天饋系統(tǒng)不匹配對移動(dòng)通信的影響及解決方法

2019-11-04 20:41:51

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供稿：網(wǎng)友

　　天饋系統(tǒng)是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能優(yōu)劣對整體移動(dòng)通信質(zhì)量的影響至關(guān)重要。根據(jù)移動(dòng)網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,造成移動(dòng)通信質(zhì)量指標(biāo)下降的主要原因來自天饋系統(tǒng)（約占一半以上），而在天饋系統(tǒng)中最為重要的指標(biāo)就是匹配。因此，我們在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和日常維護(hù)中，必須高度重視對天饋系統(tǒng)性能的檢查，減小天饋系統(tǒng)器件間不匹配對系統(tǒng)的影響，最大限度發(fā)揮天饋系統(tǒng)的性能。
　　
　　一、基站天饋系統(tǒng)組成及匹配原理
　　基站天饋系統(tǒng)分為天線和饋線系統(tǒng)。天線本身性能直接影響整個(gè)天饋系統(tǒng)性能并起著決定性作用；饋線系統(tǒng)在安裝時(shí)匹配好壞，直接影響天線性能的發(fā)揮。
　　
　　1.基站天饋系統(tǒng)的組成
　　　天饋系統(tǒng)不匹配對移動(dòng)通信的影響及解決方法（圖一）

