基站天线基本知识及网络应用

三、天线性能指标的测试
▴ 大型室外测试场 ▴ 大型室内微波暗室及自动化测试 系统软件
www.mobi-antenna.com
三、天线性能指标的测试
▴ 测试指标：
3dB波束宽度 前后比 上旁瓣抑制和 下零点填充
天线增益
▴ 仪器： 信号源 频谱仪或矢 量网络分析仪 ▴ 测试环境： 微波暗室
方向图测试原理图
824～896
＞17 ＜1.35 ±45° 90 6.5 ≥25 ≥15 3 30 ＜-107
输入阻抗(Ω )
最大功率 (W) 接头形式 雷电保护
50
500 7/16 DIN(F) 直流接地
www.mobi-antenna.com
二、天线的性能指标
机械性能指标
天线尺寸 (mm) 天线重量 (kg) 辐射材料 天线罩材料 天线罩颜色 工作温度(℃) 下倾角调整范围 (°) 640×296×156 20 铝 UPVC 灰色 -40～+70 0 ～ -15
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成
上端盖
安装夹具（上夹具）
外罩
下端盖
安装夹具（下夹具）
射频电缆接头
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成
多频双极化天线 900/1800 800/900&1800/1900/3G
单极化天线
双极化电调天线
www.mobi-antenna.com
1/2 ”射频电缆 （跳线），跳 线长度一般3～ 5米，一般两端 DIN公头
基站天线馈缆系统
7/8 ”射频电缆 （主馈线）， 一般两端DIN 母头
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
1/2 ”跳线和主馈线的转接
进入机柜前转接1/2 跳线
进入机柜的1/2 跳线
避雷器
来自室外天线的 7/8主馈缆
下倾角方式：机械下倾、固定电下倾、可调电下倾、遥控电下倾
10° 电子下倾
6° 电子下倾＋4°机械下倾
10°机械下倾
www.mobi-antenna.com
三、天线性能指标的测试
▴ 测试指标： 端口驻波比 端口隔离度 ▴ 仪器：矢量网络分析仪 ▴ 测试环境：微波暗室
www.mobi-antenna.com
直径(mm)
材料
3.55
物理发泡聚乙烯
4.8
绝缘
直径(mm) 材料
9.0 螺旋纹铜管
12.0 环形纹铜管
外导 体
直径(mm) 材料
12.0
13.9
耐光热聚乙烯或低烟无卤阻燃聚乙烯护套
外护 套
直径(mm)
13.4
16.0
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
RF 1/2
电 缆 （ 〞 ） 电 气 性 能 指 标
www.mobi-antenna.com
2.3、天线的极化
垂直极化 (单极化)
45极化 (双极化)
垂直单极化
±45°双极化
www.mobi-antenna.com
2.4、端口隔离度
隔离度指的是两根或多根单极化天线或者一根双极化天线两个端口的
不相关性
隔离度指标保证了同扇区天线分集接收的性能。
N型接头 （公头）
7/16 DIN 型 母头
7/16 DIN型接头 （公头） DIN与N型接头的比较
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—电缆接头
7/16 DIN接头（母头） 上图为900/1800双频双极化电 调天线，下图为800/900和 1800/1900/3G五频双极化电 调天线。共4个DIN射频母头 和2个电调调节杆。
dBi=dBd+2.15
www.mobi-antenna.com
2.1、天线增益
例：1个 半波振子
接收功率：1mW
4个半波振子组阵
接收功率：4 mW
G= 10log(4/1) = 6 dBd
天线增益也可以按波束宽度来估算，工程上有如下经验公式：
G 10lg(
30000 ) e h
其中，θe和θh分别是天线水平面和垂直面的半功率波束宽度，单位是（°） 如水平面波束65 °，垂直面波束7 °的定向天线，按上式计算增益为18dB。 由此可见天线的增益越高，天线波束的就越窄，或反之波束越窄，天线增益越高。
0 -20 -40 -60 -80 -100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
发射功率 = 1 W
基站天线高度 = 40 m
天线增益= 16 dBi 垂直面半功率波束宽度 = 6.5°
距离 (km)
www.mobi-antenna.com
2.5、方向图—波束下倾角及下倾方式的比较
反射板（槽板）
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—辐射单元
半波振子
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。 半波对称振子的增益为G＝2.15dBi，它是构成高增益天线的基本辐射单元。
1/4波长
0.5个波长 1/4波长
www.mobi-antenna.com
理想点源
半波振子
ห้องสมุดไป่ตู้
2.15dB
www.mobi-antenna.com
2.1、天线增益
定义
