天線基本知識(shí)及天線選型 16

1、天線基本知識(shí)及天線選型掌握半波振子、工作頻段、回波損耗、輸入阻抗等天線的電氣性能參數(shù)。了解天線尺寸、天線抱桿、工作和存儲(chǔ)環(huán)境等天線的機(jī)械性能參數(shù)。掌握根據(jù)不同的地理環(huán)境和實(shí)際需要情況選擇合適的電性能和機(jī)械性能參數(shù)的天線。學(xué)習(xí)目標(biāo)2簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容3簡(jiǎn)介無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化中，天線的選擇非常重要。合理的天線不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和容量，還可以大大縮短網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的時(shí)間，節(jié)省人力物力。 本課程用于指導(dǎo)選用合適天線；也可用在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段，作為優(yōu)化的一種手段，判斷是否需要更換天線。 4簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參

2、數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容5基站天饋結(jié)構(gòu)8 防雷保護(hù)器主饋線（7/8“）5 饋線卡6 走線架4 接地裝置3 接頭密封件絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶1 天線調(diào)節(jié)支架GSM/CDMA板狀天線抱桿（50114mm）2 室外饋線9 室內(nèi)超柔饋線7 饋線過(guò)線窗基站主設(shè)備6基站天饋結(jié)構(gòu)7簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容8天線電性能參數(shù)半波振子工作頻段輸入阻抗電壓駐波比極化方式增益方向圖波束寬度下傾角前后比波瓣抑制和零點(diǎn)填充三階互調(diào)天線口隔離9Wavelength1/2 Waveleng

3、th1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipole 1900MHz ：166mm 800MHz ：333mm 對(duì)稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱振子組成天線陣。 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子。天線基礎(chǔ)半波振子(Dipoles)101個(gè) dipole 接收功率：1mW多個(gè) dipole組陣接收功率：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd半波振子 (Dipoles

4、)11工作頻段(Frequency Range)天線的工作頻段必須與所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的頻段相對(duì)應(yīng)，從降低帶外干擾信號(hào)的角度考慮，所選天線的帶寬剛好滿足頻帶要求即可。工作帶寬（ BANDWIDTH ）= 896 - 824 = 72MHzOptimum 1/2 wavelengthfor dipole at 860MHzat 896MHzAntenna Dipoleat 824MHz示例：CDMA 800MHz 系統(tǒng)天線的工作帶寬12CDMA系統(tǒng)天線的工作帶寬GSM 900 : 890-960MHzGSM 1800 : 1710-1880MHzGSM 雙頻 : 890-960MHz & 1710-18

5、80MHzCDMA常用的頻段有450M800M1900M CDMA 450 : 450-468MHzGOTA 800M ：806-866MHzCDMA 800 : 824-896MHzCDMA 1900 : 1850-1990MHz13IMT2000:FDD頻段:19201980MHz/21102170MHz FDD補(bǔ)充頻段:17551785MHz/18501880MHz 占用60MHz+30MHz（對(duì)稱頻段）TDD頻段:18801920MHz、20102025MHz TDD補(bǔ)充頻段:23002400MHz 占用40MHz+15MHz+100MHz（非對(duì)稱頻段）3G常用工作頻段14輸入阻抗(I

6、mpedance)50Cable 50 ohmsAntenna 50 ohms15輸入阻抗(Impedance)匹配的優(yōu)劣一般用四個(gè)參數(shù)來(lái)衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個(gè)參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個(gè)純出于習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動(dòng)通信天線的輸入阻抗50。天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒(méi)有功率反射，饋線上沒(méi)有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。

7、169.5 W80 ohms50 ohmsForwarda: 10WBackward: 0.5W回波損耗Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB駐波比VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)回波損耗(Return Loss)17電壓駐波比VSWR:微波傳輸線的阻抗必須與天線的輸入阻抗匹配否則就會(huì)有反射波產(chǎn)生，流向信號(hào)源由反射波和入射波合成而產(chǎn)生的稱為駐波 駐波信號(hào)振幅的最大值與最小值之比稱為電壓駐波比VSWR 它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無(wú)窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無(wú)窮大表示全反射，完全失配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求駐