　　圖1是基站天饋系統(tǒng)示意圖，其組成主要包括以下幾部分：
　　
　　(1)天線，用于接收和發(fā)送無線信號，常見的有單極化天線、雙極化天線和全向天線；
　　
　　(2)室外跳線，用于天線與7/8〞主饋線之間的連接，常用的跳線采用1/2″饋線，長度一般為3m；
　　
　　(3)主饋線，目前用于移動(dòng)基站的饋線主要有7/8″饋線、5/4″饋線、15/8″饋線；
　　
　　(4)接頭密封件，用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相接）的密封，常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶（3M33+）；
　　
　　(5)室內(nèi)超柔跳線，用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用的跳線采用1/2〞超柔饋線，長度一般為2～3m；
　　
　　(6)其他配件，主要有接地裝置（7/8〞饋線接地件）、7/8〞饋線卡子、走線架、饋線過窗器、防雷保護(hù)器（避雷器）、各種尼龍?jiān)鷰У取?br />　　
　　2.匹配原理
　　
　　所謂匹配就是饋線終端所接負(fù)載阻抗Ｚ等于饋線特性阻抗Ｚ。匹配原理是在傳輸系統(tǒng)中的阻抗不連續(xù)處引入匹配設(shè)備，在原來的不連續(xù)的基礎(chǔ)上而引入另一種不連續(xù)性，使它產(chǎn)生的反射波，正好與原來的反射波干涉抵消，從而達(dá)到阻抗匹配。當(dāng)使用的終端負(fù)載是天線時(shí)，假如天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化就較小，輕易和饋線保持匹配，這時(shí)振子的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。
　　
　　在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會受四周物體存在和雜散電容的影響。為了使饋線與天線嚴(yán)格匹配，在架設(shè)天線時(shí)還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。
　　
　　天饋系統(tǒng)匹配性能好壞一般用反射系數(shù)或駐波比的大小來衡量，通常采用駐波比。終端負(fù)載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波比越接近于１，匹配也就越好。
　　
　　二、天饋系統(tǒng)不匹配對移動(dòng)通信系統(tǒng)的影響
　　在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，天饋系統(tǒng)對系統(tǒng)的影響最為敏感和直接，而天饋系統(tǒng)匹配好壞對移動(dòng)通信質(zhì)量的影響尤其顯著，概括起來主要有以下幾個(gè)方面。
　　
　　1.不匹配對發(fā)射功率的影響
　　
　　當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。
　　
　　而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。其結(jié)果是降低了發(fā)射機(jī)的有效功率，縮小了單基站的有效覆蓋面積。
　　
　　2.不匹配對通信質(zhì)量的影響
　　
　　天饋線系統(tǒng)不匹配會對基站覆蓋、手機(jī)語音質(zhì)量、無線數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生一定影響，一般手機(jī)會出現(xiàn)接收電平低、回聲、上網(wǎng)速度慢等現(xiàn)象。
　　
　　3.不匹配對基站設(shè)備的影響
　　
　　天饋線系統(tǒng)不匹配對基站功放器件壽命影響比較大，饋線的回波電壓過大加快基站功放器件老化，天饋線系統(tǒng)嚴(yán)重不匹配時(shí)會使功放器件燒毀。
　　
　　三、影響天饋線系統(tǒng)匹配的主要因素及解決方法
　　1.影響天饋線系統(tǒng)匹配的主要因素
　　
　　我們知道天饋系統(tǒng)的匹配是由各個(gè)部件的矢量疊加和饋線衰減的有機(jī)結(jié)合，既有天饋器件自身的影響，也有器件安裝組合工藝的影響。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，影響天饋線系統(tǒng)匹配因素主要有以下方面。
　　
　　(1)天線駐波。天線駐波是出廠必須檢測的一項(xiàng)天線電氣性能指標(biāo)，天線駐波高低直接影響天饋系統(tǒng)整體性能，以前天線出廠駐波比要求小于1.5,現(xiàn)在隨著天線廠家技術(shù)水平不斷提高，加上通信運(yùn)營商對天線指標(biāo)要求越來越高，天線出廠駐波比一般小于1.3。
　　
　　(2)饋線駐波。饋線質(zhì)量好壞對駐波影響較大，一般7/8〞饋線損耗要求小于0.4dB/10m，駐波比小于1.1。
　　
　　(3)跳線駐波。跳線駐波比小于1.1。1/2〞跳線的單次彎曲半徑應(yīng)≥20cm；多次彎曲半徑應(yīng)≥30cm；跳線與饋線的接頭處應(yīng)固定牢靠，防止晃動(dòng)；跳線與天線、饋線的接頭應(yīng)連接可靠，密封良好；跳線應(yīng)用扎帶綁扎牢固，松緊適宜，嚴(yán)禁打硬折、死彎，以免損傷跳線。
　　
　　(4)避雷器駐波。避雷器的VSWR應(yīng)小于1.1的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)避雷器安裝時(shí)，避雷器要與跳線、饋線接口、阻抗匹配。避雷器安裝的方向不能弄反，假如機(jī)房有避雷器安裝架時(shí)，必須要把避雷器固定在安裝架上。
　　
　　(5)7/8〞饋線頭的制作，各部件的連接問題。饋線頭的制作非常要害，饋線頭安裝應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范來制作，制作饋線接頭時(shí)，饋線的內(nèi)芯不得留有任何遺留物。接頭必須緊固無松動(dòng)、無劃傷、無露銅、無變型。一般在檢查天饋系統(tǒng)時(shí)饋線頭安裝存在問題最多，嚴(yán)重影響天饋系統(tǒng)質(zhì)量。
