基站天线选型Word文件下载.docx

1、dBi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的相对能力，“i”即表示各向同性Isotropic。dBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中的相对能力，“d”即表示偶极子Dipole。两种增益单位的关系见图1：图1 dBi与dBd的关系天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平半功率角和垂直半功率角有关。2. 天线方向图天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称

2、为平面方向图。一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分。而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如心型、8字形等。天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推。对于定向天线，还存在后瓣。图2是一定向天线的水平及垂直方向图。图2 定向天线水平与垂直方向图波束宽度也是天线的重要指标之一，它包括水平半功率角与垂直半功率角。分别定义为在水平方向或垂直方向相对于最大辐射

3、方向功率下降一半（3dB）的两点之间的波束宽度。常用的基站天线水平半功率角有360、210、120、90、65、60、45、 33等，垂直半功率角有6.5、13、25、78等。前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向18030以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比在1845dB之间。对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线。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。高增益天线由于其垂直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。 通常零深相对于主波束大于-2

4、6dB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： Y （dB）20lg（X%/100%）如：零点填充10%，即X=10；用dB表示：Y=20lg（10%/100%）-20dB上副瓣抑制，对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率， 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，提高D/U值（有用和无用信号强度之比），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。3. 极化方式极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在

5、该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波，与地面垂直的波叫垂直极化波。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化波都有旋相性。不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是线极化方式。双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，提高基站接收

6、信号质量的，通常有0/90/-45两种。对于CDMA频段，水平极化波的传播效果不如垂直极化，因此目前很少采用0的交叉极化天线。4. 下倾（Downtilt）天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角；而电子下倾是通过改变天线振子的相位来控制下倾角。当然在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一起进行。电子下倾天线一般倾角固定，即我们通常所说的预置下倾。最新的技术是倾角可调的电子下倾天线，为区分前面的电子下倾天线，这种天线我们通常称作电调天线。5. 电压驻波比

7、（VSWR）VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中，其最大值应小于或等于1.5:1。若表示天线的输入阻抗，为天线的标称特性阻抗，则反射系数为，其中为50欧姆。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，VSWR=1.5:1时，R.L.= 13.98dB。天线输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生 的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。电压驻波比过大，将 缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。6. 端口隔离度对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dB。7. 功率容量指平均功

8、率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W），若天线的 一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W，因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65时）。8. 天线输入接口为了改善无源交调及射频连接的可靠性，基站天线的输入接口采用7/16DIN-Female，在天线使用前，端口上应有保护盖，以免生成氧化物或进入杂质。9. 无源互调（PIM）所谓无源互调特性是指接头，馈线，天线，滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。通常都认为无源部件是线性的，但是在

9、大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性，这种非线性主要是由以下因素引起的：不同材料的金属的接触；相同材料的接触表面不光滑； 连接处不紧密；存在磁性物质等。互调产物的存在会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响，因此系统中对接头，电缆，天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。我们选用的厂家的接头的无源互调指标可达到-150dBc，电缆的无源互调指标可达到-170dBc，天线的无源互调指标可达到-150dBc。10. 天线尺寸和重量为了便于天线储存、运输、安装及安全，在满足各项电气指标情况下，天线的外形尺寸应尽可能小，重量尽可能轻。目前运营商对天线

10、尺寸、重量、外观上的要求越来越高，因此在选择天线时，不但要关心其技术性能指标，还应关注这些非技术因素。一般市区基站天线应该选择重量轻、尺寸小、外形美观的天线，郊区、乡镇天线一般无此要求。11. 风载荷基站天线通常安装在高楼及铁塔上，尤其在沿海地区，常年风速较大，要求天线在36m/s 时正常工作，在55m/s 时不破坏。天线本身通常能够承受强风，在风力较强的地区，天线通常是由于铁塔、抱杆等原因而遭到损坏。因此在这些地区，应选择表面积小的天线。12. 工作温度和湿度基站天线应在环境温度-40+65范围内正常工作。基站天线应在环境相对湿度0100%范围内正常工作。13. 雷电防护基站天线所有射频输入

11、端口均要求直流直接接地。14. 三防能力基站天线必须具备三防能力，即：防潮、防盐雾、防霉菌。对于全向天线满足天线倒置安装要求，同时满足三防要求。二. 选型中的天线特性考虑1. 天线波束宽度与增益之间的关系天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功率角成反比，其关系可以表示为：Ga32600/（*）其中，Ga为天线增益，单位：dBi； 为垂直半功率角，单位：度；为水平半功率角，单位：度。根据上述公式，当我们已知某一天线的增益和水平半功率角时，可

