教学课件第四节-基站天线基本知识.ppt

基站天线基本知识及网络应用,内 容 提 要,一、天馈系统及基站天线组成 二、天线的性能指标 三、天线性能指标的测试 四、电调天线的应用 五、基站天线的选型 六、基站天线的安装规范 七、天馈系统常见问题与故障判断,天馈系统及基站天线组成,1/2”射频电缆（跳线），跳线长度一般35米，一般两端DIN公头,7/8”射频电缆（主馈线），一般两端DIN母头,基站天线馈缆系统,天馈系统及基站天线组成,1/2”跳线和主馈线的转接,来自室外天线的7/8主馈缆,进入机柜的1/2跳线,避雷器,进入机柜前转接1/2跳线,天馈系统及基站天线组成,RF电缆（1/2）,50欧姆皱纹铜管同轴电缆,天馈系统及基站天线组成,天馈系统及基站天线组成,RF电缆（1/2）电气性能指标,RF电缆（1/2）电气性能指标,天馈系统及基站天线组成,基站天线的组成,下端盖,外罩,上端盖,安装夹具（上夹具）,安装夹具（下夹具）,射频电缆接头,基站天线的组成,单极化天线,多频双极化天线900/1800800/900&1800/1900/3G,双极化电调天线,打开天线的外包装，我们看到天线外观结构（以典型的板状天线为例），天线有以下三个部分：,天线罩端盖接头,接头：双极化天线两个7/16 DIN型接头（母头），所有天线都是母头,端盖,外罩,基站天线的组成,7/16 DIN 型 母头,7/16 DIN型 公头,7/16 DIN型接头（公头）,N型接头（公头）,DIN与N型接头的比较,基站天线的组成电缆接头,手动电调拉杆（旋钮）（用于调整天线波束下倾角）,7/16 DIN接头（母头）上图为900/1800双频双极化电调天线，下图为800/900和1800/1900/3G五频双极化电调天线。共4个DIN射频母头和2个电调调节杆。,基站天线的组成电缆接头,UPVC材料天线外罩图,UPVC材料特点：重量轻，耐水性好，耐候性强，适合于小尺寸天线外罩；玻璃钢材料特点：强度高，长期耐候性略逊于UPVC材料，适用于大尺寸天线外罩,玻璃钢材料天线外罩图,基站天线的组成-天线外罩,玻璃钢外罩普遍采用的是手工生产方式，效率比较低。采用先进的模压方式，既提高了产能，又有良好的外观，提高了一致性。,基站天线的组成-天线外罩,基站天线的组成-天线内部结构,半波振子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。半波对称振子的增益为G2.15dBi，它是构成高增益天线的基本辐射单元。,1/4波长,基站天线的组成辐射单元,基站天线的组成辐射单元,单极化微带贴片振子,单极化对称振子,双极化对称振子,天线基本辐射单元，其作用：1、发射状态，将来自射频电缆的电信号转变成空间的电磁波信号；2、接收状态：将空间电磁波信号转变成传输线中的信号。,空气微带线方案,电缆方案,空气带状线方案,基站天线的组成功率分配网络,作用：输入端口到振子能量传输振子间幅度相位分配阻抗匹配,空气微带方案 网络幅度相位分配设计灵活；可进行振子、网络整体仿真，设计精度高；批量生产一致性好,基站天线的组成功率分配网络,电缆方案相位分配设计灵活 需要结合其他传输方式实现幅度分配无法进行整体仿真,基站天线的组成功率分配网络,空气带状线方案 无损耗电转接 无辐射泄漏 低传输损耗,同轴线,空气微带线,空气带状线,基站天线的组成功率分配网络,二、天线的性能指标,二、天线的性能指标,天线是将传输线中的电磁能量有效地转化成自由空间的电磁波能量或将空间电磁波有效地转化成传输线中的电磁能的设备。天线是无源器件，所以仅仅起到能量转化作用而不能放大信号，那么我们所说的某天线的增益是18dBi，是指什么呢？,2.1、天线增益,天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线在最大辐射方向上的场强 E 与理想各向同性天线（理想点源）均匀辐射场强 E。相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。即:单位是 dBi。i 是各向同性（isotropic）的缩写。上式没有考虑天线的各种损耗，叫方向性系数，计入损耗天线增益 即:是增益系数，是方向性系数和增益系数的乘积。（注：另一种表示增益的单位是与理想半波振子的比较值，用dBd表示，d 是振子（dipole）的缩写。由于半波振子的增益是2.15dB，所以 dBi=dBd+2.15,定义,2.1、天线增益,天线增益也可以按波束宽度来估算，工程上有如下经验公式：其中，e和h分别是天线水平面和垂直面的半功率波束宽度，单位是（）如水平面波束65，垂直面波束7 的定向天线，按上式计算增益为18dB。