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天线知识

蚊子
2012-03-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《天线知识pdf》,可适用于IT/计算机领域

目录天线安装天线支架安装天线的安装实际运用天线倾角设计天线倾角规划各种无线环境下的天线选择原则各种天线的应用原则天线选型智能天线赋形波束技术天线分集技术天线技术天线的种类天线其它技术指标极化方向图天线增益天线基础知识天线知识目录天线知识i天线知识概要说明在无线通信系统中与外界传播媒介接口是天线系统。天线的选取和设计直接关系到整个网络的质量。本文主要讲述了天线的重要技术参数指标的含义天线的种类介绍了天线的分集和合成技术赋形波束技术和智能天线的概念。本文还给出了各种天线的应用原则和各种无线环境下的天线选型原则并讲述了天线下倾角的规划设计方法最后介绍了天线安装的注意事项。全文分为五节:第一节:天线基础知识。介绍了天线的重要技术参数指标和天线的种类。第二节:天线技术。讲述了天线的分集和合成技术以及赋形波束技术和智能天线的概念。第三节:天线选型。介绍了各种天线的应用原则和各种无线环境下的天线选型原则。第四节:天线倾角规划。从理论和实际应用两方面讲述了天线倾角的设计方法。第五节:天线的安装。讲述了安装天线和天线支架的注意事项。Keywords天线分集赋形波束智能天线天线选型天线倾角天线安装概要说明天线知识天线基础知识要点:掌握天线常用技术参数指标的含义。掌握常用天线的种类。在无线通信系统中与外界传播媒介接口是天线系统。天线辐射和接收无线电波:发射时把高频电流转换为电磁波接收时把电磁波转换为高频电流。天线的型号、增益、方向图、驱动天线功率、简单或复杂的天线配置和天线极化等都影响系统的性能。天线增益增益是天线系统的最重要参数之一天线增益的定义与全向天线或半波振子天线有关。全向辐射器是假设在所有方向上都辐射等功率的辐射器在某一方向的天线增益是该方向上的场强。定向辐射器在该方向产生辐射强度之比见图。理想孤立波源理论半波阵子定向天线dBddBi图增益比较dBi表示天线增益是方向天线相对于全向辐射器的参考值dBd是相对于半波振子天线参考值两者之间的关系是:。第一章天线基础知识天线知识方向图天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图用功率密度表示的称之功率方向图用相位表示的称为相位方向图。天线方向图是空间立体图形但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图称为平面方向图。在线性天线中由于地面影响较大都采用垂直面和水平面作为主平面。在面型天线中则采用E平面和H平面作为两个主平面。归一化方向图取最大值为一。在方向图中包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣见图:全向天线水平波瓣和垂直波瓣图其天线外形为圆柱型图:定向天线水平波瓣和垂直波瓣图其天线外形为板状。图全向天线波瓣示意图第一章天线基础知识天线知识图定向天线波瓣示意图通常会用到天线方向图的以下一些参数:y零功率波瓣宽度指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。y半功率点波瓣宽度指最大值下降到(即下降dB)点的夹角。y副瓣电平指副瓣最大值和主瓣最大值之比。y前后比等。极化极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性当没有特别说明时通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波有时以地面作参考将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波与地面垂直的波叫垂直极化波。由于水平极化波和入射面垂直故又称正交极化波垂直极化波的电场矢量与入射平面平行称之平行极化波。电场矢量和传播方向构成平面叫极化平面。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定电场失量端点描绘的轨迹是圆称圆极化波若轨迹是椭圆称之为椭圆极化波椭圆极化波和圆极化波都第一章天线基础知识天线知识有旋相性。不论圆极化波或椭圆极化波都可由两个互相垂直线性极化波合成。若大小相等合成圆极化波不相等则合成椭圆极化波。天线可能会在非预定的极化上辐射不需要的能量。这种不需要的能量称为交叉极化辐射分量。对线极化天线而言交叉极化和预定的极化方向垂直。对于圆极化天线交叉极化与预订极化的旋向相反。所以交叉极化称正交极化。天线其它技术指标电压驻波比(VSWR)VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中其最大值应小于或等于:。