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2、orporation.策 划中兴通讯学院编 著 高 飞责任编辑主 审 刘 瑾*中兴通讯学院地址：深圳市盐田区大梅沙中兴通讯学院邮编：518083电话：（+86755）26778000传真：（+86755）26778999中兴通讯股份有限公司地址：深圳市高新技术产业园科技南路中兴通讯大厦邮编：518057技术支持网站：http:/客户支持中心热线：（+86755）26770800 800-830-1118传真：（+86755）26770801*版次：2005年7月第1版代码：WN1-M4-U1/U2使用说明欢迎您使用天线基础知识与天线选型，为方便您的使用，请仔细阅读以下说明。一、适用范围本教材专
3、门为培训开发，只适用于XX（选择客户、外包商）培训需要，本教材不作为解决设备问题、处理现场故障的依据。二、组 成本教材共1册，包含的课程如下:编号课 程 代 码课 程 名 称第一册W 1-M 4-U 1/U 2天线基础知识与天线选型 单击此处键入模块代码 单击此处键入模块名称本教材以WCDMA产品的X X 版本为依据进行编写，随着设备版本不断更新，我们会尽力把版本更新的内容补充到教材中，如果教材内容与贵单位使用的设备版本有所出入，敬请谅解！三、特殊符号约定3：知识点在每一个二级目录前面提示读者教材内容要点或精髓，务请仔细阅读理解。9：注意与操作有关，表示若不按要求操作，可能达不到操作效果。*：
4、警告与操作有关，表示若不按提示操作可能造成对设备和人身的伤害。小：说明对教材重要内容的补充解释或提示相关链接。四、版本演进版本时间演进内容WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴五、编者心声感谢您使用本教材，我们的点滴进步都离不开您的支持和帮助，对于教材中错漏之处，恳请批评指正！您可以通过下面的电话、传真与我们联系。联系电话：(0755)26778806传 真：(0755)26778999中兴通讯学院2005年 07月ZTE中 兴第i章 基站天线概述课程目标：了解天线基本原理和构成 掌握天线技术各参数的概念以及工程选取 了解天线工程安装 掌握天线选型方法，能够根据地物场景合
5、理选择天线参考资料：无线技术性能指标和技术白皮书 W C D M A 无线通信系统天线手册参考资料 W C D M A 室外天线选型教材 天线基础知识ZTE中 兴第i章 基站天线概述目 录第 1 章 基站天线概述.1i.i 基站天线的产业技术发展状况.1i.i.i 中国天线企业的技术现状和市场现状.11.1.2 国外天线企业的优势.11.1.3 天线行业的发展发向.21.2 天线辐射原理.21.2.1 电磁波辐射.21.2.2 对称半波振子.31.3 常用基站天线、室内天线的内部构造与分类.41.3.1 定向板型振子基站天线.41.3.2 全向串馈振子基站天线.81.3.3 室内天线.8第 2
6、 章 天线技术参数的概念和意义.102.1 天线增益.102.2 辐射方向图.112.3 波瓣宽度.122.3.1 水平波瓣宽度.122.3.2 垂直波瓣宽度.132.4 天线工作的频段范围.142.5 极化方式.142.6 天线分集接收.162.7 天线方位角.162.8 天线高度.172.9 下倾方式.172.10 天线的前后比.202.11 天线的输入阻抗Zin.212.12 天线的驻波比.212.1 3 旁瓣抑制与零点填充.221WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴2.14 三阶互调.232.15 天线隔离.242.15.1 同系统天线隔离.242.15.2 异
7、系统天线隔离.242.15.3 端口间隔离度.262.16 天线的机械性能参数.262.17 天线参数举例.26第 3 章 天线关键指标的测量.293.1 增益测量.293.2 波瓣3dB宽度和前后比测量.293.3 驻波比测量.303.4 双极化天线的隔离度测量.303.5 交调测试.31第 4 章 天线安装规范.324.1 天线安装方式.324.1.1 抱杆安装方式.324.1.2 铁塔安装方式.324.2 基站天线构成与连接.334.3 基站天线的工程安装.364.3.1 基站天线安装的整体考虑.364.3.2 室外定向天线的安装.364.3.3 室外全向天线的安装.384.3.4 室内
8、天线的安装.394.3.5 跳线安装方法.404.3.6 避雷器安装程序.414.3.7 接地卡安装程序.424.4 天馈系统调测.434.4.1 预备条件.434.4.2 调测程序.444.5 接头的密封.44第 5 章 天线选型.452ZTE中 兴第i章 基站天线概述5.1 天线应用场景分类.455.1.1 密集城区.455.1.2 一般城区（城镇）.455.1.3 郊 区（乡镇）、农村.455.1.4 铁路、高速公路（公路）.465.1.5 风景区.465.2 天线选型.465.2.1 天线选型的基本原则.465.2.2 高密集城区.475.2.3 一般城区.485.2.4 郊区、乡镇、
