天线基本知识及天线选型 16.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,天线基本知识及天线选型,掌握半波振子、工作频段、回波损耗、输入阻抗等天线的电气性能参数。,了解天线尺寸、天线抱杆、工作和存储环境等天线的机械性能参数。,掌握根据不同的地理环境和实际需要情况选择合适的电性能和机械性能参数的天线。,学习目标,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,简介,无线网络规划优化中，天线的选择非常重要。合理的天线不仅可以提高网络的覆盖质量和容量，还可以大大缩短网络规划和优化的时间，节省人力物力。,本课程用于指导选用合适天线；也可用在网络优化阶段，作为优化的一种手段，判断是否需要更换天线。,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,基站天馈结构,8,防雷保护器,主馈线（,7/8,“,）,5,馈线卡,6,走线架,4,接地装置,3,接头密封件,绝缘密封胶带，,PVC,绝缘胶带,1,天线调节支架,GSM/CDMA,板状天线,抱杆（,50114mm,）,2,室外馈线,9,室内超柔馈线,7,馈线过线窗,基站主设备,基站天馈结构,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,天线电性能参数,半波振子,工作频段,输入阻抗,电压驻波比,极化方式,增益,方向图,波束宽度,下倾角,前后比,波瓣抑制和零点填充,三阶互调,天线口隔离,Wavelength,1/2,Wavelength,1/4,Wavelength,1/4,Wavelength,1/2,Wavelength,Dipole,1900MHz ：166,mm,800MHz ：333mm,对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。,两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。,天线基础半波振子(,Dipoles),1,个,dipole,接收功率：,1,mW,多个,dipole,组阵,接收功率：,4,mW,GAIN,=10log(4mW/1mW)=6dBd,半波振子(,Dipoles),工作频段,(Frequency Range),天线的工作频段必须与所设计系统的频段相对应，从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。,工作带宽（,BANDWIDTH,）=896-824=72MHz,Optimum 1/2 wavelength,for dipole at 860MHz,at,896,MHz,Antenna,Dipole,at,824,MHz,示例：,CDMA 800MHz,系统天线的,工作带宽,CDMA,系统天线的,工作带宽,GSM 900:890-960MHz,GSM 1800:1710-1880MHz,GSM,双频,:890-960MHz&1710-1880MHz,CDMA,常用的频段有,450M800M1900M,CDMA 450,:450-468MHz,GOTA 800M,：,806-866MHz,CDMA 800,:824-896MHz,CDMA 1900,1850-1990MHz,IMT2000:,FDD,频段,:19201980MHz/21102170MHz,FDD,补充频段,:17551785MHz/18501880MHz,占用,60MHz+30MHz,（对称频段）,TDD,频段,:18801920MHz,、,20102025MHz,TDD,补充频段,:23002400MHz,占用,40MHz+15MHz+100MHz,（非对称频段）,3G,常用工作频段,输入阻抗,(Impedance),50,Cable,50 ohms,Antenna,50 ohms,输入阻抗,(Impedance,),匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗,50,。,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。天线与馈线的连接，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，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。,9.5,W,80,ohms,50,ohms,Forwarda,:10,W,Backward,:0.5,W,回波损耗,Return Loss：10log(10/0.5)=13dB,驻波比,VSWR(Voltage Standing Wave Ratio),回波损耗,(,Return Loss),电压驻波比,VSWR:,微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配,否则就会有反射波产生，流向信号源,由反射波和入射波合成而产生的称为驻波,驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为电压驻波比,VSWR,它是行波系数的倒数，其值在,1,到无穷大之间。驻波比为,1,，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于,1.5,，但实际应用中,VSWR,应小于,1.3,。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。