WCDMA RNP 天线选型指导书.doc

WCDMA RNP 天线选型指导书内部公开产品名称密级WCDMA RNP内部公开产品版本共35页WCDMA RNP 天线选型指导书For internal use only拟制:UMTS-SANA日期：2004-11-12审核:日期：审核:日期：批准:日期：、目 录1 概述 61.1 天线分类 61.2 天线主要技术性能 61.2.1 工作频段 61.2.2 天线增益 61.2.3 天线方向图 71.2.4 波束宽度与增益之间的关系 81.2.5 极化方式 101.2.6 下倾 (downtilt) 111.2.7 电压驻波比 (VSWR) 111.2.8 端口隔离度 121.2.9 功率容量 121.2.10 天线输入接口 121.2.11 无源互调（PIM） 121.2.12 天线尺寸和重量 121.2.13 风载荷 121.2.14 工作温度和湿度 131.2.15 雷电防护 131.2.16 三防能力 132 天线选型原则 142.1 天线工作频段的选择原则 142.2 天线增益的选择原则 142.3 天线波束宽度选择原则 152.4 极化方式的选择原则 152.5 下倾方式选择原则 162.5.1 机械下倾与电下倾的比较 162.5.2 预置电下倾与零点填充的作用比较 172.5.3 倾角的规划和优化 182.6 前后比的选择原则 182.7 天线尺寸的选择原则 182.8 天线阻抗的选择原则 192.9 特殊场合的天线选择原则 193 各类应用场景下的基站天线选型 213.1 密集城区基站天线选型 213.2 普通城区基站天线选型 233.3 郊区基站天线选型 263.4 农村基站天线选型 273.5 公路覆盖基站天线选型 273.6 山区覆盖基站天线选型 293.7 近海覆盖基站天线选型 303.8 隧道覆盖基站天线选型 303.9 室内覆盖基站天线选型 31图目录图1 dBi 与 dBd 的关系 7图2 定向天线水平与垂直方向图 8图3 天线增益与波束宽度的关系 10图4 不同下倾角时水平方向图的变化情况 16图5 不同的下倾方式对后瓣的不同影响 17图6 “8”字形全向天线方向图（水平） 19图7 心形全向天线方向图（水平） 20图8 站点“351230_DoubleSetCommercial”的地理位置 23图9 站点图，该站点三个扇区的主要覆盖区域 26图10 Sahara centre平面图及天线位置 33WCDMA RNP 天线选型指导书关键词：WCDMA、基站、天线选型摘 要：本文从网规角度阐述了天线的一些主要技术指标及在应用中的选型方法，并具体介绍在各种不同应用环境下的天线选型原则及建议。

缩略语清单： GSM：Global System for Mobile Communications WCDMA：Wideband Code Division Multiple Access PIM：Passive Inter-Modulation, 无源互调 VSWR：Voltage Standing Wave Ratio,电压驻波比顶点激励：理想蜂窝六边形情况下，站点位于六边形的顶点 中心激励：理想蜂窝六边形情况下，站点位于六边形的中心1 概述天线是无线收发信机与外界传播介质之间的接口同一副天线既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流网络覆盖最终是通过天线来实现的，因此网络覆盖质量、干扰控制等都很大程度上依赖于天线选型的正确性1.1 天线分类与 GSM 基站一样，WCDMA 所用天线类型按辐射方向也可分为：全向天线、定向天线按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）按外形来区分主要有：鞭状天线、板状天线、帽状天线等等1.2 天线主要技术性能天线的技术性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制比、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。

机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等1.2.1 工作频段WCDMA 系统的 FDD 工作频段：a. 欧洲、中国上行：1920 ~ 1980 MHz下行：2110 ~ 2170 MHzb. 北美上行：1850 ~ 1910 MHz下行：1930 ~ 1990 MHz1.2.2 天线增益天线作为一种无源器件，本身不能增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向增益是天线的重要指标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力表示天线增益的单位通常有两个：dBi、dBd两者之间的关系为： (1.1)dBi 定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线的能量集中能力，“i”即表示各向同性 -- IsotropicdBd 定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线的能量集中能力，“d”即表示偶极子 -- Dipole两种增益单位的关系示意参见图1：图1 dBi 与 dBd 的关系天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平波束宽度和垂直波束宽度有关1.2.3 天线方向图天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。

