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調頻廣播中天線與饋線使用注意事項
( 2012-8-17 )
天饋系統

天饋系統
天饋系統是指天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定:電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況:垂直極化和水平極化。
概述
  天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力,這就是天線的方向性。衡量天線方向性通常使用方向圖,在水平面上,輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線,有一個或多個最
天饋系統
大方向的天線稱為定向天線。全向天線由于其無方向性,所以多用在點對多點通信的中心臺。定向天線由于具有最大輻射或接收方向,因此能量集中,增益相對全向天線要高,適合于遠距離點對點通信,同時由于具有方向性,抗干擾能力比較強。
  天饋系統主要包括天線和饋線系統兩大類。
天線主要包括
  a) 吸盤天線:價格適中、安裝方便、增益適中,適合于安裝在移動車輛上,或吸附在金屬物體上。一般增益在2.6dB、5 dB等幾種。
  b) 防盜天線:價格適中、安裝方便、增益同吸盤天線,安裝在金屬箱體外時從箱體外無法拆除,故名為防盜天線。
  c) 低增益全向天線:增益為3.5dB,安裝需有固定支架,適合遠距離多點傳輸。
  d) 高增益全向天線:增益為8.5dB,安裝需有固定支架,適合遠距離多點傳輸。
  e) 定向天線:增益很高,為12dB,安裝需有固定支架,適合遠距離固定方向傳輸。
饋線主要包括
  a) 50―3(阻抗50Ω,截面3)的饋線損耗為0.2dB/m.
  b) 50―7(阻抗50Ω,截面7)的饋線損耗為0.1dB/m
  c) 50―9(阻抗50Ω,截面9)的饋線損耗為0.07dB/m。
  饋線是連接電臺與天線的重要設備。不同粗細、不同質量的饋線對通信距離會產生很大的影響。
  信號在饋線里傳輸,除有導體的電阻性損耗外,還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。
  因此,應合理布局盡量縮短饋線長度。
編輯本段電饋系統原理
傳輸線的特性阻抗
  無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗,用Z0 表示。 同軸電纜的特性阻抗的計算公式為:Z0=〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 歐] 式中:D 為同軸電纜外導體銅網內徑;d 為同軸電纜芯線外徑;εr為導體間絕緣介質的相對介電常數。通常Z0 = 50 歐 ,也有Z0 = 75 歐的。 由公式不難看出,饋線特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數εr有關,而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關.
介質損耗
  信號在饋線里傳輸,除有導體的電阻性損耗外,還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此,應合理布局盡量縮短饋線長度。
  單位長度產生的損耗的大小用衰減系數 β 表示,其單位為 dB / m (分貝/米),電纜技術說明書上的單位大都用 dB / 100 m(分貝/百米)。 設輸入到饋線的功率為P1 ,從長度為 L(m )的饋線輸出的功率為P2 ,傳輸損耗TL可表示為:TL = 10 ×Lg ( P1 /P2 ) ( dB )
  衰減系數為:β = TL / L ( dB / m )
  例如, NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜, 900MHz 時衰減系數為 β = 4.1 dB / 100 m ,也可寫成β = 3 dB / 73 m , 也就是說, 頻率為 900MHz 的信號功率,每經過 73 m 長的這種電纜時,功率要少一半。而普通的非低耗電纜,例如, SYV-9-50-1, 900MHz 時衰減系數為 β = 20.1 dB / 100 m ,也可寫成 β = 3 dB / 15 m , 也就是說, 頻率為 900MHz 的信號功率,每經過15 m 長的這種電纜時,功率就要少一半。
匹配概念
  什么叫匹配?簡單地說,饋線終端所接負載阻抗ZL 等于饋線特性阻抗Z0 時,稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時,饋線上只存在傳向終端負載的入射波,而沒有由終端負載產生的反射波,因此,當天線作為終端負載時,匹配能保證天線取得全部信號功率。當天線阻抗為50歐時,與50歐的電纜是匹配的,而當天線阻抗為80歐時,與50歐的電纜是不匹配的。
  ,如果天線振子直徑較粗,天線輸入阻抗隨頻率的變化較小,容易和饋線保持匹配,這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之,則較窄。在實際工作中,天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配,在架設天線時還需要通過測量,適當地調整天線的局部結構,或加裝匹配裝置。
反射損耗
  前面已指出,當饋線和天線匹配時,饋線上沒有反射波,只有入射波,即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時,饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等,饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗.
  而當天線和饋線不匹配時,也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時,負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。
  電壓駐波比 在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax ,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin ,形成波節。其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。