9、农村地区.495.2.5 铁路、高速公路（或公路）.505.2.6 风景区.525.3 WCDMA天线类型库.535.3.1 WCDMA室外全向天线汇总.535.3.2 WCDMA室内全向天线汇总.565.3.3 WCDMA室内全向天线汇总.575.3.4 WCDMA室内定向天线汇总.59附录A各厂家部分室外天线型号列表.61附录B各厂家部分室内天线型号列表.653第i章 基站天线概述ZTE中 兴第1章基站天线概述内容提要C Q知识点介绍国内外天线产业发展状况和趋势；介绍天线的基本概念、原理、构造以及分类等。1.1 基站天线的产业技术发展状况1897年马可尼发明了天线并首次实现了无线通信，经过
10、半个多世纪的大力发展，天线技术已经在军事通信、民用通信等领域得到广泛应用，成 为 种 产 业 技 术。在蜂窝移动通信系统中，基站天线是通信设备电路信号与空间辐射电磁波的转换器，是空间无线通信的连接桥头堡；蜂窝通信系统要求从基站到移动分的可靠通信，所以对天线系统有严格的要求。天线的增益、覆盖方向、波束、可用驱动功率、天线配置、极化方式等都影响着系统间的通信性能。1.1.1 中国天线企业的技术现状和市场现状据有关资料显示，在移动通信、扩频通信及微波通信等科技含量较高的民用基站天线、智能天线和蓝牙天线领域，国产天线产品的市场占有率，只有中国整个天线市场份额的20%左右，中国民族天线企业的规模和实力与
11、国外知名天线企业仍有相当差距。据不完全统计，截止2002年上半年，我国从事通讯天线生产的企业不 下100家，尤其以中、小型企业居多。按全年生产和销售总值来看，只有西安海天、深圳摩比、佛山健博通、三水盛路、中山通宇等少数几家具备了 200人以上企业规模和3000万元以上销售额。总体来讲，中国通讯天线民族企业表现出数量多、规模小和实力弱的三大特点。1.1.2 国外天线企业的优势国外天线企业的优势集中体现为资金实力雄厚、品牌知名度高、人才和技术储备丰富等。他们中间不乏成长历史超过半个世纪，年销售额超过20亿美元的国际知名品牌；而国内最大的天线厂家，年销售额也只不过一亿多元人民币，只有国外天线企业巨头
12、的几百分之一。1WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴在中国成功加入WTO后，以亚伦、安德鲁、阿尔贡、凯司林为首的国际知名天线企业纷纷在中国投资设厂，对中国民族天线企业造成了巨大冲击。1.1.3天线行业的发展发向天线的发展历史不过百年，由于雷达等军事方面的应用，各国都非常重视，硬件技术上已相对成熟。为了适应现代通信设备的需求，天线的研发主要朝儿个方面进行，即高集成度、宽带化和多波段工作、智能化。目前双极化、电子可调下倾、多频段复用的各类天线均正陆续投入商用，智能天线技术也已取得长足进展。国产天线通过近二十年的发展，与国外品牌的技术差距正在缩小，在某些方面甚至已经不分高下；
13、另一方面在我们国内，国产天线的品牌知名度和信誉度也正在不断提高；唯有资金和人才储备的差距仍然非常悬殊。国产天线的优势主要体现在产品价格适中、服务水平好，贴近通信建设的实际需要。1.2天线辐射原理天线的重要作用就在于能将电台设备中的电路信号高效率地转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成电台设备中的电路信号。天线辐射电磁波的效率与能力是一门很专业的技术，下面我们介绍一些最常用的天线振子的辐射原理。1.2.1电磁波辐射电磁波辐射原理：电子和磁子振动产生交变电场或磁场，交变的电场或磁场互相转换，形成电磁波以光速向外辐射 当导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形
14、状有关。如 图 1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如 图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L 远 小 于 波 长 X 时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。天线本身就是一个交变电流振荡器，图 L i a 到 图 1.1b可看作是天线的演变过程。来自发信机的、已调制的高频信号电流由馈线送到天线上，经天线把高频电流能2ZTE中 兴第i章 基站天线概述量转变为相应的电磁波能量，向空间辐射，这就是天线的发射过程；反之，空间辐射的电磁波通过电
15、磁感应在天线中转换成高频电流，这即是天线的接收过程。仆说明天线具有可逆性，不仅表现在发信天线可以用作收信天线，收信天线可以用作发信天线，并且表现在天线用作发信天线时的参数，与用作收信天线时的参数保持不变，这就是天线的互易原理。1.2.2对称半波振子由传输线理论可知，当导体长度为1/4波长的整数倍时，该导体在该波长的频率上呈谐振特性，辐射最强。但由于超过1/2波长的部分的辐射是反相位而对辐射有抵消的作用，因此总的辐射效果反而被打折扣，所以，通常的天线都采用1/4波长或1/2波长的振子长度单位。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，见
16、图1.2。图L 2半波对称振子示意图另外，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，见 图1.3。图1.3半波折合振子示意图3WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴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单独使用,也可采用多个半波对称振子组成天线阵。1.3常用基站天线、室内天线的内部构造与分类1.3.1 定向板型振子基站天线板状定向天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益
