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2006-5-17_移动通信基站的天线.pdf

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上传者: 天蝎宫milo 2012-07-17 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《2006-5-17_移动通信基站的天线pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含《移动通信》年第期移动通信基站的天线李海军贵州移动安顺分公司【摘要】本文从工程实际出发,介绍了在移动通信的不同环境中选择各种类型天线的原则以及如何进符等。

《移动通信》年第期移动通信基站的天线李海军贵州移动安顺分公司【摘要】本文从工程实际出发,介绍了在移动通信的不同环境中选择各种类型天线的原则以及如何进行天线的合理安装和如何通过调整天线来优化无线网络的方法对充分利用基站资源具有重要意义。天线是一种能量转换装置,作为移动通信不可缺少的重要部分其基本功能是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。最基本的天线辐射单元是半波振子及半波微带天线。表征天线特性的参数主要有方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化、双极化天线隔离度及三阶交调等。因篇幅所限就不一一介绍下面讲讲天线具体的选择安装。基站建设时天线类型的选择天线在移动通信系统中起着举足轻重的作用天线类型的选择应根据需要覆盖的区域的地形地貌、地理环境、房屋结构、用户密集程度及基站站点位置等诸多因数来综合考虑只有这样才能使覆盖区域的室外、室内都达到一个良好的覆盖效果一定要避免诸如乡镇基站全部采用全向天线的千篇一律的建设思路。以下是天线选择的一般参考原则:()全向天线垂直面波瓣较窄水平面波瓣为一个圆。这种天线由于不好控制波瓣的下倾角仅适用于话务量不高且需大区制覆盖的基站。()一分三功分定向天线全向基站用定向天线采用一分三功分器来近似全向覆盖可以通过调整下倾角较方便地控制各个方向上的覆盖距离适用于话务较低但需控制覆盖面的地方。()一分二功分定向天线采用一分二功分定向天线适用于话务量不太高覆盖面需控制的线形区域(如覆盖公路、铁路)及半圆形区域(如在漫游交界边缘处)。()中增益(dBi)单极化定向天线该天线增益适中垂直面半功率角在之间在覆盖距离较近时采用此天线可使覆盖区内的能量较均匀分布。另外天线尺寸及重量适中、易安装及调整倾角适合在《移动通信》年第期大城市、基站密集地区使用。()高增益单极化定向天线该类天线增益在.dBi之间(半功率角)垂直面半功率角天线尺寸在.米。由于天线增益高垂直面半功率角较窄适合于在需大区域覆盖且有较高话务量的小型城镇。()双极化定向天线双极化天线利用极化分集原理工作其目的是节省了天线安装空间其分集效果与相同增益单极化天线空间分集相比在建筑密集的大城区与空间分集相差不大而在较空旷的区域极化分集比空间分集效果差dB。()电子调下倾角天线采用电子调下倾角天线是通过电信号调整天线的相位来实现天线波瓣图下倾使天线辐射信号在空间的各个方向同时向下收缩这样即可以克服机械调下倾产生的覆盖图畸变又可使所需覆盖区域的信号相对较均匀并在各个下倾角信号保持天线的正常覆盖图形。使用电子调下倾角天线的优点及给网络带来的实际贡献:A.容易控制小区覆盖半径B.使覆盖区内的信号均匀分布C.保持水平面的覆盖图形大角度调下倾角后方向图不会畸变D.减小无线干扰降低掉话率E.改善话务不平衡提高网络接通率。连续可调电调下倾角天线采用电调下倾角天线可以使天线垂直面方向图下倾时水平面方向图不会产生畸变。但该天线的优点在于方便对天线下倾角的调节在基站上通过电调设备就可以对天线下倾角的调节而无须再到天线上进行机械调整倾角可提高网络结构改变时天线调试的效率方便对基站进行优化但需建立完整的天线倾角资料。固定角度下倾角天线对于dBi天线来说其半功率角在之间。使用该天线时至少要将其下倾该天线上半部零点则出现在距主瓣最大方向约的位置所以我们下倾天线时一般不会超过若将该天线方向图固定电调下倾角再加左右的机械调节一方面机械调节小于时天线方向图变形不大另一方面又可减小天线成本增强天线的可靠性。《移动通信》年第期天线的安装原则一般情况下基站天线的安装高度应根据需要覆盖的无线区域来设计决定但在基站的选点中可能会出现安装位置合适而高度不能与设计高度一致或者是安装高度合适而安装位置不合适。此时应对高度和基站环境进行比较和选择可参照以下原则进行:全向天线的安装全向天线的安装首先要考虑铁塔对天线方向图的影响因为铁塔对无线信号会造成很大的衰减因此全向天线的安装必须安装在铁塔顶部。全向天线还要考虑空间分集接收的间距要求天线的空间分集接收是移动通信中抑制无线信号快衰落的一种技术其基本原理是利用两副相隔一定间距的天线接收来自不同路径的无线信号对信号进行处理判断后选出最佳的一路信号。