12、以估算出其垂直半功率角。例如：某一全向天线，增益11dBi，水平半功率角360 ，其垂直半功率角为：=32600/11/360=8.23由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直半功率角往往比上述计算结果要小。两者差别越小，说明天线设计得越好。天线增益、垂直半功率角、水平半功率角三者的关系如图3所示：图3 天线增益与半功率角的关系由此可知，当天线增益较小时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大；而当天线增益较高时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小。另外，天线增益取决于振子的数量。振子越多，增益越高，天线的孔径（天线有效接收面积）也越大。对于全向天线，增益增加3dB，天线长度约增

13、加一倍，因此全向天线通常增益不会超过11dBi，此时天线长度约3米。2. 极化方式的对比垂直单极化天线与双极化天线的比较：从发射的角度来看，由于垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配，因此垂直单极化天线会比其他非垂直极化天线的覆盖效果要好一些。特别是在开阔的山区和平原农村就更明显。实验证明，在开阔地区的山区或平原农村，这种天线的覆盖效果比双极化（45）天线更好。但在市区由于建筑物林立，建筑物内外的金属体很容易使极化发生旋转，因此无论是单极化还是双极化天线在覆盖能力上没有多大区别。从接收的角度来看，由于单极化天线要用两根天线才能实现分集接收，而双极化天线只要一根就可以实现分集接收，因此单极化天

14、线需要更多的安装空间，且在以后的维护工作方面要比双极化天线要大。至于空间分集与极化分集增益差别不大，一般空间分集增益在3.5dB左右。从天线尺寸方面来说由于双极化天线中不同极化方向的振子即使交叠在一起也可保证有足够的隔离度，因此双极化天线的尺寸不会比单极化天线更大。双极化天线与0双极化天线的比较： 45方式下的所有天线子系统都可用作发射信号。而0双极化天线一般只采用垂直极化振子发射信号。经验表明若用水平极化天线发射信号要比垂直极化天线发射信号低得多。在理想的自由空间中（假定手机接收天线是垂直极化），采用垂直极化振子进行发射时要比采用45发射时的覆盖能力要强3dB左右。但在实际应用环境中，考虑到

15、多径传播的存在，在接收点，各种多径信号经统计平均，上述差别基本消失，各种实验也证明了此结论的正确。但在空旷平坦的平原，上述差异或许还存在，但具体是多少，还有待进一步实验证明。综上所述，在实际应用中，两种双极化方式的差别不大，目前市场上正交极化天线比较常见。3. 天线增益的选择基站全向天线增益范围一般在：2dBi14dBi。规格有：2dBi、9dBi、11dBi、12dBi、14dBi等。而定向天线的增益范围一般在：3dBi22dBi。 3dBi、8.5dBi、10dBi、13dBi、15dBi、15.5dBi、17dBi、18dBi、21dBi、22dBi等。低增益天线，天线增益小覆盖范围及干

16、扰可以得到较好的控制。通常与微基站、微蜂窝配合使用，主要用于室内覆盖及室外的补点（补盲），如大厦的背后，新的生活小区，新的专业市场等。 这种天线的尺寸较小，便于安装，如在隧道口内侧可以采用八木天线等。这种天线价格较低廉。中等增益天线，在城区适合使用中等增益，一方面这种增益天线的体积和尺寸比较适合城区使用；另一方面，在较短的覆盖半径内由于垂直面波束宽度较大使信号更加均匀。中等增益天线在相邻扇区方向比高增益天线覆盖的信号强度更加合理。在建设初期，一般基站覆盖半径较大（1km以上），可以选择采用增益较高的定向天线。随着网络的建设，基站密度变高，覆盖半径变小，此时应该选择增益较低的定向天线， 同时考虑

17、预置下倾或电调下倾天线。高增益天线，在进行广覆盖时通常采用此种天线。用于高速公路、铁路、隧道、狭长地形广覆盖。这种天线的波瓣宽度较窄，零点较深，因此天线挂高较高时要注意选用采用了零点填充或预置电子下倾的天线来避免覆盖近端的零深效应。另外这种天线由于振子数量较多故而体积较大，安装时应注意可安装性，如有的隧道口可能就不宜安装这种天线。另外要注意风载荷。在沿海风大的地区更要注意。这种天线的成本相对也较高。4. 机械下倾与电子下倾的比较天线波束下倾通常有三种方法：机械下倾、电子下倾（也叫预置倾角）、电调天线（也叫可调电子下倾）。电调天线在调整天线下倾角度过程中，天线本身不动，是通过电信号调整天线振子的

18、相位，改变合成分量场强强度，使天线辐射能量偏离原来的零度方向。天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而保证了在改变倾角后，天线方向图形状变化不大，水平半功率宽度与下倾角的大小无关。而机械天线在调整天线下倾角度时，天线本身要动，需要通过调整天线背面支架的位置，改变天线的倾角。倾角较大时，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但与天线主瓣垂直的方向的信号没有几乎改变，所以天线方向图严重变形，水平半功率角随着下倾角的增大而增大。预置倾角天线与电调天线原理基本相似，只是其倾角是固定不能调整的（但仍可以通过机械下倾方法调整）。电调天线的优点是：在下倾角度很大时，天线主瓣方向覆盖距离明显缩短，天线方向图形

