天饋系統(tǒng)選型和功率設(shè)計

1、天饋系統(tǒng)選型和功率設(shè)計目錄1天饋系統(tǒng)產(chǎn)品的種類介紹31.1 天線31.2饋線81.3功率放大器91.4 避雷器101.5合路器101.6功分器111.7耦合器121.8防水材料122天饋系統(tǒng)的計算公式：133天饋系統(tǒng)的安裝注意事項：134天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計：144.1無線網(wǎng)橋天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計144.1.1天線選擇：144.1.2避雷器選擇154.1.3功率放大器的選擇174.1.4 功率分配器選擇184.1.5 饋線選擇194.2無線AP天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計204.2.1 天線204.2.2 合路器221天饋系統(tǒng)產(chǎn)品的種類介紹1.1 天線1.1.1天線基礎(chǔ)概述天線是無線傳輸系

2、統(tǒng)中的關(guān)鍵裝置之一。是輻射和接收無線電波的裝置。是一種將導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為空間波（發(fā)射），或?qū)⒖臻g波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波（接收）的能量轉(zhuǎn)換裝置。凡是依靠空間無線電磁波傳輸信息的系統(tǒng)或設(shè)備都離不開天線。如大家熟悉的無線尋呼系統(tǒng)、移動電話系統(tǒng)（GSM，全球移動電話系統(tǒng)、GPRS，通用無線包業(yè)務(wù)、CDMA,碼分多址）、GPS，全球定位系統(tǒng)、雷達及衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中，天線都是系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵裝置之一。無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢?，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個

3、重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。 天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。 對于眾多品種的天線，進行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模?按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達天線等； 按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等； 按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；天線原理l 天線能量轉(zhuǎn)換如下圖： 圖1.1 a 圖1.1 b導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如 圖1.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張

4、開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠小于波長 時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射，l 天線方向性l基本方向天線基本方向如下，垂直放置的半波對稱振子形成具有平放的 “面包圈” 形的立體方向圖（圖1.2.1 a）。圖1.2.1 b 與圖1.2.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.2.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.2.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。圖1.

5、2.1 c圖1.2.1 b圖1.2.1 a加強方向性：使用干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號進一步集中到在水平面方向上。 采用反射面放在陣列的一邊構(gòu)成方向性天線。反射面l 波瓣寬度 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.2.4 a , 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 降 3dB - 3dBµã - 3dBµã

6、降 3dB l 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。依據(jù)規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；水平極化-也是要被用到的。 EE在實際使用時，相互通訊的無線設(shè)備的天線的極化方向要一致才能保證無線信號接受能力達到最好。當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，天線就幾乎接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離，在安裝天線時要特別注意。有時在干擾嚴重的區(qū)域也可利用此特性避免干擾，增加同一地點的可安裝無線設(shè)備的個數(shù)。1.1.2 微

7、波天線分類因為本公司的無線設(shè)備工作在2.42.4835Ghz 5.7255.850 Ghz 微波波段，所以下面僅對此波段的天線做介紹：按照天線的形狀有以下幾類天線：l 桿狀天線桿狀天線適用于各橋接點距離較近、分布角度范圍大且數(shù)量較多的情況，一般使用距離范圍在3公里以內(nèi)。 l 扇形天線此類型天線具有能量定向和匯聚功能，可以有效地進行水平180度、120度、90度范圍內(nèi)的覆蓋，當(dāng)橋接點在某一角度內(nèi)較集中的情況下，可選用此類型天線，一般距離在6公里以內(nèi)。l 吸頂天線室內(nèi)吸頂天線一般安裝在天花板上做室內(nèi)覆蓋用，結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便。 l 平板天線 平板天線的波速角度可分為30度和15度，少數(shù)角

8、度在9度，能量匯聚能力強，適用在遠程連接點相對集中且數(shù)量較少的環(huán)境下，連接距離在20公里以內(nèi)。l 拋物面天線 拋物面天線是定向天線中能量匯聚能力最強，信號方向指向性最好的一種類型的天線，當(dāng)橋接點位置固定切數(shù)量少而集中的項目中，此類型天線是最佳選擇，一般用作點對點通訊，連接距離在20公里以上。1. 2饋線饋線是起連接作用的，用于無線網(wǎng)橋和避雷器，功分器，天線，功率放大器之間的連接，饋線的主要要素有兩點：饋纜：饋纜是一種特制的同軸電纜，按照直徑分類有八分之一，四分之一，二分之一，八分之七英寸等。直徑越大，同長度饋纜的信號衰減就越小，一般無線網(wǎng)橋設(shè)備內(nèi)部信號連接采用八分之一饋纜，無線網(wǎng)橋設(shè)備和其他配

