1、基站天馈系统概况基站天馈系统概况 5.1移动基站天线移动基站天线 5.2移动通信用馈线移动通信用馈线5.3 TD-SCDMA TD-SCDMA中的智能天线中的智能天线 5.4基站天线参数调整基站天线参数调整5.6基站天线的分类与选型基站天线的分类与选型 5.5常见射频器件常见射频器件 5.7 射频、光传输常用知识总结射频、光传输常用知识总结 5.8 【本章内容简介】【本章内容简介】 3G基站天馈系统在基站天馈系统在很多方面和很多方面和2G类似，但是类似，但是3G基站天馈系统基站天馈系统也有其特殊之处，比如射频拉远、智能天也有其特殊之处，比如射频拉远、智能天线等。线等。 本章先介绍移动通信的基站
2、天馈系统，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调整，最后介绍基站工程中常用的射频和光传输知识。光传输知识。 【本章重点难点】【本章重点难点】 重点掌握天线的参重点掌握天线的参数调整、射频和光传输知识。数调整、射频和光传输知识。 基站天馈系统是移动基站的重要组成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；对来自移动台的上到移动台的下行链路；对
3、来自移动台的上行信号进行接收、传输，建立移动台到基行信号进行接收、传输，建立移动台到基站的上行链路。站的上行链路。 基站天线系统的配置同网络规划紧密基站天线系统的配置同网络规划紧密相关。相关。 网络规划决定了天线的布局、天线架网络规划决定了天线的布局、天线架设高度、天线下倾角、天线增益以及分集设高度、天线下倾角、天线增益以及分集接收方式等。接收方式等。 不同的覆盖区域、覆盖环境对天线系不同的覆盖区域、覆盖环境对天线系统的要求会有非常大的差异。统的要求会有非常大的差异。图图5-1 5-1 基站天馈系统安装示意图基站天馈系统安装示意图 天线作为无线通信不可缺少的一部分，天线作为无线通信不可缺少的一
4、部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。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为电磁波；接收时，把电磁波转换为传输线中的高频电流。线中的高频电流。 天线系统作为电磁波的收发部件，其天线系统作为电磁波的收发部件，其功能示意图如功能示意图如5-2所示。所示。图图5-2 5-2 天线系统收发功能示意图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、天线；按用途
5、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、面天线构形式和工作原理可分为线天线、面天线等。等。图图5-3 5-3 天线天线图图5-4 5-4 电磁波辐射示意图电磁波辐射示意图（1）输入阻抗（）输入阻抗（Impedance）（2）回波损耗（）回波损耗（Return Loss）（3）驻波比（）驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）（4）带
6、宽（）带宽（bandwidth）（5）增益（）增益（gain）（6）方向图）方向图 图图5-5 5-5 回波损耗示意图回波损耗示意图 图图5-6 35-6 3种常用天线增益比较种常用天线增益比较图图5-7 5-7 半波振子天线方向图半波振子天线方向图（7）波瓣宽度（）波瓣宽度（beam-width） 图图5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D5-8 ANDREW CTSDG-06513-6D基站天线的水平和垂直方向图基站天线的水平和垂直方向图（8）极化方式（）极化方式（Polarisation） 图图5-9 5-9 天线单极化方式和双极化方式天线单极化方式和双极化方式（9）前后比（
7、）前后比（front-back ratio） 图图5-10 5-10 天线前后比示意图天线前后比示意图1单极天线和对称振子天线单极天线和对称振子天线图图5-11 5-11 单极天线和对称振子天线单极天线和对称振子天线图图5-12 5-12 振子天线辐射方向图振子天线辐射方向图图图5-13 5-13 不同长度的对称振子天线的辐射方向图不同长度的对称振子天线的辐射方向图图图5-14 5-14 八木天线示意图八木天线示意图 图图5-15 5-15 缝隙天线缝隙天线 图图5-16 5-16 几种常见喇叭天线几种常见喇叭天线图图5-17 5-17 棱锥形喇叭天线的辐射方向图棱锥形喇叭天线的辐射方向图图图
8、5-18 5-18 反射面天线反射面天线图图5-19 5-19 微带天线的微带天线的4 4种形式种形式图图5-20 5-20 矩形微带天线的典型方向图矩形微带天线的典型方向图1传输线传输线（1）TEM波传输线波传输线（2）TE波和波和TM传输线传输线（3）表面波传输线）表面波传输线图图5-21 5-21 几种常见波导结构几种常见波导结构图图5-22 5-22 典型馈线的外观典型馈线的外观1/21/2英寸馈英寸馈线线7/87/8英寸馈英寸馈线线尺寸（尺寸（mmmm）内导体外径内导体外径4.8mm4.8mm9mm9mm外导体外径外导体外径13.7mm13.7mm24.7mm24.7mm绝缘套外径绝
9、缘套外径16mm16mm27.75mm27.75mm特性阻抗（特性阻抗（ ）50501 150501 1频率上限（频率上限（GHzGHz）8855一次最小弯曲半径一次最小弯曲半径70mm70mm120mm120mm百米损耗（百米损耗（dBdB）900MHz900MHz6.886.883.873.872 000MHz2 000MHz10.710.76.16.1表表5-15-1移动通信馈线移动通信馈线图图5-23 85-23 8天线圆环阵智能天线以及辐射方向图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，利用
10、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，形成零陷，从而大大降低了系统的干扰，提高了频谱利用率。提高了频谱利用率。 接收模式下，来自窄波束之外的信号接收模式下，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。