19、状变化不大，能够降低呼损，减小干扰。而机械下倾会使方向图变形，倾角越大变形越严重，干扰不容易得到控制。图3-4给出这两种不同的调整方式下天线水平方向图的变化情况。当然这与天线垂直半功率角有关。图4 不同下倾角时水平方向图的变化情况另外电调下倾与机械下倾在对后瓣的影响方面也不同，电调下倾会使得后瓣的影响得到进一步的控制，而机械下调可能会使后瓣的影响扩大。如图3-5所示：图5 不同的下倾方式对后瓣的不同影响机械下倾较大时，该天线辐射信号会通过后瓣传播到背面方向的高层建筑物内，从而导致意外的干扰。除此以外，在进行网络优化、管理和维护时，若需要调整天线下倾角度，使用电调天线时整个系统不需要关机，这样就

20、可利用移动通信专用测试设备，监测天线倾角调整，保证天线下倾角度为最佳值。电调天线调整倾角的步进度数为0.1癬，而机械天线调整倾角的步进度数为1癬，因此电调天线的精度高，效果好。电调天线安装好后，在调整天线倾角时，维护人员不必爬到天线安放处，可以在地面调整天线下倾角度，还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。而调整机械天线下倾角度时，要关闭该小区，不能在调整天线倾角的同时进行监测，机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最佳下倾角度有一定的偏差。另外机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员在夜间爬到天线安放处调整，而且有些天线安装后，再进行调整非常困难

21、，如山顶、特殊楼房处。另外，一般电调天线的三阶互调指标也优于机械下倾天线。而三阶互调指标对消除邻频干扰和杂散干扰非常重要，特别在基站站距小、载频多的高话务密度区，需要三阶互调指标达到-150 dBc左右，否则就会产生较大的干扰。电调天线的缺点是价格相对昂贵。在一些城市网络频率计划较为紧张时建议推广采用电调天线。预制下倾天线技术成熟可靠，价格也比较合理，建议在一些频繁调整及对覆盖控制要求高的场合优先选用预置下倾天线。但要根据覆盖需要选择合适倾角大小的预制下倾天线，天线倾角详细计算方法请参见天线倾角规划调整。5. 预置下倾与零点填充的作用比较预置下倾与零点填充都可以用来解决由于天线零点所带来的塔下

22、黑问题。但二者又有所区别，预置下倾的采用会缩小主瓣的覆盖范围，但在下倾角普遍较大的场合可以增大天线下倾角的可调范围。而零点填充作为一种赋形技术，可以获得较好的方向图，此时上副瓣一般得到抑制，因此这种天线不会对别的方面造成什么影响，当然它不能增加天线下倾角的可调范围。某种天线可能同时具备这两种特性，也可能只具备其中的一种，也可以是一种都没有。这在规划阶段天线选型时要结合具体的覆盖要求进行选择。很多场合下天线的高度不是太高（超过50米），即使不采用预置下倾及零点填充技术，天线的零深效应也是不明显的。因此这两种技术在广覆盖时用得更多，而这时覆盖范围的增加是更为重要的，天线下倾角的调整范围是次要的，因

23、此建议多采用零点填充天线。而在市区等需要更大下倾角调整范围的场合，天线的零深效应又不明显，可以不选用零点填充天线，而是着眼于较大下倾角调整范围建议选用预置下倾的天线。6. 倾角调整对于全向天线来说，不可以调整下倾角，但可选择预置倾角天线。对定向天线来说，在不同的应用场合，对下倾角的调整范围有不同的要求。对覆盖范围控制要求较严的市区要求下倾角的调整范围较大，一般在X18，X可以为0,也可以是一固定的预置电下倾如3。而有些机械下倾天线下倾角最大只能打到12，这对干扰控制是不利的，特别是在紧密复用的场合下。因此要根据规划区域的实际情况来选择合理的下倾范围。而在干扰问题不是主要矛盾的场合，对下倾角的调

24、整范围要求就很小，如在进行广覆盖时，有时就根本不需要考虑下倾角。高增益赋形全向天线的最大增益为12dBi，该类型天线的零点填充水平为25%（即第一零点的深度为-12dB）、3固定电下倾。这种天线用于山区、丘陵覆盖比较理想，可以有效解决由于天线挂高太高而出现的塔下黑现象。由于赋形天线只对天线下方第一个零点进行填充，因此如果天线挂高过高，该天线也将无能为力。因此建议需要有效覆盖的建筑物距离天线的径向距离R与天线挂高H满足以下关系：HRtg18表1 径向距离与天线挂高的关系R （m）H （m）6020100301504820065中等增益的赋形和普通全向天线更适合用于周遍环山（山比基站天线高出较多，

