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1、目 录第1章 概述61.1 天线综述61.2 基站天线的发展趋向71.3 基站天线设计概念8第2章 基站天线的基本技术92.1 基站天线92.2 系统要求与天线技术112.3 天线分类122.4 赋形波束天线的设计152.4.1 扇形波束152.4.2 垂直面赋形波束192.4.3 波束倾斜212.5 基站分集天线222.6 基站天线的无源交调262.6.1 无源交调与收发信频率的关系262.6.2 PIM的生成点与抑制技术27第3章 基站天线主要指标的设计规范283.1 基站天线电压.驻波比（VSWR）283.2 增益(G)283.3 半功率波束宽度(HPBW)293.4 前后比(F/B)2
2、93.5 端口隔离303.6 极化303.7 功率容量303.8 零点填充303.9 上副瓣抑制303.10 波束下倾313.11 双频双极化天线313.12 双频双工双极化天线313.13 直接接地313.14 天线输入接口323.15 无源交调（PIM）323.16 天线尺寸323.17 天线重量323.18 风载荷333.19 工作温度333.20 湿度要求333.21 雷电防护333.22 三防能力33概述1.1 天线综述随着国内经济的快速、持续发展, 改革开放以来,通信产业发生了巨大变化, 这是众所周知的。通信技术和经济效益的推进，使得通信产业成为国内最大产业之一，为了适应这一新兴产
3、业的发展，国家也在通信领域进行了重大机构改革。随着通信本身向信息经济的发展，信息实际上是现代经济的生命线。因此，通信已成为商业和工业甚至农业等其他行业持续发展的关键因素。在通信这一领域内，移动通信的发展更加耀眼夺目，人们已不满足在固定场所处理信息流。在外出旅游、度假、访问等途中也需要通信，因此移动通信有了契机，它将被工程师们完善地开发并成功地发展。在国内，从八十年代中期至今，移动通信的发展变迁是有目共睹的，在您的身边、周围处处可以看到移动终端-手机，丰富多彩，五花八门的手机几乎无时无刻不在传递信息，包括政治、经济、文化、生活等多个方面。国内最大的GSM蜂窝移动网的用户已逾两千万；为了实现村村通
4、电话这一宏伟目标，无线接入系统蓬勃发展，为农村，尤其是偏远村庄的经济发展提供了信息保障。移动通信的新技术、新器件令人耳目一新，对天线设计师也提出了前所未有的要求，如在便携的移动终端上如果使用常规天线，用户是不会接受的，而且设备小型化、微型化也就毫无意义。因此天线设计师们必须研制小型乃至电子天线以适应现代技术，既能在很小的界面上工作，还要满足电性能指标。然而，对于天线设计师，不能停留在这种意义上的设计，还有更高的要求，先进的天线设计能使天线产生另外的系统功能，如分集接收能力，降低多路径衰落，或极化特性的选择功能等。尤其移动天线设计不再局限于在一个轮廓分明的平坦基面上实现小型化、轻重量、薄剖面或平
5、嵌安装的全向天线，而是建立一个复杂的电磁结构，使其在无线信道中发挥重要作用，并成为系统设计的有机部分，涉及传播特性、本地环境条件、系统组成和性能、信噪比、带宽特性、天线本身的机械结构、制作技术的适应性以及使用安装的方便性等。移动系统本身的种类对天线设计影响也很大，陆地、海面、天空和卫星系统之间就有很大不同。在分区系统中，辐射方向图必须与区域图相一致以避免干扰；城市通信要采用分集接收以克服多路径衰落；移动终端要求降低移动系统和天线的尺寸。在小型化便携设备中 （ 如手机），天线和收发信的射频前置电路通常一体化设计，必须把天线单元和设备一起作为一个天线系统处理。因此，天线不能独立地设计，实际上它是系
