第5章 3G基站天馈系统介绍

移动通信基站的天馈系统由馈线、天 线、射频接头、避雷器、铁塔、走线架、 接地等部分组成，基站天馈工程就是以这 些构件为操作对象的。 本章开篇介绍了天馈系统的组成情况， 使读者有一个直观感受。
天线是电磁波辐射的最主要部件，天 线选择及其参数设置是否合适，对移动通 信网络的干扰，覆盖率接通率及全网服务 质量都有很大影响。 因此，本章详细介绍了天线的各项参 数，同时介绍了各种类型天线的使用方法。
接收模式下，来自窄波束之外的信号 被抑制；发射模式下，能使期望用户接收 的信号功率最大，同时使窄波束照射范围 以外的非期望用户受到的干扰最小。
图5-24
8天线线阵智能天线以及辐射方向图
5.5 基站天线的分类与选型
移动网络类型不同，基站天线的选择 也有不同的要求。 2G时代的GSM，CDMA以及3G时代 的几种制式，不同制式对基站天线的带宽、 三阶互调等性能指标也有着不同的要求。
3．天线方位角
天线方位角对移动通信的网络质量非 常重要。 一方面，准确的方位角能保证基站的 实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络 的运行质量；另一方面，依据话务量或网 络存在的具体情况对方位角进行适当的调 整，可以更好地优化现有的移动通信网络。
4．天线位置
（1）基站初始布局 （2）站址选择与勘察
5.7 常见射频器件
射频器件可以分为有源和无源两大类， 无源器件又根据实现原理分为微带型和腔 体型两类，微带结构利用1/4波长的微带线， 腔体型利用谐振腔实现功能。
以下介绍一些常见的射频器件。
（1）功放（power amplifier） （2）滤波器（filter） （3）衰减器（attenuator） （4）隔离器（isolator） （5）环形器（circulator） （6）功分器（Power Splitter）
第5章 3G基站天馈系统介绍
5.1
基站天馈系统概况
5.2
移动基站天线
5.3
移动通信用馈线
5.4
TD-SCDMA中的智能天线
5.5
基站天线的分类与选型
5.6
基站天线参数调整
5.7
常见射频器件
5.8
射频、光传输常用知识总结
【本章内容简介】 3G基站天馈系统在 很多方面和2G类似，但是3G基站天馈系统 也有其特殊之处，比如射频拉远、智能天 线等。
现在应用的基站天线除了TD-SCDMA 的智能天线有较大不同外，其他网络制式 使用的天线基本结构相差不大。 智能天线由于前面已经有了较多介绍， 下面的内容没有再涉及。
在GSM，GPRS，EDGE，CDMA2000， WCDMA等系统中使用的宏基站天线按定向 性可分为全向和定向两种基本类型，按极化方 式又可分为单极化和双极化两种基本类型，按 下倾角调整方式又可分为机械式和电调式两种 基本类型。
典型馈线的外观
表5-1
移动通信馈线
1/2英寸馈线 7/8英寸馈线 9mm 24.7mm 27.75mm 50±1 <5 <120mm <3.87 <6.1
内导体外径 尺寸（mm） 特性阻抗（） 频率上限（GHz） 一次最小弯曲半径 百米损耗（dB） 900MHz 2 000MHz 外导体外径 绝缘套外径
图5-10
天线前后比示意图
5.2.3 常见的天线种类
1．单极天线和对称振子天线
图5-11
单极天线和对称振子天线
图5-12
振子天线辐射方向图
图5-13
不同长度的对称振子天线的辐射方向图
2．八木-宇田天线
图5-14
八木天线示意图
3．缝隙天线
图5-15
缝隙天线
4．喇叭天线
图5-16
几种常见喇叭天线
图5-17
棱锥形喇叭天线的辐射方向图
5．反射面天线
图5-18
反射面天线
6．微带天线
图5-19
微带天线的4种形式
图5-20
矩形微带天线的典型方向图
5.3 移动通信用馈线
1．传输线
（1）TEM波传输线 （2）TE波和TM传输线 （3）表面波传输线
图5-21
几种常见波导结构
2．馈线
图5-22
另外，本章还概括介绍了基站天馈工 程中用到的常见射频器件、射频、光传输 的相关知识，使读者对实际工程知识有相 应了解。
1．全向天线 2．定向天线 3．机械天线 4．电调天线 5．双极化天线
图5-25
电调天线原理示意图
5.6 基站天线参数调整
基站天线的参数主要有高度、俯仰角、 方位角、天线位置等几个方面，这些参数 对基站的电磁覆盖有决定性的影响。 所以天线参数的调整在网络规划和网 络优化中具有很重要的意义。
1．天线高度
图5-3
天线
5.2.1 天线辐射的基本原理
图5-4
电磁波辐射示意图
5.2.2 天线的一些概念
