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1、目录第一章 天线的基础知识21.1 天线的作用与地位21.2 天线的基本原理21.3 天线的基本参数31.3.1 天线的输入阻抗31.3.2 天线的驻波比41.3.3 天线的极化方式41.3.4 天线的增益51.3.5 天线的波瓣宽度51.3.6 天线的前后比7第二章天线的分类和选择72.1 全向天线72.2 定向天线72.3 机械天线82.4 电调天线82.5 单极化天线和双极化天线9第三章移动通信系统天线参数调整103.1 天线俯仰角的调整103.2天线俯仰角的调整11第四章现有南京地区GOTA基站使用的亚信天线简介12第一章天线的基础知识1.1 天线的作用与地位 在移动通信系统中，空间无
2、线信号的发射和接收都是依靠移动天线来实现的。因此，天线对于移动通信网络来说，有着举足轻重的作用。如果天线的选择（类型、位置）不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，对移动通信网络的干扰，覆盖率接通率及全网服务质量都有很大影响。不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。1.2天线的基本原理导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵
3、消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，并且两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度L远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。下图是导线的电流和电流产生电动势的方向图图1导线的电流和电流产生电动势的方向图对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 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
4、长的振子，称半波对称振子。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子。下图是半波对称振子和半波折合振子示意图：图2 半波对称振子和半波折合振子示意图1.3 天线的基本参数表征天线性能的主要参数有输入阻抗、驻波比、极化方式、波瓣宽度，增益和前后比等。下面对这些参数进行一一介绍。1.3.1 天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率
5、反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。一般移动通信天线的输入阻抗为50。1.3.2 天线的驻波比在无线通信中，天线和馈线的阻抗不匹配或者天线和发信机的阻抗不匹配，高频能量就被反射折回，并与前进的入射波在馈线上叠加形成驻波。为了表征和测量天线系统驻波的特性，也就是正向波和反射波的情况，人们建立了“驻波比”的概念。驻波比用VSWR表示。驻波比为1，表示天线和馈线的阻抗完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大
6、的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。此外，回波损耗也是反映匹配优劣的一个参数，它用分贝数表示，回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。1.3.3 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分
7、为垂直与水平极化和45极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是45极化方式。双极化天线组合了+45和-45两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于45为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。下图是四种极化方式的方向图图3四种极化方式的方向图1.3.4 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。换言之，某天线的增益，就其最大辐
8、射方向上的辐射效果来说，与理想的辐射单元相比，把天线输入功率放大的倍数。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。目前，江苏卫通的定向基站的天线增益为16.5dBi，全向的为11dBi。1.3.5 天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区
9、覆盖质量的目的，这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。天线的波瓣宽度主要涉及到两个方面，即水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平波瓣宽度(45,60,90)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线。垂直平面的波瓣宽度（48,33,15,8）定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的波瓣
10、宽度越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。此外、还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB的两个点间的夹角下图为3dB波瓣宽度和10dB波瓣宽度的辐射方向图图4 3dB波瓣宽度和10dB波瓣宽度的辐射方向图下图是定向天线辐射的水平方向图和垂直方向图图5 定向天线的水平方向图和垂直方向图1.3.6 天线的前后比天线前后比表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。前后比一般在2530dB之间，特殊情况下则前后比要求达到（35 - 40）dB 。一般天线的前
11、后比选30 dB 。第二章 天线的分类和选择移动通信天线的技术发展很快，最初全国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率，增益和前后比等指标差别不大，都符合网络指标要求，我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对上述几种天线进行分析比较。2.1 全向天线全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型
12、，覆盖范围大。2.2 定向天线定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比如全向站就是采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线，而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波瓣宽度为65的天线，在郊区可选择水平波瓣宽度为65、90或120的天线（按照站型配置和当
