基站天线理论及应用.ppt
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1、基站天线基础理论及其应用,主题,关于无线传播原理天线的作用天线的常见参数天线的类型天线的隔离天线的参数调整无线传播的链路预算关于直放站天线,关于无线传播原理,无线电波在空中传输方式,关于无线传播原理,1、快衰落-即瑞利衰落,由多径传播造成,衰落速率最快为每秒2V次。2、慢衰落-也称地形衰落,由于地形起伏和沿途建筑物的不 一,中值场强会在大范围内产生慢衰落,亦称阴影效应,服从对数正态分布。3、远近效应-由移动站位置不同引起。4、噪声干扰-由人为产生。5、方向性-由天线的辐射方向性和电磁波反射、折射产生。,关于无线传播原理,多径传输,电波遇到障碍物如山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物,会产生反射。
2、因此,到达接收天线的超短波不仅有直射波,还有反射波,这种现象就叫多径传输。,天线的作用,基站天线是移动通信网络与用户手机终端进行空中无线联结的设备。天线是能量置换设备,是无源器件。天线辐射时将高频电流转换为电磁波,将电能转换电磁能。天线接收时将电磁波转换为高频电流,将磁能转换为电能。天线的性能质量直接影响移动通信网络的覆盖和服务质量不同的地理环境和不同服务要求需要选用不同类型、不同规格的天线。,空中接口,天线的作用,在地平面上,为了把信号集中到所需要的地方,要求把“面包圈”压成扁平的。,天线的功能:控制辐射能量的去向,一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图,天线常见参数,输入阻抗(天线馈电
3、端输入电压和输入电流的比值,一般是50欧),最佳情形:等于纯电阻,且等于馈线的特性阻抗,Z随f变化比较平缓,匹配的优劣:,Z=X+jY?=X,天线常见参数,驻波比VSWR(行波系数的倒数,0到无穷之间,一般要求小于1.5,实际应用应该小于1.2),驻波比过大的影响:电压驻波比过大,将缩短通信距离,而且反射功率将返回发射机功放部分,容易烧坏功放管。影响通信系统正常工作,减小基站的覆盖并且造成系统内干扰加大,天线常见参数,回波损耗(反射系数绝对值的倒数,0dB到无穷,一般要求大雨14dB),0:表示完全反射(完全失配),无穷:表示完全匹配,天线常见参数,极化方式A(线极化、圆极化、椭圆极化)(天线
4、辐射时的电场强度方向),移动通信系统一般采用垂直极化的传播方式,天线常见参数,极化方式B(双极化天线),组合了两副+/-45度极化方向正交的天线,同时工作在收发双工模式,节省同一扇区的天线数量,有效保证分集接收的效果,极化分集增益约5dB,比单极化方式增加2dB,天线常见参数,增益衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,决定蜂窝边缘的信号。电平天线本身并没有增加所辐射信号的能量,它只是通过天线阵子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。天线增益不但与阵子单元数量有关,还与水平半功率角和垂直半功率角有关。,提高天线增益的主要措施:减小垂直波瓣宽度,在水平方向上保持全向辐射性能,提高天线增益的直
5、接后果:增大网络覆盖范围确定的覆盖区内提高增益余量,dBi=dBd+2.15,dBm表征的是功率绝对值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw),dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率),dBc也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。,天线常见参数,方向图,水平波瓣图,垂直波瓣图
