基站天线基础理论

MOBI Antenna Technologies (SHENZHEN) Co., Ltd.,基站天线基础理论,一.,天线概念,将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波,将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能,什么是天线?,传输线演变为天线,1/4,Wavelength,1/4,Wavelength,1/2,Wavelength,Dipole,波长与频率的关系,1800,MHz ：166,mm,900MHz ：333mm,公式：300,/f(G) mm,半波振子,半波振子上的场分布,.,无线电波,什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,2.,自由空间中的电磁波,电场,电场,电场,振子,电波传输方向,磁场,磁场,电磁波的传播,可用式,/, 表示。,式中，为速度，单位为米,/,秒； 为频率，单位为赫兹；,为波长，单位为米。,由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。,我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数,约为,2.1,，因此，,/1.44,，,/1.44,。,波长,无线电波的波长、频率和传播速度的关系,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波,。,无线电波的极化,V/H (,Vertical/Horizontal,),Slant (+/- 45),天线,的输入阻抗,天线馈,电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗,。,输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。,Cable,50 ohms,Antenna,50 ohms,反射,波幅度,。,反射系数,入射,波幅度,。,驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比,(VSWR),驻波,波腹电压幅度最大值,max,（,1+,）,VSWR,驻波,波节电压辐度最小值,min,（,1-,）,终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于，匹配也就越好。,反射系数,、驻波系数,当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。,而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。,9.5,W,80,ohms,50,ohms,朝前: 10,W,返回: 0.5,W,这里,的,回波,损耗,为,10log(0.5/10),=,-13dB,反射,(,回波,),损耗,由此,可算出回波损耗：,RL,10lg(10/0.5)=13dB,功率反射系数：,2,0.5/10,0.05,电压反射系数,0.2238,驻波比定义为,VSWR,=(1+,)/(1-,),1.57,由上面的定义可导出电压反射系数和回波损耗的关系,RL=-20lg ,电压反射系数和驻波比,VSWR,的关系,=(VSWR-1)/(VSWR+1),工程上如何控制、选择驻波比,VSWR1,时，说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低了天线的,辐射功率,7/8,“,电缆损耗,5dB/100m,，是在,VSWR=1,（全匹配）情况下测的；有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低了馈线向天线的输入功率,VSWR,越大，反射越大，匹配越差。那么，驻波比差，到底有哪些坏处？在工程上可以接受的驻波比是多少？一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。,VSWR,反射功率百分比,增大馈线损耗,(dB),（,50,米馈线加跳线约,2.5dB,自然损耗）,与完全匹配,(VSWR=1),相比,减小的辐射功率,(dB),减小辐射功率百分比,3.0,6.0,25%(1.25dB),0.9,2.15,40%,2.0,9.5,11%(0.5dB),0.36,0.86,18%,1.8,11.0,8%(0.36dB),0.31,0.67,14%,1.5,14.0,4%(0.17dB),0.19,0.36,8%,1.4,15.5,2.8%(0.12dB),0.09,0.21,4.7%,1.3,17.5,1.7%(0.07dB),0.06,0.13,2.9%,1.2,21.0,0.8%(0.03dB),0.04,0.07,1.1%,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,10log(1000mW/1mW) = 30dB,1000,mW ( 1W),1,mW,端口隔离度,互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。