GSM移动工程知识支持手册修订版本 2.docx
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GSM移动工程知识支持手册修订版本2
第二章天馈设备
基站天馈系统主要由天线、塔顶放大器（选配）、主馈线、跳线和避雷器等组成。
包括基站机柜到天线之间的所有设备。
天馈系统安装结构示意图如图2-1所示。
图2-1基站天馈系统典型安装示意图
2.1天线
2.1.1基站天线种类
按频段
GSM900，GSM1800，GSM900/1800双频
按极化
单极化（垂直或水平极化），双极化（±45º）
按天线辐射的方向图
全向天线，定向天线
按下倾方式
无，机械，固定电调，可调电调，遥控
1．全向天线
全向天线
基本概念：
全向天线，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。
应用场合：
全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大。
2．定向天线
单极化平板定向天线
基本概念：
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。
应用场合：
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。
一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65°、90°或120°的天线（按照站型配置和当地地理环境而定）。
3．机械天线
基本概念：
所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。
应用提示：
机械天线安装好以后，可以通过调整天线背面支架的位置来实现天线倾角的改变。
机械天线的最佳下倾角度为1°~5°；当下倾角在5°~10°变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角在10°~15°变化时，其天线方向图变化较大；当下倾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。
注意事项：
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。
机械天线调整倾角的步进度数为1°，三阶互调指标为-120dBc。
4．电调天线
基本概念：
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同时增大和减小，可以保证倾角改变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不产生干扰。
应用提示：
电调天线下倾角在1°~5°时，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，天线方向图较机械天线稍有改善；当下倾角度在10°~15°变化时，天线方向图较机械天线变化较大；当下倾15°后，天线方向图较机械天线明显不同，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，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。
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，调整倾角的步进精度较高（为0.1°），电调天线的三阶互调指标为-150dBc，和机械天线差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。
5．双极化天线
双极化天线
单极化天线
基本概念：
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。
特点：
节省单个定向基站的天线数量；一般GSM网络中每个扇形3根天线（空间分集，一发两收），如果使用双极化天线，每个扇区只需要1根天线。
双极化天线中，±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。
双极化天线具有电调天线的优点，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。
双极化天线对架设安装要求不高，无需征地建塔，只要架一根直径20cm的铁柱，将天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。
表2-1极化方向
垂直/水平极化
垂直极化
水平极化
+/-45º极化
+45º极化
-45º极化
2.1.2天线基本参数
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。
匹配的优劣一般用4个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗。
在日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
驻波比：
它是行波系数的倒数，其值在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。
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。
回波损耗：