,回波损耗：,它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在,0dB,到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。,0,表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于,14dB,。,电压驻波比,(VSWR),Ant VSWR=1.5:1,Return Loss=20 Log,VSWR+1,=14dB,VSWR-1,+40,dBm,(10 watts),+26,dBm,0dBi,EIRP=+39.8,dBm,(400mW),电压驻波比,(VSWR),天线分集方式,空间分集,空间分集：当两个接收天线间隔一定距离，就可接收到具有不同衰落包络的同一个信号，这两个信号的相关系数小于,0.7,，就可满足分集接收要求。空间分集对天线安装提出了要求：,D10 h/D11,h,是天线高度，,D,是天线间隔。,空间分集天线仅采用在水平方向有间隔。,极化分集,极化分集：每个载频的每个扇区使用一个,45,双极化天线就可以完成分集接收。,两个相互垂直的,45,极化是正交极化，有较好的分集接收能力。,极化方式,(Polarization),Vertical,Horizontal,+45,degree slant,-45,degree slant,V/H(Vertical/Horizontal),Slant(+/-45),极化方式,(Polarization),极化方式,(Polarization),单极化天线多采用垂直线极化,双极化天线多采用,45,双线极化,天线极化方式的选取原则,在城区，基站数目较多，每个基站的覆盖半径较小，考虑到安装方便，加上城区基站调整可能性比较大，为了保证分集效果，建议采用双极化天线。,在郊区和农村，基站数目较少，每个基站覆盖半径较大，采用空间分集对接收效果略有改善，可以采用空间分集的单极化天线。,通常情况下，如果没有特殊要求，建议全部选用双极化天线，对施工和后续的调整都比较有利。,增益,注意：天线只是无源传输器件，不能放大能量！,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信号的功率密度之比。,它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。,半波振子,理想点源（无耗均匀辐射器）,0dBd =2.15dBi,2.15,dB,常用,单位：,dBd,和,dBi,dBi,：,表示天线在最大辐射方向场强相,对于全向辐射器的参考值,。,dBd,:,表示天线在最大辐射方向场强相对于半波振子的参考值,两者有一个固定的差值,：,dBi,=dBd+2.15,增益,天线增益实例,BaseStation,Transmitter,(20 watts),Convert to,dBm,10Log(20)+30=+43,dBm,jumper,Heliax,Cable,jumper,-0.5dB,-0.5dB,-3dB,Antenna Gain,=+18,dBi,Ant Input,Power=+39dBm,EiRP,=+39+18 =+57,dBm,EIRP,（有效辐射功率）实例,天线增益,目前基站天线的增益范围从,0dBi,到,20dBi,以上均有应用。,室外基站采用全向天线时增益多为,9-12dBi,，采用定向天线时增益多为,15-20dBi,。,水平波束相对较窄的天线多用于地广人稀的道路的覆盖，增益一般为,20dBi,。,室内覆盖的天线,增益一般为,0-8,dBi,。,方向图（,Pattern,）,发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。但实际中的天线辐射图都比较复杂，称之为天线方向图。,120(,eg),Peak,Peak-10dB,Peak-10dB,10,dB Beamwidth,60(,eg),Peak,Peak-3dB,Peak-3dB,3,dB Beamwidth,波束宽度（,Beamwidth）,方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低,3 dB,（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。,还有一种波瓣宽度，即,10dB,波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低,10dB,（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角。,水平波瓣,3dB,宽度,定向天线：,65/90/105/120,全向天线：,360,垂直波瓣,3dB,宽度,定向天线,全向天线,水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度（续）,在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增益下降,3dB,的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣宽度（,3dB,宽度，可以有其它的定义方式）。,天线辐射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。,全向天线的水平波瓣宽度为,360,，定向天线的水平波瓣宽度有,20,、,30,、,65,、,90,、,105,、,120,、,180,等，常用,65,、,90,；,天线的垂直波瓣宽度一般在,3,80,之间，基站采用较多的是,5,18,的天线。