6、统的一个有机组成部分。如图（1）天线与系统的有机组合。在本章节所涉及的天线设计规范仅指无线通信系统中的基站天线(Base Station Antenna)1.2 基站天线的发展趋向基站天线是用户终端与基站控制设备间通信系统的桥梁，广泛应用于GSM蜂窝移动通信和 ETS 无线接入通信等系统中。通信技术的发展必将带动天线概念的发展。在七十年代的移动通信系统中，由于用户少，较少的载频和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求，采用了全向天线或角形反射器天线。随着经济发展，移动终端需求量的急剧增加，旧的基站已不能满足需求，尤其数字蜂窝技术的发展，基站配置需要新型天线，以改善市区的多路径衰落、区域分配和
7、多信道联接网络的频率复用。平板式天线由于其剖面低、结构轻巧、便于安装、电性能优越等优点被广泛应用于GSM 数字蜂窝系统。在80年代中期至90年代中后期，大多采用单极化(VP)天线，而一个扇区需用3副天线如图（2），一个小区通常划分为三个扇区，因此一个小区要用9副天线，天线数目太多给基站建设、安装带来困难，安装费用居高不下，有的站点根本无法安装分集接收天线，即使安装了也无法得到最佳分集接收增益。因此，双极化天线技术应运而生。如图（3）。随着信道的增加和新建基站，蜂窝网络必须调整和优化，需要更新型的基站天线满足这一要求，如自适应控制天线、智能化天线，但在本章节中不将涉及这类天线的设计规范。1.3
8、基站天线设计概念随着移动通信用户的增加，当系统的容量达到极限时，分配给移动通信的频率逐渐由30MHz提高到50MHz、150MHz、250MHz、450MHz、800MHz和1800MHz。频率的变化相应的也使天线的设计方法有所变化。在任何特定设计中，只有一些目标是可以实现的，必须把多种情况作为独立的整体来对待。但是有些要求总是必须考虑的因素。例如，容易操作控制和最好使用且易获得的新材料，直接关系到产品的外观和生产，在某种意义上讲也关系到产品的销售量。当然，产品首先必须满足通信性能的要求。天线设计主要依靠一些著名的数学方法和计算机辅助设计（CAD）。最新的方法是有限差分时域法(FDTD)，这种
9、方法允许辐射结构为任意形状并由多层不同材料构成。对于基站天线，通常分为定向天线和全向天线，在HF，VHF频段的基站天线及UHF频段的全向天线均属线型结构天线，通常用矩量法分析设计；UHF以上的定向天线大多采用线形振子或贴层激励的平板式结构，可以用矩量法和几何绕射理论(GTD混合法)分析计算，但实际上这类平板型天线完全可以用HP和Ansoft公司推出的HFSS软件仿真。借助于设计经验或简单理论分析，HFSS很容易求得这类天线的单元电气特性，利用天线原理的组阵方法可以推得最佳设计结果。基站天线属于一种开放式场效应辐射装置，它所包含的场分析及数值分析极其复杂，因此作为应用程序，不能一味去追求理论分析
10、，否则将会占用大量时间，而工作上却不允许这样，天线设计师应不断总结工作经验，允许利用仿真软件，准确快速地设计出天线。前面提到，天线决不能孤立地设计，必须考虑到系统的相容性，也就是说在设计中要考虑许多因素。系统设计与天线设计是紧密关联的，对于影响设备功能的所有因素来说，每个部件（功能模块）都是最佳的。但难以理解的事实是，性能高度最佳的器件从系统角度来看可能不是最佳的选择。比如印刷贴片天线，虽然它的效率比常用的偶极子天线效率低，但由于印刷贴片天线的剖面薄及适于印刷技术等特点，使许多新型系统成为现实，在移动通信终端、微蜂窝、雷达和导航设备中尤为突出。因此，作为天线系统设计工程师应考虑以下诸多因素：区