17、高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能、可靠以及使用寿命长。天线外形可参见图1.4:图 1.4 板状定向天线外形示意图1.3.1.1板状天线高增益的形成采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵,见图1.5。4ZTE中 兴第 i 章 基站天线概述单个半波振子垂直面方向图两个半波振子垂直面方向图 四个半波振子垂直面方向图增益为G=2.15dB 增 益 为 G=5.15dB 增 益 为 G=8.15dB单个半波振子两个半波振子四个半波振子图 1.5 半波振子垂直方向图在直线阵的侧加反射板实现水平定向原理（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）见 图 1.6.图 1.6 加反射板的
18、半波振子水平方向图目前天线厂家的基站定向天线设计基本全部采用板型振子阵列结构，选用的振子有以下两种：1.3.1.2对称振子标准的半波对称阵子（增加-附加振子用以降低振子离地高度，减小天线厚度）5WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴1.3.1.3 微带振子图 1.7 对称半波振子半波振子的变形，利 用1/4波长传输线原理形成辐射:图 1.8 微带振子6ZTE中 兴第 i 章 基站天线概述1.3.1.4基站天线的振子阵列结构45度双极化娘子阵列天线双期版子阵列天险45度双极化战带对交绸咕片阵列天线图 1.9 天线振子阵列结构7WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z
19、 TE中 兴1.3.2 全向串馈振子基站天线全向天线采用多个半波振子串馈方式来实现辐射增益的合成和增强。底健全向天线&底馈.沿线电流振幅分布图 1.1 0 半波振子串馈1.3.3 室内天线由于都市中的建筑物越来越密集以及全封闭式的外装修，增大了对无线电信号的屏蔽衰减和干扰，使室内通话质量严重下降。为解决室内信号覆盖不理想的问题,最有效的解决方法是在建筑物内设置室内覆盖分布系统。下面介绍移动通信中比较常见的两种室内天线。1.3.3.1 室内吸顶天线室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的构造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结
20、构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线，一 般 G=2 d B。外形如图1.1 1：8ZTE中 兴第i章 基站天线概述图1.11室内吸定天线1.3.3.2室内壁挂天线室内壁挂天线与室内吸顶天线很类似，同样具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。满足了工作宽频带的要求。室内壁挂天线的增益约为G =7 d B。外形见图1.1 2：图1.1 2室内壁挂天线9WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z
21、TE中 兴第2章天线技术参数的概念和意义内容提要CQ知识点介绍了基站天线各项技术性能指标的概念；说明天线各项性能指标在网络规划设计中的意义。基于各项性能指标的天线分类，初步介绍在网络规划中如何选取。2.1天线增益增益是设计天线系统最重要的参数之一，增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。天线增益是指：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。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放
22、大的倍数。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天线增益的定义与半波振子或全向天线有关。全向辐射器是假设在所有方向上的辐射功率相等。在某一方向的天线增益是该方向上它产生的场强除以全向辐射器在该方向产生的发生强度。天线增益一般常用d B d 和 d B i 两种单位。d B i 用于表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器（如图2.1中）的参考值；单个半波对称振子（如图2.1 左）的增益为G =2.1 5 d B i o 而相对于半波振子（如图2.1 左）的天线增益用d B d 表示。显然单个半波对称振子的增益也可以
23、表示为G =0 d B d。则用d B d 和 d B i 来衡量天线增益有一个固定的d B 差 值（如图2.1 右），即 O d B d 等于2.1 5 d B i 图2.1 d B i与d B d的不F目前国内外基站天线的增益范围从O d B i 到 2 0 d B i 以上均有应用。10第2章 天线技术参数的概念和意义ZTE中 兴用于室内微蜂窝覆盖的天线增益般选择0-8 d B i；室外基站从全向天线增益9 d B i到定向天线增益1 8 d B i 应用较多；增益2 0 d B i 左右的相对波束较窄的天线多用于地广人稀的高速公路的覆盖。2.2辐射方向图天线辐射方向图是天线辐射特性在空