,天线的增益和水平及垂直波瓣宽度密切相关，一般来说，天线的波瓣宽度越小，其增益越大，在确定这三个参数时，需一起考虑。,水平和垂直波瓣宽度的选取原则,水平波瓣宽度,对基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域，水平波瓣宽度应选得小一点。,对覆盖半径较大，话务分布较少的区域，水平波瓣宽度应选得大一些。,垂直波瓣宽度,对地形平坦，建筑物稀疏，平均高度较低的区域，垂直波瓣宽度可选得小一点。,对地形复杂、落差大的区域，垂直波瓣宽度可选得大一些。,对不同传播环境、不同地形地貌，天线的水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度一,般可遵循下面的原则选取：,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,1,城区,S111,基站：一般选用水平波瓣宽度为,65,，垂直波瓣宽度为,7,10,的天线，天线增益在,15,18dBi,之间,S110,或定向单扇区基站：可以选用水平波瓣宽度为,65,、,90,甚至更宽的天线，根据覆盖需求选用；垂直波瓣及增益选择同,S111,站型,全向基站：选用增益较小、带电子下倾的天线,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,2,郊区和农村,定向基站：选用水平波瓣宽度为,90,，垂直波瓣宽度为,5,7,的天线，天线的增益在,15,18dBi,之间。,全向基站：选用垂直波瓣宽度为,5,7,，增益在,9,12dBi,之间的天线。,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,3,水面（大的湖泊、海面等）、戈壁滩、沙漠,定向基站：如果要求覆盖的区域比较开阔，考虑选用水平波瓣宽度为,90,或,105,，垂直波瓣宽度为,5,7,的天线，天线增益在,14,18dBi,之间；如果要求覆盖距离比较远但宽度不太大（如狭长湖面，地形影响等），可考虑采用,65,等窄波束天线。,全向基站：选用垂直波瓣宽度为,5,7,，增益在,9,12dBi,之间的天线。,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,4,公路、铁路等狭长地带：,取决于需覆盖区域的距离和形状,如果路线较直，可以选用水平波瓣宽度为,20,30,，垂直波瓣宽度为,5,7,的高增益天线。,如果路线弯曲幅度较大，根据具体情况可选用水平波瓣宽度为,65,、,90,甚至更大,垂直波瓣宽度为,5,7,的天线。,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,5,地形复杂、落差较大的区域，分为两种情况,天线架高高于覆盖区：可根据具体情况选垂直波瓣宽度为,10,18,的天线。,大片需要覆盖的区域高于天线的架设高度：根据具体情况选,18,30,大垂直波瓣宽度的天线。,水平和垂直波瓣宽度的选择建议,6,低频系统，天线尺寸比较大,天线水平波瓣宽度的选取可遵循前面的原则，垂直波瓣宽度可以在前面建议的基础上适当放宽。,如果按照前面规范需要选用垂直波瓣比较小的天线，而实际只能提供垂直波瓣比较大的天线，在基站密集的城区，应选用带电下倾的天线。,下倾角（,Down Tilt,）,机械下倾,固定电子下倾,可调电子下倾,天线下倾方式,天线下倾方式分为机械下倾和电下倾，而电下倾方式又可分为固定电下倾和可调电下倾。,机械下倾天线只在架设时倾斜天线，价格较便宜，多用于下倾角度小于,10,的环境。,电下倾天线价格较贵，其下倾角度范围较大（可大于,10,），下倾角度较大时天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾。,对于要求下倾角比较大的情况，多采用小角度的固定电下倾天线加上机械下倾方案。,不下倾,电调下倾,机械下倾,下倾角（,Down Tilt,）,下倾角（,Down Tilt,）,天线下倾方式选取,需覆盖范围特别小的城区站点，所需下倾角很大，采用电下倾天线减少对相邻小区的干扰。,城区较高站点，为减少对相邻小区的干扰，选择上旁瓣抑制和第一下零点填充较好，且带大角度电下倾或可调电下倾天线。,相对周围比较高的站点（如山顶站点、江边站点等），为控制覆盖范围，可以选用电下倾天线。,很高的全向站，应根据不同情况选择带电下倾的天线。,以下几种环境可以采用电下倾天线：,前后比（,Front to Back Ratio,）,主瓣最大值与后瓣最大值之比,F/B =10 log(,前向功率,/,后向功率,）,typically：25dB,后向功率,前向功率,上旁瓣抑制与零点填充,上副瓣抑制(,dB),旁瓣（,Sidelobes,）,零点填充,上旁瓣抑制和零点填充,天线主瓣上面的旁瓣不仅浪费了天线辐射的能量，而且会对相邻小区形成干扰，这些旁瓣应该尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。,天线主瓣下面的旁瓣需要对周围区域形成有效覆盖，需要对零点进行填充。,主瓣上面的第一旁瓣电平应小于,18dB,主瓣下面的第一零点电平应大于,20dB,第一上旁瓣,第一下零点,功率容量（,Permitted Power,）,一般天线功率容量范围,25-1500W,基站天线功率容量,应大于,200W,三阶互调,IMD243dBm,f,1,f,2,2f,1,-f,2,2f,2,-f,1,830MHz,835MHz,840MHz,845MHz,天线的三阶互调应该低于,-150dBC2,43dBm,1000,mW,(1W),1,mW,10log(1000mW/1mW)=30dB,天线口隔离（,Isolation,）,理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为,1W,，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为,1mW,，则隔离度为,30dB,。