（1）输入阻抗（Impedance） （2）回波损耗（Return Loss） （3）驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）
（4）带宽（bandwidth） （5）增益（gain） （6）方向图
（7）天线前后比 （8）插损 （9）选择性 （10）−3dB带宽 （11）驻波比（回波损耗） （12）互调
（13）三阶交调 （14）噪声系数 （15）耦合度 （16）隔离度
2．光纤传输知识
（1）光功率 （2）光端机 （3）激光器 （4）光接收器 （5）光耦合器 （6）波分复用器 （7）光衰减器
（7）耦合器（coupler） （8）3dB电桥 （9）直流馈电器 （10）负载（load） （11）转接头 （12）馈线（Feeder Line） （13）天线（antenna）
5.8 射频、光传输常用知识总结
1．射频知识
（1）功率/电平（dBm） （2）增益（dB） （3）dBi和dBd （4）dBc （5）天线增益（dB） （6）天线方向图
本章先介绍移动通信的基站天馈系统， 然后较详细地介绍各类天线的特点和参数 调整，最后介绍基站工程中常用的射频和 光传输知识。 【本章重点难点】 重点掌握天线的参 数调整、射频和光传输知识。
5.1 基站天馈系统概况
基站天馈系统是移动基站的重要组成 部分，它主要完成下列功能：对来自发信 机的射频信号进行传输、发射，建立基站 到移动台的下行链路；对来自移动台的上 行信号进行接收、传输，建立移动台到基 站的上行链路。
（8）光法兰头 （9）光纤 （10）光缆 （11）尾纤 （12）跳线
小 结
在移动通信系统中，空间无线信号的 发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实 现的。 因此，天馈系统对于移动通信网络来 说，有着举足轻重的作用，如果天馈系统 在施工工艺上存在问题，或者相应参数设 置不当，都会直接影响整个移动通信网络 的运行质量。
图5-5
回波损耗示意图
图5-6
3种常用天线增益比较
图5-7
半波振子天线方向图
（7）波瓣宽度（beam-width）
图5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D基站天线的水平和垂直方向图
（8）极化方式（Polarisation）
图5-9
天线单极化方式和双极化方式
（9）前后比（front-back ratio）
基站天线系统的配置同网络规划紧密 相关。 网络规划决定了天线的布局、天线架 设高度、天线下倾角、天线增益以及分集 接收方式等。 不同的覆盖区域、覆盖环境对天线系 统的要求会有非常大的差异。
图5-1
基站天馈系统安装示意图
5.2 移动基站天线
天线作为无线通信不可缺少的一部分， 其基本功能是辐射和接收无线电波。 发射时，把传输线中的高频电流转换 为电磁波；接收时，把电磁波转换为传输 线中的高频电流。 天线系统作为电磁波的收发部件，其 功能示意图如5-2所示。
图5-2
天线系统收发功能示意图
天线品种繁多，主要有下列几种分类 方式：按工作性质可分为发射天线和接收 天线；按用途可分为通信天线、广播天线、 电视天线、雷达天线等；按工作波长可分 为超长波天线、长波天线、中波天线、短 波天线、超短波天线、微波天线等；按结 构形式和工作原理可分为线天线、面天线 等。
4.8mm 13.7mm 16mm 50±1 <8 <70mm <6.88 <10.7
5.4 TD-SCDMA中的智能天线
图5-23
8天线圆环阵智能天线以及辐射方向图
智能天线的基本思想是：智能天线是 利用用户空间位置的不同来区分不同用户， 系统通过改变各天线阵元的权重在空间形 成方向性波束，天线以多个高增益窄波束 动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方向 形成零陷，从而大大降低了系统的干扰， 提高了频谱利用率。
图5-26
天线覆盖距离计算示意图
Hale Waihona Puke Baidu
2．天线俯仰角
天线俯仰角是网络规划和优化中的一 个非常重要的事情。 选择合适的俯仰角可以使天线至本小 区边界的电磁波与周围小区的电磁波能量 重叠尽量小，从而使小区间的信号干扰减 至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使 基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同， 同时加强本覆盖区的信号强度。