11、域结构-确定信号覆盖区和天线方向图基站天线-天线高度、结构固定和波束下倾要求噪声电平-热噪声和环境噪声干扰-干扰电平、特点，同信道和邻近信道的影响信号要求-最佳工作频率、带宽、交调影响和频谱复用研制和加工成本可靠性-所需要的技术维护、安装连接及其费用易损坏性-室外架设、锈蚀、腐烂用户意见当然，除了上述外还有其他应考虑的因素，仅这些足以说明对天线 设计产生不同程度影响的各种因素。关键是设计师在实际工作中应把这些因素具体化并把他们转化为硬件设计的具体要求。第2章 基站天线的基本技术2.1 基站天线基站被广泛应用于GSM数字蜂窝通信系统、ETS无线接入系统等陆地通信领域，不同领域使用不同类型的天线，
12、其设计规范也不同。移动通信中的基站是相对于移动台而言的。一般来说基站是固定的，但也有半固定和车载基站。所谓半固定基站是指基站位置经常变动，但并不需要在运动中通信。车载基站通常用于车队的车辆调度中心，它本身需要在运动中通信。本文所涉及的仅指固定的基站天线。如图（4）表示了设计基站天线要考虑的重要事项。虽然狭义的天线设计是电设计，但实际上，它包括了很多领域，而重要的是由系统设计要求得出天线硬件技术条件。为了确定硬件技术条件，就必须比较电气和机械性能以及折中处理性能和成本。有时候性能和成本考虑是第一位的，而第二位才确定电气的机械设计。如图（5）为天线的设计步骤。在具体设计天线时，重要的是要估计天线硬
13、件加工后如何安装。对于基站天线，安装可能大于天线本身的成本。为此，重要的不仅是要考虑降低加工成本，而且还要开发一种易于安装的天线结构设计。2.2 系统要求与天线技术在移动通信系统中，天线的作用就是建立各无线电话之间的无线传输线路。为了保证基站与业务区域内的移动站之间的通信，在该业务区域内，无线电波的能量应尽可能的均匀辐射，并且天线增益应尽可能高。由于业务区域的宽度范围已经确定，所以不能通过压扁水平面波束宽度来提高天线增益，垂直线阵天线能有效地提高天线增益。在蜂窝系统中，基站天线的增益通常在7-15 dBd之间。多信道通信是提高通信容量，改善频率复用的最常用措施。这就要求具有宽频带特性及合分路功
14、能。目前国内的GSM蜂窝系统中基站设备频带宽度为890-960MHz，其中890-915MHz用于收信，935-960MHz用于发信，天线带宽要求大于8%，带内VSWR 小于1.5。当天线既发射又接收时，就会产生无源交调，因而增加交调干扰。由于用户的急剧增加，通信信道不足已成为城市通信的严重问题，因此强烈地要求使用频率复用技术。虽然蜂窝系统具有利用频率复用技术的优势，但其有效性依赖于基站天线的辐射方向图。主波束倾斜和波束赋形技术有效地促进了频率复用。移动通信一个最常见的特点是基站和移动用户之间为非视距传播，尤其在现代化城市内，高楼大厦林立，使得移动用户处在非常复杂的电波传播环境中，导致电波传播
