天线俯仰角
天线俯仰角
现"飞地"，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就 造成"飞地"
与相邻基站之间没有切换关系，"飞地"因此成为一个孤岛，当手机占用上 飞地"覆盖区
的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。
电子下倾角与物理下倾角作用是一样的，就是控制天线主瓣的覆盖范围。 电子的优点是下倾后旁瓣不会扩展太多。判断是否需要下倾角主要还是根据预 测的主瓣覆盖距离和天线高度进行计算。这种计算是一种繁琐的计算过程，其 实目前有很多天线覆盖计算软件，不过原理都是基于下面的思想：
方向因素影响：
一是天线所发直射波所能达到的最远距离；
二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。
900MHz移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距 离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：
S=2R（H+h）
其中：
R-地球半径，约为6370km;
H-基站天线的中心点高度；
h-手机或测试仪表的天线高度。
由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由 天线高度
决定的。
GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都 较高。随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到 大约500m左右为一个站。
在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会 严重影响我们
向或二小区基站，站间距离5km-20km左右。
覆盖的目的就是为了给客户带来更好无线业务服务，不过还需要注意几个 方面：
1、看覆盖环境,不同的地区采用不同下倾方式和天线挂高；
中继星天线程控指向用户星的方位角和俯仰角计算
1 坐标系定义
1 1 地心惯性坐标系 O X I YIZI
图 1示出地心惯性坐标系。图中: 原点: 地球球心 O; 基准面: 某历元赤道面; 轴指向: X I轴: 指向某一历元 ( 一般取 J2000. 0)的平春分点;
Z I轴: 垂直基准面, 指向地球北极; Y I 轴: X I、YI、Z I 服从右手定则。 在地心惯性坐标系中 M 点的球面坐标为: 地心距 r, 赤经 , 赤纬 。 坐标系不随地球自转而转动, 因为 X I 轴由赤道 面和黄道交 线的春分点确定, 春分点不随地球转动而移动。 1 2 地心轨道坐标系 O X o Yo Zo O X o YoZo 与 O X I YIZ I 的相互关系如图 2所示。图中:
sin∀ 0 cos∀ 0 - sin! cos! 0
01
cos∀cos#- sin!sin∀sin# cos∀sin#+ sin!sin∀cos# - cos!sin∀
=
- cos∀sin#
cos∀cos#
sin!
( 11)
sin∀cos#+ sin!cos∀sin# sin∀sin#- sin!cos∀cos# cos!cos∀
0
cos% 1 sin ( % 1 ) 0
= 0 0 - 1 - sin( ∃1 + f1 ) cos( ∃1 + f1 ) 0 0 cosi1 sini1 - sin% 1 co s% 1 0
-1 0 0
0
0
1 0 - sini1 cosi1
0
0
1
- s inu1 cos% 1 - co su1 cosi1 sin% 1 - sinu1 s in% 1 + cosu1 co si1 sin% 1 co su1 sini1
天线方位角俯仰角以及指向计算
而BC在天线面坐标系 下可描述为 ,因而有:
因而有：
通过上式即可求得双轴机构所需转角( , )。
课题二地球同步轨道卫星理想轨道计算模型
这部分我们分两部分进行，第一部分是卫星的发射阶段，第二阶段是在轨运行阶段。
一．发射阶段
发射地球同步定点卫星必须采用多次变轨的发射轨道。一般,发射轨道可分为两种类型,一是有停泊轨道的发射轨道,其中又可分为停泊轨道和转移轨道共平面和不共平面两种;另一是无停泊轨道的发射轨道。
因此，星载天线的指向精度是非常重要的。要保证星载天线的指向精度，首先就是要确保星载天线驱动机构在地指向精度分析的正确性，只有这样才能对接下来的在轨指向精度分析和指向误差补偿进行分析。星载天线驱动机构的末端位姿误差主要来源于机构的结构参数误差和热变形误差，这些误差是驱动机构指向误差最原始的根源，由于受实际生产加工装配能力和空间环境的限制，这些引起末端指向误差的零部件结构参数误差是必须进行合理控制的，引起结构参数变化的热影响因素是必须加以考虑的，只有这样才能使在轨天线驱动机构指向精度动态分析和误差补偿都得到较理想的结果。纵观整个星载天线驱动机构末端位姿误差的分析，提出源于结构参数误差和热变形误差引起的星载天线驱动机构末端位姿误差的研究是必要的。