24、间坐标中的图形化表示，它包括主瓣和旁瓣,其中主瓣是覆盖辐射最大方向的辐射瓣；旁瓣是主瓣之外的、沿其他方向的辐射瓣。基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两大类，分别对应全向天线和定向天线，如图2.2所示。图中左边所示分别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图；图中右边所示分别为定向天线的水平截面图和立体辐射方向图。1 .全向天线，即在水平方向图上表现为3 6 0 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，般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，它适用于全向小区2 .定向天线，在水平方向图上表现为一定
25、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。图中红色所示为定向天线罩中的金属反射板，它的存在使天线在水平面的辐射具备了方向性，适用于扇形小区的覆盖，覆盖范围小，用户密度大,频率利用率高。图2.2天线辐射方向图11WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z T E中 兴根据组网的要求，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。一般在市区和郊区可选择定向天线，而在乡村选择能够实现
26、大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。2.3波瓣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矢量与夹角的关系。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点矢量间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角），见图2.3 a。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远,抗干扰能力越强。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（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角，见图2.3 b。TOdB 点图 2.3 a图 2.3 b2.3.1 水平波瓣宽度所谓水平波瓣图，就是把天线方向图沿水平方向纵切
27、后得到的切面图。全向天线的水平波瓣宽度均为360（图2.3中右），而定向天线的常见水平波瓣3dB宽度有 20、30。、65、90、105、120、180。多 种（图 2.4 中左）。1 2第2章 天线技术参数的概念和意义ZTE中 兴图2.4基站天线水平波瓣3dB宽度示意图其中2 0。、3 0。的品种一般增益较高，多用于狭长地带或高速公路的覆盖；6 5。品种多用于密集城市地区典型基站三扇区配置的覆盖;9 0。品种多用于城镇郊区地区典型基站三扇区配置的覆盖；1 0 5。品种多用于地广人稀地区典型基站三扇区配置的覆盖。如图2.5 所示。水平3 d B宽6 5度 水平3布宽9 0度 水平3 d B宽1
28、 0 5度图2.5基站天线三扇区覆盖示意1 2 0。、1 8 0。品种多用于角度极宽的特殊形状扇区的覆盖。2.3.2垂直波瓣宽度天线的垂直波瓣3 d B宽度与天线的增益、水平3 d B宽度密不可分。基站天线的垂直波瓣3 d B宽度多在1 0。左右。一般来说，在采用同类的天线设计技术条件下，增益相同的天线中，水平波瓣越宽，垂直波瓣3 d B越窄。较窄的垂直波瓣3 d B宽度将会产生较多的覆盖死区，如图2.6所示，同样挂高的二副无下倾天线中，红色较宽的垂直波瓣产生的覆盖死区范围长度为OX”，小于兰色较窄的垂直波瓣死区范围长度0 X 13WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴在
29、天线选型时，为了保证对服务区的良好覆盖，减少死区，在同等增益条件下,所选天线垂直波瓣3 d B 宽度应尽量宽些。图2.6 基站天线垂直波瓣3dB宽度的选取示意2.4 天线工作的频段范围无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的。在移动通信系统中，通常天线的频带宽度就是天线的驻波比V S W R 不 超 过 1.5时，天线的工作频率范围。具体对各类基站而言，所选天线的工作频段应包含要求的频段。W C D MA 无线系统，所选天线的工作频段应包含协议要求的频段，上行频段19 20 T 9 8 0 和下行频段 2110 217 0。G S M9 0 0 系统，工作频段为