15、出现衰落现象，严重影响接收电平，有时起伏达30dB以上。如果系统设计基于最低接收电平，设备成本压力太大。克服衰落的一种有效技术就是分集接收。尽管分集接收从表面上看增加了一些设备，但从系统方面考虑，其性能价格比是最高的，这也是当今普遍采用的最有效克服衰落的一种技术。如图（6）为系统要求与天线技术的关系。2.3 天线分类基站天线的结构或类型取决于业务区域的大小和形状以及蜂窝区和信道数量。如果业务区域取决于水平面有限的角度范围内，通常采用平板天线。水平面半功率波束宽度分别有33，60，90，120，180等规格；如果业务区域在水平面内需要全方位覆盖，通常采用全向天线，这种天线只有在垂直面内有很大的方
16、向性。早期蜂窝系统中由要求的增益来确定天线的长度，为了实现高增益通常对阵列天线采取均匀激励，如图（7）为全向天线典型结构示图，值得注意的是：对于中馈注1天线，若没有采用波束下倾技术，那么在整个工作频带内，天线的最大指向在0方向而不会出现上翘或下倾；但是对于底馈注2天线，由于每个单元的相位出现单调变化，将引起最大波束指向随着频率的变化而发生变化，严重影响网络覆盖。但是为了有效地进行频率复用，必须对蜂窝区进行再分割，对于这种情况，基站天线D/U值要比有较高天线增益更重要。因此现在在蜂窝移动通信中基站天线都采用了电或机械的主波束倾斜。实验证明，同信道干扰约降低10dB，如图（8）所示，网络优化专家们
17、已充分认识到波束倾斜是提高频率复用能力的基本技术，通过合成合适的阵天线方向图实现对主波束附近的旁瓣压缩，可有效地缩小频率复用的距离。图（9）从功能和天线特性的角度对基站天线进行了分类。注1中馈是指共轴阵列全向天线的馈电点在中间单元上，因此无论频率怎么变化，阵列上下单元的幅相变化是对称的，也就是说，这种天线的最大指向在零度方向（无下倾设计技术）。注2底馈是指共轴阵列全向天线的馈电点在底部单元上底馈与功率输入端在底部是不同概念，因为中馈天线的功率输入端也在底部，主要要看馈电点的真实位置，因此阵列从下到上单元的幅相变化不对称，也就是说，这种天线的最大指向与频率有关。2.4 赋形波束天线的设计赋形波束
18、技术提高了空间频率复用，在蜂窝系统中，要求基站天线对使用相同频率的另一蜂窝辐射尽可能低的电平，反过来却要求基站天线对某业务区域提供尽可能高的电平。赋形波束天线在实际应用中有两种类型，一种是水平面赋形辐射方向图，工程中称之为扇形波束；另一种是垂直面赋形辐射方向图，也叫做余割波束。实际上，主波束倾斜并不是真正意义上的赋形波束技术，但用途相近。本文仅限于讨论蜂窝系统赋形波束设计思路，至于波束合成及数值技术的具体实现须参考相关文献。2.4.1 扇形波束在城市蜂窝系统中，基站天线的水平面波束不是全向的，扇形波束能更有效地覆盖业务区域及改善频率复用。 典型扇形波束天线是角反射器天线。角反射器天线的优点是通
19、过控制反射器的角度而调整波束宽度。如图（11）是角反射器天线的基本几何结构。在早期的蜂窝系统中，普遍使用这类天线实现扇形波束，但由于其存在明显缺陷，如馈电网络不紧凑，剖面厚，结构复杂，目前已很少使用。因此，本文将不重点介绍它，而代替它并广泛使用现代蜂窝系统中的扇形波束天线主要有以下几种。如图（12-a ,12-b,12-c,12-d）所示。 图（13）HFSS仿真实例之所以把这些单元称之为平板天线单元，主要是由于其结构剖面较薄，与合适的天线罩装配成一体后就象只有一定厚度的平板。这些天线单元的设计方法在理论上要得到解析，公式是极其复杂的，通常借助于MM与GTD混合法求解。实际上这些方法对一个应用