地球同步卫星及其轨道在万有引力作用下,如果把地球与人造卫星，化为两个质点作为二体问题来考虑,那么,人造卫星的轨道方程和运行速度可表述如下。
式中r——卫星沿轨道运行的向径变量
v——卫星沿轨道运行的速度变量
P——圆锥曲线参变量;抛物线轨道半通径
a——椭圆轨道半长径;双曲线轨道半主径
e——圆锥曲线离心率
f——真近点角
与此同时，我国对星载天线驱动机构的研究、生产制造技术进行了一定时间的学习积累，也成功的应用到了一些卫星上，具有一定的自主能力。自2000年后，我国在发射的卫星中，有很多采用了自主研发的天线驱动机构。相应的研究单位也蓬勃发展，航天科技集团、上海航天局等相关单位对星载天线驱动机构的研究已经取得了很大的成就和进展。特别是伴随着我国自主导航系统—北斗导航系统的不断发展，以及空间实验室和“嫦娥计划”的不断深入。星载天线双轴驱动机构得到了极大地发展。即便如此，我们跟国外还是有一定差距的，目前国内与国外的差距主要在双轴驱动机构精度、使用寿命、可靠性方面，因此还是需要进行深入研究，提高其精度、使用寿命、可靠性。
天线方位角俯仰角以及指向计算
创新实验课作业报告姓名：王紫潇苗成国学号：1121830101 1121830106专业：飞行器环境与生命保障工程课题意义：随着科学技术的迅猛发展，特别是航天科技成果不断向军事、商业领域的转化，航天科技得到了极大的发展，航天器机构朝着高精度、高可靠性的方向发展。
因此对航天机构的可靠性、精度、寿命等要求越来越高，对航天器机构精度的要求显得愈发突出，无论是航天器自身的工作，还是航天器在轨服务都对其精度有着严格的要求。
航天器中的外伸指向机构通常指的是星载天线机构，星载天线是航天器对地通信的主要设备，肩负着对地通信的主要任务，同时随着卫星导航的广泛应用，星载天线就愈发的重要起来，而其指向精度的要求就愈发的突出，指向精度不足，将会导致通信信号质量下降，卫星导航精度下降等结果。
民用方面移动通信和车载导航等，军用方面舰船导航、精确打击等这些都对星载天线的指向精度有着极高的依赖性。
因此，星载天线的指向精度是非常重要的。
要保证星载天线的指向精度，课题一双轴驱动机构转角到天线波束空间指向首先就是要确保星载天线驱动机构在地指向精度分析的正确性，只有这样才能对接下来的在轨指向精度分析和指向误差补偿进行分析。
星载天线驱动机构的末端位姿误差主要来源于机构的结构参数误差和热变形误差，这些误差是驱动机构指向误差最原始的根源，由于受实际生产加工装配能力和空间环境的限制，这些引起末端指向误差的零部件结构参数误差是必须进行合理控制的，引起结构参数变化的热影响因素是必须加以考虑的，只有这样才能使在轨天线驱动机构指向精度动态分析和误差补偿都得到较理想的结果。
纵观整个星载天线驱动机构末端位姿误差的分析，提出源于结构参数误差和热变形误差引起的星载天线驱动机构末端位姿误差的研究是必要的。
发展现状：星载天线最初大多是以固定形式与卫星本体相连的，仅仅通过增大天线波束宽度和覆盖面积来提高其工作范围，对其精度要求不是很高，但是随着航天科技的不断发展和市场需求的不断变化，这就要求，星载天线要具备一定的自由度，因此促使了星载天线双轴驱动机构的发展。
基站天线俯角和方位角测量方法
基站天线俯角和方位角测量方法1.目的。
规范测量方法、降低人为因素、提高系统质量。
2.适用范围。
此方法适用于所有摩托罗拉基站安装督导，检查工程师及现场安装工作人员。
3.天线俯角测量：3.1.根据设计院的设计文件以及客户优化资料提供的最新数据调整天线俯角，要求调整后的俯角度数与最新数据的误差为正负1度。
3.2.由于各天线厂家生产的天线型号、规格、形状不尽相同，测量者必须选择天线背面的平直面进行测量。
3.3.天线机械俯角的测量工具应为斜度测量仪（也称坡度仪）。
3.4.斜度测量仪（也称坡度仪）必须每年进行一次检验和校准。
3.5.测量者手握坡度仪安全站在天线的背后，用侧面紧靠在天线背面的平直面，取上、中、下三点进行测量，取三个测试数据值的平均值，精确到小数点后一位。
3.6. 电调天线的俯角是天线机械俯角与天线内置角或电调角之和。
3.7. 天线内置角度需从天线厂家或客户资料中获取；电调角度根据厂家使用说明用专用工具读取。
4. 天线方位角测量：4.1. 根据设计院的设计文件以及客户优化资料提供的最新数据调整天线方位角，要求调整后的方位角度数与最新数据的误差为正负5度。
4.2.由于各地基站的安装环境不同，天线安装方式也不尽相同，大致可分为:Ø落地铁塔、楼顶铁塔、楼顶简易铁塔、楼顶拉线铁塔、楼顶桅杆塔、楼顶增高架、楼顶墙沿桅杆、楼顶炮台桅杆。
根据不同的安装方式，确定不同的天线方位角测量方法。
4.3.天线方位角的测量工具应为指北针或地质罗盘仪。
指北针或地质罗盘仪必须每年进行一次检验和校准。