30、 8 9 0-9 6 0 MH z、8 7 0-9 6 0 MH z,8 0 7-9 6 0 MH z 和 8 9 0-18 8 0 MH z的双频天线均为可选。C D MA 8 0 0 系统，选用8 24-8 9 6 MH Z 的天线。C D MA 19 0 0 系统，选用 18 5 0-19 9 0 MH Z 的天线。从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。2.5 极化方式电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，线极化波又可分为水平极化和垂直极化波，圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波。基站天线大多采用线极化方式。14第2章 天线技术参数的概念
31、和意义ZTE中 兴天线的极化的方向，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；另两种单极化的情况：+4 5 极 化 与-4 5 极化，它们仅仅在特殊场合下使用。在移动通信系统中，单极化天线多采用垂直线极化的传播方式。这样，一共有4种单极化方式，如图2.7。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在 起，或者，把+4 5 极 化 和-45。极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线-双极化天线。目前双极化天线多采用45。双线极化。由 于1根双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩
32、中组成的（图2.8）,采用双线极化天线，可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，降低成本，减少了天线占地空间。图2.7基站天线常用极化方式VZH(Vcnical/tiarizaiital)Slant l-H-)图2.8双极化基站天线示意15WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴2.6天线分集接收在移动通信中由于多径传输使信号产生快衰落，衰落电平变化幅度可达30dB,每秒钟近2 0次，天线分集技术能够大大降低接收信号的衰落程度，提高链路质量。1.空间分集单极化天线采用空间分集。天线空间分集间距的确定原则是确保各天线分支不相关或近似不相关衰落。利用各分支信号的互相关系数来度量
33、信号间的独立性，接收信号的相关系数要小于0.7。一般来说，基站单极化天线需要的水平分集距离为20%,垂直空间要求分集距离约为15%。水平空间分集的分集增益约为3 5dB,垂直空间分集的增益约为2 4dB。水平空间分集的性能好于垂直空间分集。实际工程中，为了实施上的需要同一扇区两个单极化天线的水平分集距离最小取值不小 于10之。工作频率水平空间分集距离垂直空间分集距离最小值推荐值最小值推荐值450M6.7m13m10m800M3.6m7m5.4m1.9G1.6m3.m2.4m2G1.5m3m2.3m2.极化分集双极化天线采用极化分集。它利用在同一地点两个极化方向相互正交的天线发出的信号可以呈现不
34、相关的衰落特性进行分集接收，即在收发端天线上安装土 45极化天线，就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集。极化分集天线通过使用的正交极化天线来获得独立的衰落信号，因此不需要空间分集。在市区基站，要安装满足空间分集距离要求的天线比较困难，极化分集方式就成为重要选择。C*说明测量两单极化天线的距离是以天线朝向平行线之间的垂直距离，注意并非是两天线的连线距离；双极化天线不用测。2.7天线方位角天线方位角是重要的工程参数，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16第2章 天线技术参数的概念和意义ZTE中 兴络的运行质
35、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。根据理想的蜂窝移动通信模型，定向站一般被分为三个小区，即：A 小区：方位角0 度，天线指向正北；B 小区：方位角120度，天线指向东南；C 小区：方位角240度，天线指向西南。但在实际网络中，我们也会对天线方位角做出调整。一般调整天线方位角基于以下三种情况：1.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。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；2.另一方面，
36、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；3.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。2.8 天线高度天线高度又称天线挂高，一般来讲即是天线安装中心位置距地面的垂直距离。天线的高度对路损有重要的影响，在接收机和发射机的参数一定的情况 覆盖区范围大小与天线高度和增益成正比。天线高度的选取一方面要高于覆盖区平均建筑物的高度，保证覆盖区的信号强度;另一方面天线又不能过高，避免对邻区造成干扰。根据目前的建筑物密度和平均高度，在城区天线高度选择35米左右比较合适；在农村地区，要求天线高度较高一般