20、工程师来说并不适用，美国Ansoft和HP公司推出的高频结构仿真软件(HFSS)可以比较快捷方便地求解电磁场问题，仅需要掌握天线基本原理及经验。平板天线单元通过HFSS仿真，改变W和H值，在水平面内的半功率波束宽度可以控图（13）半波振子HFSS计算结果 制在55-120之间（结构可实现），若需要得到30-55的波束宽度，只要在平板的水平方向以一定的间隔放置两个激励源即可。如图（13）为GSM 900MHz单极化平板单元的HFSS仿真结果。必须提醒设计师，一定要考虑天线罩对辐射特性的影响。2.4.2 垂直面赋形波束如图（14）所示，固定在一定高度的天线照射在有限水平面的区域内，使业务区域内具有
21、相等的接收信号电平。要得到垂直面内赋形波束，需要由多个平板天线单元在垂直面上排成阵列，对每个单元进行合适的幅度、相位馈电，因此对于垂直面内波束赋形，馈电网络的幅度和相位控制技术是主要的，单元数越多越容易得到理想的赋形波束。首先利用HFSS得到所需要的扇形波束，令其垂直面内的方向图为Fv( )，以四单元阵列为例，1-4编号的阵单元的幅度和相位分别是A1,A2,A3,A4和1,2,3,4，则由天线原理线阵方向图综合可以得到： 改变A1-A4及1-4，借助于计算机优化，可以得到如图（16）的垂直面赋形波束。由图可见，均匀辐射阵的第一旁瓣要高得多，赋形后明显地使上副瓣得到抑制，比均匀阵改善了约7 dB
22、，而下副瓣零点得到填充，改善了业务区域内的辐射电平。2.4.3 波束倾斜波束下倾技术的主要目的是倾斜主波束以降低朝复用频率区域的辐射电平。在这种情况下，虽然在区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载波电平降低更多。从系统设计来看，这是一个优点，全球多数支路间具有不同相关系数最大比值组合器性能 蜂窝都采用了这一技术。波束倾斜可以通过电气设计来实现，即改变阵单元的激励系数（幅度、相位）实现波束下倾；也可以通过机械调节办法使天线机械下倾实现波束下倾；当然一副天线既有电下倾同时具备机械下倾也非常实用，尤其是网络优化时，仅有固定的电下倾是不够的。 2.5 基站分集天线基站接收分集已在蜂窝系统中得到广泛应
23、用，在水平面内两副天线相距10个波长可使衰落降低。虽然接收分集需要两个或更多个端口，但它却显著地降低了衰落，其结果使移动站功率降低，传输质量提高，对整个系统来说是一大优点。在移动通信中，市区和树木密集的地区信号接收受到很大影响，快衰落由固定和移动物体反射引起，在波长的某个部分有深度衰落。在建筑密集的地区，移动台在任何时间接收的信号包含许多平行传播的平面电磁波，这些电磁波的幅度、相位和角度都是随机的。每个电磁波分量到达的相位和角度在统计上可认为是独立的。所有信号分量合成一个复驻波，它的信号强度根据各分量的相对变化而增加和减小。在移动几个车身的距离会有20-30dB的衰落，大量的传播路径的存在就产
24、生了多径现象。这种衰落信号不仅发生移动台用户接收信号时，小区的基站接收同样受到衰落信号的影响。多径快衰落在波长的10倍距离以上消失。也就是说通过分集接收可以提高通信可靠性而不需增加发射机功率或信道带宽。分集接收基于一个基本概念：对于一个随机过程进行两个或多个采样，则这些抽样是独立地衰落。所有抽样同时小于一个定值的概率远小于一个抽样小于该值的概率。实际上，所有m个抽样同时小于给定值的概率是P，其中P是单个抽样小于该定值的概率。所以，通过适当地综合抽样，我们可以改善接收机性能，比单个抽样作用于接收机要好。合成的功能是：纠正经过多径传输后的相位和时延，对输入信号电平矢量相加，而噪声是随机相加。所以，
