基站天线原理.ppt

移动通信信号(特别是在城市里)包含有直射波和许多反射波，反射波的波幅，相位和极性都有所不同，因此即使在较短的距离总信号也有所波动。同时还存在上行链路和下行链路不对称情况：上行链路（手机）有限功率和小型天线；下行链路（基站）高功率和高增益天线，这些都造成基站天线接收信号起伏很大。改善的方法是分集接收。 分集原理基于基站用两组接收天线可以收到两组不同的独立信号，为避免信号零点，可同时考虑两个信号而选其中一个较高的，从而改善平均的信号强度，得到分集增益。分集接收分空间分集和极化分集。 常用的分集原理有： 组合选择：选择两个信号中较强的，可达到3-4dB得分集增益。 等增益合并：将两个信号相加，利用匹配相位来优化组合，可达到4-6dB得分集增益。 最大信噪比合并：比较信号的信噪比，在调节波幅的大小，可达到6-7dB得分集增益。 图20为空间分集的典型形式，在每 个扇区安装三条方向性天线，天线 间的分集距离为12-15λ。 其特点为：有良好的分集增益， 但需要较大的空间间隔；需要昂贵 的支撑结构。 在天线后面加双工器可以减少 天线的数目，每个扇区只需两面天 线，但天线的分集距离不能减少。 图22 天线空间分集的安装 极化分集是采用两组极化正交的天线进行分集接收，由于两个天线的极化是正交的，所以不需要很大的分集距离，甚至可将两个天线安装在同一个天线罩内，大小与一个天线相同。 常用的极化分集天线有：水平与垂直极化分集和交叉极化分集（见图5）。由于水平与垂直极化分集存在两大缺点，即发射天线不能采用水平极化和只有在城市里才有良好分集增益，而交叉极化天线克服了上述缺点，所以交叉极化天线日益成为主流天线。 极化分集的优点是：只需3根交叉极化天线就能代替以往6-9条天线的基站设计，极有效的减小了发射基站的体积，以很小的间距安装任何可能的端口组合（包括三扇区天线）都能有非常好的隔离度（30dB）。 基站覆盖大致分为四大类型：话务高密集市区、县城城镇地区、乡镇地区、铁路或公路沿线及乡镇。 话务高密集市区 根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式： α＝arctg[h/ (r/2)] （式中α为波束倾角h为天线高度，r为站间距离）（1）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出α大约在10°～19°之间。采用水平半功率瓣宽65°、 +45°双极化、0~13°电调天线，再加上机械可变0~10°的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾10°～19°内无变化。经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。 对话务量中密集区，基站间距离大于500米，α大约在6°～16°之间。可选择水平半功率瓣宽65°、 +45°双极化，0~13 °电调天线，可以保证主瓣在下倾的6°～16°内水平半功率宽度无变化，满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。 对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，α大约在3°～13°之间。可选择 +45°双极化，内置电下倾3°的水平半功率瓣宽65°定向天线 ，可保证主瓣在下倾的3°～13°内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。 县城城镇地区 话务量不大，主要考 虑覆盖大的要求，基站间 距很大，可以选用单极化 ，空间分集，增益较高的 (17dB)65°定向天线(三扇 区)、或17dB 90°定向天 线(双扇区，如下图21)。 图21 县城城镇地区天线方向图示意 乡镇地区 话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线。根据基站架设高度，可选择主波束下倾3°、5°、7°的全向天线。 铁路或公路沿线及乡镇 （1）双扇区型，两个区180°划分，可选择单极化。3dB波瓣宽度为90°最大增益为17~18dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。其合成方向图为图22左图： 图22 公路双向天线方向图 （2）公路双向天线：沿公路、铁路话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线，它的双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益为14dBi。其方向图为图22右图。 （3）公路兼镇区天线：对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，采用全向站的配置，天线采用210°、13dBi的弱定向天线兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。其方向图为图23。 图23 公路兼镇区天线方向图 天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电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来表示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的