9、件如天線之間用二分之一饋纜，以提高強度和減少信號損失，特別要提出的是，采用的饋纜的阻抗為50歐姆，以匹配無線網(wǎng)橋，其他阻抗的饋纜會導(dǎo)致信號衰減嚴重，需要特別注意。 接頭：轉(zhuǎn)接頭，主要有 SMA N MMCX型三種，室內(nèi)型AP和天線采用SMA型接頭,室外無線網(wǎng)橋采用N型頭,無線網(wǎng)卡采用MMCX型頭,后面分別用J K 來表示接頭狀況，規(guī)則如下：先看外層，內(nèi)羅紋為J 中心為針為J 中心為孔為K 。外羅紋為K 中心為針為J 中心為孔為K。如果為JJ時?？s寫成一個J智達康產(chǎn)品的命名規(guī)則（轉(zhuǎn)接電纜、連接器）轉(zhuǎn)接電纜的表示：ZA-X/YLX，Y: NJ： N(J), N陽NK: N(k), N陰SJ: SM

10、A(J),SMA陽SK: SMA(K) ,SMA陰SJK: SMA(J)(K), SMA陽(內(nèi)導(dǎo)體反) SKJ: SMA(K)(J), SMA陰(內(nèi)導(dǎo)體反)MJ: MMCX(J),MMCX陽MK: MMCX(K),MMCX陰MJK: MMCX(J)(K),MMCX陽(內(nèi)導(dǎo)體反)MKJ: MMCX(K)(J),MMCX陰(內(nèi)導(dǎo)體反) L:線纜長度，單位：cm。當(dāng)L=0時為連接器例如：60cm N陽轉(zhuǎn)N陽 ：ZA-NJ/NJ-60 10cm MMCX陽(內(nèi)導(dǎo)體反)轉(zhuǎn)SMA陰(內(nèi)導(dǎo)體反)：ZA-MJK/SKJ-101. 3功率放大器功率放大器有兩個作用：放大無線網(wǎng)橋的輸出功率，提高無線網(wǎng)橋的接受靈敏

11、度。功率放大器分為四種情況： （1） 不同發(fā)射功率電平（500mW、1W、和5W）IEEE802 .11b頻段（2.4GHz-2.483GHz）的功率放大器（2） 不同發(fā)射功率電平（500mW、1W、和5W）IEEE802 .11g頻段（2.4GHz-2.483GHz）的功率放大器（3） 不同發(fā)射功率電平（500 mW、1W、和5W）的IEEE802 .11a頻段（5.15GHz-5.35GHz,和5.725-5.85GHz）的功率放大器（4） 具有將IEEE802 .11b,g頻段（2.4GHz-2.5GHz）頻率變換到IEEE802 .11a頻段（5.15GHz-52.5GHz, 5.25

12、GHz-5.35GHz和5.725-5.85GHz）的頻率變換雙向功率放大器其發(fā)射功率輸出電平分100mW-500mW或1W。這幾種雙向智能放大器分別用于IEEE802 .11b，802 .11g頻段、 IEEE802 .11a頻段以及變換這兩個頻段傳輸數(shù)據(jù)時使用。基 本 指 標頻率范圍24002500 MHz頻率響應(yīng)± 1 dBi發(fā)射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi電壓駐波比<1.5輸出功率500mw (+27dBm)功 耗650mA*9V溫度范圍-200C700C工作模式雙向時分雙工RF接頭SMA-50-Female雷電防護DC Ground應(yīng)用范圍Wi

13、reless LAN1.4 避雷器避雷器是用于無線網(wǎng)橋免遭雷擊浪涌損壞的保護裝置，關(guān)鍵部件是壓敏電阻，每一塊壓敏電阻從制成時就有它的一定開關(guān)電壓（叫壓敏電壓），在正常的工作電壓下（即小于壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當(dāng)于絕緣狀態(tài)，但在沖擊電壓作用下（大于壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當(dāng)于短路狀態(tài)。然而壓敏電阻被擊狀態(tài)，是可以恢復(fù)的；當(dāng)高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又恢復(fù)了高阻狀態(tài)。因此，在無線網(wǎng)橋上如安裝避雷器后，當(dāng)雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使線纜上的電壓控制在安全范圍內(nèi)，從而保護了電器設(shè)備的安全，良好接地是避雷器能夠正常工作的基本條件。 如上圖，有了