25、通常合成后的输出信噪比比单个接收要 大。由于不相干信号同时衰落的可能性很小，它使系统更可靠。相干系数随天线高度和距离的变化如图（17-b）所示。基站分集天线结构主要有三种类型：空间分集、方向图分集和极化分集。在这三种结构中，空间分集是最常用的一种分集形式。 空间分集天线间距与相关系数的关系：为了说明这一关系而引入一个参数即：为基站分集接收天线的有效高度，d为基站分集接收天线的间距。如图（17-b）是用850MHz在郊区测得的各种入射角的相关系数与的关系曲线。在市区，由于移动台与基站之间的传播路径上有很多散射体存在，相对于参数的相关系数远小于郊区的相关系数。虽然相关系数愈小，分集增益愈高，但是当
26、相关系数时，分集增益比时改善不大，从图（17-a) 可以看出，信号电平为-10dB时，幅度低于-10dB的概率为1.3%(=0.7),及0.52%(=0.2),即相关系数由=0.7降至=0.2，信号低于-10dB的概率仅改善0.8%。所以考虑到实际工程中实现的可能性和经济性，取是适宜的，对于市区的基站将获得更好的分集改善。由图（17-b）可以看出，接收信号到达角对相关系数影响很大：当=0时，相关系数最小，分集改善最大； 当=90时，相关系数最大，分集改善最小。由于移动台的移动没有任何方向上的限制，即将在090范围内变化。但工程上不会按=90的最差情况或按=0的最佳情况设计，从技术经济考虑，建议
27、取折中值=45设计，由=45及=0.7决定两个接收天线的间距。由=45及=0.7，从图（17-b)求得=9，分集天线有效高度与天线间距列于表（1）：表2-1 分集天线有效高度与天线间距（=45，=0.7）分集天线有效高度（m)2050708090100分集天线间距(m)3.05.66.77.88.91011.1由表（1）中的数据可以得出如下结果： (m)分集增益或分集改善与下列设计参数有关：天线间距、组合技术、分集重数及通信概率。当采用二重空间分集和最大比组合时，分集改善与相关系数的关系可由图（17-a）求得。例如，取幅度大于横坐标的概率为90%时，=0.7的信号电平为-4.6dB,单瑞利通道
28、的信号电平为-9.5dB,则得二重空间分集的分集增益为4.9dB(=0.7)。用同样方法可求得其他概率时的分集增益。天线水平放置时，如图（17-c），其隔离度取决于天线辐射方向图和空间距离及增益，通常不考虑电压驻波比引入的衰减，假设发射天线最大辐射方向增益为Gat(dBi),在90度方向的副瓣电平为SLt,接收天线最大辐射方向增益为Gar(dBi), 在90度方向的副瓣电平为SLr(dBp,相对于主波束，取负值），水平间隔为Dh,则天线间的隔离为： Adis=-22-20log(Dh/l)+(Gat+Gar) +(SLt+SLr) (dB)为负值若为全向天线，SLr=SLt=0 (dB),式中
29、l为工作波长。（近似按远场处理）通常:65度扇形波束天线SL约为-18dBp,90度度扇形波束天线SL约为-9dBp， 120度 扇形波束天线SL约为-7dBp,这可以根据具体的天线方向图来确定。例1.：取65度扇天线，Gat=Gar=15dBi,SLt=SLr=-18dBp,f=915MHz,l=0.328mAdis=-30 dB （GSM系统中必须满足这一指标）由上式计算得：Dh=1.25 l=0.41m例2：取全向天线，Gat=Gar=11dBi,SLt=SLr=0dBp,f=915MHz,l=0.328mAdis=-30 dB （GSM系统中必须满足这一指标）由上式计算得：Dh=31.