由此可见天线的增益越高，天线波束的就越窄，或反之波束越窄，天线增益越高。,G=10log(4/1)=6 dBd,2.1、天线增益,天线驻波比是表示天线与基站（包括电缆）匹配程度的指标。它的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后未被全部辐射出去，产生反射波，迭加而成的。,输入功率 10W,50同轴电缆,反射功率 0.5W,2.2、天线电压驻波比,由此可算出回波损耗：RL10lg(10/0.5)=13dB 功率反射系数：20.5/100.05 电压反射系数 0.2238 驻波比定义为 VSWR(1+)/(1-)1.57,2.2、天线电压驻波比,一般要求天线的驻波比小于1.5，驻波比是越小越好，但考虑到天线制造成本和批量生产的一致性在工程使用中没有必要追求过小的驻波比。如右表所示，当天线的驻波比分别是1.5和1.35时，由上面的公式可计算出功率反射系数分别是4%和2.2%，则由于反射引起的增益损失分别是0.18dB和0.1dB,2.3、天线的极化,隔离度指的是两根或多根单极化天线或者一根双极化天线两个端口的不相关性隔离度指标保证了同扇区天线分集接收的性能。,2.4、端口隔离度,对于多端口天线，端口隔离度是衡量各个端口之间互耦的重要指标，理论上要求各端口是独立的即无互耦的，工程实际中要求隔离度大于30dB,10log(1000mW/1mW)=30dB,2.4、端口隔离度,天线的方向图特性包括：水平面/垂直面3dB波束宽度 前后比 下旁瓣零点填充和上旁瓣抑制、下倾角,2.5、方向图特性,2.5、方向图特性前后比,2.5、方向图-上旁瓣抑制与下旁瓣零点填充,为了减少对临近小区的干扰必须抑制上旁瓣电平，一般要求为15dB 为了使覆盖特性更加均匀，减少盲区，下旁瓣零点必须填充，一般要求为18dB,下倾角方式：机械下倾、固定电下倾、可调电下倾、遥控电下倾,10 电子下倾,10机械下倾,2.5、方向图波束下倾角及下倾方式的比较,6 电子下倾4机械下倾,测试指标：端口驻波比 端口隔离度 仪器：矢量网络分析仪 测试环境：微波暗室,三、天线性能指标的测试,大型室外测试场 大型室内微波暗室及自动化测试系统软件,三、天线性能指标的测试,方向图测试原理图,三、天线性能指标的测试,测试指标：3dB波束宽度 前后比 上旁瓣抑制和 下零点填充 天线增益 仪器：信号源 频谱仪或矢量网络分析仪 测试环境：微波暗室,三、天线性能指标的测试,上图是实测的某天线的水平面/垂直面方向图，从图中可以读出其水平面半功率波束宽度为66.3，前后比31dB，垂直面半功率波束宽度为7.7，前后比27dB，波束下倾角4，上第一旁瓣电平-23.6dB，下第一旁瓣电平-7.6dB，零点填充-18dB。,冰冻干燥机 低温冷冻柜高低温湿热箱老化实验机淋雨实验装置盐雾试验箱振动试验台恒温箱氙灯老化试验,三、天线性能指标的测试-环境测试,四、电调天线介绍,电调天线的优势,电调天线的基本原理,驱动器(RCU),中央控制单元(CCU),便携式控制器,控制电缆,双塔放(DTMA),T型头,避雷器,天线,电调天线的各部件,兼顾手动和遥控电调 驱动器安装方便简易，可靠性高,摩比电调天线的特点,可调范围宽(010/014)在进行角度调整时，选择更多,独立电子下倾角可调（双频或多频电调天线）,具有良好的副瓣抑制特性 低上旁瓣可以减少越区干扰,800/900M 双极化,1800/1900/3G 双极化,摩比电调天线的特点,软件协议及硬件设计严格遵循AISG标准 目前，几乎所有电调天线系统都采用AISG协议，AISG是天线接口标准组织的简称，它是由KATHERIN等一些国际天线名牌厂家发起的一个天线标准行业组织，主要是起草有关电调天线硬件接口及软件协议等，以便各厂家生产的天线设备能统一监控和管理。各厂家做的产品在结构样式上各不相同，但如果都支持相同的控制协议，软件上一般都可以互联互通。兼容现有主流基站设备 提供USB与RS232接口与本地电脑通信 提供以太网、PPP接口与基站通信 本地控制与远程控制 多种灵活的远程控制解决方案,摩比电调天线的特点,无塔放远程控制解决方案,特点：1.三扇区控制信号通过串联方式连接，相对并联连接，节省合路器 2控制信号与射频信号分离，相对射频和控制信号共用的方式，多了一 根 AISG电缆，但是节省了2个T型 头，同时 射频信号与控制信号分离,可 靠性更好，不会因为控制信号或T型头问题导致基站 无法工作。,电调天线远程控制方案,特点：1.