8、波比小于1.5，但實(shí)際應(yīng)用中VSWR應(yīng)小于1.3。過(guò)大的駐波比會(huì)減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能。回波損耗： 它是反射系數(shù)絕對(duì)值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB 到無(wú)窮大之間，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無(wú)窮大表示完全匹配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。電壓駐波比(VSWR)18Ant VSWR = 1.5:1Return Loss = 20 Log VSWR +1 = 14dB VSWR-1+40 dBm(10 watts)+26 dBm0dBiEIRP = +39.8 dBm(400mW)電壓駐波比(V

9、SWR)19天線分集方式空間分集空間分集：當(dāng)兩個(gè)接收天線間隔一定距離，就可接收到具有不同衰落包絡(luò)的同一個(gè)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)小于0.7 ，就可滿足分集接收要求?？臻g分集對(duì)天線安裝提出了要求：D10 h/D11h是天線高度，D是天線間隔。空間分集天線僅采用在水平方向有間隔。極化分集極化分集：每個(gè)載頻的每個(gè)扇區(qū)使用一個(gè)45雙極化天線就可以完成分集接收。兩個(gè)相互垂直的45極化是正交極化，有較好的分集接收能力。20極化方式(Polarization)VerticalHorizontal+ 45degree slant- 45degree slant21V/H (Vertical/Horizont

10、al)Slant (+/- 45)極化方式(Polarization)22極化方式(Polarization)單極化天線多采用垂直線極化雙極化天線多采用45雙線極化23天線極化方式的選取原則在城區(qū)，基站數(shù)目較多，每個(gè)基站的覆蓋半徑較小，考慮到安裝方便，加上城區(qū)基站調(diào)整可能性比較大，為了保證分集效果，建議采用雙極化天線。在郊區(qū)和農(nóng)村，基站數(shù)目較少，每個(gè)基站覆蓋半徑較大，采用空間分集對(duì)接收效果略有改善，可以采用空間分集的單極化天線。通常情況下，如果沒(méi)有特殊要求，建議全部選用雙極化天線，對(duì)施工和后續(xù)的調(diào)整都比較有利。24增益 注意：天線只是無(wú)源傳輸器件，不能放大能量！增益是指：在輸入功率相等的條件下

11、，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。25半波振子理想點(diǎn)源（無(wú)耗均勻輻射器）0dBd = 2.15dBi2.15dB常用單位：dBd 和 dBi dBi： 表示天線在最大輻射方向場(chǎng)強(qiáng)相 對(duì)于全向輻射器的參考值。dBd: 表示天線在最大輻射方向場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于半波振子的參考值兩者有一個(gè)固定的差值：dBi=dBd+2.15增益 26天線增益實(shí)例BaseStationTransmitter(20 watts)Convert to dBm10Log(20) + 3

12、0 = +43 dBmjumperHeliaxCablejumper-0.5dB-0.5dB-3dBAntenna Gain= + 18 dBiAnt InputPower = + 39dBmEiRP = +39 + 18 = +57 dBm EIRP（有效輻射功率） 實(shí)例27天線增益目前基站天線的增益范圍從0dBi 到20dBi 以上均有應(yīng)用。室外基站采用全向天線時(shí)增益多為9-12dBi，采用定向天線時(shí)增益多為15-20dBi。水平波束相對(duì)較窄的天線多用于地廣人稀的道路的覆蓋，增益一般為20dBi。室內(nèi)覆蓋的天線,增益一般為0-8 dBi。28方向圖（Pattern）發(fā)射天線的基本功能之一是