它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
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。
天线增益（Gain）
天线增益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。
天线在某一方向的增益定义为：
在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值。
G=E2/E02（同一输入功率）。
通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。
一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。
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。
表征天线增益的参数有dBd和dBi。
DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。
相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。
一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。
天线的波瓣宽度B（Beamwidth）
波瓣宽度B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）。
波瓣宽度分为垂直方向波瓣宽度和水平方向波瓣宽度。
定向天线
全向天线
定向天线
全向天线
图2-2水平波瓣3dB宽度
图2-3垂直波瓣3dB宽度
水平平面的半功率角（H－PlaneHalfPowerbeamwidth）：
（45°，60°，90°等）定义了天线水平平面的波瓣宽度。
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。
垂直平面的半功率角（V－PlaneHalfPowerbeamwidth）：
（48°，33°，15°，8°）定义了天线垂直平面的波瓣宽度。
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。
垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。
前后比（FronttoBackRadio）
前后比是指主瓣最大值与后瓣最大值之比。
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。
一般在25~30dB之间，应优先选用前后比为30的天线。
天线高度（Height）
天线高度为天线距海平面的高度，通常我们可用天线的海拔高度减去地形的平均海拔高度得到实际天线高度。
实际应用较多的是天线挂高，即天线距地面高度。
天线分集（Diversity）
移动通信系统中采用天线分集接收来减小深衰弱的影响河改善检波后的音频信噪比。
空间分集是在同一基站或小区，采用两副水平间隔数十个波长的天线接收同一信号，再通过分集组合技术选出最强信号或组合成衰落较小的信号。
2.1.3移动通信系统天线安装规范
由于移动通信的迅猛发展，目前全国许多地区存在多网并存的局面，即A、B、G三网并存，其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800。
为了充分利用资源，实现资源共享，一般采用天线共塔的形式。
这就涉及到天线的正确安装问题，即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响。
在工程中一般用隔离度指标来衡量，通常要求隔离度应至少大于30dB，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。
总的来说，天线的安装应注意以下几个问题：
1．全向天线的塔侧安装：
为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，原则上天线铁塔不能成为天线的反射器。
因此在安装中，天线总应安装于棱角上，且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于λ。
2．定向天线的塔侧安装：
为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，在安装时应注意定向天线的中心至铁塔的距离为λ/4或3λ/4时，可获得塔外的最大方向性。
3．多天线共塔：
要尽量减少不同网收发信天线之间的耦合作用和相互影响，设法增大天线相互之间的隔离度，最好的办法是增大相互之间的距离。
天线共塔时，应优先采用垂直安装。
4．对于单极化天线（垂直极化），由于天线之间（RX-TX，TX-TX）的隔离度（≥30dB）和空间分集技术的要求，要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离，一般垂直距离约为50cm，水平距离约为4.5m，这时必须增加基建投资，以扩大安装天线的平台，而对于双极化天线（±45°极化），由于±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，移动基站可以不必兴建铁塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。