6、,最大值,主瓣,第一旁瓣,零点,天线常见参数,波瓣宽度(天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度-半功率角),垂直波瓣,影响小区对应方向的覆盖半径,水平波瓣,影响小区交界处的覆盖,增大有利于扇区交界覆盖。当俯仰角增大时,大H波瓣角容易发生波束畸变,形成越区,市区基站间距小,宜采用水平波瓣小,垂直波瓣小的天线,减小有利于控制扇区覆盖。当俯仰角增大时,不容易发生波束畸变,偏移主波束能量急剧衰减,天线常见参数(波瓣宽度),天线常见参数,前后比(天线对后瓣抑制的好坏,一般在18dB到45dB之间,优先考虑30dB以上),前后比差的直接后果:后瓣产生越区覆盖切换关系紊乱产生掉话,前后比=10lg(前
7、向功率密度/反向功率密度),天线常见参数,零点填充(天线对后瓣抑制的好坏,一般在18dB到45dB之间,优先考虑30dB以上),零点填充性能差的直接后果:覆盖电平不够均匀,靠近天线位置信号弱,天线的其它参数:抗风速、端口隔离度、馈线连接端口,基站天线垂直面内采用赋形波束设计时,为了使业务区内的辐射电平更均匀,下副瓣第一零点需要填充,不能有明显的零深。高增益天线由于其垂直半功率角较窄,尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。通常零深相对于主波束大于-26dB即表示天线有零点填充。,零点填充,天线的类型,全向天线(H=360度,V-通常越小增益越大)定向天线(H360度,V-通常越小增益越大)
8、机械天线(H360度,V-通常越小增益越大)电调天线(H360度,V-通常越小增益越大),郊县低密度覆盖,增益一般在911dBi,郊县覆盖,城区高密度覆盖,增益一般在14dBi以上,机械调整下倾角,调整步进1度。但是容易导致方向图变形,改变共线阵天线振子的相位,改变垂直分量和水平分量的大小,改变合成电场强度,使天线各方向场强强度同时增大或减小,保证天线方向图不会发生大的变化,步进0.1度,允许待机调整。当机械倾角大于15度的时候,方向图变形。,双极化天线(H360度,V-通常越小增益越大),天线的类型,全向天线(H=360度,V-通常越小增益越大)定向天线(H360度,V-通常越小增益越大)机
9、械天线(H360度,V-通常越小增益越大)电调天线(H360度,V-通常越小增益越大),郊县低密度覆盖,郊县覆盖,城区高密度覆盖,机械调整下倾角,调整步进1度。但是容易导致方向图变形,改变共线阵天线振子的相位,改变垂直分量和水平分量的大小,改变合成电场强度,使天线各方向场强强度同时增大或减小,保证天线方向图不会发生大的变化,步进0.1度,允许待机调整。当机械倾角大于15度的时候,方向图变形。,双极化天线(H360度,V-通常越小增益越大),天线的隔离,隔离度即天线间的耦合损耗,是指一发射机发射信号功率与该信号到达另一可能产生互调产物的发射机输出级(接收机输入级)的功率比值(单位dB)。收发天线
10、间足够的隔离度,还要保证接收机的去敏感要求,即防止强信道外信号导致接收机低噪声放大器增益降低;它一般由位于同一基站或附近基站等的发射机产生的带外信号,将使接收机带内噪声增加。CDMA网络建设采取与GSM网络共站址的建设方案,绝大部分CDMA基站与GSM基站共站址建设,此时不同系统站点之间的互干扰必然存在,使接收机灵敏度降低、过载或出现互调干扰,并最终导致系统性能的下降。因此,我们必须考虑两种基站之间的天线隔离度。从收发天线共址情况下,空间的水平距离应明显远于垂直距离。通常无线系统间一般应有5060dB的隔离度。系统间无干扰的最小隔离度指标是40dB。为保证满足天线隔离度,要求发射机间距Ac有5
11、0dB的指标,两发射机垂直间距需3左右,水平间距需40左右。这意味着在885915MHz(米)至少需要1米的垂直间距和13.6米左右的水平间距。两个不同运行商的基站天线,有了40dB的隔离度,仅满足了“天线间的耦合损耗”的要求,它不能解决两基站天线相邻的引起的“雷电反击”和“铁塔阻挡损耗”等问题。,天线安装规范,隔离度满足30dB天线离开铁塔距离大于1米同一小区分集接收天线距离大于3米全向天线水平间距大于4米定向天线水平间距大于2.5米不同平台天线垂直间距大于1米天线的垂直度不大于2度处在避雷针的保护范围内,天线的选择,天线是辐射及接收空间电磁波的重要设备,是发信系统的末级、收信系统的初级设备
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