  反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數,記為 R ‑i@ `$CN
  反射波幅度 (ZL-Z0) ~,_5w7|0u,[
  R = ───── = ─────── ''iy$oL!b
  入射波幅度 (ZL+Z0 )
  波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數,也叫電壓駐波比,記為 VSWR 
  波腹電壓幅度Vmax (1 + R)
  波節電壓輻度Vmin (1 - R)
  終端負載阻抗ZL 和特性阻抗Z0 越接近,反射系數 R 越小,駐波比VSWR 越接近于1,匹配也就越好。 愛立信
  天饋系統就天線系統和饋線系統的合稱.
編輯本段天饋系統知識問答
天線工作原理及作用是什么?
  答:天線作為無線通信不可缺少的一部分,其基本功能是輻射和接收無線電波。發射時,把高頻電流轉換為電磁波;接收時,把電磁波轉換為高頻電流。
天線有多少種類?
  答:天線品種繁多,主要有下列幾種分類方式:
  按用途可分為基地臺天線(base station antenna)和移動臺天線(mobile portable antennas)
  按工作頻段可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波;
  按其方向可劃分為全向和定向天線;
如何選擇天線?
  答:天線作為通信系統的重要組成部分,其性能的好壞直接影響通信系統的指標,用戶在選擇天線時必須首先注重其性能。具體說有兩個方面,第一選擇天線類型;第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是:所選天線的方向圖是否符合系統設計中電波覆蓋的要求;選擇天線電氣性能的要求是:選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標是否符合系統設計要求。因此,用戶在選擇天線時最好向廠家聯系咨詢。
什么是天線的增益?
  答:增益是天線的主要指標之一,它是方向系數與效率的乘積,是天線輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決于系統設計對電波覆蓋區域的要求,簡單地說,在同等條件下,增益越高,電波傳播的距離越遠,一般基地臺天線采用高增益天線,移動臺天線采用低增益天線。
什么是電壓駐波比?
  答:天線輸入阻抗和饋線的特性阻抗不一致時,產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成的磁波,其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比,它是檢驗饋線傳輸效率的依據,電壓駐波比小于1.5,在工作頻點的電壓駐波比小于1.2,電壓駐波比過大,將縮短通信距離,而且反射功率將返回發射機功放部分,容易燒壞功放管,影響通信系統正常工作。
  電壓駐波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0
  反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0
  傳輸功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0
什么是天線的方向性?
  答:天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力,這就是天線的方向性。衡量天線方向性通常使用方向圖,在水平面上,輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線,有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線。全向天線由于其無方向性,所以多用在點對多點通信的中心臺。定向天線由于具有最大輻射或接收方向,因此能量集中,增益相對全向天線要高,適合于遠距離點對點通信,同時由于具有方向性,抗干擾能力比較強。
如何理解天線的工作頻帶寬度?
  答:天線的電參數一般都于工作頻率有關,保證電參數指標容許的頻率變化范圍,即是天線的工作頻帶寬度。一般全向天線的工作帶寬能達到工作頻率范圍的3-5%,定向天線的工作帶寬能達到工作頻率的5-10%。
如何選取電纜及電纜長度?
  答:移動通信系統常使用特性阻抗為50歐的同軸電纜作為饋線。為了有效地把電波傳輸到天線接口,應盡量減小饋線的傳輸損耗。傳輸損耗取決于電纜的直徑和長度,同一頻率下電纜直徑越大,損耗越小,電纜越長損耗越大,原則上,要求電纜的傳輸損耗不宜超過3分貝。下表列出常用電纜的衰減值(db/m),用戶可根據自已情況,合理選擇電纜型號及長度。
  頻率型號 150MHz 400MHz 900MHz
  SYV-50-7 0.121 0.203 0.295
  CTC-50-7 0.060 0.100 0.165
  CTC-50-9 0.050 0.085 0.135
  CTC-50-12 0.040 0.060 0.105
  進口10D-FB 0.040 0.070 0.110
如何選擇天線安裝地點?
  答:由于地形和環境的影響,天線接收到的電磁波是直射波、反射波及散射波的疊加,其結果決定了接收點處的場強幅度和相位,并直接影響天線的應用效果。因此,選擇天線架設位置應注意以下幾個方面:
  1、 天線的發射或接收方向應避開障礙物(樓房、鐵塔、橋梁等);
  2、 天線架設地點應盡量遠離干擾源(高壓線、航線、鐵塔、公路等);
  3、 天線應盡量架設在附近的制高點:
  4、 如有幾付天線同在一個鐵塔上工作,應特別注意它們之間的左右和上下的間距,以防相互耦合影響系統性能。
天饋系統應如何安裝?
  答:首先將天線、饋線和配套零部件按產品說明的要求組裝好,然后在天線的支撐位置,用卡具固定于塔桿的天線支架上,并使天線與塔桿的平行間距大于使用波長,減少塔桿對天線性能的影響。在天線端口處,將饋電線用連接器(或稱電纜頭)與天線接好,彎一個直徑約五十倍于饋電線直徑的圓環固定于天線支架上,避免連接器部位直接受力而斷線或損壞。
天饋系統如何防水?
  答:天線與饋電線主要是靠連接器連接,采用自粘性橡膠密封帶,將其拉伸后,以半搭形式纏繞在接連器上,可起到良好的密封防水作用。另外,在饋電線進入室內處彎一個返水彎,可避免雨水沿饋電線進入室內設備。
如何檢測天饋系統?
答:天饋系統架設好后,應由專業技術人員使用專用檢測儀器進行檢測。通?稍诎l射機和天饋系統之間串接通過式功率計,檢驗設備發射機功率和反射功率的大小來判斷系統工作是否正常。
 