13、把從饋線取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 但實(shí)際中的天線輻射圖都比較復(fù)雜，稱之為天線方向圖。29120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB Beamwidth60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB Beamwidth波束寬度（Beamwidth）方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)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

14、，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 還有一種波瓣寬度，即 10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角。30水平波瓣3dB寬度定向天線：65/90/105/120 全向天線：36031垂直波瓣3dB寬度定向天線全向天線32水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度（續(xù)）在天線的水平面（垂直面）方向圖上，相對(duì)于主瓣最大點(diǎn)功率增益下降3dB的兩點(diǎn)之間所張的角度，定義為天線的水平（垂直）波瓣寬度（3dB寬度，可以有其它的定義方式）。天線輻射的大部分能量都集中在波瓣寬度內(nèi)，波瓣寬度的大小反映了天線的輻射集中程度。全向天線的水平波瓣寬度為360，定向天線的水平波

15、瓣寬度有20、30、65、90、105、120、180等，常用65、90；天線的垂直波瓣寬度一般在380之間，基站采用較多的是518的天線。天線的增益和水平及垂直波瓣寬度密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，天線的波瓣寬度越小，其增益越大，在確定這三個(gè)參數(shù)時(shí)，需一起考慮。33水平和垂直波瓣寬度的選取原則水平波瓣寬度對(duì)基站數(shù)目較多、覆蓋半徑較小、話務(wù)分布較大的區(qū)域，水平波瓣寬度應(yīng)選得小一點(diǎn)。對(duì)覆蓋半徑較大，話務(wù)分布較少的區(qū)域，水平波瓣寬度應(yīng)選得大一些。垂直波瓣寬度對(duì)地形平坦，建筑物稀疏，平均高度較低的區(qū)域，垂直波瓣寬度可選得小一點(diǎn)。對(duì)地形復(fù)雜、落差大的區(qū)域，垂直波瓣寬度可選得大一些。對(duì)不同傳播環(huán)境、不同地形地貌，

16、天線的水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度一般可遵循下面的原則選取：34水平和垂直波瓣寬度的選擇建議1城區(qū)S111基站：一般選用水平波瓣寬度為65，垂直波瓣寬度為710的天線，天線增益在1518dBi之間S110或定向單扇區(qū)基站：可以選用水平波瓣寬度為65、90甚至更寬的天線，根據(jù)覆蓋需求選用；垂直波瓣及增益選擇同S111站型全向基站：選用增益較小、帶電子下傾的天線35水平和垂直波瓣寬度的選擇建議2郊區(qū)和農(nóng)村定向基站：選用水平波瓣寬度為90，垂直波瓣寬度為57的天線，天線的增益在1518dBi之間。全向基站：選用垂直波瓣寬度為57，增益在912dBi之間的天線。36水平和垂直波瓣寬度的選擇建議3水面（大

17、的湖泊、海面等）、戈壁灘、沙漠定向基站：如果要求覆蓋的區(qū)域比較開(kāi)闊，考慮選用水平波瓣寬度為90或105，垂直波瓣寬度為57的天線，天線增益在1418dBi之間；如果要求覆蓋距離比較遠(yuǎn)但寬度不太大（如狹長(zhǎng)湖面，地形影響等），可考慮采用65等窄波束天線。全向基站：選用垂直波瓣寬度為57，增益在912dBi之間的天線。37水平和垂直波瓣寬度的選擇建議4公路、鐵路等狹長(zhǎng)地帶：取決于需覆蓋區(qū)域的距離和形狀如果路線較直，可以選用水平波瓣寬度為2030，垂直波瓣寬度為57的高增益天線。如果路線彎曲幅度較大，根據(jù)具體情況可選用水平波瓣寬度為65、90甚至更大,垂直波瓣寬度為57的天線。38水平和垂直波瓣寬度的