13、地地理环境而定），而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。2.3 机械天线所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，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，所以天线方向图容易变形。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为15；当下倾角度在510变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10-15变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15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，这时虽然主瓣方向覆盖距
14、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，从而造成严重的系统内干扰。另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整。机械天线调整倾角的步进度数为1，三阶互调指标为-120dBc。2.4 电调天线 所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变
15、倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1-5变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5-10变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10-15变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时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，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。另外，电调天线允许系统在
16、不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高（为0.1），因此可以对网络实现精细调整；电调天线的三阶互调指标为-150dBc，较机械天线相差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。下图是天线分别在无下倾、电子下倾15、机械下倾15的状态下的水平方向图 无下倾电子下倾机械下倾图6 天线在三种状态下的水平方向图2.5 单极化天线和双极化天线单极化天线一般是指采用垂直极化方向的天线。而双极化天线是一种新型天线技术，组合了+45和-45两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量。同时由于在双极化天线
17、中，45的极化正交性可以保证+45和-45两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（30dB），因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。对于天线的选择，我们应根据自己移动网的覆盖，话务量，干扰和网络服务质量等实际情况，选择适合本地区移动网络需要的移动天线：1、基站密集的高话务地区，应该尽量采用双极化天线和电调天线；2、在边、郊等话务量不高，基站不密集地区和只要求覆盖的地区，可以使用单极化天线和传统的机械天线。第三章 移动通信系统天线参数调整3.1 天线俯仰
18、角的调整 天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的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，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500米左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于500米的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区
19、与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：=arctg(h/R)A/2其中：-天线的俯仰角h-天线的高度R-小区的覆盖半径A-天线的垂直平面半功率角上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。3.2
20、天线俯仰角的调整 天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对方位角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。在移动通信网络里，一般的定向站主要分为三个小区，即：A小区：方位角度0度，天线指向正北；B小区：方位角度120度，天线指向东南；C小区：方位角度240度，天线指向西南。在移动通信基站建设及规划中，我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整，这也是天线安装的重要标准之一，如果方位角设置与之存在偏差，则易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符，导致基站
21、的覆盖范围不合理，从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰。但在实际的移动通信网络中，一方面，由于地形的原因，如大楼、高山、水面等，往往引起信号的折射或反射，从而导致实际覆盖与理想模型存在较大的出入，造成一些区域信号较强，一些区域信号较弱，这时我们可根据网络的实际情况，对所地应天线的方位角进行适当的调整，以保证信号较弱区域的信号强度，达到网络优化的目的；另一方面，由于实际存在的人口密度不同，导致各天线所对应小区的话务不均衡，这时我们可通过调整天线的方位角，达到均衡话务量的目的。当然，在一般情况下我们并不赞成对天线的方位角进行调整，因为这样可能会造成一定程度的系统内干扰。但在某些特殊情况下，如当地紧
22、急会议或大型公众活动等，导致某些小区话务量特别集中，这时我们可临时对天线的方位角进行调整，以达到均衡话务，优化网络的目的；另外，针对郊区某些信号盲区或弱区，我们亦可通过调整天线的方位角达到优化网络的目的，这时我们应辅以场强测试车对周围信号进行测试，以保证网络的运行质量。第四章现有南京地区GOTA基站使用的亚信天线简介目前南京地区GOTA基站所使用的天线主要是江苏亚信电子科技有限公司生产的天线，现对部分天线的电性能参数进行介绍。1、 YX806V360-11D天线型号YX806V360-11D输入端7/16DIN阴头连接器位置底部频率范围（MHZ）806-866阻抗50驻波比 1.4极化方式垂直
23、极化增益11dBi水平面3dB波瓣宽度360垂直面3dB波瓣宽度7图7YX806V360-11D的水平面方向图和垂直面方向图2、 YX806V90-17D 天线型号YX806V90-17D输入端7/16DIN阴头连接器位置底部频率范围（MHZ）806-866阻抗50驻波比 1.4极化方式垂直极化增益17dBi水平面3dB波瓣宽度90垂直面3dB波瓣宽度8.5图8YX806V90-17D的水平面方向图和垂直面方向图3、YX806X65-18D天线型号YX806X65-18D输入端27/16DIN阴头连接器位置底部频率范围（MHZ）806-866阻抗50驻波比 1.4极化方式+45/-45极化增益218dBi水平面3dB波瓣宽度65垂直面3dB波瓣宽度7.54、 YX806X65-15T5D天线型号YX806X65-15T5D输入端27/16DIN阴头连接器位置底部频率范围（MHZ）806-866阻抗50驻波比 1.4极化方式+45/-45增益215dBi水平面3dB波瓣宽度65垂直面3dB波瓣宽度15电子下倾角5