天馈原理及使用要求培训教材

天馈系统原理及使用要求前言本教材第一章主要说明了天馈系统的构成，并主要针对WCDMANodeB，对上下行通道增益（损耗）_馈线部分进行了计算，第二章描述了组成天馈系统的关键模块的原理和作用，和设备安装上的常识和要求，文中对一些重点概念列举了一些例子。课程目标了解天馈的结构和基本工作原理了解天馈系统的各模块工作原理了解天馈系统的设计和安装要求学习完本课程，您将能够：参考资料《天馈培训教材》，培训教材（马国田）《天线原理基本原理（培训教材）》，培训教材（马国田）《WCDMANodeB安装》，培训教材课程内容Training.huawei.com第一章天馈系统的结构和基本原理第二章天馈各部件的基本工作原理第三章天馈系统的设备安装第一章天馈系统的结构和基本原理第一节天馈系统的结构和基本原理第二节馈线系统上下行增益（损耗）的计算天馈系统构成天馈系统是指在NodeB机柜机顶和天线之间，传输射频信号的设备（包括天线）。天馈系统组成见下图：1-跳线；2-天馈避雷器；3-馈线；4-接地排；5-接地线；6-馈线密封窗；7-馈线固定夹；8-馈线接地夹；9-塔放；10-天线；11-天线支架124678910835173111天馈系统的信号连接天馈系统的基本原理天线主要用来接收UE发射过来的上行信号和发射NodeB输出的下行信号。天馈系统除天线外的其它部分主要用来传输天线和NodeB之间的射频信号，其中塔放对接收的上行信号进行了一定的放大。另外天馈系统对NodeB还有一定的雷电保护作用，天馈系统中的避雷器将非常大的雷电流导通到地，从而大大减小了到达NodeB的雷电流。信号流向上行信号流向：天线－》跳线－》塔放－》跳线－》馈线－》避雷器－》跳线－》NodeB下行信号流向：NodeB－》跳线－》避雷器－》馈线－》跳线－》塔放－》跳线－》天线第一章天馈系统的结构和基本原理第一节天馈系统的结构和基本原理第二节馈线系统上下行增益（损耗）计算天馈部件的损耗(WCDMA频段)序号部件类型损耗或增益接头形式11.5米1/2跳线-0.3dB两端都是DIN型阳头22.5米1/2跳线-0.5dB两端都是DIN型阳头33.5米1/2跳线-0.7dB两端都是DIN型阳头47/8馈线-6.4dB/100m两端都是DIN型阴头55/4馈线-5.0dB/100m两端都是DIN型阴头6避雷器-0.1dB接天线端是DIN型阳头接NodeB端是DIN型阴头7塔放下行：-0.5dB(损耗)上行(不加电)：-1.5dB上行(加电)：12.0dB(增益)两端都是DIN型阴头馈线系统上行增益的计算（塔放加电）上行天馈系统增益：G＝G1－L1－L2－L3－L4－L5（dB）举例：假设三根跳线均为1.5米1/2“跳线，馈线用的是50米7/8”馈线，塔放加电时，则有塔放增益G1=12dB，L1＝L2＝L5＝0.3dB，L4＝0.1dB，L3＝0.5×6.4dB＝3.2dB，因而整个上行天馈系统的增益G＝G1－L1－L2－L3－L4－L5＝7.8dB。馈线系统下行损耗的计算（塔放加电）下行天馈系统损耗：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6（dB）举例：假设三根跳线均为1.5米1/2“跳线，馈线用的是50米7/8”馈线，塔放加电时，则有塔放损耗L6=0.5dB，L1＝L2＝L5＝0.3dB，L4＝0.1dB，L3＝0.5×6.4dB＝3.2dB，因而整个下行天馈系统的损耗：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＝4.7dB。馈线系统上行损耗的计算（塔放不加电）上行天馈系统损耗：L＝L0＋L1＋L2＋L3＋L4＋L5（dB）举例：假设三根跳线均为1.5米1/2“跳线，馈线用的是50米5/4”馈线，塔放不加电时，则有塔放损耗L0＝1.5dB，L1＝L2＝L5＝0.3dB，L4＝0.1dB，L3＝0.5×5.0dB＝2.5dB，因而整个上行天馈系统的损耗：L＝L0＋L1＋L2＋L3＋L4＋L5＝5.0dB。