综上所述，天线安装时需要注意的一些情况归纳如下：
1．离开铁塔平台距离：
>1M
2．天线间距：
---同一小区分集接收天线：
>3M
---全向天线水平间距：
>4M
---定向天线水平间距：
>2.5M
---不同平台天线垂直间距：
>1M
3．收发天线除说明书特别指明不可倒置安置。
4．处于避雷针保护范围内。
5．天线方位：
定向天线，第一扇区北偏东60度，第二扇区正南方向，第三扇区北偏西60度。
6．天线倾角：
保证天线实际倾角符合SE设计要求，误差小于2度。
7．天线垂直度：
除有天线倾角的基站外，保证天线的垂直度不大于2度。
2.1.4常用天线参数
表2-2摩比天线参数说明
型号
MB900-OA-11
MB800-90-15.5
MB800-65-15.5D
MB800-90-17
MB800-65-17D
类型
全向
定向
定向
定向
定向
增益（dBi）
11
15.5
15.5
17
17
频率范围（MHz）
824-896/870-960
824-896/870-960
824-896/870-960
824-896/870-960
824-896/870-960
驻波比
＜1.5：
1
＜1.4：
1
＜1.4：
1
＜1.4：
1
＜1.4：
1
水平波瓣
90°
65°
90°
65°
垂直瓣宽
10.5°
11.5°
6.5°
7.5°
前后比
＞23
＞25
＞23
＞25
极化方向
垂直极化
垂直极化
±45°双极化
垂直极化
±45°双极化
连接头
7/16DIN或N
7/16DIN或N
7/16DIN或N
7/16DIN或N
7/16DIN或N
天线罩材
玻璃钢
UPVC
UPVC
UPVC
UPVC
体积（mm）
2050×275×80
1400×275×80
2750×275×80
2200×275×80
重量（kg）
8
7.5
11
9.5
表2-2海天天线参数说明
型号
HTDB096515
HTDBS099015
HTDB096517
HTDB09917
HTDBS096518
类型
定向
定向
定向
定向
定向
增益
15.5dBi
15.5dBi
17
17
18
频率范围（MHz）
800-960
800-960
800-960
800-960
800-960
驻波比
＜1.5：
1
＜1.5：
1
＜1.5：
1
＜1.5：
1
＜1.5：
1
水平波瓣
65°
90°
65°
90°
65°
垂直瓣宽
13°
10°
8.5°
7°
6.5°
前后比
＞30
＞25
＞30
＞25
＞25
极化方向
垂直极化
±45°双极化
垂直极化
±45°双极化
±45°双极化
连接头
7/16F
2×7/16F
7/16F
2×7/16F
7/16F
避雷保护
直接接地
直流接地
直流接地
直流接地
直流接地
天线罩材
玻璃钢
玻璃钢
玻璃钢
玻璃钢
玻璃钢
体积（mm）
1290×258×102
2579×262×115
1939×258×102
2579×262×115
2579×262×115
重量（kg）
6
24
12
24
24
表2-3ANDREW天线参数说明
型号
CTS09-06013-0D
CTSD09-06515-0D
PCS18SA-06313-0DG
CT1NOF-0087-011
类型
定向
定向
定向
全向
增益（dBi）
15dBi
17dBi
15.4dBi
11dBi
频率范围（MHz）
870-960
870-960
1710-1880
870-960
驻波比
＜1.5：
1
＜1.5：
1
＜1.4：
1
＜1.5：
1
波束宽度
17º
8º
63º
5°
极化方向
单极化
双极化
单极化
全向
连接头
7-16DINF或
N头F
7-16DINF
7-16DINF
NF）
NFor7/16DINF
尺寸
1390×267×127mm
2500×381×140mm
960×310×90mm
4318×127mm
重量
21kg
12kg
1.9kg
16.4kg
表2-3KATHREIN天线参数说明
型号
730691
739630
735147
736350
738187
类型
900M定向
900M定向
1800定向
900M全向
1800M全向
增益
17dBi
18dBi
18
8
11
水平波瓣
65°
65°
65°
垂直波瓣
8.5°
7°
7°
13°
7°
驻波比
<1.3
<1.3
<1.3
<1.5
<1.5
电子下倾
0
0
2
0
0
极化类型
垂直
双极化
垂直
垂直
垂直
机械长度
1934mm
2580mm
1302mm
1543mm
1570mm
如果需要查阅目前中兴通讯使用的各厂家、各种型号的天线参数，可以查看附录C。
2.2天线支架
天线支架的设计一般由设备供应商提出要求，由网络运营商作为机房条件部分完成安装。
不同类型的天线、不同的安装环境，对天线支架的要求也不相同，天线支架的安装方法也不相同。
1．塔平台天线支架
铁塔定向天线的支架通常有两种情况：
安装在铁塔平台护栏上的桅杆；伸出平台的支架。
安装注意事项：
（1）支架固定杠直径要小于U形固定螺栓的直径，U形固定螺栓的内径根据天线参数而定。
（2）支架材料强度应满足天线承重和抗风要求。
（3）天线支架伸出铁塔平台时，应确保天线在避雷针保护区域内。
2．屋顶天线支架
安装注意事项：
（1）主撑杠的长度应该大于天线长度和发射方向屋顶障碍物的长度。
（2）天线支架如果安装在屋顶楼面上时，主撑杆还需要用加强杆来加固；若安装在楼顶的女儿墙上，主撑杆不需要用加强杆加固。
（3）支架支架主撑杆的材料强度应满足天线承重和抗风要求。