控制电缆和塔放连接，通过塔放内置T型头控制信号与射频信号合路 2射频和控制信号共用一根射频电缆，省了控制电缆，但是增加了2个T 型头,有塔放远程控制解决方案,电调天线远程控制方案,集束天线优点,安装占地面积小,低成本,低成本,安装占地面积小,安装占地面积小,电调天线的应用,人口密集的城区，为了保证容量需求，一般来讲基站的布局比较紧凑，这时首先需要考虑的是系统的干扰问题，而覆盖一般都可以保证。为了减少系统的干扰，通常采用增益比较低且水平波瓣角较小的定向天线，使其对其他基站的干扰降低到最小程度。,五、基站天线的选型,城区基站天线选型三原则 原则一：选用天线水平半功率波束宽度小的天线-覆盖问题：重叠覆盖、频率干扰。推荐选用：水平半功率波束宽度65度的天线。原则二：中等增益-天线垂直面波束宽度宽，可以增强覆盖区内的覆盖效果；天线的体积重量变小；利于安装，降低成本。建议常用增益：15dBi（800/900MHz频段），18dBi（1800/1900MHz频段）原则三：尽量选择有固定电下倾天线或者选择电调天线便于以后的网络优化。,五、基站天线的选型,人口较少的城郊地区，为了保证覆盖以及对城区的干扰，通常不同的小区采用不同的定向天线，面向城区的小区，一般采用增益较小且水平波瓣角较小的天线（当和城区距离较远时可不用这样考虑），非面向城区的小区，一般采用增益较大的天线。,五、基站天线的选型,郊区基站天线选型原则：可以根据实际情况选择水平半功率波束宽度为65度和90度的天线，当周围基站较少时，应该优先采用90度的天线；若周围基站分布较密，参考城区基站天线选型原则处理；考虑到将来的平滑扩容，一般不建议采用全向站型。,MB900-90-17D,五、基站天线的选型,五、基站天线的选型,使用高增益天线应注意的问题,例如，H=40米，天线下倾角设为6度，使用增益17dB和18dB的天线，垂直面半功率波束宽度分别为8.5度和7度，则S分别为1310米和916米。,下倾角过大导致覆盖距离不够,五、基站天线的选型,农村地区，话务量小,考虑的主要是覆盖问题，这时一般采用高增益的定向或全向天线。农村基站选型原则：覆盖要求低，话务量小地区采用全向天线；需要覆盖距离较远地区采用定向天线；采用的定向天线水平波束宽度建议采用90度，增益较高型号；若基站天线位置较高，需要覆盖的区域位置较低，考虑采用具有预置电下倾全向天线改善覆盖。,五、基站天线的选型,（1）双扇区型，两个区180划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90最大增益为1718dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。,铁路或公路沿线及乡镇覆盖,铁路或公路沿线及乡镇覆盖,五、基站天线的选型,（2）采用高增益、窄波束双极化天线，如水平面波束宽度30度，最大增益为21dBi的定向天线，最大辐射方向指向高速路的一个方向。,30-21D,1.安装上夹具,上夹具不能装反，否则无法调节下倾角,六、基站天线的安装规范,2.安装下夹具,六、基站天线的安装规范,3.调节方位角,使用军用罗盘（指北针）来定位方位角,六、基站天线的安装规范,4.调节下倾角,下倾角必须准确，在调节之前必须了解天线是否有内置下倾角,六、基站天线的安装规范,5.接头拧紧,六、基站天线的安装规范,6.缠绕自溶胶泥和防水胶带,做完防水胶带的例子,六、基站天线的安装规范,7.安装完毕,夹具安装的螺钉都要拧紧，且按照要求的力矩操作,六、基站天线的安装规范,8.手动电调天线下倾角的调节,电调天线增加了电下倾角的调节，有别于机械下倾,松开锁紧螺钉,调节拉杆，从角度窗中观察到相应的下倾角，达到合适的角度后拧紧锁紧螺钉以固定。,六、基站天线的安装规范,遥控电调和手动电调天线的接口是兼容的，按如图操作可安装遥控电调的驱动器。,拉动拉杆，至角度最大，然后旋出拉杆,将驱动器探头伸入天线卡槽内，然后将驱动器旋转90度，使得驱动器标签和角度标尺在同一面，旋紧连接螺母。并在对接处缠上防水胶带。,六、基站天线的安装规范,9.遥控电调天线驱动器的安装,安装完成（错误）,六、基站天线的安装规范,不规范安装图例,七、天馈系统常见问题及解决方案,常见问题:驻波不良 覆盖效果不好,导致问题的原因排除 是天线问题还是馈线问题？天线是否有损坏?天线方位角设置是否正确?天线下倾角设置是否正确?天线型号选择是否合适?仪器使用方法是否正确?天线测试时是否受到其他干扰?,七、天馈系统常见问题及解决方案,初步判断 个别现象?