　　
　　(6)7/8〞饋線的長度及布放工藝。饋線的答應(yīng)余量為3％，不宜過長，減小饋線帶來的功率損耗。饋線的單次彎曲半徑應(yīng)＞30cm，饋線多次彎曲半徑＞45cm；饋線在布放、拐彎時(shí)，彎曲度應(yīng)圓滑、無硬彎。并避免接觸到尖銳物體，防止劃傷進(jìn)水，造成故障；室外必須用黑扎帶，室內(nèi)必須用白扎帶，綁扎時(shí)應(yīng)整潔美觀、工藝良好。
　　
　　(7)測試時(shí)所用的儀表精度或誤差、測試方法、測試環(huán)境等。在現(xiàn)場測試天饋系統(tǒng)時(shí)一般選用SiteMaster儀器,測試時(shí)必須進(jìn)行測試前儀表校準(zhǔn)，避免產(chǎn)生測試誤差。為了保證儀表測試準(zhǔn)確，應(yīng)定期將儀表送到國家相關(guān)部門檢測。
　　
　　2.解決天饋系統(tǒng)不匹配的方法
　　
　　(1)把好天饋系統(tǒng)各器件質(zhì)量關(guān)。天線、饋線、各種接頭、避雷器和跳線等部件質(zhì)量存在問題，比如說避雷器以上部分VSWR也為1.24，避雷器的VSWR1.1，那么天饋系統(tǒng)的駐波為1.36(不考慮之間的插入損耗)，假如選用的避雷器VSWR為1.05，則整個(gè)天饋系統(tǒng)的駐波就下降為1.3。
　　
　　(2)嚴(yán)格控制安裝工藝。做好各種接頭；控制好連接接頭的力量；饋線不打死彎、長度適中等在做饋線接頭時(shí)，控制好連接接頭的扭矩（一般扭矩為25～30N.m），最好選用扭矩扳手。假如扭矩過大，會造成接頭損傷，致使接頭嚴(yán)重不匹配；假如扭矩過小，接頭松動(dòng)，會產(chǎn)生三階交調(diào)干擾，影響通信質(zhì)量。
　　
　　(3)檢測天饋系統(tǒng)各器件組合匹配。一般在選用天饋線系統(tǒng)器件時(shí)，應(yīng)做好安裝前測試工作，首先進(jìn)行各器件質(zhì)量檢測看其是否滿足要求，其次進(jìn)行各器件組合測試，看其匹配情況是否滿足要求。
　　
　　(4)加強(qiáng)對天饋系統(tǒng)的維護(hù)。做好基站天饋系統(tǒng)日常維護(hù)工作對提高系統(tǒng)匹配至關(guān)重要。天饋線系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)受到外力和天氣影響，天饋線某部件質(zhì)量有可能變壞，增大整個(gè)系統(tǒng)不匹配程度。為了提高天饋系統(tǒng)質(zhì)量，我們應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)工作，尤其加強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)雨后的檢測。
　　
　　3.現(xiàn)場檢測天饋線系統(tǒng)方法
　　
　　通常在進(jìn)行基站天饋線系統(tǒng)安裝和維護(hù)時(shí)，一般都以駐波比檢測來衡量天饋線系統(tǒng)匹配的好壞，必要時(shí)也須輔以測量基站設(shè)備的機(jī)頂功率及天線端口的功率來判定?？紤]到現(xiàn)場檢測的便捷性，主要應(yīng)采用SiteMasterS311B手持駐波比/回?fù)p故障定位測試儀，在沒有該設(shè)備的情況下，才考慮使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
　　
　　以SiteMaster為例，這時(shí)主要應(yīng)用它的兩種測量模式：頻域和距離域測量。
　　
　　頻域測量包括駐波比（VSWR）、回波損耗（RL）和饋線損耗（CL）測量。駐波比（VSWR）、回波損耗（RL）是對天饋線好壞的量的描述，而饋線損耗（CL）是表示傳輸線在某頻點(diǎn)的插入損耗。距離域測量通常稱為（DTF）故障定位。它可以有回波損耗（RL）和駐波比（VSWR）兩種表示形式。兩者都可用來找出故障點(diǎn)。但饋線損耗（CL）不會出現(xiàn)在距離域。
　　
　　通常在基站現(xiàn)場，對天饋線系統(tǒng)一般有以下幾種測試：
　　
　　(1)對新架設(shè)的基站，一般情況下，僅對天線+饋線的綜合駐波比進(jìn)行測量，這時(shí)無論是采用SiteMaster或采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都是比較簡單的；
　　
　　(2)已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間的基站或開通后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作異常的基站，需要對天饋線系統(tǒng)可能存在的故障進(jìn)行診斷，此時(shí)不僅要測量天線+饋線的綜合駐波比，而且需要對天饋線系統(tǒng)進(jìn)行可能的故障診斷。這時(shí)就需要啟動(dòng)SiteMaster的距離域或矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時(shí)域測量；
　　
　　必須指出的是，在使用SiteMaster時(shí)，一定要知道，饋線損耗（CL）的測量不能在距離域進(jìn)行。而必須在頻域測量模式下進(jìn)行。否則就會產(chǎn)生錯(cuò)誤。
　　
　　4.測試案例
　　
　　下面以一個(gè)基站天饋系統(tǒng)的檢測為例。
　　
　　圖3是天線輸出端口的駐波比。通過檢測天線本身駐波比的電氣性能指標(biāo)，看其測試結(jié)果是否滿足要求。（注重：在SiteMaster校準(zhǔn)時(shí)，將7/8〞轉(zhuǎn)接頭校準(zhǔn)進(jìn)去）
　　　天饋系統(tǒng)不匹配對移動(dòng)通信的影響及解決方法（圖二）

　　圖3天線輸出端口的駐波比
　　
　　圖4是饋線輸入端口的駐波比。通過該項(xiàng)測試，可以檢測到天饋線系統(tǒng)駐波比，結(jié)合天線本身駐波比和饋線長度，看其天饋線系統(tǒng)駐波比測試值是否符合要求。
　　　天饋系統(tǒng)不匹配對移動(dòng)通信的影響及解決方法（圖三）