37、选择50米左右比较合适。2.9 下倾方式为了加强对基站近区的覆盖，尽可能减少死区，同时尽量减少对其它相邻基站的干扰，天线应避免过高架设，同时应采用下倾的方式。通过天线下倾可以使天线主瓣倾斜一定角度以减小到达相邻站点的功率电平，即减少干扰。如图2.9 中，17WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴黄色低架天线和绿色下倾天线产生的死区范围0 X”和 0 X ,均小于图中蓝色高架无下倾天线的死区范围o x 图2.9基站天线下倾对比示意定义天线垂直波瓣最大增益方向与水平方向夹角为天线下倾角。实际上，天线下倾角取值与天线高度、覆盖半径、天线垂直波瓣、电子下倾角参数直接相关。在覆盖半
38、径一定的情况下，天线越高需要的下倾角越大；反之，如果天线高度一定,覆盖半径越小则需要的天线下倾角越大。在基站密集的城区，相互之间很容易形成干扰，为了使大部分能量都能辐射在覆盖区内，减少对相邻小区的干扰，设置天线的初始下倾角时，应使天线的主瓣上面的半功率点对准覆盖区的边缘，计算公式如下：a =a r c t g(H/L)X (1 8 0/n)+(B/2)-Y e在郊区、农村、公路、海面等，为了让覆盖尽量远，可以减少初始下倾角，使主瓣的最大增益点对准覆盖区的边缘，下倾角的计算公式如下：a =a r c t g(H/L)X (1 8 0/n )-y e上面两个式子中，a为天线的初始机械下倾角，单位为
39、度；H表示站点的有效高度，也就是天线挂高和周围覆盖区域平均高度之差，单位为米；L表示该站点天线到本扇区需要覆盖边缘的距离，单位为米；B 表示天线的垂直波瓣宽度，单位为度；Ye表示天线电下倾的角度，单位为度。见图2.1 0：18ZTE中 兴第2章 天线技术参数的概念和意义图2.1 0基站天线下倾示意图天线下倾方式分为：机械下倾、电调下倾:1.机械下顷：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。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1 -5。；当下倾角度在5-1 0 变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当
40、再进一步加大天线下倾的角度时，覆盖正前方出现明显凹坑，两边也被压扁，天线方向图畸变，引起天线正前方覆盖不足同时对两边基站的干扰加剧，如图2.11所示。机械下倾的另一个缺陷是天线后瓣会上翘，对相临扇区造成干扰，引起近区高层用户手机掉话。不下倾 电调下倾 机械下倾图2.11基站天线下倾方式对比另外，在日常维护中，机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，般需要维护人员爬到天线安放处进行调整。2.电调下顷：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19WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴合成分量场强强度，从
41、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。电调下倾天线的下倾角度范围较大；当大于1 0 时，天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾，不会造成对近端高楼用户的干扰。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。对于天线的选择，在基站密集的高话务地区，应该尽量采用电调天线；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，可以使用传统的机械天线。2.10天线的
42、前后比方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为F/B （如图2.1 2）。天线的前后比参数表明了对后瓣抑制的好坏程度。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小，天线的后瓣产生越区覆盖的可能性越小。前后比F/B 的计算公式：F/B =1 0 L g （前向功率密度）/（后向功率密度）图2.1 2火线前后比示意图天线的前后比指标与天线反射板的电尺寸有关，较大的电尺寸将提供较好的前后比指标。如水平波瓣3 d B 宽 6 5。的天线水平尺寸大于水平波瓣3 d B 宽 9 0 的天线，所以，水平波瓣3 d B 宽 6 5。的天线前后比一般会优于水平波瓣3 d B 宽9 0。的天线。20第 2 章 天线
43、技术参数的概念和意义ZTE中 兴天线的前后比参数一般在25-30dB之间，应优先选用前后比为3 0 的天线。另外室外基站天线前后比一般应大于25dB较好，微蜂窝天线由于尺寸相对较小的原故，天线的前后比指标应适当放宽。2.11 天线的输入阻抗Zin天线可以看做是个谐振回路。一个谐振回路自然有其阻抗，对阻抗的要求就是匹配，和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。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
