天馈系统基础知识技术交流.pptx

天馈系统基础知识技术交流2003年12月8日概论l天馈系统的介绍l天馈系统中天线指标的介绍l天线各指标之间的关系l电波的传播l通信方程在工程中的应用天馈系统的介绍l天馈系统的概述l天馈系统的组成l天馈系统的作用l天馈系统在整个移动通信系统中的作用l天馈在通信中的重要性8防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/8“）5馈线卡馈线卡6走线架走线架接地装置接地装置3接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带绝缘胶带1天线调节支架天线调节支架GSM/CDMA板状天线板状天线抱杆（抱杆（50114mm）2室外馈线室外馈线9室内超柔馈线室内超柔馈线7馈线过线窗馈线过线窗基站主设备基站主设备基站天馈系统示意图1 基站天线2 天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度，范围为：015；3 室外跳线 用于天线与7/8主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 馈线，长度一般为3米。4 接头密封件 用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常 用的材料有绝缘 防水胶带 （3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。5 接地装置（7/8馈线接地件）主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接 在一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，接地点方向必须顺着电流方向。6 7/8馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。常用的7/8卡子有两种；双联和三联。7/8双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。7 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。8 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。9 防雷保护器（避雷器）主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。10 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2超柔馈线，长度一般为23米。由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。11 尼龙黑扎带 主要有两个作用：（1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后，再将尼龙扎带剪断去掉。（2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。12 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。天馈中天线的指标l天线方向图l天线的极化l天线的驻波比或回波损耗l天线的三阶互调l天线的功率容量l天线的接头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天线的极化 两面天线为集合成一个整体两面天线为集合成一个整体V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)传输两个独立的波传输两个独立的波双极化天线1000mW(即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB(极化)隔离隔离代表馈送到一种极化方式的信号在另外一种极化方式中出现的比例。极化损失 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；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，这时称来波与接收天线极化是隔离的。完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。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)前后比后向功率后向功率方位即水平面方向图120(eg)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 波束宽度波束宽度垂直面方向图半功率（角）瓣宽 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（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。15(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dBPeak-10dB32(eg)PeakPeak 10dB水平面半功率角垂直面半功率角垂直面半功率角l l 确定水平面的覆盖区域确定水平面的覆盖区域l l 可以确定小区边界可以确定小区边界l l 决定垂直面的覆盖距离决定垂直面的覆盖距离l l 可以确定主控小区照射半径可以确定主控小区照射半径增益增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与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。方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。增益l l 确定服务小区的覆盖区域确定服务小区的覆盖区域l l 可以确定小区边界可以确定小区边界l l 决定服务小区在不同覆盖距离下的无线覆盖电平决定服务小区在不同覆盖距离下的无线覆盖电平l l 增益的变化体现出的是等电势覆盖区域的放大倍数增益的变化体现出的是等电势覆盖区域的放大倍数互调的定义互调的定义 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。互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。具有两个载波信号的互调失真频率实例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，B2阶：（A+B），（A-B）3阶：（2AB），（2B A）4阶：（3AB），（3B A），（2A2B）5阶：（4AB），（4B A），（3A2B），（3B 2A）互调失真如何影响系统的性能？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。而基站天线接收的信号通常功率较低。如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。关于三阶互调指标GSM系统实例：系统实例：三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz)2A-B=1870-960=910MHz 2B-A=1920-935=985MHz A及B代表GSM发射频率 2A-B进入GSM接收波段，带来问题。五阶互调失真信号（A=935MHz，B=954MHz在中国移动GSM的下行频段内）3A-2B=2805-1908=897MHz（在中国移动GSM上行频段内）互调失真如何影响系统的性能？互调失真如何影响系统的性能？在系统将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、语音质量下降、系统容量受限 这意味着：销售利润减少 虽然大部分移动用户可以容忍语音质量下降，但信号丢失及信道繁忙常常都会 令用户不满。