2、CDMA基站天线基本原理及调整

2、CDMA基站天线基本原理及调整
目录
1 天线理论基础知识点 2 天线的优化调整
关注的基站天线技术指标?
选择天线时需要关注的指标：
– 频率范围 – 频带宽度 – 增益 – 半功率(3dB)
水平 垂直 – 驻波系数 – 前后比 – 俯仰上旁瓣抑制 – 极化 – 俯仰下旁瓣抑制 – 第一零点填充 – 下倾角(可调)
= 0 dBm = 30 dBm = 43 dBm
Note: The Logarithmic Scale 10x log10 (Power Ratio)
“dBc”
– 相对于载波电平的载波dB值
例: -100 dBc = 载波电平以下100 dB 如果载波电平为 100 Watt = 50 dBm 那么-100 dBc = -50 dBm 或 0.00001 mWatt
(2) 利用单极化天线的空间分集只要两副天线保持一定的距离在120度范 围内均可获得两个相干性较差的快衰落信号，从而得到比较好的分集增益.
电调天线
▪ 所谓电调天线，是指通过改变天线馈电相位的方法改变下倾角度的基站天线. ▪ 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
零值填充与上波束抑制天线
一 零值填充
标准的天线方向图中主瓣上下两侧有着
对称的旁瓣，各旁瓣间的值为零.此区域
的能量很低，接收信号电平会降低30dB
甚至更多.所以它们所覆盖的地面区域通
信性能将较差.采用零值填充的方法可重
150
新定向天线的发射功率来填充朝向地面
的零值区域，使天线的能量分配更均匀，
以提供统一和稳定的通信性能.
❖ 表征天线在指定方向上辐射功率的集 中程度.分为3dB波束宽度和10dB波束 宽度.
❖ 3dB波束宽度指在天线主瓣的两侧，相 对于天线的最大功率值.
❖ 当功率强度下降到-3dB时的两点间的 夹角，即半功率角.
❖ 波束宽度根据方向的不同，可分为垂 直波束和水平波束.
驻波比
驻波比是考察天线性能的最直接的指标,也是用户最方便测试的指标. 驻波较大说明天线匹配性能差，辐射效率低，反射功率过大，会使基站告 警自动锁机，严重的烧毁BTS. 驻波与反射系数成正比.
100.0 99.8 99.2 98.3 97.2 96.0 88.9
阿朗天线选型的标准要求VSWR<1.4
前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比.它大，天线定向接收性能就好.基 本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的 接收能力.
后向功率
前向功率
以dB表示的前后比 = 10 log
理解 “dB” “dBi”“dBd”“dBm”“dBc”
“dB – 表示两个信号强度的差值，是放大（增益）或衰减（损耗）相对倍数 的分贝表示
“dBi” – 相对于点源天线的天线增益 “dBd” – 相对于半波偶极子的天线增益
“dBm” – 以1毫瓦为参考值的dB数
1 mWatt 1 Watt 20 Watts
Return Loss (dB)
26.4 20.8 17.7 15.6 14.0 9.5
Transmission
Power
Loss (dB) Reflected (%)
0.00
0.0
0.01
0.2
0.04
0.8
0.08
1.7
0.12
2.8
0.18
4.0
0.51
11.1
Power Trans. (%)
有几种不同的定义： (1) 天线增益下降三分贝时的频带宽度； (2) 在规定的驻波比下天线的工作频带宽度. 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比 ≤1.5时，天线的工作带宽.
天线的工作波长
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降.在天线工作频带内,天线性能 下降不多,仍然是可以接受的.
水平/垂直交叉极化 辐射单元排列方式
+/-45度斜极化 辐射单元排列方式
+/-45度斜极化天线的正交性
d
XPol = 20 log ( tan (d))
d =0°, XPol = - dB
d =5°, XPol = -21 dB
d =10°, XPol
=-15 dB
d =15°, XPol
=-11 dB
有的发射或接收电磁波的能力.
天线辐射方向图
水平方向图形式主要分为全向和定向,其 图形的决定因素如下:
▪ HPBW（半功率角） ▪ F/B ratio（前后比） ▪ 旁瓣水平
垂直方向图主要决定因素为: ▪ 下旁瓣零点填充 ▪ 上旁瓣抑制
天线的增益
Isotropic Pattern Dipole Pattern
120°
-45° Array
+45° Array
极化分集和空间分集比较
双极化天线的极化分集是利用两副天线的极化正交性来获得两个不相干 的快衰落信号，从而得到高的分级增益：
(1) 只有在双极化天线的轴线附近的有效角度内才能保证极化正交性，偏 离轴线越远正交性就越差，从而分极增益就越低，所以在扇区的边沿，利用 双极化天线的极化正交性来获得分集增益几乎为零，故极化分集仅适应于人 口密度大、话务量、扇区小的条件下.