30、6 l=10.4m当天线垂直放置时，如图（17-d），两天线的隔离近似为：Adis=-28-40log(Dv/l)如图（18）为一个全区方向图分集天线，该结构共由四副天线组成，彼此成90放置，用于合成全向方向图180扇形波束天线在空间上是分开放置的，两全向天线之间间隔为零，从而可以考虑每个天线接收功率差别是由方向图差别引起的。当180扇形波束天线间隔为6个波长时，测量表明在市区两天线之间的相关系数小于0.2。极化分集天线是蜂窝系统高速发展的产物，该类天线将两个正交（0/90或 +45/-45）极化天线集于一体，因此体积小是它的最大优点。在市区两个极化接收的相关系数足够小，一般小于0.2。但是由
31、于入射波极化特性多半为垂直极化，对于0/90双极化天线每个端口平均接收功率差别较大，对接收功率的改善不象其它分集方法那么明显，而+45/-45双极化天线几乎得到与空间分集天线相同的分集增益。2.6 基站天线的无源交调无源交调是产生同信道干扰的主要因素之一，因此当天线既发射又接收时，必须考虑无源交调(PIM)。绝大多数情况发射信道无源交调是由金属异质结的非线性引起的，这种金属异质结存在于天线辐射单元和馈线之间。在收信支路中会出现同频率干扰。因此，为了能同时进行发信和收信，在天线设计和加工时应使交调功率小于某一规定值。在GSM蜂窝系统中，这一规定值约为-103 dBm。2.6.1 无源交调与收发信
32、频率的关系假定两个发射载波的频率为Fi和Fj，那么第(m + n)次的交调便为： =式中m,n为正的奇数，为接收频段干扰波的频率，它出现的概率取决于发射频率与接收频率的间隔以及(m + n)值的大小，如国内GSM 900 MHz蜂窝系统的发射频率范围为935MHz - 960MHz，接收频率范围为890-915MHz。收发信频极间隔仅20MHz。因此，其产生干扰交调波的阶次为3，若不采取有效的抑制，会严重干扰信道，如图（19）所示。PIM的阶次与产生的功率之间关系可近似为 (m + n) 10 dB。因此，若发射波和接收波之间的频率间隔较小，5次或3次会形成干扰，其电平比7次交调波高出20或4
33、0dB。2.6.2 PIM的生成点与抑制技术PIM所产生的功率取决于接头的金属类型和结构。它主要产生于天线辐射器、同轴接头、焊点以及易锈蚀的接触面。虽然有论文发表PIM基础理论，但至今还不能定量分析接触点结构与生成PIM之间的关系。随着移动通信的需求迅速增长，基站天线的数量也持续增加，特别是从系统的经济性考虑，收发共用天线对系统提供了很大优点。共用天线将普遍使用，因此天线设计师应高度重视PIM抑制技术。表2-2 源交调的基本抑制方法PIM生成点抑制方法辐射器尽可能用印刷天线代替振子单元接头增加接触面积，采用镀银件 焊接 减少焊点数量，焊点处增加焊料 锈蚀 表面涂镀处理，防止生成氧化物馈电网络尽
34、可能用一体化带状线或微带线代替电缆线第3章 基站天线主要指标的设计规范3.1 基站天线电压.驻波比（VSWR）VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中，其最大值应小于或等于1.5:1，在指定的工作频段、温度范围，湿度度范围均应达到这一指标，若表示天线的输入阻抗，为天线的标称特 性阻抗，则反射系数为，其中为50欧姆。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，VSWR=1.5:1时，R.L.=-13.98dB。3.2 增益(G)天线的方向特性可以用方向性图来描述，但通常用数量来表示天线辐射电磁能量的集中程度，即方向性系数D，它的定义是在同样的辐射功率时，有方向性天线在最大辐射方向远区某点的功率通量密度（单
35、位面积上通过的电场功率正比于电场强度的平方）与无方向性天线在该点的功率通量密度之比：当考虑天线本身具有热损耗时，需要引入天线效率，其定义为：其中，为天线的辐射功率，为天线的输入功率。在比较两天线的辐射性能时，如保持它们的输入功率不变，则天线的增益系数（假定参考无方向性天线的效率为100%），通常增益用分贝表示， dBi（相对于无方向性Isotropic（各向同性天线），若用半波振子Dipole 作为参考天线，G的单位为dBd，0dBd=2.15dBi（如图20）；在基站天线中不要用其他符号作为增益的单位。同时应注明基站天线的增益值仅指中心频率还是包括整个工作频段，若不说明，则指工作频段内的增益
