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1、天饋系統(tǒng)不匹配對移動通信的影響及解決方法C 2004年10月20日 14:02 通信世界網(wǎng) 中國聯(lián)通邢臺分公司趙英立 潘世雪 夏 林 天饋系統(tǒng)是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分,其性能優(yōu)劣對整體移動通信質(zhì)量的影響至關(guān)重要。根據(jù)移動網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,造成移動通信質(zhì)量指標(biāo)下降的主要原因來自天饋系統(tǒng)(約占一半以上),而在天饋系統(tǒng)中最為重要的指標(biāo)就是匹配。因此,我們在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和日常維護(hù)中,必須高度重視對天饋系統(tǒng)性能的檢查,減小天饋系統(tǒng)器件間不匹配對系統(tǒng)的影響,最大限度發(fā)揮天饋系統(tǒng)的性能。 一、基站天饋系統(tǒng)組成及匹配
2、原理 基站天饋系統(tǒng)分為天線和饋線系統(tǒng)。天線本身性能直接影響整個天饋系統(tǒng)性能并起著決定性作用;饋線系統(tǒng)在安裝時匹配好壞,直接影響天線性能的發(fā)揮。 1.基站天饋系統(tǒng)的組成圖1是基站天饋系統(tǒng)示意圖,其組成主要包括以下幾部分: (1)天線,用于接收和發(fā)送無線信號,常見的有單極化天線、雙極化天線和全向天線; (2)室外跳線,用于天線與7/8主饋線之間的連接,常用的跳線采用1/2饋線,長度一般為3m; (3)主饋線,目前用于移動
3、基站的饋線主要有7/8饋線、5/4饋線、15/8饋線; (4)接頭密封件,用于室外跳線兩端接頭(與天線和主饋線相接)的密封,常用的材料有絕緣防水膠帶(3M2228)和PVC絕緣膠帶(3M33+); (5)室內(nèi)超柔跳線,用于主饋線(經(jīng)避雷器)與基站主設(shè)備之間的連接,常用的跳線采用1/2超柔饋線,長度一般為23m; (6)其他配件,主要有接地裝置(7/8饋線接地件)、7/8饋線卡子、走線架、饋線過窗器、防雷保護(hù)器(避雷器)、各種尼龍?jiān)鷰У取?#160; 2.匹配原理&
4、#160; 所謂匹配就是饋線終端所接負(fù)載阻抗等于饋線特性阻抗。匹配原理是在傳輸系統(tǒng)中的阻抗不連續(xù)處引入匹配設(shè)備,在原來的不連續(xù)的基礎(chǔ)上而引入另一種不連續(xù)性,使它產(chǎn)生的反射波,正好與原來的反射波干涉抵消,從而達(dá)到阻抗匹配。當(dāng)使用的終端負(fù)載是天線時,如果天線振子較粗,輸入阻抗隨頻率的變化就較小,容易和饋線保持匹配,這時振子的工作頻率范圍就較寬。反之,則較窄。 在實(shí)際工作中,天線的輸入阻抗還會受周圍物體存在和雜散電容的影響。為了使饋線與天線嚴(yán)格匹配,在架設(shè)天線時還需要通過測量,適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的結(jié)構(gòu),或加裝匹配裝置。 &
5、#160; 天饋系統(tǒng)匹配性能好壞一般用反射系數(shù)或駐波比的大小來衡量,通常采用駐波比。終端負(fù)載阻抗和特性阻抗越接近,反射系數(shù)越小,駐波比越接近于,匹配也就越好。 二、天饋系統(tǒng)不匹配對移動通信系統(tǒng)的影響 在移動通信系統(tǒng)中,天饋系統(tǒng)對系統(tǒng)的影響最為敏感和直接,而天饋系統(tǒng)匹配好壞對移動通信質(zhì)量的影響尤其顯著,概括起來主要有以下幾個方面。 1.不匹配對發(fā)射功率的影響 當(dāng)饋線和天線匹配時,高頻能量全部被負(fù)載吸收,饋線上只有入射波,沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?,?/p>
