基站天線互調(diào)分析的13個(gè)維度

1、https:/基站天線互調(diào)分析的基站天線互調(diào)分析的 13 個(gè)維度個(gè)維度*【摘 要】首先介紹了基站天線的結(jié)構(gòu)組成，接著將影響基站天線互調(diào)的因素進(jìn)行了梳理，歸類為 13 種維度，對(duì)其進(jìn)行分析，并舉出實(shí)際案例和解決思路，最后歸納了基站天線互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)搭建的關(guān)鍵點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】基站天線 互調(diào)分析 傳輸線理論 趨膚 電流密度 互調(diào)產(chǎn)物doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.05.019 中圖分類號(hào)：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）05-0090-07引用格式：吳衛(wèi)華，張申科，丁勇，等. 基站天線互調(diào)分析的 13 個(gè)維度J.移動(dòng)通信， 2016，

2、40（5）： 90-96.1 引言在無線通信系統(tǒng)中，基站天線是收發(fā)信機(jī)與外界傳播介質(zhì)之間的接口。隨著無線通信的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜多變，對(duì)基站天線的互調(diào)要求通常較高。基站天線三階互調(diào)控制水平是衡量一個(gè)天線廠家電氣、結(jié)構(gòu)、工藝、來料和制造等綜合實(shí)力的重要指標(biāo)。文章首先介紹了基站天線的結(jié)構(gòu)組成，基站天線的主體結(jié)構(gòu)由外罩、反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)以及振子組成。為提高基站天線三階互調(diào)指標(biāo)及其批量生產(chǎn)一次達(dá)通率，提高基站天線長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性和可靠性，需要在電氣、結(jié)構(gòu)、工藝、選材、制造上進(jìn)行系統(tǒng)的定性和定量研究，本文提煉出了基站天線互調(diào)分析的 13 個(gè)維度：（1）傳輸線理論；（2）趨膚深度；（3）電流密度；（4）

3、輸入功率和互調(diào)產(chǎn)物的關(guān)系；（5）互調(diào)的矢量疊加原理；（6）接觸的非線性；（7）材料的非線性；（8）零件的表面特性；（9）溫度；（10）時(shí)間和頻次；（11）應(yīng)力和變形；（12）外來的 PIM 干擾；（13）電導(dǎo)通和非電導(dǎo)通。最后歸納總結(jié)了基站天線互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)搭建的關(guān)鍵點(diǎn)。2 基站天線的結(jié)構(gòu)組成基站天線的主體結(jié)構(gòu)由外罩、反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)以及振子組成。天線外罩是保護(hù)基站天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)件，具有良好的電磁輻射透過性能，能夠經(jīng)受外部環(huán)境侵襲，常用的外罩材料主要有玻璃鋼、UPVC 和 ASA。反射板是基站天線所有部件的安裝主體，在減輕重量、提高機(jī)械強(qiáng)度、改善輻射性能方面起到重要作用，常用的反

4、射板材料有 5 系鈑金用鋁合金板和 6 系拉伸鋁合金型材板。饋電網(wǎng)絡(luò)的作用是將射頻電能按照設(shè)計(jì)要求分配到各個(gè)振子，分配的幅度比和相位差決定了垂直方向的輻射方向圖和增益，饋電網(wǎng)絡(luò)有基于同軸電纜和基于微帶線這兩種設(shè)計(jì)方法。振子是基站天線最重要的部件之一，其設(shè)計(jì)方案的好壞決定了天線主要的幾個(gè)輻射指標(biāo)的性能，振子從輻射原理上可分為微帶貼片和對(duì)稱振子兩種方案，常用的振子材料有壓鑄鋅合金、壓鑄鋁合金和 PCB。https:/基于同軸電纜的饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步細(xì)分為端口跳線、功分器、接線端子、移相器等部件。移相器是基于同軸電纜的饋電網(wǎng)絡(luò)最為關(guān)鍵的部件，作用是改變流經(jīng)移相器并饋入輻射單元的信號(hào)的相位，進(jìn)而改變天線所

5、形成的垂直波束的下傾角度。根據(jù)移相原理的不同，移相器可以分為兩大類：（1）物理長(zhǎng)度可變移相器，即通過改變信號(hào)傳輸途徑的物理長(zhǎng)度來改變相位；（2）介質(zhì)滑動(dòng)型移相器，即通過改變傳輸線的等效介電常數(shù)來改變相位。基于微帶線的饋電網(wǎng)絡(luò)采取了一體化的設(shè)計(jì)方法，將天線內(nèi)部的功分器、移相器、跳線接頭全部做在一塊 PCB 板或金屬導(dǎo)帶上，最大限度地減少了焊點(diǎn)。相對(duì)于基于微帶線的饋電網(wǎng)絡(luò)，基于同軸電纜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)靈活性更優(yōu)，研發(fā)難度和周期較低，生產(chǎn)控制要求更嚴(yán)格，在目前基站天線升級(jí)換代比較頻繁的情況下，基于同軸電纜的饋電網(wǎng)絡(luò)是行業(yè)主流。3 基站天線互調(diào)分析的 13 個(gè)維度在無源互調(diào)的分析研究中，一般基于 11