14、避雷器的保護后，強電流電壓就會順著接地走掉，而不會進入設(shè)備，對設(shè)備有了很好的保護作用。1. 5合路器合路器的主要作用，是將WLAN的無線射頻信號通過合路器饋入GSM室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，各頻段信號共用天饋進行覆蓋。在天饋系統(tǒng)無源器件無法滿足合路頻段要求，或由于天線安裝位置不合理導(dǎo)致無法達到預(yù)定信號覆蓋強度等情況下，可對原有天饋系統(tǒng)進行擴頻或結(jié)構(gòu)改造，以實現(xiàn)雙網(wǎng)（GSM、WLAN）或多網(wǎng)（如GSM、3G、WLAN）合路。圖1說明，G網(wǎng)、3G網(wǎng)和WLAN之間并不存在直接的相互關(guān)系，只是通過合路單元（多頻合路器）實現(xiàn)射頻信號共用天饋傳輸。1. 6功分器功分器適用于系統(tǒng)中需要進行功率合成或分配的場合。如：用一

15、只網(wǎng)橋向兩個以上的方向 進行無線傳輸；高樓層的中繼和樓層同時覆蓋傳輸?shù)惹樾?。產(chǎn)品名稱5.8GHz四功分配器產(chǎn)品說明TA-GFQ4Y-5800功率分配器采用微帶結(jié)構(gòu)，帶內(nèi)平坦度好、隔離度高、插損小、駐波性能良好,安裝方便,適用于擴頻通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)。電氣參數(shù)類別四分配器型號ZDC-5800頻率范圍-MHz51005900插入損耗(含分配比)-dB4隔離度-dB20駐波比1.4標稱阻抗-50承載功率-W50接頭型號N座機械參數(shù)環(huán)境溫度-30+60相對濕度-%5951. 7耦合器耦合器可以由同軸、波導(dǎo)、微帶和帶狀線電路構(gòu)成。通常，定向耦合器用于信號分配及合成，取樣以進行測量和監(jiān)測， 和功分器不同，

16、功分器的每個端口的輸出功率是一致的；耦合器可選用不同參數(shù)性能的控制每個端口的功率輸出比例，使天線不管遠近，輸出的功率都幾乎相同，提高覆蓋信號的質(zhì)量。耦合器的特性可以由耦合度，插入損耗，隔離度和方向性等四項指標來表征，。 1. 8防水材料防水材料用于室外無線網(wǎng)橋的接頭防水，一般有防水膠帶和防水膠泥兩種，推薦使用防水膠帶，拆卸比較方便，比較好的品牌有3M。2天饋系統(tǒng)的計算公式：無線網(wǎng)絡(luò)工程在施工之前必須對整個鏈路進行計算。鏈路計算根據(jù)實地環(huán)境勘測結(jié)果在保證鏈路通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上進行。鏈路計算的內(nèi)容應(yīng)包括如下幾點：一無線鏈路計算方法 根據(jù)鏈路之間的距離、使用的頻段、使用設(shè)備的發(fā)射功率、接收靈敏度、使用

17、天饋線系統(tǒng)的規(guī)格、長短等進行計算。鏈路計算公式如下： Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-Lrl 其中Ltm=92.5+20logf+20logdPrSr Pr=接收功率 Pt=設(shè)備的發(fā)射功率 Gta=發(fā)射天線的增益 Gra=接收天線的增益Ltl=發(fā)射端傳輸線路衰耗 Lrl=接收端傳輸線路衰耗 Ltm=傳輸空間衰耗 f=使用頻率（Ghz）Sr=設(shè)備的接收靈敏度 d=兩站之間的距離(KM) PrSr的預(yù)留程度應(yīng)根據(jù)實地電磁環(huán)境的復(fù)雜程度、鏈路之間的物理環(huán)境和通信距離來定。 一般情況下，每公里為1dBm,如10公里的預(yù)留增益為10dBm傳輸距離越遠預(yù)留增益應(yīng)越大。3天饋系統(tǒng)的安裝注意事項：