若表示天线的输入阻抗为天线的标称特性阻抗则反射系数为其中为欧姆。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性VSWR=:时RL=dB。天线输入阻抗与特性阻抗不一致时产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。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。前后比(FB)天线的后向°±°以内的副瓣电平与最大波束之差用正值表示。一般天线的前后比在~dB之间。对于密集市区要积极采用前后比大的天线如dB。端口隔离度对于多端口天线如双极化天线、双频段双极化天线收发共用时端口之间的隔离度应大于dB。回波损耗指在天线的接头处的反射功率与入射功率的比值。回波损耗反映了天线的匹配特性。功率容量指平均功率容量天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置其所承受的功率是有限的考虑到基站天线的实际最大输入功率(单载波功率为W),若天线的一个端口最多输入六个载波则天线的输入功率为W,因第一章天线基础知识天线知识此天线的单端口功率容量应大于W(环境温度为℃时)。零点填充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。通常零深相对于主波束大于dB即表示天线有零点填充对于大区制基站天线无这一要求。高增益天线尤其需要采取零点填充技术来有效改善近处覆盖。上副瓣抑制对于小区制蜂窝系统为了提高频率复用能力减少对邻区的同频干扰基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣提高DU值上第一副瓣电平应小于dB对于大区制基站天线无这一要求。天线输入接口为了改善无源交调及射频连接的可靠性基站天线的输入接口采用DINFemale在天线使用前端口上应有保护盖以免生成氧化物或进入杂质。无源互调(PIM)所谓无源互调特性是指接头馈线天线滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。通常都认为无源部件是线性的但是在大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性这种非线性主要是由以下因素引起的:不同材料的金属的接触相同材料的接触表面不光滑连接处不紧密存在磁性物质等。互调产物的存在会对通信系统产生干扰特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响因此在GSM系统中对接头电缆天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。我们选用的厂家的接头的无源互调指标可达到dBc电缆的无源互调指标可达到dBc天线的无源互调指标可达到dBc。天线尺寸和重量为了便于天线储存、运输、安装及安全在满足各项电气指标情况下天线的外形尺寸应尽可能小重量尽可能轻。风载荷基站天线通常安装在高楼及铁塔上尤其在沿海地区常年风速较大要求天线在ms时正常工作在ms时不破坏。第一章天线基础知识天线知识工作温度和湿度基站天线应在环境温度℃℃范围内正常工作。基站天线应在环境相对湿度范围内正常工作。雷电防护基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地。三防能力基站天线必须具备三防能力即:防潮、防盐雾、防霉菌。对于基站全向天线必须允许天线倒置安装同时满足三防要求。天线的种类天线按方向性划分有定向天线和全向天线按极化形式分有单极化和双极化天线。在不同场合、不同地形、不同用户分布等情况时应采用不同的天线形式。天线的种类(型号)很多目前基站天线的主要种类如下:、全向中增益(dBi)、高增益(大于dBi)普通天线(无零点填充、无赋形技术)、全向中增益(dBi)、高增益(大于dBi)赋形天线(零点填充)、全向高增益(大于dBi)普通波束下倾天线(无零点填充°°)、全向高增益(大于dBi)赋形波束下倾天线(零点填充、下倾°°)、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)普通天线、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)普通天线、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)赋形天线(零点填充上第一副瓣抑制)、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)赋形天线(零点填充上