馈线系统下行损耗的计算（塔放不加电）下行天馈系统损耗：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6（dB）举例：假设三根跳线均为1.5米1/2“跳线，馈线用的是50米5/4”馈线，塔放不加电时，则有塔放损耗L6＝0.5dB，L1＝L2＝L5＝0.3dB，L4＝0.1dB，L3＝0.5×5.0dB＝2.5dB，因而整个下行天馈系统的损耗：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＝4.0dB。馈线系统上行损耗的计算（无塔放）上行天馈系统损耗：L＝L2＋L3＋L4＋L5（dB）举例：假设两根跳线均为2.0米1/2“跳线，馈线用的是30米7/8”馈线，无塔放时，则有L2＝L5＝0.4dB，L4＝0.1dB，L3＝0.3×6.4dB＝1.92dB，因而整个上行天馈系统的损耗：L＝L2＋L3＋L4＋L5＝2.82dB。馈线系统下行损耗的计算（无塔放）下行天馈系统损耗：L＝L2＋L3＋L4＋L5（dB）举例：假设两根跳线均为2.0米1/2“跳线，馈线用的是30米7/8”馈线，无塔放时，则有L2＝L5＝0.4dB，L4＝0.1dB，L3＝0.3×6.4dB＝1.92dB，因而整个下行天馈系统的损耗：L＝L2＋L3＋L4＋L5＝2.82dB。思考题射频信号主要经过天馈系统中那些部件？在天馈系统中，上、下行信号流向是什么？假设某个天馈系统中，配了塔放，馈线类型是7/8“馈线，馈线的长度是50m，跳线的类型均为1.5米1/2”跳线，计算塔放加电时的上行增益和下行损耗各是多少？解答问题1：射频信号经过的天馈部件主要有：天线、跳线、塔放、馈线和避雷器。问题2：上行信号流向：天线－》跳线－》塔放－》跳线－》馈线－》避雷器－》跳线－》NodeB；下行信号流向正好相反。问题3：上行增益＝12dB－3×0.3dB－0.5×6.4dB－0.1dB＝7.8dB；下行损耗＝3×0.3dB＋0.5×6.4dB＋0.5dB＋0.1dB＝4.7dB本章小结天馈系统的结构、基本原理和信号流向在有无塔放，及塔放是否加电时，上下行天馈系统增益（损耗）的计算课程内容第一章天馈系统的结构和基本原理第二章天馈各部件的基本工作原理第三章天馈系统的设备安装第二章天馈各部件的基本工作原理第一节天线的基本原理第二节塔放的基本原理第三节避雷器的基本原理天线的工作原理从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。右图显示了传输线向天线结构的演变过程基站天线的分类基站天线按照水平方向图的特性可分为全向天线与定向天线两种，按照极化特性可分为单极化天线与双极化天线两种。一般全向天线多为单极化天线，定向天线有单极化天线和双极化天线两种。全向天线在水平面内的所有方向上辐射出的电波能量都是相同的，但在垂直面内不同方向上辐射出的电波能量是不同的。定向天线在水平面与垂直面内的所有方向上辐射出的电波能量都是不同的。单极化天线多为垂直极化天线，其振子单元的极化方向为垂直方向，而双极化天线多为45度角线极化天线，其振子单元为左45度与右45度线极化交叉摆放的振子。基站天线示意图全向天线单极化定向天线双极化定向天线天线指标定义－极化方向、前后比极化方向：指天线在最大辐射方向上辐射出的电场矢量的方向。天线辐射出的电波由电场与磁场矢量构成，而电磁场矢量的方向在不同的空间方向上是不同的，在最大辐射方向的电场矢量方向定义为天线的极化方向。天线的极化方向一般与单元振子的方向一致。前后比：该指标只对定向天线有意义。指天线前向最大辐射方向的功率密度与后向±30度范围内的最大辐射方向的功率密度的比值。前后比反映天线对后向干扰的抑制能力。一般的基站天线该指标要求达到25dB。天线指标定义－增益（1）增益：指在相同输入功率条件下，天线在最大辐射方向上某一点所产生的功率密度与理想点源天线在同一点所产生的功率密度的比值。