（4）天线支架应该安装避雷针，支架和建筑物避雷网也应连通。
2.3馈线
2.3.1同轴电缆
馈线，属同轴电缆，以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料，绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。
有两种广泛使用的同轴电缆：
一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输。
同轴电缆的主要技术参数有：
特性阻抗（射频常用的特性阻抗是50Ω）、工作频率、功率容量、损耗、最小弯曲半径等。
国产同轴电缆命名由四个部分组成：
图2-4国产同轴电缆命名
例：
SYV－50－3－1
S：
分类代号，表示同轴电缆
Y：
表示实心聚乙烯绝缘护套
V：
表示聚鲁乙烯护套
50：
特性阻抗50Ω
3：
3芯线绝缘外径3mm
1：
结构序号“1”表示一层屏蔽
最常用的同轴电缆有：
柔性电缆、半柔性电缆、波纹管电缆与泄漏电缆，常见的1／2、7／8等是指馈线外导体的直径。
国外用英寸，1／2指二分之一英寸、7／8表示八分之七英寸。
国内用mm，如－3（读杠三）、－5、－7……。
柔性与半柔性电缆有较小的弯曲半径，多用在实验室做测试电缆，一般损耗较大，在展览会等演实行场合为便于安装、携带可用超柔低损耗电缆（但价格较高需定制）。
图2-5柔性与半柔性电缆
半柔性电缆（波纹管）功率容量大、损耗小，用在功率较大场合，如机顶的跳线，机顶到天线的主馈线等。
由于弯曲半径较大，安装电缆接头时需要专用的工具。
图1-6波纹管电缆
泄漏电缆用在隧道、地铁等狭长的地方作信号覆盖。
图2-7泄漏电缆
表2-4电缆组件及配件
柔性电缆组件
半柔性电缆组件
波纹管电缆电缆组件
安装电缆所需的各种配件
注：
做展会或测试可以根据需要定制电缆组件。
2.3.2主馈线
1．概述
馈线的作用是在它能承受的所有环境条件下，在发射设备和天线之间充分地传输信号功率。
高频时的低衰减，均匀的特性阻抗和高回损是馈线最重要的传输特征。
中兴GSM基站天馈系统中，主馈一般为7/8英寸馈缆，位于天线跳线和机顶跳线之间，连接接头为DIN头（F）。
常用的泡沫绝缘馈线包括内导体和外导体两部分，如图2-8所示。
图2-8主馈缆
内导体上紧附着低损耗的泡沫绝缘体，外导体的表面有环形纹。
馈线表面带有防火，低烟和无卤的护套。
2．常用主馈线的基本参数
表2-5常用主馈线的基本参数
参数
RF7/8英寸馈线
RF7/8英寸馈线
厂商型号
成都中菱HCTAY-50-22
AndrewHJ5-50
结构
内导体直径
9.0（mm）
9.1
外导体直径
24.9（mm）
25.7
外护套直径
28.0（mm）
28.2
机械性能
单次弯曲半径
125（mm）
125
重复弯曲半径
250（mm）
250
最少弯曲次数
15
15
温度范围
储存温度（℃）
-40－+70
-40－+70
安装温度（℃）
-20－+60
最低-40
操作使用（℃）
-40－+70
-40－+70
损耗
900MHz
3.78dB/100m
4.11dB/100m
1800MHz
5.75dB/100m
5.69dB/100m
重量
0.57kg/m
0.8kg/m
2.3.3跳线
1．概述
超柔跳线用于在应用环境需要弯曲半径小的地方做连接电缆和馈线电缆。
它的表面有螺旋纹，以获得高柔韧性和抗压性。
中兴GSM基站天馈系统中，天线到主馈和主馈到机柜为1/2英寸超柔跳线，连接接头为DIN头（M），如图2-9所示。
图2-9超柔跳线
2．常用跳线的基本参数
表2-5常用跳线的基本参数
参数
RF1/2英寸超柔跳线
厂商型号
江苏亨通SYWRY-50-9
结构
内导体直径
3.55
外导体直径
12.2
外护套直径
13.6
机械性能
单次弯曲半径
32
重复弯曲半径
32
最少弯曲次数
15
温度范围
储存温度（℃）
-40－+85
安装温度（℃）
-10－+60
操作使用（℃）
-45－+85
损耗
900MHz
11.25dB/100m
1800MHz
16.60dB/100m
重量
0.2kg/m
2.4射频连接器
2.4.1射频连接器分类
1．N型系列接头
N型系列接头是是按照MIL-C-39012、IEC169-16和CECC22210详细规范研制生产的一种具有螺纹连接结构的中大功率连接器，具有抗振性强、可靠性高、机械和电气性能优良等特点。
N系列射频连接器广泛用于振动和环境恶劣条件下的无线电设备和仪器中，连接柔性、半柔性射频同轴电缆，或用在射频单板模块的输入输出接口或常用测试设备。
中兴BSS系统中主要用于MB。
常用型号如图2-10所示。
表2-6N系列射频连接器常用型号
M头F头
N-J2.5A~8A
N-J9E~12E
N-K22可接7／8馈线
表2-7N系列射频连接器主要技术特性
环境参数
温度范围：
-65~+165℃
电气性能
特征阻抗：
50Ω工作电压：
1000V
频率范围：
0~11GHz介质耐压：
1500V
接触电阻：
内导体：
≤1mΩ；外导体：
≤0.2mΩ
绝缘电阻：
≥5000MΩ
电压驻波比：
电压驻波比：
直式≤1.30弯式
材料与涂覆
壳体：
黄铜镀镍插针：
黄铜镀硬金
插孔：
铍青铜镀硬金或锡青铜镀硬金绝缘体：
聚四氟乙烯
压接套：
铜合金镀镍密封件：
硅橡胶
机械性能
连接器耐久性500次
2．DIN系列接头
DIN系列接头主要用来连接
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