天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。
一般把天线在最大辐射方向上的场强 E 与理想各向同性天线（理想点源）均匀辐射场 强 E。相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。 即:
D E 2 / E0
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成--天线外罩
▴ 玻璃钢外罩普遍采用的是手工
生产方式，效率比较低。 ▴ 采用先进的模压方式，既提高 了产能，又有良好的外观，提高 了一致性。
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成--天线内部结构
馈电网络（功率分配网络）
辐射单元（振子）
储藏温度(℃)
最大风速(km/h)
-55～+80 210
www.mobi-antenna.com
2.1、天线增益
天线是将传输线中的电磁能量有效地转化成自由空间的电磁波 能量或将空间电磁波有效地转化成传输线中的电磁能的设备。天线 是无源器件，所以仅仅起到能量转化作用而不能放大信号，那么我 们所说的某天线的增益是18dBi，是指什么呢？
▴无法进行整体仿真
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—功率分配网络
空气带状线方案
▴ 无损耗电转接 ▴ 无辐射泄漏 ▴ 低传输损耗
同轴线
空气微带线
空气带状线
www.mobi-antenna.com
二、天线的性能指标
电性能指标
频带(MHz)
增益(dBi) 电压驻波比V.S.W.R 极化 水平面波束宽度(°) 垂直面波束宽度(°) 前后比(dB) 交叉极化比(dB) 预置电下倾角(°) 端口隔离度(dB) 三阶无源交调 IMD3(dBm)
2
单位是 dBi。 i 是各向同性（ isotropic）的缩写。 上式没有考虑天线的各种损耗，叫方向性系数，计入损耗天线增益 即:
G D
η是增益系数，是方向性系数和增益系数的乘积。
（注：另一种表示增益的单位是与理想半波振子的比较值，用dBd表示，d 是振子 （ dipole ）的缩写。
由于半波振子的增益是2.15dB，所以
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
RF电缆（ 1/2〞）
50欧姆皱纹铜管同轴电缆
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
HCHAY-50-9(1/2") HCAAY-50-12(1/2")
材料 内导 体
铜包铝线
铜包铝线
RF 1/2
电 缆 （ 〞 ） 电 气 性 能 指 标
基站天线的组成—辐射单元
天线基本辐射单元，其作用： 1、发射状态，将来自射频电缆的 电信号转变成空间的电磁波信号； 2、接收状态：将空间电磁波信号 转变成传输线中的信号。
双极化对称振子
单极化对称振子 单极化微带贴片振子
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—功率分配网络
作用： ▴输入端口到振子能量传输 ▴振子间幅度相位分配 ▴阻抗匹配 空气微带线方案
www.mobi-antenna.com
2.2、天线电压驻波比
输入功率 10W
50Ω同轴电缆 反射功率 0.5W
辐射功率9.5 W
天线驻波比是表示天线与基站（包括电缆）匹配程度的指标。它 的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后未被全部辐射出去， 产生反射波，迭加而成的。
www.mobi-antenna.com
双 极 化 天 线
单 极 化 天 线
单 极 化 天 线
隔离度 隔离度
www.mobi-antenna.com
2.4、端口隔离度
1000mW ( 1W)
10log(1000mW/1mW) = 30dB
1mW
对于多端口天线，端口隔离度是衡量各个端口之间互耦的 重要指标，理论上要求各端口是独立的即无互耦的，工程实 际中要求隔离度大于30dB
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
天线 1/2"单联 馈线卡 7/16接头 1/2"跳线
塔顶放大器
7/8"电缆
接地卡 机房 1/2"跳线 避雷器
7/8"三联 馈线卡
接地卡
室外接地排 偏置T接头 机柜
馈线孔板
www.mobi-antenna.com
天馈系统及基站天线组成
电缆方案
空气带状线方案
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—功率分配网络
空气微带方案
▴ 网络幅度相位分配设计灵活； ▴ 可进行振子、网络整体仿真，设计精度高；
▴ 批量生产一致性好
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—功率分配网络
电缆方案
▴相位分配设计灵活 ▴ 需要结合其他传输方式实现幅度分配
www.mobi-antenna.com
基站天线基本知识 及网络应用
MOBI Antenna Technologies (SHENZHEN) Co., Ltd.