第一副瓣抑制)、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)固定电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)第一章天线基础知识天线知识固定电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)近端手调俯仰面波束电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)近端手调俯仰面波束电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)远端遥控俯仰面波束电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术唯一供应商代表:登达、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)远端遥控俯仰面波束电下倾天线(°°)这种天线无赋形技术唯一供应商代表:登达、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)方位面波束指向远控可调(±°)、俯仰面波束远控可调天线(°°)这种天线无赋形技术未见有使用报道技术有待成熟和验证韩国公司已经开发出样品。、水平面半功率波束宽度°定向中(dBi)、高增益(大于dBi)方位面波束指向远控可调(±°)、俯仰面波束远控可调天线(°°)这种天线无赋形技术未见有使用报道技术有待成熟和验证韩国公司已经开发出样品。、定向地形匹配天线这种天线由全向天线改造而成主要满足高速公路以及兼顾村镇的公路覆盖通常这种应用要求基站覆盖尽可能远因此基站架设高度相对会较高当超过米的基站天线挂高而又需要满足较近距离村镇良好覆盖时一定要避免塔下黑现象。、定向高增益(约dBi)、水平面窄波束(°)天线用于高速公路、铁路、狭长地形广覆盖。这种天线体积较大安装时应注意风载荷。、高前后比天线。尤其是频率紧密复用时后瓣过大容易产生邻频(甚至同频)干扰从而影响网络质量。前后比大于dB天线为高前后比天线增益、波束宽度的规格与普通定向天线一样。高前后比天线采用对数周期偶极子单元组阵而成因此从外形上看这种天线比较厚但比较窄相同增益、波束宽度时这种天线略重。、小增益定向天线(小于dBi)。通常与微基站、微蜂窝配合使用用于补点(补盲)如大厦的背后新的生活小区新的专业市场等。第一章天线基础知识天线知识以上全向天线仅指垂直极化天线由于全向双极化天线体积重量难于安装没有看到有普及商用。定向天线已经由单极化逐步向双极化转变主要受天线安装位置的约束。第一章天线基础知识天线知识天线技术要点:掌握分集和合成技术的概念。掌握几种常用的分集方法。掌握赋形波束技术的简单原理。掌握智能天线的特点。天线分集技术分集概念在移动无线电环境中信号衰落会产生严重问题。随着移动台的移动瑞利衰落随信号瞬时值快速变动而对数正态衰落随信号平均值(中值)变动。这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素它使接收信号大大地恶化了。虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善但采用这些方法在移动通信中比较昂贵有时也显得不切实际而采用分集方法即在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。通常在接收站址使用分集技术因为接收设备是无源设备所以不会产生任何干扰。分集的形式可分为两类一是显分集二是隐分集。下面仅讨论显分集它又可以分为基站显分集与一般显分集两类。基站显分集是由空间分离的几个基站以全覆盖或部分覆盖同一区域。由于有多重信号可以利用就大大减小了衰落的影响。由于电波传播路径不同地形地物的阴影效应不同所以经过独立衰落路径传播的多个慢衰落信号是互不相关的。各信号同时发生深衰落的概率很小若采用选择分集合并从各支路信号中选取信噪比最佳的支路即选出最佳的基站和移动台建立通信以消除阴影效应和其他地理影响。所以基站显分集又称为多基站分集。一般显分集用于抑制瑞利衰落其方法有传统的空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和场分量分集等多种方法。分集与合成分集特性决定于分集分支的数量和接收分集之间的相关系数。如果各分支的第二章天线技术天线知识相关系数相同那么各种分集方案都可实现相同的相关性能。我们还必须考虑如何合成分集接收的多个信号合适的合成技术会产生较好的性能。例如采用Q重分集合并前的Q个信号为。考虑到合成可在各分集天线和接收机之间、在接收机中频输出端和检波之后的基频输出端进行因此这里的应理解成高频信号、中频信号或基频信号的一般形式。