11、以外的非期望用户受到的干扰最小。图图5-24 85-24 8天线线阵智能天线以及辐射方向图天线线阵智能天线以及辐射方向图 移动网络类型不同，基站天线的选择移动网络类型不同，基站天线的选择也有不同的要求。也有不同的要求。 2G时代的时代的GSM，CDMA以及以及3G时代时代的几种制式，不同制式对基站天线的带宽、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。三阶互调等性能指标也有着不同的要求。 现在应用的基站天线除了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。使用的天线基本结构
12、相差不大。 智能天线由于前面已经有了较多介绍，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。下面的内容没有再涉及。 在在GSM，GPRS，EDGE，CDMA2000，WCDMA等系统中使用的宏基站天线按定向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下倾角调整方式又可分为机械式和电调式两种基本类型。基本类型。1全向天线全向天线2定向天线定向天线3机械天线机械天线4电调天线电调天线5双极化天线双极化天线
13、图图5-25 5-25 电调天线原理示意图电调天线原理示意图 基站天线的参数主要有高度、俯仰角、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。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。络优化中具有很重要的意义。图图5-26 5-26 天线覆盖距离计算示意图天线覆盖距离计算示意图 天线俯仰角是网络规划和优化中的一天线俯仰角是网络规划和优化中的一个非常重要的事情。个非常重要的事情。 选择合适的俯仰角可以使天线至本小选择合适的俯
14、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，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。同时加强本覆盖区的信号强度。 天线方位角对移动通信的网络质量非天线方位角对移动通信的网络质量非常重要。常重要。 一方面，准确的方位角能保证基站的一方面，准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；
15、另一方面，依据话务量或网的运行质量；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。整，可以更好地优化现有的移动通信网络。（1）基站初始布局）基站初始布局（2）站址选择与勘察）站址选择与勘察 射频器件可以分为有源和无源两大类，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，微带结构利用体型两类，微带结构利用1/4波长的微带线，波长的微带线，腔体型利用谐振腔实现功能。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。以下介绍一些常见的射频
16、器件。（1）功放（）功放（power amplifier）（2）滤波器（）滤波器（filter）（3）衰减器（）衰减器（attenuator）（4）隔离器（）隔离器（isolator）（5）环形器（）环形器（circulator）（6）功分器（）功分器（Power Splitter）（7）耦合器（）耦合器（coupler）（8）3dB电桥电桥（9）直流馈电器）直流馈电器（10）负载（）负载（load）（11）转接头）转接头（12）馈线（）馈线（Feeder Line）（13）天线（）天线（antenna）1射频知识射频知识（1）功率）功率/电平（电平（dBm）（2）增益（）增益（dB）（3）d
17、Bi和和dBd（4）dBc（5）天线增益（）天线增益（dB）（6）天线方向图）天线方向图（7）天线前后比）天线前后比（8）插损）插损（9）选择性）选择性（10）3dB带宽带宽（11）驻波比（回波损耗）驻波比（回波损耗）（12）互调）互调（13）三阶交调）三阶交调（14）噪声系数）噪声系数（15）耦合度）耦合度（16）隔离度）隔离度（1）光功率）光功率（2）光端机）光端机（3）激光器）激光器（4）光接收器）光接收器（5）光耦合器）光耦合器（6）波分复用器）波分复用器（7）光衰减器）光衰减器（8）光法兰头）光法兰头（9）光纤）光纤（10）光缆）光缆（11）尾纤）尾纤（12）跳线）跳线 在移动通信系
18、统中，空间无线信号的在移动通信系统中，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发射和接收都是依靠基站的天馈系统来实现的。现的。 因此，天馈系统对于移动通信网络来因此，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置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。的运行质量。 移动通信基站的天馈系统由馈线、天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、线、射频接头、避雷器、铁塔、走线架、接地等部分组成，基站
19、天馈工程就是以这接地等部分组成，基站天馈工程就是以这些构件为操作对象的。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，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。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。质量都有很大影响。 因此，本章详细介绍了天线的各项参因此，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。数，同时介绍了各种类型天线的使用方法。 另外，本章还概括介绍了基站天馈工另外，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的相关知识，使读者对实际工程知识有相应了解。应了解。