4.5.天线方位角测量原则：4.5.1.指北针或地质罗盘仪应尽量保持在同一水平面上。
4.5.2.指北针或地质罗盘仪必须与天线所指的正前方成一条直线。
4.5.3.指北针或地质罗盘仪应尽量远离铁体及电磁干扰源(例如各种射频天线、中央空调室外主机、楼顶铁塔、建筑物的避雷带、金属广告牌以及一些能产生电磁干扰的物体)。
4.6.建议测量方式（直角拐尺测量法）4.6.1.前方测量：在方位角的测量时，两人配合测量。
天线方位角 俯仰角以及指向计算
创新实验课作业报告姓名：王紫潇苗成国学号：1121830101 1121830106 专业：飞行器环境与生命保障工程课题一双轴驱动机构转角到天线波束空间指向课题意义：随着科学技术的迅猛发展，特别是航天科技成果不断向军事、商业领域的转化，航天科技得到了极大的发展，航天器机构朝着高精度、高可靠性的方向发展。
因此对航天机构的可靠性、精度、寿命等要求越来越高，对航天器机构精度的要求显得愈发突出，无论是航天器自身的工作，还是航天器在轨服务都对其精度有着严格的要求。
航天器中的外伸指向机构通常指的是星载天线机构，星载天线是航天器对地通信的主要设备，肩负着对地通信的主要任务，同时随着卫星导航的广泛应用，星载天线就愈发的重要起来，而其指向精度的要求就愈发的突出，指向精度不足，将会导致通信信号质量下降，卫星导航精度下降等结果。
民用方面移动通信和车载导航等，军用方面舰船导航、精确打击等这些都对星载天线的指向精度有着极高的依赖性。
因此，星载天线的指向精度是非常重要的。
要保证星载天线的指向精度，首先就是要确保星载天线驱动机构在地指向精度分析的正确性，只有这样才能对接下来的在轨指向精度分析和指向误差补偿进行分析。
星载天线驱动机构的末端位姿误差主要来源于机构的结构参数误差和热变形误差，这些误差是驱动机构指向误差最原始的根源，由于受实际生产加工装配能力和空间环境的限制，这些引起末端指向误差的零部件结构参数误差是必须进行合理控制的，引起结构参数变化的热影响因素是必须加以考虑的，只有这样才能使在轨天线驱动机构指向精度动态分析和误差补偿都得到较理想的结果。
纵观整个星载天线驱动机构末端位姿误差的分析，提出源于结构参数误差和热变形误差引起的星载天线驱动机构末端位姿误差的研究是必要的。
发展现状：星载天线最初大多是以固定形式与卫星本体相连的，仅仅通过增大天线波束宽度和覆盖面积来提高其工作范围，对其精度要求不是很高，但是随着航天科技的不断发展和市场需求的不断变化，这就要求，星载天线要具备一定的自由度，因此促使了星载天线双轴驱动机构的发展。
天线俯仰角
天线的覆盖范围主要取决于天线高度、下倾、天线增益、天线口功率、无线链路等因素。
一般网络规划对市区可按照：(a)繁华商业区；(b)宾馆、写字楼、娱乐场所集中区；(c)经济技术开发区、住宅区；(d)工业区及文教区；等进行分类。
一般来说：(a)(b)类地区应设最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站间距在0.6～1.6km；(c)类地区也应设较大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站间距取1.6～3km；(d)类地区一般可设小规模定向基站，如2/2/2站型，站间距为3～5km；若基站位于城市边缘或近郊区，且站间距在5km以上，可设以全向基站。
上几类地区内都按用户均匀分布要求设站。
郊县和主要公路、铁路覆盖一般可设全向或二小区基站，站间距离5km-20km左右。
覆盖的目的就是为了给客户带来更好无线业务服务，不过还需要注意几个方面：1、看覆盖环境,不同的地区采用不同下倾方式和天线挂高；2、看天线类型、参数，是否带电倾角，看天线参数以及其方向图进行评估；3、实地CQT测试，更加贴近用户的方式。
天线高度的调整天线高度直接与基站的覆盖范围有关。
一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响：一是天线所发直射波所能达到的最远距离；二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。
900MHz移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：S=2R(H+h)其中：R-地球半径，约为6370km；H-基站天线的中心点高度；h-手机或测试仪表的天线高度。
由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。
GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。
随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m左右为一个站。
在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会严重影响我们的网络质量。