用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图在移动通信工程中，通常用功率方向图来表示天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称为平面方向图一般叫作垂直方向图和水平方向图就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分还有一些特殊的定向天线，如心形、8 字形天线等天线具有的方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似因此会在某些方向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推对于定向天线，还存在后瓣下面是一定向天线的水平及垂直方向图2图2 定向天线水平与垂直方向图波束宽度（也叫半功率角）包括水平波束宽度与垂直波束宽度分别定义为在水平方向或垂直方向相对于最大辐射方向功率下降一半（3dB）的两点之间的波束宽度常用的基站天线水平波束宽度有 360°、90°、65°、60°、33° 等，垂直波束宽度有6.5°、7°、10°、13°、16° 等前后抑制比，天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向 180 ± 30° 以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。

一般天线的前后比在18 ~ 45dB之间对于密集城区要优先选用前后抑制比大的天线零点填充，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，不能有明显的零深高增益天线由于其垂直波束宽度较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖通常零深要求下xia WCDMA副瓣第一零点相对于主波束大于 -26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的关系为： (1.2)如：零点填充 10%，即 X = 10；则 上副瓣抑制，对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率，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辐射邻近小区的上副瓣，提高其 D/U 值（有用和无用信号强度之比），上第一副瓣电平相对于主波束应小于 -18dB，对于大区制基站天线无这一要求1.2.4 波束宽度与增益之间的关系天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。

通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益在天线增益一定的情况下，天线的水平波束宽度与垂直波束宽度成反比，其关系可以表示为： (1.3)其中，Ga为天线增益，单位：dBi；β 为垂直波束宽度，单位：角度；θ 为水平波束宽度，单位：角度根据上述公式，当我们已知某一天线的增益和水平波束宽度时，可以估算出其垂直波束宽度例如：某一全向天线，增益 11dBi，水平波束宽度 360°，其垂直波束宽度为： (1.4)由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直波束宽度往往比上述计算结果要小两者差别越小，说明天线设计得越好以某振子天线为例，天线增益、垂直波束宽度、水平波束宽度三者的关系如图3所示：图3 天线增益与波束宽度的关系由此可知，当天线增益较小时，天线的垂直波束宽度和水平波束宽度通常较大；而当天线增益较高时，天线的垂直波束宽度和水平波束宽度通常较小另外，天线增益取决于振子的数量振子越多，增益越高，天线的孔径（天线有效接收面积）也越大对于全向天线，增益增加 3dB，天线长度约增加 1 倍，因此全向天线通常增益不会超过 11dBi1.2.5 极化方式极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。

电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的叫水平极化波，与地面垂直的叫垂直极化波电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化波都有旋相性不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信WCDMA 天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是直线极化方式WCDMA 中的单极化天线通常使用垂直极化方式双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，以提高基站接收信号的质量，WCDMA 中的双极化天线通常使用 ± 45° 交叉极化方式1.2.6 下倾 (down tilt)天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手段通常天线的下倾方式有机械下倾、预制电下倾和可调电下倾（电调天线）三种方式机械下倾是通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角；而电下倾是通过改变天线振子的相位来控制下倾角，预制电下倾天线的下倾角出厂后不可调整，可调电下倾天线则没有这种限制。

当然在采用电下倾角的同时也可以结合机械下倾一起进行1.2.7 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 ≤ 1.5:1若 ZA 表示天线的输入阻抗，Z0 为天线的标称特性阻抗 （WCDMA 天线一般 Z0 = 50Ω），则天线的反射系数 (1.5) (1.6)也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，回波损耗 (1.7)VSWR = 1.5:1 时，R.L. = 13.9。