www.mobi-antenna.com
内 容 提 要
一、天馈系统及基站天线组成
二、天线的性能指标
三、天线性能指标的测试
四、电调天线的应用 五、基站天线的选型 六、基站天线的安装规范 七、天馈系统常见问题与故障判断
一般要求 ： F/B＞ 25dB
www.mobi-antenna.com
2.5、方向图-上旁瓣抑制与下旁瓣零点填充
▴ 为了减少对临近小区的干扰必须抑制上旁瓣电平，一般要求为〉15dB
▴ 为了使覆盖特性更加均匀，减少盲区，下旁瓣零点必须填充，一般要求为 18dB
零点填充 16 dB 相对电平 (dBm)
基站天线的组成
打开天线的外包装， 我们看到天线外观结 构（以典型的板状天 线为例），天线有以
下三个部分：
A. 天线罩 B. 端盖 C. 接头
端盖 接头：双极化天线两个7/16 DIN型接头 （母头），所
外罩
有天线都是母头
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成—电缆接头
7/16 DIN型 公头
2.2、天线电压驻波比
由此可算出回波损耗： RL＝10lg(10/0.5)=13dB 功率反射系数： Γ2＝0.5/10＝0.05 电压反射系数 Γ＝0.2238 驻波比定义为 VSWR＝(1+)/(1- )＝1.57 一般要求天线的驻波比小于 1.5，驻波比是越小越好，但 考虑到天线制造成本和批量 生产的一致性在工程使用中 没有必要追求过小的驻波比。 如右表所示，当天线的驻波 比分别是1.5和1.35时，由上 面的公式可计算出功率反射 系数分别是4%和2.2%，则由 于反射引起的增益损失分别 是0.18dB和0.1dB
手动电调拉杆（旋钮） （用于调整天线波束下倾角）
www.mobi-antenna.com
基站天线的组成--天线外罩
UPVC材料天线外罩图
玻璃钢材料天线外罩图
UPVC材料特点： 重量轻，耐水性好，耐候性强，适合于小尺寸天线外罩；
玻璃钢材料特点： 强度高，长期耐候性略逊于UPVC材料，适用于大尺寸天线外罩
www.mobi-antenna.com
2.5、方向图特性
天线的方向图特性包括： ▴ 水平面/垂直面3dB波束宽度 ▴ 前后比 ▴ 下旁瓣零点填充和上旁瓣抑制、下倾角
www.mobi-antenna.com
2.5、方向图特性—前后比
后向功率
前向功率
F/B = 10 log
(前向功率) （后向功率)
www.mobi-antenna.com
三、天线性能指标的测试
上图是实测的某天线的水平面/垂直面方向图，从图中可以读出其水平面半 功率波束宽度为66.3°，前后比31dB，垂直面半功率波束宽度为7.7°，前后比 27dB，波束下倾角4°，上第一旁瓣电平-23.6dB，下第一旁瓣电平-7.6dB，零点 填充-18dB。