批量现象?,Site Master:频率驻波比测试 故障定位测试 频谱功能,七、天馈系统常见问题及解决方案,用户反映：某基站天线驻波超标测试仪器：Site master测试方法：从连接主馈线的跳线处测试驻波比测试结果：A端口 VSWR 1.46 B端口 VSWR 1.55 摇动跳线驻波无明显变化，更换跳线驻波无变化结论：此根天线驻波比超标，需要更换,案例分析案例 1,七、天馈系统常见问题及解决方案,用户反映：某基站天线驻波超标，摇动天线口跳线，驻波变动较大。测试仪器：Site master测试方法：从连接主馈线的跳线处测试驻波比测试结果：B2端口 VSWR 1.48，见右上图摇动跳线，观察驻波比变化：驻波变化较大并在某种状态达到合格指标，VSWR 1.35，见 右下图。,案例分析案例 2,七、天馈系统常见问题及解决方案,VSWR:1.48,VSWR:1.35,观察天线B2端口的接头，发现该接头已经损坏，偏斜。如下图：,更换跳线现象仍存在,案例分析案例 2,七、天馈系统常见问题及解决方案,结论：由于接头损坏，导致连接不稳定，驻波比超标，需更换天线,案例分析案例 3,某国外用户反映全向天线在安装后出现大面积驻波告警现象，影响极大。类似的现象在国内多处基站上发现。,驻波比测量,七、天馈系统常见问题及解决方案,故障点：安装抱杆超过了天线底端安装部位,上站观测,超出的高度,案例分析案例 3,结论：不正确安装导致驻波比超标，天线辐射性能劣化，重新安装天线。,七、天馈系统常见问题及解决方案,某用户反映天线测试驻波比偏高,案例分析案例 4,七、天馈系统常见问题及解决方案,库房内测试，不满足测试条件,在无遮挡的开阔地测试，指标合格,某用户反映在天馈巡检时发现,驻波比出现在某一、两个频点超标并不断跳动的现象,案例分析案例 5,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 5,七、天馈系统常见问题及解决方案,原因：天线在一路接发射机工作的同时测量另一路的驻波比。断开发射机，测试指标正常。,结论：测试方法不对。对于双极化天线，在测量一个端口的驻波比时，另一端口应断开。,同时工作？,案例分析案例 6,七、天馈系统常见问题及解决方案,更换前后天线增益相同，更换前使用的天线下倾角度设置为11度（5度机械下倾+6度内置电下倾）正确设置电下倾角后，现象消失，工作正常。,某用户反映更换了电调天线后，信号覆盖情况变差，有干扰现象。,正确设置电子下倾角为11度,电子下倾角为0度,机械下倾角为0度,上站观察,某基站塔高40米，使用水平面波束宽度65度，增益17DB的天线，实际路侧的结果见右图,案例分析案例 7,七、天馈系统常见问题及解决方案,想改善宿舍楼区域的信号覆盖，更换成水平面波束宽度30度，增益21DB的高增益天线，实际路侧的结果见右图,案例分析案例 7,七、天馈系统常见问题及解决方案,对天线下倾角进行调整优化后信号覆盖情况；红圈内是该学校的宿舍区，路面信号覆盖提升了510dbm；完全达到预期效果。,案例分析案例 7,七、天馈系统常见问题及解决方案,某用户反映天线很多外罩破损的情况，在该用户库房检测,发现原因是二次搬运导致的天线损坏,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 8,致命危害：天线接头撞地,接头受撞击已变形,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 9,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 10,南平茫荡山基站PN417越区覆盖,导致市区路段上发生手机接入失败,掉话.经过实地检查,该扇区使用的是17dB增益,水平面65度,垂直面波束宽度为8.5度,没有内置电子下倾角的双极化天线,天线机械下倾角9.,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 10,七、天馈系统常见问题及解决方案,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 10,南平茫荡山基站PN417天线高度为1000m,天线下倾角为9度,由公式-/2=arc tg(H/S)可以得出该天线的覆盖范围l11.5Km所以产生了越区覆盖.,七、天馈系统常见问题及解决方案,案例分析案例 10,建议:该扇区天线改用MB800-65-17DE14天线(手动电调天线,内置电子下倾角最大可以调到14).由于该扇区需要覆盖到郊区的公路,大概需要覆盖5km,需要有15度的下倾角.如果使用内置下倾角6度的天线,还需要9度的机械下倾角,方向图将产生变形.,