6、項(xiàng)基礎(chǔ)理論來研究。由于基站天線是把射頻電能和電磁波能互相轉(zhuǎn)化的部件，多了一個(gè)場(chǎng)的維度；無源腔體內(nèi)所有的接觸點(diǎn)，電導(dǎo)通的點(diǎn)必須可靠的接觸，基站天線中存在大量既可以電導(dǎo)通，也可以不電導(dǎo)通的點(diǎn)，所以對(duì)于天線互調(diào)的分析，可以基于 13 項(xiàng)基礎(chǔ)理論來研究：（1）傳輸線理論；（2）趨膚深度；（3）電流密度；（4）輸入功率和互調(diào)產(chǎn)物的關(guān)系；（5）互調(diào)的矢量疊加原理；（6）接觸的非線性；（7）材料的非線性；（8）零件的表面特性；（9）溫度；（10）時(shí)間和頻次；（11）應(yīng)力和變形；（12）外來的 PIM 干擾；（13）電導(dǎo)通和非電導(dǎo)通。焊接對(duì)基站天線的互調(diào)影響巨大，需要較大的研究深度和廣度，故不在本文展開論述。

7、3.1 傳輸線理論如圖 1 所示，基站天線中射頻電能的傳輸一定是在傳輸線中進(jìn)行的，在不同的傳輸線中，電流經(jīng)過的表面不一樣，路徑的截面積不一樣，傳輸線理論是后續(xù)探討趨膚深度、電流密度、輸入功率和互調(diào)產(chǎn)物關(guān)系的基礎(chǔ)，要使互調(diào)設(shè)計(jì)好、材料選對(duì)、生產(chǎn)工藝控制點(diǎn)清晰，一定要充分理解傳輸線理論。傳輸線的連續(xù)性是影響互調(diào)的關(guān)鍵點(diǎn)。傳輸線的主要結(jié)構(gòu)形式如圖 1 所示：（a）同軸線 （b）帶狀線 （c）微帶線圖 1 傳輸線的主要結(jié)構(gòu)形式基站天線不同傳輸線之間的連接通常通過焊接完成，焊接端子、焊盤設(shè)計(jì)要符合傳輸線連續(xù)性要求。3.2 趨膚深度https:/當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，

8、電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)線內(nèi)部實(shí)際上電流較小，這一現(xiàn)象被稱為趨膚效應(yīng)。高頻通路的互調(diào)，對(duì)鍍層的表面質(zhì)量敏感。鍍層的表面質(zhì)量主要由機(jī)加件或壓鑄件的表面粗糙度決定，同時(shí)受到電鍍工藝的影響。低頻通路的互調(diào)，對(duì)鍍層的厚度敏感。在電鍍中采用輔助陽極，可顯著改善鍍層的厚度公差，可節(jié)約成本，同時(shí)又使最小鍍層厚度達(dá)標(biāo)。3.3 電流密度導(dǎo)線中不同點(diǎn)上與電流方向垂直的單位面積上流過的電流不同，為了描述每點(diǎn)的電流情況，有必要引入一個(gè)矢量場(chǎng) 電流密度，電流密度是描述電路中某點(diǎn)電流強(qiáng)弱和流動(dòng)方向的物理量，它是矢量，其大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過某一單位面

9、積的電量，方向向量為單位面積相應(yīng)截面的法向量，指向由正電荷通過此截面的指向確定。在高頻頻域，由于趨膚效應(yīng)，傳導(dǎo)區(qū)域會(huì)更加局限于表面附近，因而促使電流密度增高，電流密度過高會(huì)產(chǎn)生不理想后果。圖 2 是某高頻振子表面的電流密度：（7）對(duì)于關(guān)鍵部件，如端口跳線、移相器組件，要制定合理的部件級(jí)互調(diào)測(cè)試策略。避免將有重大互調(diào)質(zhì)量隱患的部件裝配到天線上，造成整機(jī)互調(diào)返修困難。如可進(jìn)行跳線的互調(diào)預(yù)測(cè)試、移相器組件的互調(diào)預(yù)測(cè)試。5 結(jié)束語文章首先介紹了基站天線的結(jié)構(gòu)組成，在此基礎(chǔ)上提出并逐項(xiàng)剖析了基站天線互調(diào)分析的 13 個(gè)維度，并強(qiáng)調(diào)基站天線的互調(diào)需要定性和定量來分析?；咎炀€三階互調(diào)控制水平是衡量一個(gè)天線

10、廠家電氣、結(jié)構(gòu)、工藝、來料和制造水平等綜合實(shí)力的重要指標(biāo)，本文的分析研究對(duì)基站天線互調(diào)研究的進(jìn)一步發(fā)展有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。參考文獻(xiàn)：1 張世全，葛德彪. 通信系統(tǒng)無源非線性引起的互調(diào)干擾J. 陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2004（1）： 58-62.2 李明德. 無源交調(diào)干擾（PIMI）的產(chǎn)生與預(yù)防 射頻連接器低 PIM 設(shè)計(jì)J. 機(jī)電元件， 2005（2）： 3-18.3 丁亞玲，徐云東，張玉山. 衛(wèi)星無源互調(diào)抑制及測(cè)量方法研究J. 上海航天， 2015（2）： 54-58.4 范頌東. 基站天線無源互調(diào)干擾的分析與預(yù)防J. 機(jī)電信息， 2014https:/（9）： 146-148.5 葉強(qiáng)，周浩淼，鄒新民，等. 基于計(jì)算機(jī)一體化無源互調(diào)測(cè)試系統(tǒng)的研究J. 儀器儀表學(xué)報(bào)， 2009（7）： 1540-1545.6 唐志輝，李洪超，王蘇明. 非線性媒質(zhì)無源交調(diào)電平預(yù)測(cè)J. 中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)， 2010（3）： 43-50.7 杜援，邱陽，戚文敏，等. 淺談移動(dòng)通信系統(tǒng)中互調(diào)干擾的產(chǎn)生和排查J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2014（3）： 40.8 張世全，葛德彪，魏兵. 微波頻段金屬接觸非線性引起的無源互調(diào)功率電平的分析和預(yù)測(cè)J. 微波學(xué)報(bào)， 2002（4）： 26-