所谓合成问题也就是把如何组合相加的问题。合成后的信号可表示为:()式中为加权系数。选择不同的加权系数就产生了不同的合并方法。有四种常用的合成技术:最大比合成技术(MRC)等增益合成技术(EGC)选择合成技术(SEC)转换合成技术(SWC)。这些合成技术是天线技术中重要的组成部分但由于超出本教材的范围此处就不再做具体介绍了。在移动通信中通常采用空间分集和极化分集分集增益可在dB左右。下面就对这两种方法进行讨论。空间分集空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的。在移动通信中空间略有变动就可能出现较大的场强变动。空间的间距越大多径传播的差异就越大所收场强的相关性就越小在这种情况下由于深衰落难得同时发生分集便能把衰落效应降到最小。为此必须确定必要的空间间隔。通常根据参数设计分集天线与实际天线高度h和天线间距D的关系为:对于水平间隔放置的天线的取值一般为。例如天线高度为米则当天线间隔约米时可得到较好的分集增益。另外垂直天线间隔大于水平天线间隔。目前工程中常见的空间分集天线由两副(收发收)或者三副(收发收)组成。极化分集在前面已经介绍了电磁波的极化现象。目前在越来越多的工程中广泛使用了极化天线。天线通过两种极化水平极化和垂直极化而用一个频率携带两种信号。理论上由于媒质不引入耦合影响也就不会产生相互干扰。但是在移动通信环境中会发生互耦效应。这就意味着信号通过移动无线电媒质传播后垂直极化波的能量会泄漏到水平极化波去反之亦然。幸运的是和主能流相比泄漏能量很小通过极化分集依旧可以得到良好的分第二章天线技术天线知识集增益。极化分集天线的最大优点在于只需安装一副天线即可节约了安装成本。空间分集和极化分集的比较极化分集最大的好处是可以节省天线安装空间空间分集需要间隔一定距离的两根接收天线而极化分集只需一根在这一根天线中含有两种不同的极化阵子。一般空间分集可以获得dB的链路增益。由于水平极化天线的路径损耗大于垂直极化天线(水平极化波的去极化机会大于垂直极化波)因此对于一个双极化天线其增益的改善度比空间分集要少dB左右。但双极化分集相对空间分集在室内或车内能提供较低的相关性因此又能获得比空间分集多dB的改善。比较起来双极化接收天线的好处就是节省天线安装空间。作为发射天线如果基站收发天线共用且采用双极化方式则采用垂直和水平正交极化阵子的双极化天线和采用正负度正交极化阵子双极化天线相比较(假设其它条件相同)在理想的自由空间中(假定手机接收天线是垂直极化)手机接收天线接收的信号前者好于后者dB左右。但在实际应用环境中考虑到多径传播的存在在接收点各种多径信号经统计平均上述差别基本消失各种实验也证明了此结论的正确。但在空旷平坦的平原上述差异或许还存在但具体是多少还有待实验证明可能会有dB的差异。综上所述在实际应用中两种双极化方式的差别不大目前市场上正负度正交极化天线比较常见。赋形波束技术在蜂窝移动系统中降低同信道干扰始终是一个复杂的问题。赋形波束技术提高了空间频谱重用。有两种类型的赋形波束。一种是赋形水平面的辐射方向图即扇形波束另外一种是赋形垂直面的辐射方向图。在蜂窝系统中通过使用扇形波束来代替全向波束时蜂窝间干扰距离增加从而使基地站天线对使用相同频率的另一蜂窝辐射尽可能低的电平而基地站天线对其业务区辐射达到尽可能高的电平。当固定在一定高度的天线照射在一有限的水平面区域内天线的垂直方向图表明由于有旁瓣零点的存在在需要覆盖的区域就有可能产生盲区问题。通过使用垂直平面的余割平方赋形波束功率方向图可以消除主瓣下方的零点从而使所需覆盖区域有相等的接收信号电平。该技术也称为零点填充技术。全球蜂窝系统基本上都使用的一项波束处理技术即波束倾斜技术。该技术的主要目的是倾斜主波束以压缩朝复用频率的蜂窝方向的辐射电平而增加载第二章天线技术天线知识干比的值。在这种情况下虽然在区域边缘载波电平降低了但是干扰电平比载波电平降低得更多所以总的载干比是增加了。从严格意义上来说波束倾斜并不是真正的赋形波束技术但是用途却是相同的。目前使波束下倾的方法有两种。一种是电调下倾通过改变天线阵的激励系数来调整波束的倾斜情况。还有一种就是机械调整改变天线的下倾角。对应不同的波束下倾方法天线分为电调天线和机械天线。电调天线采用机械加电子方法下倾°后天线方向图形状改变不大主瓣方向覆盖距离明显缩短整个天线方向图都在本基站扇区内增加下倾角度可以使扇区覆盖面积缩小但不会产生干扰这样的方向图是我们需要的。电调天线有两种一种是预设固定电气下倾角天线另外一种是可以在现场根据需要进行电气下倾角调整的天线下面描述的是后一种电调天线。而机械天线下倾°后天线方向图形状改变很大从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号造成干扰。