18、選擇建議5地形復(fù)雜、落差較大的區(qū)域，分為兩種情況天線架高高于覆蓋區(qū)：可根據(jù)具體情況選垂直波瓣寬度為1018的天線。大片需要覆蓋的區(qū)域高于天線的架設(shè)高度：根據(jù)具體情況選1830大垂直波瓣寬度的天線。39水平和垂直波瓣寬度的選擇建議6低頻系統(tǒng)，天線尺寸比較大天線水平波瓣寬度的選取可遵循前面的原則，垂直波瓣寬度可以在前面建議的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬。如果按照前面規(guī)范需要選用垂直波瓣比較小的天線，而實(shí)際只能提供垂直波瓣比較大的天線，在基站密集的城區(qū)，應(yīng)選用帶電下傾的天線。40下傾角（Down Tilt）機(jī)械下傾固定電子下傾可調(diào)電子下傾41天線下傾方式天線下傾方式分為機(jī)械下傾和電下傾，而電下傾方式又可分為固定電

19、下傾和可調(diào)電下傾。機(jī)械下傾天線只在架設(shè)時(shí)傾斜天線，價(jià)格較便宜，多用于下傾角度小于10的環(huán)境。電下傾天線價(jià)格較貴，其下傾角度范圍較大（可大于10），下傾角度較大時(shí)天線方向圖無(wú)明顯畸變，天線后瓣也將同時(shí)下傾。對(duì)于要求下傾角比較大的情況，多采用小角度的固定電下傾天線加上機(jī)械下傾方案。42不下傾電調(diào)下傾機(jī)械下傾下傾角（Down Tilt）43下傾角（Down Tilt）44天線下傾方式選取需覆蓋范圍特別小的城區(qū)站點(diǎn)，所需下傾角很大，采用電下傾天線減少對(duì)相鄰小區(qū)的干擾。城區(qū)較高站點(diǎn)，為減少對(duì)相鄰小區(qū)的干擾，選擇上旁瓣抑制和第一下零點(diǎn)填充較好，且?guī)Т蠼嵌入娤聝A或可調(diào)電下傾天線。相對(duì)周?chē)容^高的站點(diǎn)（如山頂

20、站點(diǎn)、江邊站點(diǎn)等），為控制覆蓋范圍，可以選用電下傾天線。很高的全向站，應(yīng)根據(jù)不同情況選擇帶電下傾的天線。以下幾種環(huán)境可以采用電下傾天線：45前后比（Front to Back Ratio）主瓣最大值與后瓣最大值之比F/B = 10 log(前向功率/后向功率） typically ： 25dB 后向功率前向功率46上旁瓣抑制與零點(diǎn)填充47上副瓣抑制 (dB)旁瓣（Sidelobes）48零點(diǎn)填充49上旁瓣抑制和零點(diǎn)填充天線主瓣上面的旁瓣不僅浪費(fèi)了天線輻射的能量，而且會(huì)對(duì)相鄰小區(qū)形成干擾，這些旁瓣應(yīng)該盡量抑制，尤其是較大的第一副瓣。天線主瓣下面的旁瓣需要對(duì)周?chē)鷧^(qū)域形成有效覆蓋，需要對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行填充

21、。主瓣上面的第一旁瓣電平應(yīng)小于18dB主瓣下面的第一零點(diǎn)電平應(yīng)大于20dB第一上旁瓣第一下零點(diǎn)50功率容量（Permitted Power）一般天線功率容量范圍 25-1500W基站天線功率容量 應(yīng)大于200W51三階互調(diào)IMD243dBmf1, f2, 2f1-f2, 2f2-f1 830MHz,835MHz,840MHz,845MHz天線的三階互調(diào)應(yīng)該低于-150dBC243dBm521000mW ( 1W)1mW10log(1000mW/1mW) = 30dB天線口隔離（Isolation）理想的極化完全隔離是沒(méi)有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線