而天线的间距大小会影响分集接收的效果天线的间距与天线的有效高度满足近似关系D=H时分集效果最好。由该计算式可以定出天线的各种安装高度对应的天线间距但必须指出在天线的有效高度小于m时由该计算式得出的天线间距将小于m这个间距使两副分集天线互相处于对方的近场区内而影响天线的方向图发生畸变因此要求此时天线的间距要大于m。即天线间距在任何天线的有效高度情况下都应大于m。(如图)图全向天线安装示意图定向天线的安装对于单极化定向天线在低话务区例如乡镇分集天线间距要大于m以上在高话务区例如城区分集天线间距要大于m以上才能达到理想的分集效果。对于双极化天线由于采用的是极化分集技术单根天线就可以进行工作因此没有间距的要求。天线安装于楼房顶中心位置时安装的高度应使得天线中心到楼房边缘的夹角必须满足《移动通信》年第期θαβ(条件:β值不变)其中α为天线主瓣的垂直瓣宽夹角β为天线的下倾角。只有这样安装才能保证天线的主瓣不会被屋顶面阻挡而最大限度的辐射出去。(a)安装于楼房中心位置(b)安装于楼房女儿墙位置图定向天线安装示意图天线安装于楼房女儿墙位置时安装的高度应使得天线中心到相邻楼房的另一测的边缘的夹角必须满足θαβ(条件:β值不变)这样才能使得天线主瓣信号越过相邻楼房不被阻挡地辐射出去。(如图)通过天线的调整来优化无线网络改善信号覆盖的天线调整在一些话务量较低的乡镇基站的建设中往往是按照这样的思路来选择站点的那就是无线信号要覆盖得远信号覆盖要兼顾乡镇和公路因此许多站点都选择在比较高的山顶上而这些基站又都是全向站这样一来就忽略了一个问题那就是全向天线的信号波瓣是水平辐射的信号波瓣没有下倾辐射天线位置越高离基站越近的地方信号电平就会越低甚至于没有信号正所谓“塔下黑”现象。(如图)图产生“塔里黑”现象的天线安装示意图在这种情况下方法之一可以不需要改变基站站点和基站的配置而只将原全向站改为两扇《移动通信》年第期区基站一个扇区仍然安装全向天线以保证原有覆盖区域不变。另一扇区安装带下倾角的定向天线方向面对乡镇以增强其覆盖电平值。(如图)图解决“塔里黑”现象的天线安装示意图有些城区的定向基站在天线安装时由于施工人员不了解天线的特性在安装过程中天线的挂高没有满足前面阐述的θαβ(β值不变)的条件或者由于城市楼房建设阻挡了原有基站天线的覆盖范围造成覆盖区域的信号电平过低未达到预期的效果。这种情况就需要对天线的安装位置进行改变或者加高天线支架使覆盖效果得到改善。一般基站天线的主瓣方向都指向高话务密集区高话务密集区的地点可能在室内也可能在室外并且有可能随着时间的变化而在室内与室外之间进行转变这种地段应调整天线的主波瓣主轴方向对着楼房辐射用偏离主轴的波瓣及天线副瓣辐射街道因为现在的建筑物多为钢筋混凝土结构对无线电波的损耗较大一般为dB的穿透损耗要用强信号进行辐射后室内信号才会达到较高电平。而街道多为净空范围对信号损耗小用偏离主轴的波瓣及天线副瓣辐射完全可以满足需要。反之如果用主波瓣主轴方向对着街道辐射偏离主轴的波瓣及天线副瓣辐射楼房会造成楼房室内信号很差。(如图)《移动通信》年第期图话务量随时变化地区的天线安装示意图、降低信号干扰的天线调整天线方向去耦指调整干扰源天线水平波瓣偏离其天线主波束轴向而引入的天线增益差降低其辐射到同频小区的信号强度使得被干扰基站的覆盖范围内同频载干比大于dB。天线下倾通过对基站天线的下倾相当于天线在垂直面的去耦由于天线倾斜使信号限制在自己的小区覆盖范围内加强了本覆盖区的信号强度既改善了覆盖区又增强了抗同频干扰的能力同时降低了对其它同频区的干扰。(如图)天线下倾技术是利用天线的垂直方向性有效控制干扰和覆盖的重要手段。一般来说对远端的影响较大在消除干扰方面有时天线倾斜比降低天线高度更有效特别是对高基站或有很高树林的区域。天线下倾的方法:有两种使天线方向图向下倾斜的方法:电子下倾电子向下倾斜是改变共线阵天线振子的相位。机械下倾。机械向下倾斜是物理地向下倾斜天线。天线下倾应该注意的问题:利用天线下倾来降低同频干扰时天线下倾角的选择必须根据实际使用天线的垂直方向图具体计算后进行。既要尽量减少对同频小区的干扰又要保证满足服务区的覆盖范围以免出现不必要的盲区。选择下倾角的原则是使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分这样可使对受干扰小区产生的同频干扰减至最小。天线下倾后原来覆盖区的边缘处由于偏离了天线的主瓣导致信号强度下降这可以通过合理增大基站发射功率来补偿这样即提高了载干比CI又不会因天线下倾导致覆盖《移动通信》年第期区边缘信号强度下降过大。天线下倾后天线的水平方向性图会发生畸变随着下倾角的增大水平方向图变成扁平并开始出现豁口下倾越大豁口越大以致使天线水平方向图出现分裂对CI及覆盖控制都不利因此下倾角不宜过大。天线下倾过大时必须考虑天线的前后辐射比避免天线的后瓣对背后小区产生干扰或天线旁瓣对相邻扇区的干扰。图天线下倾安装示意图

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