造成这种情况的原因是:电调天线与地面垂直安装(可以选择°~°机械下倾)天线安装好以后在调整天线下倾角度过程中天线本身不动是通过电信号调整天线振子的相位改变水平分量和垂直分量的幅值大小改变合成分量场强强度使天线的覆盖距离改变天线每个方向的场强强度同时增大或减小从而保证在改变倾角后天线方向图形状变化不大。而机械天线与地面垂直安装好以后在调整天线下倾角度时天线本身要动需要通过调整天线背面支架的位置改变天线的倾角虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化但天线垂直分量和水平分量的幅值不变所以天线方向图严重变形。因此电调天线的优点是:在下倾角度很大时天线主瓣方向覆盖距离明显缩短天线方向图形状变化不大能够降低呼损减小干扰。另外在进行网络优化、管理和维护时若需要调整天线下倾角度使用电调天线时整个系统不需要关机这样就可利用移动通信专用测试设备监测天线倾角调整保证天线下倾角度为最佳值。电调天线调整倾角的步进度数为.°而机械天线调整倾角的步进度数为°因此电调天线的精度高效果好。电调天线安装好后在调整天线倾角时维护人员不必爬到天线安放处可以在地面调整天线下倾角度还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。而调整机械天线下倾角度时整个系统要关机不能在调整天线倾角的同时进行监测机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值同实际最佳下倾角度有一定的偏差。另外机械天线调整天线下倾角度非常麻烦一般需要维护人员在夜间爬到天线安放处调整而且有些天线安装后再进行调整非常困难如山顶、特殊楼房处。另外一般电调天线的三阶互调指标为-dBc机械天线的三阶互调指标为-dBc相差dBc而三阶互调第二章天线技术天线知识指标对消除邻频干扰和杂散干扰非常重要特别在基站站距小、载频多的高话务密度区需要三阶互调指标达到-dBc左右否则就会产生较大的干扰。智能天线随着全球通信业务的迅速发展作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术引起人们极大关注。如何消除同信道干扰(CCI)、多址干扰(MAI)与多径衰落的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。智能天线利用数字信号处理技术采用了先进的波束转换技术(switchedbeamtechnology)和自适应空间数字处理技术(adaptivespatialdigitalprocessingtechnology)产生空间定向波束使天线主波束对准用户信号到达方向旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。与其它日渐深入和成熟的干扰削除技术相比智能天线技术在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力。传统无线基站的最大弱点是浪费无线电信号能量在一般情况下只有很小一部分信号能量到达收信方。此外当基站收听信号时它接收的不仅是有用信号而且还收到其它信号的干扰噪声。智能天线则不然它能够更有效地收听特定用户的信号和更有效地将信号能量传递给该用户。不同于传统的时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)或码分多址(CDMA)方式智能天线引入了第四维多址方式:空分多址(SDMA)方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码情况下用户仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分。智能天线相当于空时滤波器在多个指向不同用户的并行天线波束控制下可以显著降低用户信号彼此间干扰。具体而言智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统性能:()扩大系统的覆盖区域()提高系统容量()提高频谱利用效率()降低基站发射功率节省系统成本减少信号间干扰与电磁环境污染。智能天线分为两大类:多波束智能天线与自适应阵智能天线简称多波束天线和自适应阵天线。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区每个波束的指向是固定的波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中的移动基站选择不同的相应波束使接受信号最强。因为用户信号并不一定在固定波束的中心处当用户位于波束边缘干扰信号位于波束中央时接收效果最差所以多波束天线不能实现信号最佳接收一般只用作接收天线。但是与自适应阵天线相比多波束天线具有结构简单、无需判定用户信号到达方向的优第二章天线技术天线知识点。自适应阵天线一般采用~天线阵元结构阵元间距/波长若阵元间距过大则接收信号彼此相关程度降低太小则会在方向图形成不必要的栅瓣故一般取半波长。