36、值。3.3 半功率波束宽度(HPBW)由于基站天线通常垂直于地面架设，因此描述基站天线的HPBW通常用垂直面内半功率波束宽度和水平面内半功率波束宽度，HPBW在工作频段内应给出范围值，如656。某一方向性天线，相对于最大辐射点的两个半功率点的夹角即为半功率波束宽度。3.4 前后比(F/B)前后比是衡量天线后向波束抑制能力的重要指标，基站天线前后比指天线的后向180 30以内的副瓣电平与最大波束电平之差，用正值表示，单位为dB，该指标与天线增益及类型有关，大约在18-45dB范围，具体指标要求与网络规划及优化有关。目前我们使用的900/1800M定向天线前后比为20-25dB。3.5 端口隔离多
37、端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线、双频双工双极化天线，收发公用时，端口之间的隔离度应大于30dB。3.6 极化极化是指天线辐射的电场矢量在空间的取向，基站天线通常使用线极化。以大地为基准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VP），平行于地面为水平极化（HP）。在双极化天线中，通常使用+45和-45 正交双线极化。3.7 功率容量指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W),若天线的一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W,因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65时）。3.8
38、 零点填充基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。通常零深相对于主波束大于-20dB即表示天线有零点填充，对于大区制基站天线无这一要求。3.9 上副瓣抑制对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用能力， 减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高 D/U值，上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区制基站天线无这一要求。3.10 波束下倾由于覆盖或网络优化的需要，基站天线的俯仰面波束指向需要调整，如果完全依赖机械调节，当角度调节超过8时，基站天线的水平面波束宽度将变形(要求机械下倾角度不要超过8）
39、，影响扇区覆盖，目前波束下倾主要有以下几种：A：固定波束电下倾。天线设计时，通过控制辐射单元的幅度和相位，使天线主波束偏离天线阵列单元取向的法线方向一定的角度（如：3、6、9等），并与机械下倾配合，可以使天线附角调节范围达到18-20。B：手动连续可调波束电下倾。基站天线设计时采用可调移相器，获得主波束指向连续调节，不包括机械调节，可以达到0-10的电调范围。供应商代表：HUBER-SUNNER、ALLEN DB。C：有线远控波束俯角电调。该类型基站天线在设计时增加了微型伺服系统，通过精密电机控制移相器达到遥控调节目的，由于增加了有源控制电路，天线可靠性下降，同时防雷问题变得复杂。供应商代表：
40、DELTEC（新西兰，登达）。3.11 双频双极化天线双极化基站天线设计时将两个频段天线融合在一起构成的新型天线。如：GSM/DCS、GSM/WCDMA、DCS/WCDMA等。如图21所示。 3.12 双频双工双极化天线为了减少馈线，基站天线设计时，利用双工器（实际为滤波合路器）将相同极化却不同频段的功率合成一路。 如图21所示。3.13 直接接地基站天线高架基于防雷的需要，要求基站天线设计时，天线接口的内外导体间直流电阻为0。多端口天线3.14 天线输入接口为了改善无源交调及射频连接的可靠性，基站天线的输入接口采用7/16DIN-Female,在天线使用前，端口上应有保护盖，以免生成氧化物或
41、进入杂质。3.15 无源交调（PIM）为了改善天线非线性而产生的干 扰杂波， 天线的无源交调应少于-103dBm(2x10W)。 3.16 天线尺寸为了便于天线储存、运输、安装及安全，在满足各项电气指标情况下，天线的外形尺寸应尽可能小。 3.17 天线重量为了便于天线储存、运输、安装及安全，在满足各项电气指标情况下，天线的重量应尽可能轻。3.18 风载荷基站天线通常安装在高楼及铁塔上，尤其在沿海地区，常年风速较大，要求天线在36m/s时正常工作，在55m/s时不破坏。3.19 工作温度基站天线应在环境温度-40-+65范围内正常工作。3.20 湿度要求基站天线应在环境相对湿度0-98%范围内正常工作。3.21 雷电防护基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地。3.22 三防能力基站天线必须具备三防能力，即：防潮、防盐雾、防霉菌。对于基站全向天线必须允许天线倒置安装，同时满足三防要求。