18、一天線極化方式天線的極化與實地的電磁環(huán)境關(guān)系比較大，應(yīng)盡量與當(dāng)?shù)仄渌l段的天線極化方向錯開，將外來干擾減至最小。還應(yīng)對本網(wǎng)鏈路進行分析在盡量避免外來干擾的情況下還要考慮到自己內(nèi)部鏈路的干擾。在同一地點同時放多面天線時，同極化的天線盡量不要安裝在同一個方向上，且天線之間應(yīng)進行隔離。間隔距離的大小可根據(jù)使用天線的規(guī)格和使用的頻率進行計算。二天線安裝高度 天線的安裝高度應(yīng)保證相連的兩站點之間完全可視。根據(jù)實地勘測和相關(guān)地圖的測量，可計算出天線安裝的最佳高度，在計算時應(yīng)注意對費涅爾區(qū)（費涅爾區(qū)是圍繞電磁信號中心線周圍的一個區(qū)域）的計算。在費涅爾區(qū)內(nèi)不能有障礙物。如果費涅爾區(qū)內(nèi)有障礙物的話，就會造成信

19、號的衍射和衰減，降低信號強度。如果地形條件特殊時還可以進行特殊考慮，如鏈路之間有斷面等。三天線方位角計算出天線的理論角度有利于對整個網(wǎng)的鏈路設(shè)計，避免干擾和降低工程的施工難度。計算設(shè)備擺放的位置和天線的角度時，應(yīng)該參照現(xiàn)場實物圖計算。4天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計：天饋系統(tǒng)是無線網(wǎng)絡(luò)中最重要的一環(huán)，直接關(guān)系到無線網(wǎng)絡(luò)的使用效果，選擇合適的天饋設(shè)備，合適的安裝地點，規(guī)范的安裝方法是無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重中之重。4.1無線網(wǎng)橋天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計4.1.1天線選擇：點對點無線連接天線選擇例：ZA-5000-E 10公里點對點系統(tǒng)功率設(shè)計，速率54Mbps 預(yù)留增益10dBm。ZA-5000-E接收靈敏度

20、65dBm54Mbps66dBm48Mbps70dBm36Mbps74dBm24Mbps77dBm18Mbps79dBm12Mps81dBm9Mps82dBm6MbpsLtm=傳輸空間衰耗Ltm=92.5+20log (5.8GHZ)+20log(10公里)=92.5 +20*0.76+20*(1)=92.5+15.2+20=127.7dBmPt(設(shè)備的發(fā)射功率)=18dBmLtl(發(fā)射端傳輸線路衰耗)=1dBm Lrl（接收端傳輸線路衰耗）=1dBmSr(設(shè)備的接收靈敏度)=-65dBm&54MbpsPt +(ant1+ant2)-Sr-(Ltl1+Ltl2)-Ltm>10dB

21、m(預(yù)留增益)ant1+ant2>56dBm在點對點系統(tǒng)中一般兩邊天線增益相同，所以天線增益為Ant1=Ant2=28dBm。通過上式計算可得10公里在不同速率下，需要天線增益如下：54Mbps 28dBi48Mbps 27dBi36Mbps 23dBi24Mbps 19dBi18Mbps 16dBi12 Mbps 14dBi9 Mbps 12dBi6 Mbps 11dBi點對多點無線連接天線選擇在點對多點的系統(tǒng)中，天線計算方式和點對點相同，只是需要多考慮一個中心點天線的角度問題。例：5公里點對六點接入，中心點用ZA-5000-E 遠端點用ZA-5000-E 。通過勘測了解，遠端點分布在

22、中心點的60度覆蓋范圍內(nèi)：通過產(chǎn)品搜索，60度5.8G天線的最大增益為16dBi，同點對點計算方式可得到以下數(shù)據(jù)速率 中心點 遠端點54Mbps 16dBi 20dBi48Mbps 16dBi 19 dBi36Mbps 16dBi 15 dBi24Mbps 16dBi 11 dBi18Mbps 16dBi 7 dBi12 Mbps 16dBi 5 dBi9 Mbps 16dBi 3 dBi6 Mbps 16dBi 2 dBi4.1.2避雷器選擇避雷器是用于無線網(wǎng)橋免遭雷擊浪涌損壞的保護裝置，主要用于無線網(wǎng)橋的無線接口的雷電防護，所以外接天線設(shè)備如ZA-5000-E才會用到避雷器，內(nèi)置天線設(shè)備如

