基站架设高度，可选择主波束下择主波束下倾倾3、5、7、9的全向天线。的全向天线。（三）（三）在乡镇地区在乡镇地区（1）双扇区型，两个区）双扇区

21、型，两个区180划分，可选择单极化。划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为波瓣宽度为90最大增益最大增益为为1718dBi的定向天线的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为下左图：合成方向图为下左图：（2）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线）公路双向天线：沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线可采用全向天线变形的双向天线，它的双向，它的双向3dB波瓣宽度为波瓣宽度为70，最大增益为，最大增益为14dBi。其方向图为下右图：。其方向图为下右图：(四

22、四)在铁路在铁路/公路沿线及乡镇，可选择三种天线公路沿线及乡镇，可选择三种天线（3）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地）公路兼镇天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用区，采用全向站的配置，天线采用210、13dBi的弱定向天线兼顾铁路、公路的弱定向天线兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为：和路边乡镇的需要。其方向图为：附：表1 电平换算及驻波比对功率的损耗表2 天线增益对覆盖距离的改善天线增益与距离的关系：增加的增益 距离倍数 1dB 1.12 2dB 1.26 3dB 1.41 4dB 1.58 5dB 1.78

23、 6dB 2.00 注：上述是理论计算值以上数据在实际应用中应该减去以上数据在实际应用中应该减去0.1余量余量第二部分：天馈优化与网络优化提交报告结果：提交报告结果：天馈优化基站物理信息表、网络覆盖图、各个方案对比结果天馈优化基站物理信息表、网络覆盖图、各个方案对比结果网络优化网络整体指标、网络覆盖图、各个方案对比结果网络优化网络整体指标、网络覆盖图、各个方案对比结果小区方位角的调整调整前：福园调整前：福园_0 Ori=20_0 Ori=20 调整后：福园调整后：福园_0 Ori=40_0 Ori=40 小区方位角的调整优化前：粮食局优化前：粮食局_0 Ori=95_0 Ori=95 优化后：

24、粮食局优化后：粮食局_0 Ori=15_0 Ori=15 基站改型优化前：全向基站优化前：全向基站优化后：全向基站定向覆盖优化后：全向基站定向覆盖具体实施过程：更换原来具体实施过程：更换原来11dBi11dBi全向天线，采用工分信号和定向天线（全向天线，采用工分信号和定向天线（333321d21dBi Bi 和和656518d18dBiBi）针对道路重点加强覆盖。）针对道路重点加强覆盖。基站改型优化前：全向站优化前：全向站优化后：全向小区定向小区优化后：全向小区定向小区具体实施过程：保留原来具体实施过程：保留原来11dBi11dBi全向天线，新增加一定向小区全向天线，新增加一定向小区（909017dBi17dBi天线）加强图中重点路段的覆盖天线）加强图中重点路段的覆盖谢谢