44、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。从数学公式上看，输入阻抗具有电阻分量R in 和电抗分量Xin,即 Zin=Rin+j X in。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。一般移动通信天线的输入阻抗为50 Q。对于任一天线，我们都可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近5 0 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=5 0 欧一这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。2.1
45、2 天线的驻波比天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来衡量天线性能的。驻波比是由天馈系统的阻抗决定的。驻波比的定义：丫 5 松=巴 厘 2 1.021WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型 ZTE中兴U m a x 在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅U m a x ,形成波腹；U m i n 而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅U m i n ,形成波节。驻波比的产生，是山于入射波能量传输到天线输入端未被全部吸收（辐射）并产生反射波，迭加而形成的。驻波比V S W R 值
46、 在 1 到无穷大之间，驻波比为1.表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。这里V S W R 越大，说明反射越大，匹配越差。一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。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V S W R 应小于 1.2。过大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。2.13旁瓣抑制与零点填充由于天线一般要架设在铁塔或楼顶高处来覆盖服务区，所以对垂直面向上的旁瓣应尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。以减少不必要的能量浪费；同时要加强对垂直面向下旁瓣零点的补偿，使这一区域的方向图零深较浅，以改善对基站近区
47、的覆盖，减少近区覆盖死区和盲点，图 2.13是基站天线有无零点填充效果的对比，其中横坐标为离开基站的距离，纵坐标为地面信号强度值。22第2章 天线技术参数的概念和意义ZTE中 兴天线零点填充值=（垂直第一下零点幅值/最大辐射方向幅值）=201og（垂直第一下零点幅值/最大辐射方向幅值）dB为确保对服务区的良好覆盖，严格地说，不具备旁瓣抑制与零点填充特性的天线是不能使用的。2.14三阶互调多数国外品牌天线的三阶互调指标可达到T50dBC2x43dBm。而一般天线的三阶互调指标仅为T30dBe2x43dBm,这与天线的设计和连接器的选取有关，由于基站接收信号比发射信号弱得多，所以一旦多路载频的发射
48、信号交调产物落入接收频段，基站将无法正常工作。23WN1-M4-U1/U2天线基础知识与天线选型Z TE中 兴2.15天线隔离2.15.1 同系统天线隔离是指同一系统不同扇区天线隔离距离大于0.6 m。在实际工程中，支臂架上安装一米左右的天线抱杆支臂。天线就安装在天线抱杆上。如图2.14所示：图2.14同系统天线隔离2.15.2 异系统天线隔离系统间干扰会给系统带来三种问题，加性噪声干扰、接收机的阻塞和互调干扰。空间隔离，对解决加性噪声干扰和接收机阻塞以及互调干扰都是有效的。隔离的大小取决于各个干扰需要的最大隔离度。1.W C D M A 与 G网天线隔离在工程中我们一般用隔离度指标来衡量，当
49、 W C D M A 系统与G网共塔时，通常要求隔离度应至少大于30d B。为满足该要求，常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法，实践证明，在天线间距相同时，垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。根据理论分析，W C D M A 基站和G S M 基站隔离如下表所示：24ZTE中 兴第 2 章 天线技术参数的概念和意义表 2.1 W C D M A 与G S M 共存的隔离度要求G S M 900 与 W C D M A 共存D C S 1800 与 W C D M A 共存空间隔离度要求（d B）3 34 3垂直隔离时距离要求0.4 5m0.4 m水平隔离时距离要求（理想条件下天线
50、无正对增益时）1.3 m1.8m共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m12 m不共站水平隔离时距离要求（考虑最恶劣情况天线有正对增益时）9m100m对于室内分布系统GSM与 WCDMA系统间要求保证4 0d B 的隔离度即可。2.W C D M A 与 P H S 天线隔离在工程应用中，当 W C D M A 基站和P H S 基站共站址时，要 求 W C D M A 基站和P H S基站隔离最小为7 8d B,采用空间隔离方法，两个基站间隔离的距离要求如下表所示：表 2.2 W C D M A 与P H S 共存的隔离度要求隔离方式隔离度（单位为d B）隔离距离（m）（