,具有,两个载波信号的互调失真频率实例,频率,A,及,B,上的载波，产生如下互调信号：,1,阶：,A,，,B,2,阶： （,A+B,），（,A-B,）,3,阶： （,2AB,），（,2B A,）,4,阶： （,3AB,），（,3B A,），（,2A2B,）,5,阶： （,4AB,），（,4B A,），（,3A2B,），（,3B 2A,）,互调失真如何影响系统的性能？,较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。,而基站天线接收的信号通常功率较低。,如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。,无源互调,913MHz,936MHz,959MHz,982MHz,理想点源,2.15,dB,半波振子,天线增益,例：,1个,dipole,接收功率：,1,mW,多个,dipole,组阵,接收功率：,4,mW,G,ain,=,10log(4mW/1mW) = 6dBd,天线,的方向图特性包括：水平面,/,垂直面,3dB,波束宽度、前后比、交叉极化、下旁瓣零点填充和上旁瓣抑制、下倾角,天线方向图,一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示,天线,增益,与,波束宽度,的,关系,前向功率,后向功率,F/B = 10 log typically ： 25dB,(,前向功率,),（,后向功率,),前后比,交叉极化比,意义：提高分集接收效果,一般要求：,10dB,，,120,范围内,交叉极化比,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,旁瓣抑制,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,10机械下倾,6 电子下倾,+ 4,机械下倾,下倾角,对于间隔排列为,d,的,N,个单元阵列，当相邻单元的相位呈等相均匀分布时，天线最大波束形成于法向正前方。当相邻单元的相位依次相差,时，最大波束形成于,0,空间方向。,电调天线原理,10,电子下倾,10,机械下倾,减少选型数量、降低投资管理成本,站点无需停机、无需攀爬站塔，即可调节倾角,根据话务量快速调节小区覆盖范围,降低站点维护成本,与机械下倾角比较，减少覆盖区域变形,电调天线优点,电调天线配件,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,基站设备,馈线,控制电缆,控制电缆,控制电缆,天线防雷装置,控制天线防雷装置,CCU,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,基站设备,馈线,控制电缆,控制电缆,天线防雷装置,控制信号功分器,控制信号防雷装置,CCU,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,RCU,Electrical Antenna,基站设备,馈线,控制线,控制线,天线防雷装置,基站,T,型头,天线,T,型头,CCU,电调天线,RCU,RCU,电调天线,RCU,RCU,电调天线,RCU,RCU,基站设备,天线防雷装置,控制信号防雷,CCU,GSM,900,馈线,控制电缆,控制线,基站中断智能,T,型头,控制器,r,网络管理中心,遥控网络管理协议,以太网,GSM,1800,WCDMA,GSM900/GSM1800/WCDMA2100,三频电调天线,GSM900,GSM1800,WCDMA2100,coupler,coupler,diplexer,diplexer,驱动器,TMA,RCU,Antenna,RCU,Antenna,RCU,Antenna,Jumper,AISG,Cable,RRU,RCU,Antenna,Antenna,Antenna,Feeder,Smart Bias T,Smart Bias T,Jumper,RCU,RCU,BTS,宽带化,扩展更宽的频带以满足不同系统的需求,698-896,，,1710-2700MHz,超宽带天线,小型化,在更小的体积内实现原有的功能,370mm,宽,G/U,共站,900MHz4,端口天线,集成化,在原有的体积内实现更多的功能,有源天线，内置电机天线,智能化,MIMO,波束赋型技术在基站天线领域中的应用,Beam-forming MIMO,基站天线产品发展趋势,698,806,824,896,4B Band,3F Band,960,790,798,870,1710,2170,2300,2700,2600 Band,MF Band,3BL Band,2B Band,3BH