 
 移動通信基站天線是手機用戶用無線與基站設備連接的信息出(下行、發射)入(上行、接收)口,是載有各種信息的電磁波能量轉換器; 發射時,調制后的射頻電流能量經基站天線轉換為電磁波能量,并以一定的強度向預定區域(手機用戶)輻射出去;手機用戶信息經調制后的電磁波能量,由基站天線接收,有效地轉換為射頻電流能量,傳輸至主設備;咎炀是電磁波傳輸的第一道空中閘口,它性能的好壞,嚴重影響到移動通信的質量。

    由于天線是開放的分布參數電路,屬于“運動電磁場”范疇,而集中參數元件(電阻、電感、電容、導線等)構成的電路,屬于“電路”范疇。電磁場看不見,摸不著,看似簡單,但其理論計算及測試手段比電路復雜得多。天線專業的這一特點,以及移動通信的特定覆蓋要求,使移動通信基站天線具有高技術特點。加之,基站天線的室外高空使用環境惡劣,對其可靠性又提出了更高的要求。高技術加上高可靠性要求,使進入基站天線制造業的門檻較高,沒有強的技術實力和資金實力,是很難進入的。


通信天線的原理

    通信天線作為無線通信不可缺少的重要部分,其基本功能是輔射和接收無線電波。發射時,把高頻電流轉換為電磁波:接收時,把電磁波轉換為高頻電流。

通信天線的種類

    按用途可分為基地臺天線(base station antenna)和移動天線(mobile and portable antennas);按工作頻段可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波天線;按其方向性可劃分為全向和定向天線;按其結構特性可劃分為線天線和面天線。

怎樣選擇通信天線

    天線作為通信系統的重要組成部分,其性能的好壞直接影響通信的質量,用戶在選擇天線時必須首先注重其性能。具體說有兩個方面,第一選擇天線類型;第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是:所選天線的方向圖是否符合系統設計中電波覆蓋的要求;選擇天線電氣性能的意義是:選擇使用天線的頻率、帶寬、增益、額定功率等電氣指標是否符合系統設計要求。因此,用戶在選擇天線時最好向廠家聯系咨詢。

    

通信天線基本的性能指標

天線的增益

    增益是天線的主要指標之一,它是方向系數與效率乘積,是天線輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決于系統設計對電波覆蓋區域的要求,簡單地說,在同等條件下,增益越高,電波傳播的距離就越遠。一般基地臺天線采用高增益天線,移動臺天線采用低增益天線。

天線的電壓駐波比

    天線輸入阻抗與饋線的特性阻抗不一致時,產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成駐波,其相鄰電壓最大值和最小值之比就是電壓駐波比。它是檢驗饋線傳輸效率的依據。電壓駐波比與功率關系如下表。本公司產品符合國家標準,在工作頻段的電壓駐波比小于1.5,在工作頻點電壓駐波比小于1.2。電壓駐波比過大,將縮短通信距離,而且反射功率將返回發射機功放部分,容易燒壞功放管,影響通信系統正常工作。
    電壓駐波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0
    反射功率% 0.0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0
    傳輸功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75

天線的方向性

    天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力,這就是天線的方向性。衡量天線方向性通常使用方向圖,在水平面上,輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線,有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線。全向天線由于其無方向性,所以多用在點對多點通信的中心臺站。另外,我們可以采用一些技術使全向天線略帶方向性,根據使用現場地形的需要使方向圖成為橢圓形、扇形、心形等,這樣使天線的應用就更加靈活,效率更加提高。定向天線由于具有最大輻射或接收方向,因此能量集中,增 益相對全向天線要高,適合于遠距離點對點通信,同時由于具有方向性,抗干擾力比較強。