6、線上各處的電壓幅度相等,饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時,也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時,負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l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來形成反射波。其結(jié)果是降低了發(fā)射機(jī)的有效功率,縮小了單基站的有效覆蓋面積。 2.不匹配對通信質(zhì)量的影響 天饋線系統(tǒng)不匹配會對基站覆蓋、手機(jī)語音質(zhì)量、無線數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生一定影響,一般手機(jī)會出現(xiàn)接收電平低、回聲、上網(wǎng)速度慢等現(xiàn)象。 3.不匹配對基站設(shè)
7、備的影響 天饋線系統(tǒng)不匹配對基站功放器件壽命影響比較大,饋線的回波電壓過大加快基站功放器件老化,天饋線系統(tǒng)嚴(yán)重不匹配時會使功放器件燒毀。 三、影響天饋線系統(tǒng)匹配的主要因素及解決方法 1.影響天饋線系統(tǒng)匹配的主要因素 我們知道天饋系統(tǒng)的匹配是由各個部件的矢量疊加和饋線衰減的有機(jī)結(jié)合,既有天饋器件自身的影響,也有器件安裝組合工藝的影響。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),影響天饋線系統(tǒng)匹配因素主要有以下方面。 (1)天線駐波。天線駐波是
8、出廠必須檢測的一項(xiàng)天線電氣性能指標(biāo),天線駐波高低直接影響天饋系統(tǒng)整體性能,以前天線出廠駐波比要求小于1.5,現(xiàn)在隨著天線廠家技術(shù)水平不斷提高,加上通信運(yùn)營商對天線指標(biāo)要求越來越高,天線出廠駐波比一般小于1.3。 (2)饋線駐波。饋線質(zhì)量好壞對駐波影響較大,一般7/8饋線損耗要求小于0.4dB/10m,駐波比小于1.1。 (3)跳線駐波。跳線駐波比小于1.1。1/2跳線的單次彎曲半徑應(yīng)20cm;多次彎曲半徑應(yīng)30cm;跳線與饋線的接頭處應(yīng)固定牢靠,防止晃動;跳線與天線、饋線的接頭應(yīng)連接可靠,密封良好;跳線應(yīng)用扎帶綁扎牢固,松
9、緊適宜,嚴(yán)禁打硬折、死彎,以免損傷跳線。 (4)避雷器駐波。避雷器的VSWR應(yīng)小于1.1的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)避雷器安裝時,避雷器要與跳線、饋線接口、阻抗匹配。避雷器安裝的方向不能弄反,如果機(jī)房有避雷器安裝架時,必須要把避雷器固定在安裝架上。 (5)7/8饋線頭的制作,各部件的連接問題。饋線頭的制作非常關(guān)鍵,饋線頭安裝應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范來制作,制作饋線接頭時,饋線的內(nèi)芯不得留有任何遺留物。接頭必須緊固無松動、無劃傷、無露銅、無變型。一般在檢查天饋系統(tǒng)時饋線頭安裝存在問題最多,嚴(yán)重影響天饋系統(tǒng)質(zhì)量。
10、 (6)7/8饋線的長度及布放工藝。饋線的允許余量為3,不宜過長,減小饋線帶來的功率損耗。饋線的單次彎曲半徑應(yīng)30cm,饋線多次彎曲半徑45cm;饋線在布放、拐彎時,彎曲度應(yīng)圓滑、無硬彎。并避免接觸到尖銳物體,防止劃傷進(jìn)水,造成故障;室外必須用黑扎帶,室內(nèi)必須用白扎帶,綁扎時應(yīng)整齊美觀、工藝良好。 (7)測試時所用的儀表精度或誤差、測試方法、測試環(huán)境等。在現(xiàn)場測試天饋系統(tǒng)時一般選用SiteMaster儀器,測試時必須進(jìn)行測試前儀表校準(zhǔn),避免產(chǎn)生測試誤差。為了保證儀表測試準(zhǔn)確,應(yīng)定期將儀表送到國家相關(guān)部門檢測。 2.解決天
11、饋系統(tǒng)不匹配的方法 (1)把好天饋系統(tǒng)各器件質(zhì)量關(guān)。天線、饋線、各種接頭、避雷器和跳線等部件質(zhì)量存在問題,比如說避雷器以上部分VSWR也為1.24,避雷器的VSWR1.1,那么天饋系統(tǒng)的駐波為1.36(不考慮之間的插入損耗),如果選用的避雷器VSWR為1.05,則整個天饋系統(tǒng)的駐波就下降為1.3。 (2)嚴(yán)格控制安裝工藝。做好各種接頭;控制好連接接頭的力量;饋線不打死彎、長度適中等在做饋線接頭時,控制好連接接頭的扭矩(一般扭矩為2530N.m),最好選用扭矩扳手。如果扭矩過大,會造成接頭損傷,致使接頭嚴(yán)重不匹配;如果扭矩過