23、ZA-5000-I不需要避雷器，如果無線網(wǎng)橋的安裝位置比較高，沒有避雷針的保護，或者位置處在雷區(qū)，避雷器是必須的，可最大限度的保護設(shè)備，避雷器的選擇主要是考慮波段，有2.4G波段和5G波段可供選擇，在選擇前，請確定無線網(wǎng)橋的工作波段，下面是本公司常用兩種避雷器，ZA-P230用于2.4G無線網(wǎng)橋，ZA-P5230用于5G無線網(wǎng)橋ZA-P230型號:ZA-P230基 本 指 標頻率范圍DC-3 GHz接口N-50J/IC電壓駐波比1.3插入損耗0.25 dBiDC放電電壓230V±20%接地方式外殼接地起始脈沖放電電壓700V(lKV/us)ZA-P5230型號:ZA-P5230基 本

24、 指 標頻率范圍DC-6 GHz接口N-50J/IC電壓駐波比1.4插入損耗0.25 dBiDC放電電壓230V±20%接地方式外殼接地起始脈沖放電電壓700V(lKV/us)4.1.3功率放大器的選擇當(dāng)選用最大增益的天線還是達不到距離的要求的時候，就需要提高設(shè)備的輸出功率，這時，就需要用到功率放大器，功率放大器有IEEE802 .11b，802 .11g， IEEE802 .11a三種，應(yīng)根據(jù)不同的無線網(wǎng)橋選擇不同協(xié)議的功率放大器，輸出功率常見有0.5w ，1w， 5w。應(yīng)根據(jù)具體的需要補充的增益來確定設(shè)備。采用ZA-5000-E做點對點連接，通過計算，發(fā)現(xiàn)天線增益還差9dBi才能

25、達到要求，這時可以選擇0.5w IEEE802 .11a的功率方法器。特別需要指出的是，無論輸入功率是多少，功率放大器的輸出功率是恒定的，0.5W功率放大器為27dBm ，1W功率放大器輸出功率為30dBi 5W功率放大器輸出功率為34dBi。如上圖，無論無線網(wǎng)橋輸出是多少，通過功率放大器后，輸出功率恒定為27dBm。型號：ZA-B500基 本 指 標頻率范圍24002500 MHz頻率響應(yīng)± 1 dBi發(fā)射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi電壓駐波比<1.5輸出功率500mw (+27dBm)功 耗650mA*9V溫度范圍-200C700C工作模式雙向時分雙

26、工RF接頭N-50-Female雷電防護DC Ground尺寸(L×W×H)110×60×34 mm3應(yīng)用范圍Wireless LAN4.1.4 功率分配器選擇在遠端點和中心點的距離比較遠，而且夾角比較大的時候，就需要到功率分配器：如下圖：此應(yīng)用因為和中心點的夾角在180度，比較大，距離又比較遠，中心點采用功分器是最佳方案。需要指出的是，信號通過功分器后，每個輸出端口的輸出功率會降低，對于1分2的功分器輸出功率為輸入功率的1/2，對于1分4的功分器輸出功率為輸入功率的1/4。如上圖，輸入功率為100毫瓦，通過功分器后，每端口輸出為50毫瓦，在計算天饋時需

27、要用50豪瓦計算。常用功分器指標ZA-D12/ ZAD512（一分二） 基 本 指 標頻率范圍2400-2500 MHz / 5725-5850 MHz傳輸/插入損耗3.5 dBi / 5.5 dBi隔離端隔離度20 dBi / 16 dBi各端駐波比1.6 / 1.8接口N/Fmale尺寸76×60×20 mm(含接頭)4.1.5 饋線選擇無線網(wǎng)橋由于是戶外設(shè)備，所以連接的饋線需要有足夠的強度以抵御戶外惡劣環(huán)境的侵襲，推薦采用1/2英寸饋線，由于無線網(wǎng)橋的天線接頭為NK型，所以饋線接頭為NJ型，中間線纜長度由無線網(wǎng)橋到天線之間的距離確定。4.2無線AP天饋系統(tǒng)的選擇和功率設(shè)計AP天饋設(shè)計原理大部分和無線網(wǎng)橋類似，請參考無線網(wǎng)橋的天饋設(shè)計，不同主要有以下幾點：4.2.1 天線考慮到連接的距離