增益反映了天线将电波集中发射到某一方向上的能力，一般来讲天线的增益越高，波瓣宽度越窄，天线发射出的能量也越集中。天线增益的单位一般有两种：dBi与dBd，其中dBi是以理想点源天线增益为参考的基准，而dBd是以半波振子天线增益为参考基准。两种单位表示的数值相差2.15dB。例如一个增益为11dBi的天线，也可以说其增益为8.85dBd。如下图天线指标定义－增益（2）各向同性半波振子实际天线图中的实际天线增益为11dBi11dBi8.85dBd2.15dBi2.15dBiERPEIRP天线指标定义－水平面方向图和波瓣宽度水平面方向图：指天线的远区辐射电场的幅度在水平面内随角度变化函数的曲线，水平方向图反映了天线在水平面上的辐射特性，如理想全向天线的水平方向图是一个圆。一般水平方向图是按最大辐射方向的电场幅度值进行归一的。水平面波瓣宽度：在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧辐射功率下降3dB的两个方向之间的夹角为水平面波瓣宽度。通常所说的65度天线即指水平波瓣宽度为65度的天线。基站天线的水平面波瓣宽度与天线的宽度尺寸有关，水平面波瓣宽度越宽，天线的宽度越小，比如WCDMA天线若水平面波瓣宽度为65度，天线的宽度约为150mm，而水平面波瓣宽度为32度的天线其宽度约为300mm。水平面方向图示意图天线指标定义－垂直面方向图和波瓣宽度垂直面方向图：指天线的远区辐射电场的幅度在垂直面内随角度变化函数的曲线，垂直方向图反映了天线在垂直面上的辐射特性。垂直方向图也是按最大辐射方向的电场幅度值进行归一的。对于定向天线，主瓣上侧的副瓣应尽可能的小，因为太大的上副瓣会使较多的干扰进入系统，影响通信质量。垂直面波瓣宽度：在垂直面方向图上，在最大辐射方向的两侧辐射功率下降3dB的两个方向之间的夹角为垂直面波瓣宽度。基站天线的垂直面波瓣宽度与天线的长度尺寸有关，垂直面波瓣宽度越宽，天线的长度越小，比如WCDMA天线若垂直面波瓣宽度为6.5度，天线的高度约为1.4m，而垂直面波瓣宽度为13度的天线其高度约为0.66m。垂直面方向图示意图天线指标定义－上副瓣抑制和下零点填充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，上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区制基站天线无这一要求。下零点填充：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-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的关系为：YdB＝20log(X%/100%)。如：零点填充10%,即X=10；用dB表示：Y=20log(10%/100%)＝－20dB天线指标定义－波束下倾（1）波束下倾：由于覆盖或网络优化的需要，基站天线的俯仰面波束指向需要调整，如果完全依赖机械调节，当机械调节角度超过垂直面半功率波束宽度时，基站天线的水平面波束覆盖将变形(要求机械下倾角度不要超过天线垂直面的半功率波束宽度），影响扇区的覆盖控制，目前波束下倾主要有以下几种：（1）固定波束电下倾。天线设计时，通过控制辐射单元的幅度和相位，使天线主波束偏离天线阵列单元取向的法线方向一定的角度（如：3°、6°、9°等），并与机械下倾配合，可以使天线附角调节范围达到18-20°；天线指标定义－波束下倾（2）（2）手动连续可调波束电下倾。基站天线设计时采用可调移相器，获得主波束指向连续调节，不包括机械调节，可以达到0-10°的电调范围。（3）有线远控波束俯角电调。该类型基站天线在设计时增加了微型伺服系统，通过精密电机控制移相器达到遥控调节目的，由于增加了有源控制电路，天线可靠性下降，同时防雷问题变得复杂。天线指标定义－回波损耗和电压驻波比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。电压驻波比与回波损耗都是描述匹配状态的概念，只不