25、天线对山梁的仰角大于4）的不太发达的乡镇，由于其垂直面的波束较宽，因此指向山上的信号较强。但要注意避免时间色散的影响。7. 波束宽窄的选择波束宽窄的选择包括水平波瓣与垂直半功率角的选择，而这两者又是互相关联的。选择的主要依据是具体的覆盖要求及干扰的控制。在市区水平半功率角不宜大于65，主要着眼点是从干扰控制出发的，90及90以上的天线由于其覆盖范围过大而不利于频率复用及干扰的控制。而在郊区频率计划一般较为宽裕，这时干扰不是主要问题，可以选择水平半功率角为90以上的天线以增强对周边地区的覆盖。在天线增益及水平半功率角选定后，垂直半功率角一般来说也是确定的。但有时也会从垂直方向的覆盖要求进行考虑，

26、如基站建在建在山上，而要覆盖的地区在山下的地方，就宜选用垂直波束很宽的天线进行覆盖，垂直波束宽度在20 左右的天线。垂直波瓣越窄，一般意味着天线增益越高，定向性越好，但同时天线的零深效应会越明显，注意采取预置下倾或零点填充技术来解决零点问题。垂直波瓣越窄，也意味着天线越长，重量越重，这时就要考虑可安装性问题，同时价格也会越贵。一般双极化天线水平面内的最大波束宽度不大于908. 地形匹配波束的选用在有些应用场合下基站周围需要覆盖的区域与不需要覆盖的区域可以很明显地区分开来，那么在这些地方可以选用与该处地形匹配的波束进行覆盖。 天线主波束水平方向图形状的选择主要是从基站周边的覆盖要求来定的，结合基

27、站的位置，周边覆盖地区的分布及形状来选定，即天线波束形状与需覆盖的地形相匹配。常见地形匹配波束的有八字形、心形等，这些天线都是由全向天线改造而成。八字形全向变形天线是由普通全向天线与对称两根辅助反射金属管组成，反射金属管的作用是通过耦合改变全向天线水平面的方向图，水平方向图呈“”形。这种天线对于一些纯公路覆盖很重要。纯公路覆盖是指无人居住的山区、沙漠的重要等级公路覆盖，话务量少，为减少基站数量，降低建设成本，通常采用O2以下站型，因此覆盖距离应尽量远。象这种无线覆盖区域，采用地形匹配天线是最理想的。而八字形的变形全向天线可以增加需要覆盖方向的增益（在最大方向上增益约增加3dB），减少公路两旁无

28、用户区的覆盖能量。这种天线的站址选择很重要，公路的延伸方向应与天线方向图匹配。 这种天线实际上就是 对于纯粹的公路覆盖或其它无建筑物覆盖可以不考虑塔下黑，因为信号进入车内的衰减比进入建筑物内的衰减小得多。在农村地区，许多小村镇建在公路的一侧，在做公路覆盖时可以兼顾这些村镇的覆盖，采用变形全向天线（心形方向图），在公路和村镇方向的天线增益可以提高到1315dBi，可以使村镇和公路覆盖更有效。9. 前后比的选择一般天线的前后比在22dB左右，但有时在规划及优化时这一前后比往往不能满足要求，而需要具有更高前后比的天线。在频率紧密复用的场合下，后瓣过大容易产生邻频（甚至同频）干扰，从而影响网络质量。前

29、后比大于35dB天线为高前后比天线，增益、波束宽度的规格与普通定向天线一样。高前后比天线采用对数周期偶极子单元组阵而成，因此从外形上看，这种天线比较厚，但比较窄。两副高前后比天线的价格比一副相同增益和半功率角的双极化天线高出35%。但为了提高网络质量，还是有必要推荐使用这种天线。而在某些应用条件下，天线的前后比不宜太高，如在进行高速公路覆盖时，基本上都是快速移动用户，基站采用两小区进行覆盖，若天线的前后比太低的话由于两小区的交叠深度很小会不利于切换的正常进行。10. 天线尺寸的选用天线尺寸的选用主要是从可安装的角度来考虑，在某些安装条件受限的区域，如在进行铁路隧道覆盖规划时，这条因素是很重要的，甚至成为天线可选与否的决定因素。首先天线的尺寸与各个厂家的工艺水平有关，由此造成在其他各种指标都相同的条件下不同厂家的天线尺寸不同的情况。其次天线的尺寸主要与天线的增益有关，增益越大的天线所需的振子数量越多，一般就表现在天线的长度的增加上。11. 天线阻抗合路器的输入阻抗为50 欧姆，要减小天线驻波比，天线的特性阻抗