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主要类型可以实现全向天线完成用户信号接收和发送。自适应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道等同于信号有线传输的线缆有效克服了干扰对系统的影响。目前国际上已经将智能天线技术作为一个三代以后移动通信技术发展的主要方向之一一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术是第三代移动通信系统中不可缺的关键技术之一。第二章天线技术天线知识天线选型要点:掌握各种类型的天线的使用原则。掌握不同无线环境下的天线选型原则。各种天线的应用原则在移动通信网络中天线的选择是一个很重要的部分应根据网络的覆盖要求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线。天线选择得当可以增大覆盖面积减少干扰改善服务质量。根据地形或话务量的分布可以把天线使用的环境分为种类型:山区(或丘陵用户稀疏)、开阔平坦区域(用户居住集中)、城区(高楼多话务大)、郊区(楼房较矮开阔)、农村(话务少)和公路(带状覆盖)、近海(覆盖极远用户少)、隧道。双频双工双极化天线的新应用目前双频段定向天线的结构和安装方法与现有的单频段天线相同但重量有所增加。在城市内的楼顶或郊区铁塔平台上难以增加天线安装位置因此将旧天线移到农村使用更换新的双频段天线是最好解决天线安装位置困难的方法。由于DCS基站主要用于吸收部分话务因此两个天线的俯仰角度控制可以是同时的避免采用高成本的两个频段独立控制的双频天线。为了减少馈线通常这种天线集双频、双工、双极化于一体。在机房一侧利用双工器将两个频段的信号分开。双频天线用于城市或话务量特大的地方因此水平面半功率波束宽度°天线为主选同时要求有°或°的固定电下倾或可调(°)电下倾增益采用中等(dBi-dBi)即可。八字型全向变形天线应用纯公路覆盖是指无人居住的山区、沙漠的重要等级公路覆盖话务量少为减少基站数量降低建设成本通常采用O以下站型因此覆盖距离应尽量远象这种无线覆盖区域采用地形匹配天线是最理想的如:字形的变形全向天线可以增加需要覆盖方向的增益(在最大方向上增益约增加dB)减少公路两旁无用户区的覆盖能量。这种天线的站址选择很重要公路的延第三章天线选型天线技术伸方向应与天线方向图匹配。这种天线实际上就是普通全向天线与对称两根辅助反射金属管组成反射金属管的作用是通过耦合改变全向天线水平面的方向图。对于纯粹的公路覆盖或其它无建筑物覆盖可以不考虑塔下黑因为信号进入车内的衰减比进入建筑物内的衰减小得多。心型全向变形天线应用在农村地区许多小村镇建在公路的一侧在做公路覆盖时可以兼顾这些村镇的覆盖采用以下变形全向天线(心形方向图)在公路和村镇方向的天线增益可以提高到dBi可以使村镇和公路覆盖更有效这种天线实际上就是普通全向天线与一根辅助反射金属管组成反射金属管的作用是通过耦合改变全向天线水平面的方向图。窄波束高增益天线的应用纯公路覆盖也可以采用窄波束天线如水平面半功率波束宽度为°增益高达dBi这种两扇区定向站可以使覆盖距离增加减少基站数量从而降低用户的建设成本。当然采用过高增益天线其体积明显增大一定要考虑天线的风载荷在工程设计和安装时都要谨慎。低增益天线的应用隧道覆盖。尽管采用高增益窄波束天线可以用于隧道覆盖但由于这种天线体积大在隧道口不宜安装且成本较高实验证明可以采用低增益天线来覆盖(增益在dBi)这中低增益天线可以是价格低廉的八木天线也可以是小的平板天线前者更适合安装在隧道口内侧后者可以安装在离隧道口较近外侧天线的最大波束指向与隧道口的法线方向夹角应小于度。隧道的长度不超过Km弯曲点不超过一个。采用直放站时应采用高前后比的对数周期偶极子天线或平板阵列天线并尽可能安装在洞口内侧。超过两公里长的隧道建议在隧道两端口安装基站或直放站。城市内的阴影区或需要增补的微小区。这些区域可以采用低增益平板天线配置的微基站或基站进行覆盖平板天线的增益在dBi波束宽度取决于需要覆盖区域的形状可以个扇区个扇区也可以个扇区。全向天线的基本应用高增益普通全向天线的最大增益在dBi之间可以有固定电下倾角。由于其垂直面的波束宽度较小(约度)因此对于没有固定电下倾的第三章天线选型天线技术全向天线建议用于天线挂高不超过m的平原地区基站以免出现严重的“塔下黑”现象。对于原处覆盖不重要的基站可以采用适当固定电下倾的全向天线以便使覆盖区内的信号电平更强。高增益赋形全向天线的最大增益为dBi我司选择该类型天线的零点填充水平为(即第一零点的深度为dB)、度固定电下倾。由于存在度下倾因此在度方向的增益与普通高增益全向天线相同(dBi)。这种天线用于山区、丘陵覆盖比较理想可以有效解决由于天线挂高太高而出现的塔下黑现象。