天线方位角俯仰角以及指向计算
那么，我们小组也秉承着对航天事业的极大热忱开始对天线指向问题进行研究，首先我们对天线的方位角和俯仰角进行了理论的推导。
关键词：方位角俯仰角双轴定位天线指向
1．天线方位角与俯仰角的计算公式推导：
假定已知某时刻卫星在惯性空间的位置、速度以及天线指向点的位置信息。设卫星位置矢量为 ，卫星速度矢量为 ，指向点的地理经纬度分别为B、L。根据已知的卫星位置与速度矢量计算天线坐标系各坐标轴在惯性空间的方向矢量，计算公式：
对圆轨道可有r=a=R+H,故(2)式可改写为 ，根据定义 ， ，可以得出： ，对于地球同步卫星来说 ，
式中 ——卫星沿轨道运行的角速度
H——卫星地面发射高度
T——卫星运行周期
——地球自转周期,Te=
R——地球平均半径,R=6367km
今将已知数据代入上述几式之中，则得地球同步卫星的参数如下:
式中 ——地球同步卫星的高度
Hale Waihona Puke 有停泊轨道的发射轨道可分为五部分:
(l)上升段(第一动力飞行段,其任务是从地面起飞使飞行器进入停泊轨道);
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天线的覆盖范围主要取决于天线高度、下倾、天线增益、天线口功率、无线链路等因素。
一般网络规划对市区可按照：
(a) 繁华商业区；
(b) 宾馆、写字楼、娱乐场所集中区；
(c) 经济技术开发区、住宅区；
(d)工业区及文教区；等进行分类。
一般来说：
(a)(b)类地区应设最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站间距在0.6～1.6km；
(c) 类地区也应设较大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站间距取
1.6～3km；
(d) 类地区一般可设小规模定向基站，如2/2/2站型，站间距为3～5km；若基站位
于城市边缘或近郊区，且站间距在5km以上，可设以全向基站。
上几类地区内都按用户均匀分布要求设站。
郊县和主要公路、铁路覆盖一般可设全
向或二小区基站，站间距离5km-20km左右。
覆盖的目的就是为了给客户带来更好无线业务服务，不过还需要注意几个方面：
1、看覆盖环境,不同的地区采用不同下倾方式和天线挂高；
2、看天线类型、参数，是否带电倾角，看天线参数以及其方向图进行评估；
3、实地CQT测试，更加贴近用户的方式。
天线高度的调整
天线高度直接与基站的覆盖范围有关。
一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两
方向因素影响：
一是天线所发直射波所能达到的最远距离；
二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。
900MHz移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：
S=2R(H+h)
其中：R-地球半径，约为6370km；
H-基站天线的中心点高度；
h-手机或测试仪表的天线高度。
由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度
决定的。
GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。
随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m左右为一个站。
在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会严重影响我们
的网络质量。
其影响主要有以下几个方面：
a. 话务不均衡。
基站天线过高，会造成该基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的
话务量很大，而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥
应有作用，导致话务不均衡。
b. 系统内干扰。
基站天线过高，会造成越站无线干扰（主要包括同频干扰及邻频干扰），引起掉话、串话和有较大杂音等现象，从而导致整个无线通信网络的质量下降。
c. 孤岛效应。
孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等
特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出
现"飞地"，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成"飞地"
与相邻基站之间没有切换关系，"飞地"因此成为一个孤岛，当手机占用上"飞地"覆盖区
的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。