天線的工作頻帶寬度

    天線的電參數一般都與工作頻率有關,保證電參數指標容許的頻率變化范圍,即是天線的工作頻帶寬度。對于線天線常采用的阻抗特性,即電壓駐波比小規定值下的頻率連續段為天線的工作帶寬。一般全天線的工作帶寬能達到工作頻率的3-5%,定向天線的工作帶寬能達工作頻度的5-10%。通常,寬頻帶天線工作頻率范圍大,適用于多頻點通信系統共用;窄頻帶天線抗干擾能力強,相對增益高,適用于單頻點通信系統使用。
 
通信天線系統的選擇與安裝

通訊電纜的選取

    移動通信系統常使用特性阻抗為50Ω的同軸電纜作為饋線。為了有效地把電 波傳輸到天線端口,應盡量減少饋線的傳輸損耗。傳輸損耗取決于電纜的直徑和長度,同一頻率下電纜直徑越大,損耗越小,電纜越長損耗越大。原則上,要求電纜的傳輸損耗不宜超過3分貝。用戶可根據自己情況,合理選擇電纜類型以及長度。

天線安裝地點的選取

    由于地形和環境的影響,天線接收到的電磁波是有效直射波與反射波、繞射波及散射波的疊加,其結果決定了接收點的場強幅度和相位,并直接影響天線的應用效果。因此,選擇天線架設位置應注意以下幾個方面:
    天線的發射或接收方向應避開障礙物(樓房、鐵塔、橋梁等);
    天線架設地點盡量遠離干擾源(高壓線、航線、鐵路、公路等);
    天線應盡量設在附近的制高點;
    如有幾付天線同在一鐵塔上工作,應注意它們之間的左右和上下的間距,以防相互耦合影響系統性能。

天饋系統的安裝

    首先將天線、饋線和配套零部件按產品說明的要求組裝好,然后在天線的支撐位置,用卡具固定于塔桿的天線支架上,并且使天線與塔桿的平行間距大于使用波長,減少塔桿對天線性能的影響。在天線端口處,將饋電線用連接器(或稱電纜頭)與天線接好,彎一個直徑約五十倍饋電線直徑的圓環固定于天線支架上,避免連接器部位直接受力而斷線或損壞

  

影響天饋系統的常見因素

受水和雷電的干擾

    天線和饋電線本身都有很好的防水、防腐蝕性能,我們所指的主要是天饋系統室外連接部位的防水和防潮濕。天線與饋電線主要是靠連接器連接,采用自粘性橡膠密封帶,將其拉伸,以半搭形式纏繞在連接器上,可起到良好的密封防水作用。另外在饋電線進入室內處彎一個返水彎,可避免雨水沿饋電線進入室內設備。天線一般都架設在室外較高的位置,有效地防止雷電干擾和破壞,才能確保通信系統的安全工作。因此,地面設施(如鐵塔、建筑物等)應有良好的接地措施,接地電阻不大于4Ω。天線應架設在塔頂避雷針的有效避雷范圍內,即避雷針頂部下方45℃角覆蓋面內。通信天線一般都設計成外殼直接接地型,但為防止雷電、強電感應或氣候變化引起的脈沖放電對通訊設備的沖擊,還應在饋電線上串接避雷裝置,使通信系統更安全的工作。
受雨雪天氣的影響

    電磁波在不同媒質傳播其損耗也有所不同。一般來說雨雪天氣比晴朗天氣的散射損耗和吸收衰減增大。因此,會影響接收電平,會使通信區域變小,效果變差。隨著天氣轉好,通信恢復正常,則說明天線系統無問題。但如果天氣晴朗以后,通信效果仍不好,則應由專業人員檢查該系統是否存在故障。

天饋系統的檢測方法

    天饋系統架設好后,應由專業技術人員使用專用檢測儀器進行檢測。通?稍诎l射機和天饋系統之間串接通過式功率,檢驗設備發射功率和反射功率的大小來判斷系統工作是否正常。

天饋系統常見故障及其排除方法

天饋系統的常見故障:

    1.天線的性能,參數不能滿足使用要求;
    2.接頭密封不嚴,使水汽進入饋線,影響信號發射;
    3.架設位置不合理,如太靠近干擾源等;
    4.發射機功率超過天線額定功度,使天線過載或燒毀;
    5.遭受外物撞擊,改變了天線原有的結構和性能參數;
    6.電纜頭焊接不牢,信號時有時無;
    7.天線波束指向偏離,天線桿或支架偏位等。

排除上述故障的方法:

    1.更換天線;
    2.更換電纜,并嚴格按操作要求用防水膠或自粘防水膠帶;
    3.把接頭處密封好;
    4.遠離干擾源,天線與架設天線的塔桿相距大于使用波長;
    5.更換額定功度大的天線;
    6.送回廠家修理;
    7.重新更換電纜頭,仔細焊接防止虛焊;
    8.調整天線指向,修復支架,重新緊固。