互调是如何产生的？互调是如何产生的？构件材料 因为磁滞的关系，铁质材料是属非线性的 材料不纯 电镀问题 接触区域/电流密度 触点压力基站天线典型技术指标频率范围频率范围 820 890 MHz 频带宽度频带宽度 70 MHz增益增益 15 dBi极化极化 垂直垂直/双斜双斜 极化极化输入阻抗输入阻抗 50 反射损耗反射损耗 14.4 dB 电压驻波比电压驻波比 25 dB安装倾角安装倾角(机械可调机械可调)0 13 天线各个指标之间的关系l增益与辐射单元的关系l增益与天线半功率角的关系l增益与方向图的关系l增益与水平面的关系l增益与水平和垂直及无线覆盖之间的关系增益与天线辐射单元数的关系90 180 360 半功率波瓣宽度半功率波瓣宽度半波振子半波振子带反射板的半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子以半波振子为参考的增益为参考的增益0dBd或或2.17dBi3dBd或或5.17dBi6dBd或或8.17dBi理论辐射图理论辐射图增益与天线半功率角度的关系 一一般般说说来来，天天线线的的主主瓣瓣波波束束宽宽度度越越窄窄，天天线线增增益益越越高高。当当旁旁瓣瓣电电平平及及前前后后比比正正常常的的情情况况下下，可可用下式近似表示用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故增益与方向图的关系9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10log(10/0.5)=13dB VSWR 是是反射损耗的另一种计量反射损耗的另一种计量反射系数、驻波系数与回波损耗反射系数、驻波系数与回波损耗 当当馈馈线线和和天天线线匹匹配配时时，高高频频能能量量全全部部被被负负载载吸吸收收，馈馈线线上上只只有有入入射射波波，没没有有反反射射波波。馈馈线线上上传传输输的的是是行行波波，馈馈线线上上各各处处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特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。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。在在不不匹匹配配的的情情况况下下,馈馈线线上上同同时时存存在在入入射射波波和和反反射射波波。两两者者叠叠加加，在在入入射射波波和和反反射射波波相相位位相相同同的的地地方方振振幅幅相相加加最最大大，形形成成波波腹腹；而而在在入入射射波波和和反反射射波波相相位位相相反反的的地地方方振振幅幅相相减减为为最最小小，形形成成波波节节。其其它它各各点点的的振振幅幅则则介介于于波波幅幅与与波波节节之之间间。这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。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。反射波幅度反射波幅度 （。）。）反射系数反射系数 入射波幅度入射波幅度 （。）。）驻驻波波波波腹腹电电压压与与波波节节电电压压幅幅度度之之比比称称为为驻驻波波系系数数，也也叫电压驻波比叫电压驻波比(VSWR)(VSWR)驻波波腹电压幅度最大值驻波波腹电压幅度最大值max max （1+1+）驻波系数驻波系数 驻波波节电压辐度最小值驻波波节电压辐度最小值min min （1-1-）终终端端负负载载阻阻抗抗和和特特性性阻阻抗抗越越接接近近，反反射射系系数数越越小小，驻驻波系数越接近于，匹配也就越好。波系数越接近于，匹配也就越好。无线电磁波的传播l电磁波的多径传播l电磁波的绕射传播多径传播 电电波波除除了了直直接接传传播播外外，遇遇到到障障碍碍物物，例例如如，山山丘丘、森森林林、地地面面或或楼楼房房等等高高大大建建筑筑物物，还还会会产产生生反反射射。因因此此，到到达达接接收收天天线线的的超超短短波波不不仅仅有有直直射射波波，还还有有反反射射波，这种现象就叫多径传输。波，这种现象就叫多径传输。由由于于多多途途径径传传播播使使得得信信号号场场强强分分布布相相当当复复杂杂，波波动动很很大大；也也由由于于多多径径传传输输的的影影响响，会会使使电电波波的的极极化化方方向向发发生生变变化化，因因此此，有有的的地地方方信信号号场场强强增增强强，有有的的地地方方信信号号场场强强减减弱弱。另另外外，不不同同的的障障碍碍物物对对电电波波的的反反射射能能力力也也不不同同。例例如如：钢钢筋筋水水泥泥建建筑筑物物对对超超短短波波的的反反射射能能力力比比砖砖墙墙强强。我我们们应应尽尽量量避避免免多多径径传传输输效效应应的的影影响响。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以对应。用分集接收改善多径衰落电波的绕射传播电波的绕射传播 电电波波在在传传播播途途径径上上遇遇到到障障碍碍物物时时，总总是是力力图图绕绕过过障障碍碍物物，再再向向前前传传播播。这这种种现现象象叫叫做做电电波波的的绕绕射射。超超短短波波的的绕绕射射能能力力较较弱弱，在在高高大大建建筑筑物物后后面面会会形形成成所所谓谓的的“阴阴影影区区”。信信号号质质量量受受到到影影响响的的程程度度不不仅仅和和接接收收天天线线距距建建筑筑物物的的距距离离及及建建筑筑物物的的高高度度有有关关，还还和和频频率率有有关关。也也就就是是说说，频频率率越越高高，建建筑筑物物越越高高、越越近近，影影响响越越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。因因此此，架架设设天天线线选选择择基基站站场场地地时时，必必须须按按上上述述原原则则来来考考虑虑对对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。通信方程在工程中的应用 通信方程 电平估算PT(dB)=PR(dB)+20log4R(m)/(m)-GT(dBi)-GR(dBi)-Lc(dB)-L0(dB)PT、PR的单位（dBm或dB）要保持一致 Lc是基站天线的馈线损耗 L0是传播途中的电波损耗，要留出足够的余量 在系统设计时，对最后一项电波传播损耗L0要留有足够的余量。如经过树林和土木建筑时有1015dB损耗、经过钢筋水泥墙时约有2530dB损耗,进入村庄即有20 25dB损耗。对于CDMA和GSM，通常认为手机的接收门限-104dBm,而实际接收的信号应控制在-95dBm以上才能正常起呼，以保证通话质量。实际上，为了保持良好的信噪比和话音质量，移动通信接收电平往往按约-75dBm来计算。通信方程 发射功率为PT=20w=43dBm 接收功率为PR=-70dBm 馈线损耗为Lc=2.4dB(约60米长馈线）手机接收天线增益Gr=1.5dBi 工作波长=33.333cm(f0=900MHz)上述通信方程变为：43dBm-(-70dBm)+GT+1.5dBm=32dB+20logR(m)+2.4dB+L0可得出:80.1dB+GT(dBi)=20logR(m)+L0当GT(dBi)20logR(m)-80.1dB+L0时认为系统能保持良好通信。这时需要对当前传播模型下的传播损耗进行正确的估计，并有一定的余量。电平估算在1公里距离内能保持良好的通信在上述同样损耗条件下，如果发射天线增益GT=17dBi即提高6dBi则通信距离可增加一倍R=2km另外 如果在上述计算中，保持GT=11dB不变，而是L0减少20dB，则R可增加10倍，即R=10km,而传播损耗与周围的自然条件密切相关，在城区高层建筑高而密集，传播损耗大、在郊区农村、房屋低而稀疏传播损耗小，因此即使通信系统的设置完全相同、由于使用环境的不同也会使覆盖的功率有不同的结果，从而影响通信效果 所以在选择基站天线时，必须根据应用环境来选择不同类型、不同规格的基站天线。如果基站采用全向天线GT=11dBi,收发天线距离R=1000m 带入上式得L031.1dB时谢谢大家!