电子下倾角与物理下倾角作用是一样的，就是控制天线主瓣的覆盖范围。
电子的优点是下倾后旁瓣不会扩展太多。
判断是否需要下倾角主要还是根据预测的主瓣覆盖距离和天线高度进行计算。
这种计算是一种繁琐的计算过程，其实目前有很多天线覆盖计算软件，不过原理都是基于下面的思想：
公式B=arctg(H/R)+A/2,
天线高度H，
所希望得到的覆盖半径R，
天线垂直平面的半功率角A,
B就是天线的倾角。
该算法是以天线垂直波瓣的外边界作为覆盖的，也可以根据主瓣方向作边界，你可以根据三角形公式自行推算
DC= H/tan(a-HPBW/2)
转换过来就是：
a=arctan(H/DC)+HPBW/2；
根据覆盖公式：
下倾角=Atan(天线高度h/覆盖距离)*180/Pi+V-HPBW/2+经验修正值，在乡村修正值为0、市区为1、基站密集区为2
具体说明：
天线所发直射波所能达到的最远距离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：S=2R(H+h)
其中：R-地球半径，约为6370km；
H-基站天线的中心点高度；
h-手机或测试仪表的天线高度。
由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。
天线下倾角的调整
天线俯仰角的调整是网络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射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；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。
在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500M左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于500M的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。
因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。
一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：
θ=arctg(h/R)＋A/2
其中：θ--天线的俯仰角
h--天线的高度
R--小区的覆盖半径
A-天线的垂直平面半功率角
上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。
链路损耗计算：
基站的选址和布局直接影响到整个系统的服务质量情况。
因此，根据合适的传播模型及路径损耗，可以计算出基站的覆盖半径。
在过去的基站覆盖半径计算中，典型的传播模型是Hata城市传播模型。
Hata模型如（1）式表述：
Hata城市传输模型：
L=46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d)+Cm (1)
其中，L为最大路径损耗（dB）；
f为载波频率（MHz）；
Hb为天线高度（米）；
d为到基站的距离（千米）。
中等规模城市或市郊中心，树木的稀疏程度中等时：Cm=0，
大城市市区中心：Cm=3。
针对3G系统，3G组织也特别推荐了一个模型，该传播模型如下：
3G传输模型：
L=40(1-0.004Hb)log(d)-18log(Hb)+21log(f)+80 (2)
其中，各参数的意义同（1）式。
在WCDMA中，当f=2000MHz时，则上述两式简化为：
Hata城市传播模型：
L=161.17-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d) (3)
3G传播模型：
L=149.32-18log(Hb)+40(1-0.004Hb)log(d) (4)
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的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。
由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。
实践证明，电调天线下倾角度在1°-5°变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5°-10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15°后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。
常用的有内置电机和外置电机两种驱动方式。
一般有手动和遥控调节。
内置电调，是已经改变了功率分配，出厂前就有几度的下倾。