12、小,接頭松動,會產(chǎn)生三階交調(diào)干擾,影響通信質(zhì)量。 (3)檢測天饋系統(tǒng)各器件組合匹配。一般在選用天饋線系統(tǒng)器件時,應(yīng)做好安裝前測試工作,首先進(jìn)行各器件質(zhì)量檢測看其是否滿足要求,其次進(jìn)行各器件組合測試,看其匹配情況是否滿足要求。 (4)加強(qiáng)對天饋系統(tǒng)的維護(hù)。做好基站天饋系統(tǒng)日常維護(hù)工作對提高系統(tǒng)匹配至關(guān)重要。天饋線系統(tǒng)在運(yùn)行時受到外力和天氣影響,天饋線某部件質(zhì)量有可能變壞,增大整個系統(tǒng)不匹配程度。為了提高天饋系統(tǒng)質(zhì)量,我們應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)工作,尤其加強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)雨后的檢測。 3.現(xiàn)場檢測天饋線系統(tǒng)方
13、法 通常在進(jìn)行基站天饋線系統(tǒng)安裝和維護(hù)時,一般都以駐波比檢測來衡量天饋線系統(tǒng)匹配的好壞,必要時也須輔以測量基站設(shè)備的機(jī)頂功率及天線端口的功率來判定??紤]到現(xiàn)場檢測的便捷性,主要應(yīng)采用SiteMasterS311B手持駐波比/回?fù)p故障定位測試儀,在沒有該設(shè)備的情況下,才考慮使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。 以SiteMaster為例,這時主要應(yīng)用它的兩種測量模式:頻域和距離域測量。 頻域測量包括駐波比(VSWR)、回波損耗(RL)和饋線損耗(CL)測量。駐波比(VSWR)、回波損耗(RL)是對天饋線好
14、壞的量的描述,而饋線損耗(CL)是表示傳輸線在某頻點(diǎn)的插入損耗。距離域測量通常稱為(DTF)故障定位。它可以有回波損耗(RL)和駐波比(VSWR)兩種表示形式。兩者都可用來找出故障點(diǎn)。但饋線損耗(CL)不會出現(xiàn)在距離域。 通常在基站現(xiàn)場,對天饋線系統(tǒng)一般有以下幾種測試: (1)對新架設(shè)的基站,一般情況下,僅對天線+饋線的綜合駐波比進(jìn)行測量,這時無論是采用SiteMaster或采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都是比較簡單的; (2)已經(jīng)運(yùn)行了一段時間的基站或開通后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作異常的基站,需要對天饋線系統(tǒng)
15、可能存在的故障進(jìn)行診斷,此時不僅要測量天線+饋線的綜合駐波比,而且需要對天饋線系統(tǒng)進(jìn)行可能的故障診斷。這時就需要啟動SiteMaster的距離域或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量; 必須指出的是,在使用SiteMaster時,一定要知道,饋線損耗(CL)的測量不能在距離域進(jìn)行。而必須在頻域測量模式下進(jìn)行。否則就會產(chǎn)生錯誤。 4.測試案例 下面以一個基站天饋系統(tǒng)的檢測為例。 圖3是天線輸出端口的駐波比。通過檢測天線本身駐波比的電氣性能指標(biāo),看其測試結(jié)果是否滿足要求。(注意:在SiteMaster校準(zhǔn)時,將7/8轉(zhuǎn)接頭校準(zhǔn)進(jìn)去)圖3天線輸出端口的駐波比 圖4是饋線輸入端口的駐波比。通過該項(xiàng)測試,可以檢測到天饋線系統(tǒng)駐波比,結(jié)合天線本身駐波比和饋線長度,看其天饋線系統(tǒng)駐波比測試值是否符合要求。 圖4饋線輸入端口的駐波比 圖5是在距離域下對饋線故障的診斷。該項(xiàng)測試可以診斷出天饋線系統(tǒng)不匹配位置,幫助現(xiàn)場工程師
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