Band,18MHz,18MHz,30MHz,30MHz,25MHz,25MHz,45MHz,45MHz,60MHz,60MHz,12MHz,700MHz,Cellular,GSM1800,UMTS2100,PCS,WIMAX/LTE,698,808,820,849,869,894,1710,1755,1850,1910,1930,1990,2110,2170,2300,2700,移动通信系统的频谱分布,MBMF-65-18DE10,Freq(MHz),1710-1920,1920-2300,2300-2700,Gain(dB),17,17.5,18,Polar,45,45,45,HBW,（,）,68,65,63,VBW,（,）,7.5,6.5,5.5,USS,（,dB,）,15,15,15,F/B,Ratio,（,dB,）,25,25,25,VSWR,1.5,1.5,1.5,Isolation,（,dB,）,30,30,30,PIM3,（,dBc,）,-150,-150,-150,Dimensions,（,mm,）,1330,*,168,*,105,Weight,（,kg,）,6,GSM1800,PCS1900,UMTS2100,WIMAX2300,LTE2600,1710-2700MHz,超宽带天线,满足多系统共站的建设需求，节约站址资源,减少配置型号数量，降低管理成本,远程遥控调节电子下倾角，降低运营成本,电子下倾角独立可调，便于网络规划、优化,基于,AISG,协议，与多个品牌系统设备兼容,宽频多系统电调天线,CDMA800,GSM900,GSM1800,PCS1900,UMTS2100,WIMAX2300,LTE2600,双频宽带,天线,单频天线,多频天线,共站解决方案,900MHz,BTS,1800MHz,BTS,806-960MHz/1710-2170MHz,增益,:14/17, 16/17, 17/18 dBi,（可选）,型号,.:4 /2(,内置合路器,),900MHz,BTS,806-960,-45,806-960,+45,1710,-2170,-45,1710,-2170,+45,806-960,-45,1710,-2170,-45,806-960,-45,806-960,+45,1.,双频共站解决方案,;,2.,下倾角独立可调,t;,3,.,降低建站成本；,4,.,优化网络利用,多频,天线共站方案,双,频天线,900MHz,BTS,1800MHz,BTS,三频天线,900MHz,BTS,1800MHz,BTS,2100MHz,BTS,870-960,-45,1710,-1880,-45,1710,-1880,+45,1920,-2170,+45,870-960,+45,1920,-2170,-45,870-960,-45,1920,-2170,-45,171,0-1880,-45,870-960,-45,1920,-2170,-45,171,0-1880,-45,共站解决方案,1,.,双系统共站解决方案,;,2.,下倾角独立可调,;,3.,降低建站成本；,4.,优化网络利用,806-960MHz/1710-2170MHz,/1710-2170MHz,增益：,14/17/17, 16/17/17, 17/18/18 dBi,（可选）,型号,.:6 /4,（内置合路器,),多频,天线共站方案,智能天线系统由,硬件部分,-,天线阵列,和,软件部分,-,算法,组成；,智能天线,系统通过波束合成、,MIMO,等技术实现提高传输速率、降低干扰、提高系统可靠性等目的；,天线,阵列是智能天线算法的物理载体，其结构由算法决定；,智能,天线,MIMO:,Improved Spectra Efficiency,Higher SNR,Low Interference,DOA & Beam-forming,:,Improved Gain,Lower,Output Power,Low,Interference,智能,天线关键技术,智能,天线,扇区分裂电调天线,MB3F-PSA4-19DE10,频率,1710-2170,增益,19,极化,45,水平波束宽度（,）,33,*,2,下倾角调节范围（,）,0-10,上旁瓣抑制（,dB,）,16,前后比（,dB,）,30,驻波比,1.4,通过将传统基站天线的主波束分裂为两个,33,度的主波束，提高系统容量。,高旁瓣抑制电调天线,MB900-65-17DE12,频率,870-960,增益,17,极化,45,水平波束宽度（,）,65,垂直波束宽度（,）,10,上旁瓣抑制（,dB,）,22,前后比（,dB,）,25,驻波比,1.4,隔离度（,dB,）,30,三阶互调（,dBc,）,-150,尺寸（,mm,）,1330,*,168,*,105,重量（,kg,）,6,有效降低干扰，改善话音质量，提高系统容量，特别是对于,CDMA,WCDMA,等自干扰系统尤为有效,CDMA800,GSM900,GSM1800,PCS1900,UMTS2100,Improve Coverage,Compared with 18dbi antenna, increase 40% coverage area;,Fit for suburb, railway, highway coverage;,Reduce Cost,Increase the distance between 2 sites to reduce the site no.;,Save the site construction cost,Increase Traffic,Net traffic increase thanks to higher over-all signal strength,High Gain Antenna Series,1710-2170MHz,HBW:65,Gain:21dBi,2 FET,2100*158*73,1710-2170MHz,HBW:65,Gain:21dBi,2-10 VET,2100*158*73,1710-2170MHz,HBW:33,Gain:24dbi,2-10 VET,2100*280*100,高增益天线,Thank You !,