由于赋形天线只对天线下方第一个零点进行填充因此如果天线挂高过高该天线也将无能为力。因此建议需要有效覆盖的建筑物距离天线的径向距离R与天线挂高H满足以下关系:H<R×tg°中等增益的赋形和普通全向天线更适合用于周遍环山(山比基站天线高出较多天线对山梁的仰角大于度)的不太发达的乡镇由于其垂直面的波束较宽因此指向山上的信号较强。中、高等增益定向天线的应用在城区更适合使用中等增益(dBi)、水平面半功率波束宽度度、度固定电下倾加度机械下倾的定向天线一方面这种增益天线的体积和尺寸比较适合城区使用另一方面在较短的覆盖半径内由于垂直面波束宽度较大使信号更加均匀。中等增益天线在相邻扇区方向比高增益天线覆盖的信号强度更加合理。在建设初期覆盖半径较大时(如Km)可以采用高增益(dBi)定向天线。在郊区话务量较大、覆盖半径在Km时应采用扇区高增益(dBi)定向天线半功率波束宽度度由于基站天线高度通常不大于m因此可以采用全机械下倾天线若基站天线超过m应采用有固定电下倾的天线。天线的选用具有一定技术性不能完全一该而论是否需要固定电下倾、增益多少取决基站高度和覆盖半径规划时应仔细考虑并注意查看不同型号天线的方向图数据如上第一副瓣有可能造成的越区干扰。在优化时方向图数据对优化工作有着重要意义。高前后比定向天线(只有单极化)应用前后比超过dB的定向天线为高前后比天线(普通大于dBi增益天线的前后比约dB)高前后比天线将使紧密复用更有效可以降低网络的同第三章天线选型天线技术频干扰。但两副高前后比天线的价格比一副相同增益和半功率角的双极化天线高出。为了提高网络质量有必要推荐使用这种天线。单极化天线的应用原则单极化天线在移动通信基站中通常指单一垂直线极化天线实验证明在开阔地区的山区或平原农村这种天线的覆盖效果比双极化(±°)天线更好平均电平高出dB造成这一结果的主要原因是在路测或定点测试时手机的天线取向通常垂直地面(由于手机外壳与手机天线的共同作用手机的极化方向并非为天线方向有一个小角度的偏差这种偏差与手机的型号、手在手机的位置等有关)因此垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配无论您在原地怎么转动这种匹配是最有效的。在开阔地区的山区或平原农村垂直极化信号不容易发生极化旋转因此在这些区域得到了更好的覆盖效果。而±°极化天线人在拨打时容易出现极化失配甚至正交的情况。在城市里由于建筑物林立建筑物内外的金属体很容易使极化发生旋转因此是单极化还是±°极化没有多大区别。在开阔地区的山区或平原农村建议并推荐使用单极化天线(在安装位置允许的情况下)。近端手动连续可调电下倾定向天线的应用在城市里不断的扩容和新建基站网络需要及时优化和调整除了调整网络参数以外必须调整基站天线的覆盖区域由于天线架设在高处甚至高山或百米高的铁塔上调整一次天线需要占用很多的人力和时间因此采用连续可调电下倾天线极大地缓解了网优的劳动强度并节约了时间。由于在城市里大量采用双极化天线而许多品牌天线公司在这方面没有增加新的设计因此这种天线推广较慢目前只有瑞士HUBERSUNER公司生产了GSM用连续可调双极化天线。远控连续可调电下倾天线在操作方面比近端手动电调天线更有方便之优势由于天线价格高了近一倍因此没有被大范围使用在国内少量地方有应用。其他技术天线的应用说明目前正在跟踪的重要天线技术为:方位和俯仰面的波束指向同时实现远控连续可调。这种技术的应用目的仍然从网优角度考虑。第三章天线选型天线技术基站天线选型一揽表全向站型采用双发时应充分顾及两个天线受塔体或桅杆的影响存在某些方对于高速公路两侧有分散用户则应采用全向天线全向站型的使用方法同上全向站型采用S或S可以减少近一半基站因此建设成本更低纯公路覆盖时根据公路方向选择合适站址采用高增益(dBi)字型天线(OO站型),不考虑的配置,最好具有零点填充若需要更远距离的覆盖采用S或S定向高增益(dBi)站型对于高速公路一侧有小村镇用户不多时可以采用°变形全向天线。定向站型高速公路(铁路)天线相对主要覆盖区挂高不大于m时可以使用普通天线(替代)全向站型采用双发时应充分顾及两个天线受塔体或桅杆的影响存在某些方向增益的差异这种差异在dB范围内。首选有零点填充的天线高增益天线若覆盖距离不要求很远可以采用电下倾(°或°)全向站型通常是广覆盖选择原则:半功率波束宽度°、°中、高增益单极化空间分集或°双极化天线,主要采用机械下倾角零点填充大于定向站型平原农村注意机械下倾角不应该超过垂直面半功率波束宽度超过时应采用电下倾+机械下倾选择原则:半功率波束宽度°中、高增益的天线,可以用电调下倾角,也可以是机械下倾角定向站型郊区注意机械下倾角不应该超过垂直面半功率波束宽度网络规划或优化时如果天线的主波束下倾很大应评估上第一副瓣对网络产生的影响。