两组天线振子与地面的夹角分别为+45 ° 和-45 °
相互垂直的极化信号相关性最小，±45° 极化分集天线比垂直/水平极化分集有更高的 分集增益
双极化天线
▪ 不建议使用水平/垂直交叉极化方式 在反向链路上，分集增益可能由于水平分量较小而减少
▪ +/-45度斜极化(Slant-Polarized)方式较好 在反向上，分集效果与空间分集效果一样好
(前向功率) (反向功率)
典型值为 25dB 左右
目的是有一个尽可能小的反向功率
前后比
前后比定义如下： F/B Ratio = (前向增益（dBd or dBi) - (反向增益（ dBd or dBi)） 前后比体现了天线对后瓣抑制的能力,高前后比可以减少同频干扰. 典型的前后比在25~30dB之间，应优先选用前后比高于30dB的天线.
零值填充与上波束抑制天线
零值填充和上波瓣抑制，可实现最近距离覆盖和极小的同通道干扰. (1)零值填充对于提供近距离覆盖非常重要，在垂直面内采用零值填充技 术，可以控制天线的垂直面方向图，解决基站天线“塔下黑”的问题；
(2)上波瓣抑制功能则用于降低因通道容量增加导致蜂窝单元变小后存在 的同通道干扰，最终提高载波信噪比（C/I），优化话音质量和降低呼损 率.
零点填充/上旁瓣抑制－与增益的关系
▪ 调整辐射单元的电流幅度和相位，可对天线辐射方向图的形状进行调整
▪ 零点填充和上旁瓣抑制的实现（方向图的变化）是与增益的变化密切相关
▪ 为了达到较小的上旁瓣抑制指标，最大增益将减少0.1 - 0.2 dB （基于旁瓣 抑制指标的水平）
▪ 当在场图中第一零点做了填充，最大增益将减少0.2 - 0.3 dB （基于零点填 充指标的水平）
Isotropic (dBi) Dipole (dBd) Gain
3 (dBd) = 5.15 (dBi) 0 (dBd) = 2.15 (dBi)
❖ 增益是指在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密 度与参照辐射单元在该方向上的功率密度之比. ❖ 增益是一个相对的概念，所参照的辐射单元不同，表征天线增益的参数也不同 ❖ 大多数VHF/UHF天线厂商使用半波偶极子做为参照（单位：dBd） ❖ 微波天线厂商常用各向同性源做为参照（单位：dBi) ❖ 天线增益（ dBi ) = 天线增益 （ dBd ）+ 2.15
❖ 每当有可能接收到至少两路不相关的信 号时就可能改善信号的接收，两路信号不 相关的程度决定了改善的程度.
在天馈系统中采用的分集技术
空间分集:
空间分集是通过两个接收天线间隔开一定的距离来实现的，一面天 线有一个接收场强，而几米之外的另一面天线的场强是完全不同的，理 论上，一面天线接收信号最小可以通过另一面天线接收最大信号而得到 补偿.用这种方法得到的平均接收电平的增加被称为分集增益.水平间距 一般在3~5米之间，它与相关系数、方位角、基站高度有关.
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz
天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的
该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
天线的方向性
❖ 天线方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力. ❖ 对于接收天线，方向性表示天线对不同方向传来的电磁波所具有的接收能力 ❖ 天线的方向性的特性曲线通常用方向图表示. ❖ 方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形，同样说明天线在空间各个方向上所具
采用极化分集（接收）技术，一个扇区需要一面双极化天线
极化分集
▪ 极化分集的增益跟空间分集一样 ▪ 极化分集节省天线费用和安装费用 ▪ 极化天线之间没有安装距离要求 ▪ 极化天线节省了天线占用空间符合环保要求
极化分集
±45°交叉极化天线，是将两面相互垂直 的天线和在一个天线罩内，分别使用来实现 极化分集的
180 0
90 120
-10 -20 -30
-150
-120 -90
# Model: CPX308D-D # Freq: 840 MHz
60 30 0 -30
-60
零点填充与上旁瓣抑制
零点填充可消除水平面以下波瓣之间的空隙，扩大覆盖范围 可以抑制第一上行旁瓣－对减小从邻小区来的同信道干扰很重要 各个天线厂家的产品对于零点填充和上旁瓣抑制的能力各不相同，目前没有绝对 的行业标准，一般典型的零点填充应不小于15dB；典型的上旁瓣抑制应不小于 15dB. 零点填充和上旁瓣抑制对天线辐射方向图的影响－见图例