,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,机械参数,天线尺寸,天线罩材料,工作与存储,结构参数,天线抱杆,防雷,尺寸（,Dimensions,）,长：与垂直波瓣、增益有关,宽：与水平波瓣有关,厚：与所采用的天线技术有关,重量（,Weight,）,影响运输、施工,机械参数,天线罩材料,PVC,ABS,fiberglass,等,防晒、防冻，防盐雾，阻燃，抗老化等,工作与存储,Storage Temperature Range,：,Operating Temperature Range,：,典型值：,-40C-+70C,典型值：,-40C-+70C,机械参数,机械参数结构参数迎风面积,天线抗风,例,:,216km/h,越小越好,接头型式,7/16”DIN,，,N,，,SMA female,结构参数接头座型式,7/16”DIN,N,型,SMA,DIN,接头优点,:,改善互调产物,可比,N,型插头多承受,4,倍的功率,一致且最优的电压驻波比性能。,机械参数天线抱杆,机械参数防雷,DC Ground,常见天线供应商,KATHREIN,DECIBEL,ANDREW,维先通,山水盛路,摩比天线,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,室内分布系统的天线选用主要基于以下原则：,既要满足所要求的室内覆盖效果，又要尽量减少对室外的覆盖，避免造成干扰。,天线要求美观，形状、颜色、尺寸和室内的环境要和谐。,室内分布系统的天线选用原则,室内分布系统天线,吸顶天线,吸顶天线是一种全向天线，主要安装在房间、大厅、走廊等场所的天花板上，其增益一般都在,2,5dBi,之间，水平波瓣宽度为,360,，垂直波瓣宽度,65,左右。,吸顶天线增益小，外形美观，安装在天花板上，室内场强分布比较均匀，在室内天线选择时应优先采用。吸顶天线应尽量安装在室内正中间的天花板上，避免安装在窗户、大门等信号比较容易泄漏到室外的开口旁边。,室内分布系统天线,壁挂式天线,壁挂板状天线是一种定向天线，主要安装在房间、大厅、走廊等场所的墙壁上,壁挂天线的增益一般在,6,10dBi,之间，水平波瓣宽度有,65,、,45,等多种，垂直波瓣宽度在,70,左右。,多用在一些比较狭长的室内空间，天线安装时前方较近区域不能有物体遮挡，且不要正对窗户、大门等信号比较容易泄漏到室外的开口。,室内分布系统天线,八木天线,八木天线,一种增益较高的定向天线，增益一般在,9,14dBi,之间。,主要用于解决电梯的覆盖。,室内分布系统天线,泄漏电缆,泄漏电缆也可以看成是一种天线，通过在电缆外导体上的一系列开口把信号沿电缆纵向均匀地发射和接收，适用于隧道、地铁等环境。,室内分布系统天线,其它天线,其它的一些室内天线包括小增益的螺旋、杆状天线等，增益一般都在,2,、,3dBi,左右；这些天线由于安装后外观不是很好看，用的较少。,基站天线发展趋式,宽频带,多功能,高集成度,智能天线,简介,基站天馈结构,天线电性能参数介绍及选型,天线机械参数介绍及选型,室内分布系统的天线选型,美化天线介绍,课程内容,美化天线介绍,-,概述,为了提供更高质量的网络服务，运营商提出了全覆盖、无缝覆盖的概念，不断加大网络建设的投入。但无线基站、天线增多的同时也带来了一些负面问题。,城市环境景观要求高 市区建筑物顶部天线林立 影响,“,生态城市,”,建设,人们环保意识加强 天线裸露 易产生抵触情绪 加大网络建设难度,天线长时间裸露 气候变化直接作用于天线体 影响天线寿限 长时间使用影响通信质量,美化天线介绍,概述,眼不见为净,美化天线,所谓,“,美化天线,”,，也可称作,“,伪装天线,”,、,“,隐形天线,”,、,“,特型天线,”,等，即在不增大传播损耗的情况下，通过各种手段对天线的外表进行伪装、修饰来达到美化的目的，既美化了城市的视觉环境，也减少了居民对无线电磁环境的恐惧和抵触，同时也可以延长天线的使用寿限，保证通信的质量。,美化天线介绍,美化类型,变色龙型,方柱型,水塔型,空调型,路灯型,集束型,仿生树型,。,美化方式多种多样,总体分为加罩型,和直接美化型,应根据实际环境,灵活选择,美化天线介绍,美化类型,紧固件,紧固件,天线外罩,天线主体,外罩底板,变色龙型结构示意图,美化天线介绍,美化类型,紧固件,避雷针,天线抱杆,天线外罩,接避雷系统,天线,主体,方柱型结构示意图,美化天线介绍,美化类型,紧固件,避雷针,天线抱杆,天线外罩,接避雷系统,天线,主体,外罩预埋件,水塔支架,水塔型结构示意图,美化天线介绍,美化类型,天线抱杆,天线外罩,天线,主体,外罩底板和安装架,紧固件,空调型结构示意图,美化天线介绍,美化类型,仿生树型结构示意图,紧固件,避雷针,接避雷系统,天线外罩,天线,主体,树杆,梯子,树叶,紧固件,美化天线介绍,美化类型,路灯型结构示意图,避雷针,天线外罩,天线,主体,灯杆,灯头支架,天线抱杆,美化天线介绍,美化类型,集束型结构示意图,圆形集束,方形集束,美化天线介绍,美化类型,标牌型,蘑菇型,灯箱型,标牌型,室外美化天线,美化天线介绍,美化类型,射灯型,草坪灯型,射灯型,美化天线介绍,美化类型,室内定向板状美化天线,室内定向板状美化天线,室内全向吸顶美化天线,角反射美化天线,室内美化天线,讨论,半波振子、极化方式、工作频率、波束宽度、方向图、回波损耗、增益等参数的含义和作用。,了解机械性能参数。,室内分布系统天线的类型。,Thank You!,