选用原则:半功率波束宽度°中等增益带固定电下倾角或可调电下倾+机械下倾的天线根据基站的覆盖半径选择以上增益参数定向站型城区备注天线选择建议站型地形第三章天线选型天线技术不超过Km长、只有一处弯道的隧道安装在隧道口内侧为佳dB的八木对数周期平板天线定向天线隧道采用高增益全向天线时应严格要求天线安装的垂直度当近距离居住用户数量较多且在某定向区域而远距离为公路或分散用户定向区域对天线的仰角大于°时应采用赋形(零点填充)全向高增益天线(固定电下倾角不超过°)+定向站型定向天线的波束宽度取决特定区域的大小常规建议°°电下倾+度机械下倾dBi增益单、双极化均可定向站型+全向站型通常为广覆盖在基站很广的半径内分布零散用户话务量较小当近距离居住用户对天线的仰角不大于°时应采用赋形(零点填充)全向高增益天线(固定电下倾角不超过°)当近距离居住用户对天线的仰角超过°时应采用赋形(零点填充)全向中增益天线(固定电下倾角不超过°)全向站型山区向覆盖的差异这种差异在dB范围内。各种无线环境下的天线选择原则无线网络规划中天线的选择是一个很重要的部分应根据网络的覆盖要求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线。天线选择得当可以增大覆盖面积减少干扰改善服务质量。由于天线的选型是同覆盖要求紧密相关的根据地形或话务量的分布可以把天线使用的环境分为种类型:城区、郊区、农村和公路。城区环境下的天线选择对于在城区的地方由于基站分布较密要求单基站覆盖范围小希望尽量减少越区覆盖的现象减少基站之间的干扰提高频率复用率原则上对天线有以下几个方面的要求:第三章天线选型天线技术天线水平面半功率波束宽度的选择由于市区基站分布数量一般较多重叠覆盖和频率干扰成为网络中一个很严重的问题为了减小相邻扇区的重叠区并降低基站之间可能的干扰天线水平面的半功率波束宽度应该小一些通常选用水平面半功率波束宽度为°的天线。一般不采用°以上天线。天线的增益选择由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离因此建议选用中等增益的天线这样天线垂直面波束可以变宽可以增强覆盖区内的覆盖效果。同时天线的体积和重量可以变小有利于安装和降低成本。根据目前天线型号建议市区天线增益选用dBi。对于城市边缘的基站如果要求覆盖距离较远可选择较高增益的天线如dBi、dBi。原则上在城区设计基站覆盖时应当选择具有固定电下倾角的天线下倾角的大小根据具体的情况而定(建议选°)。在城市内为了提高频率复用率减小越区干扰改善DU值(有用信号与无用信号电平之比)也可以选择上第一副瓣抑制下第一零点填充的赋形技术天线但是这种天线通常无固定电下倾角。由于市区基站站址选择困难天线安装空间受限一般建议选用双极化天线。郊区环境下的天线选择在郊区情况差别比较大。可以根据需要的覆盖面积来估计大概需要的天线类型。一般可遵循以下几个基本原则:可以根据情况选择水平面半功率波束宽度为°的天线或选择半功率波束宽度为°的天线。当周围的基站比较少时应该优先采用水平面半功率波束宽度为°的天线。若周围基站分布很密则其天线选择原则参考城区基站的天线选择。考虑到将来的平滑升级所以一般不建议采用全向站型。是否采用内置下倾角应根据具体情况来定。即使采用下倾角一般下倾角也比较小。农村基站的天线选择对于农村环境由于存在小话务量广覆盖的要求天线应用时应遵循以下第三章天线选型天线技术一些原则。如果要求基站覆盖周围的区域且没有明显的方向性基站周围话务分布比较分散此时建议采用全向基站覆盖。需要特别指出的是:这里的广覆盖并不是指覆盖距离远而是指覆盖的面积大而且没有明显的方向性。同时需要注意:全向基站由于增益小覆盖距离不如定向基站远。如果局方对基站的覆盖距离有更远的覆盖要求则需要用三个定向天线来实现。一般情况下应当采用水平面半波束宽度为°的定向天线另外需要注意的是,垂直极化的天线比双极化的天线有更大的分集效果同时抵抗慢衰落的能力更强一些所以在农村广覆盖的要求下条件允许的情况下可以采用两根垂直极化天线。对于山区的高站(天线相对高度超过米)一般应当选用具有零点填充功能的天线来解决近距离“塔下黑”问题这是最经济有效的方法。而通过下倾角的方法来解决需要注意覆盖范围的缩小。公路覆盖的天线选择对于公路覆盖地区天线的选用原则如下:在以覆盖铁路、公路沿线为目标的基站可以采用窄波束的定向天线。如果覆盖目标为公路及周围零星分布的村庄可以考虑采用全向天线。如果覆盖目标仅为高速公路等可以考虑用字型天线来解决。这样可以节约基站的数量实现高速公路的覆盖。如果是对公路和公路一侧的城镇的覆盖可以根据情况考虑用水平面半功率波束宽度为°的天线来进行覆盖。建议在进行高速公路的覆盖上优先考虑字型天线和°天线。下面是两个天线的覆盖示意图。第三章天线选型天线技术图°天线覆盖示意图图字型天线覆盖示意图天线应用的其他考虑上面主要给出了不同地方的天线选用的基本原则。实际上天

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