22、中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為1W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為 1mW，則隔離度為30dB。53簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容54機(jī)械參數(shù)天線尺寸天線罩材料工作與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)天線抱桿防雷55尺寸（Dimensions）長(zhǎng)：與垂直波瓣、增益有關(guān)寬：與水平波瓣有關(guān)厚：與所采用的天線技術(shù)有關(guān)重量（Weight）影響運(yùn)輸、施工機(jī)械參數(shù)56天線罩材料 PVC, ABS, fiberglass等 防曬、防凍，防鹽霧，阻燃，抗老化等工作與存儲(chǔ)Storage Temperature Ran

23、ge ：Operating Temperature Range：典型值：-40C - +70C 典型值：-40C - +70C機(jī)械參數(shù)57機(jī)械參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)迎風(fēng)面積天線抗風(fēng)例: 216km/h越小越好接頭型式7/16”DIN，N，SMA female58結(jié)構(gòu)參數(shù)接頭座型式7/16”DINN型SMADIN接頭優(yōu)點(diǎn):改善互調(diào)產(chǎn)物,可比N型插頭多承受4倍的功率,一致且最優(yōu)的電壓駐波比性能。59機(jī)械參數(shù)天線抱桿60機(jī)械參數(shù)防雷DC Ground61常見(jiàn)天線供應(yīng)商KATHREINDECIBELANDREW維先通山水盛路摩比天線62簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的

24、天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容63室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選用主要基于以下原則： 既要滿足所要求的室內(nèi)覆蓋效果，又要盡量減少對(duì)室外的覆蓋，避免造成干擾。天線要求美觀，形狀、顏色、尺寸和室內(nèi)的環(huán)境要和諧。室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選用原則64室內(nèi)分布系統(tǒng)天線吸頂天線吸頂天線是一種全向天線，主要安裝在房間、大廳、走廊等場(chǎng)所的天花板上，其增益一般都在25dBi之間，水平波瓣寬度為360，垂直波瓣寬度65左右。吸頂天線增益小，外形美觀，安裝在天花板上，室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布比較均勻，在室內(nèi)天線選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用。吸頂天線應(yīng)盡量安裝在室內(nèi)正中間的天花板上，避免安裝在窗戶、大門(mén)等信號(hào)比較容易泄漏到室外的開(kāi)口旁邊。65室內(nèi)分布系統(tǒng)天線

25、壁掛式天線壁掛板狀天線是一種定向天線，主要安裝在房間、大廳、走廊等場(chǎng)所的墻壁上壁掛天線的增益一般在610dBi之間，水平波瓣寬度有65、45等多種，垂直波瓣寬度在70左右。多用在一些比較狹長(zhǎng)的室內(nèi)空間，天線安裝時(shí)前方較近區(qū)域不能有物體遮擋，且不要正對(duì)窗戶、大門(mén)等信號(hào)比較容易泄漏到室外的開(kāi)口。66室內(nèi)分布系統(tǒng)天線八木天線八木天線一種增益較高的定向天線，增益一般在914dBi之間。主要用于解決電梯的覆蓋。67室內(nèi)分布系統(tǒng)天線泄漏電纜泄漏電纜也可以看成是一種天線，通過(guò)在電纜外導(dǎo)體上的一系列開(kāi)口把信號(hào)沿電纜縱向均勻地發(fā)射和接收，適用于隧道、地鐵等環(huán)境。68室內(nèi)分布系統(tǒng)天線其它天線其它的一些室內(nèi)天線包括小增益的螺旋、桿狀天線等，增益一般都在2、3dBi左右；這些天線由于安裝后外觀不是很好看，用的較少。69基站天線發(fā)展趨式寬頻帶多功能高集成度智能天線70簡(jiǎn)介基站天饋結(jié)構(gòu)天線電性能參數(shù)介紹及選型天線機(jī)械參數(shù)介紹及選型室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線選型美化天線介紹課程內(nèi)容71美化天線介紹-概述為了提供更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，運(yùn)營(yíng)商提出