天馈系统不匹配对移动通信的影响及解决方法

2019-11-04 20:41:51

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供稿：网友

　　天馈系统是移动通信系统的重要组成部分，其性能优劣对整体移动通信质量的影响至关重要。根据移动网运行质量统计结果分析,造成移动通信质量指标下降的主要原因来自天馈系统（约占一半以上），而在天馈系统中最为重要的指标就是匹配。因此，我们在无线网络建设和日常维护中，必须高度重视对天馈系统性能的检查，减小天馈系统器件间不匹配对系统的影响，最大限度发挥天馈系统的性能。
　　
　　一、基站天馈系统组成及匹配原理
　　基站天馈系统分为天线和馈线系统。天线本身性能直接影响整个天馈系统性能并起着决定性作用；馈线系统在安装时匹配好坏，直接影响天线性能的发挥。
　　
　　1.基站天馈系统的组成
　　　天馈系统不匹配对移动通信的影响及解决方法（图一）

　　图1是基站天馈系统示意图，其组成主要包括以下几部分：
　　
　　(1)天线，用于接收和发送无线信号，常见的有单极化天线、双极化天线和全向天线；
　　
　　(2)室外跳线，用于天线与7/8〞主馈线之间的连接，常用的跳线采用1/2″馈线，长度一般为3m；
　　
　　(3)主馈线，目前用于移动基站的馈线主要有7/8″馈线、5/4″馈线、15/8″馈线；
　　
　　(4)接头密封件，用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封，常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带（3M33+）；
　　
　　(5)室内超柔跳线，用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2～3m；
　　
　　(6)其他配件，主要有接地装置（7/8〞馈线接地件）、7/8〞馈线卡子、走线架、馈线过窗器、防雷保护器（避雷器）、各种尼龙扎带等。
　　
　　2.匹配原理
　　
　　所谓匹配就是馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。匹配原理是在传输系统中的阻抗不连续处引入匹配设备，在原来的不连续的基础上而引入另一种不连续性，使它产生的反射波，正好与原来的反射波干涉抵消，从而达到阻抗匹配。当使用的终端负载是天线时，假如天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，轻易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。
　　
　　在实际工作中，天线的输入阻抗还会受四周物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。
　　
　　天馈系统匹配性能好坏一般用反射系数或驻波比的大小来衡量，通常采用驻波比。终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波比越接近于１，匹配也就越好。
　　
　　二、天馈系统不匹配对移动通信系统的影响
　　在移动通信系统中，天馈系统对系统的影响最为敏感和直接，而天馈系统匹配好坏对移动通信质量的影响尤其显著，概括起来主要有以下几个方面。
　　
　　1.不匹配对发射功率的影响
　　
　　当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。
　　
　　而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。其结果是降低了发射机的有效功率，缩小了单基站的有效覆盖面积。
　　
　　2.不匹配对通信质量的影响
　　
　　天馈线系统不匹配会对基站覆盖、手机语音质量、无线数据速率产生一定影响，一般手机会出现接收电平低、回声、上网速度慢等现象。
　　
　　3.不匹配对基站设备的影响
　　
　　天馈线系统不匹配对基站功放器件寿命影响比较大，馈线的回波电压过大加快基站功放器件老化，天馈线系统严重不匹配时会使功放器件烧毁。
　　
　　三、影响天馈线系统匹配的主要因素及解决方法
　　1.影响天馈线系统匹配的主要因素
　　
　　我们知道天馈系统的匹配是由各个部件的矢量叠加和馈线衰减的有机结合，既有天馈器件自身的影响，也有器件安装组合工艺的影响。根据实际工作经验，影响天馈线系统匹配因素主要有以下方面。
　　
　　(1)天线驻波。天线驻波是出厂必须检测的一项天线电气性能指标，天线驻波高低直接影响天馈系统整体性能，以前天线出厂驻波比要求小于1.5,现在随着天线厂家技术水平不断提高，加上通信运营商对天线指标要求越来越高，天线出厂驻波比一般小于1.3。
　　
　　(2)馈线驻波。馈线质量好坏对驻波影响较大，一般7/8〞馈线损耗要求小于0.4dB/10m，驻波比小于1.1。
　　
　　(3)跳线驻波。跳线驻波比小于1.1。1/2〞跳线的单次弯曲半径应≥20cm；多次弯曲半径应≥30cm；跳线与馈线的接头处应固定牢靠，防止晃动；跳线与天线、馈线的接头应连接可靠，密封良好；跳线应用扎带绑扎牢固，松紧适宜，严禁打硬折、死弯，以免损伤跳线。
　　
　　(4)避雷器驻波。避雷器的VSWR应小于1.1的行业标准。室内避雷器安装时，避雷器要与跳线、馈线接口、阻抗匹配。避雷器安装的方向不能弄反，假如机房有避雷器安装架时，必须要把避雷器固定在安装架上。
　　
　　(5)7/8〞馈线头的制作，各部件的连接问题。馈线头的制作非常要害，馈线头安装应严格按照规范来制作，制作馈线接头时，馈线的内芯不得留有任何遗留物。接头必须紧固无松动、无划伤、无露铜、无变型。一般在检查天馈系统时馈线头安装存在问题最多，严重影响天馈系统质量。
　　
　　(6)7/8〞馈线的长度及布放工艺。馈线的答应余量为3％，不宜过长，减小馈线带来的功率损耗。馈线的单次弯曲半径应＞30cm，馈线多次弯曲半径＞45cm；馈线在布放、拐弯时，弯曲度应圆滑、无硬弯。并避免接触到尖锐物体，防止划伤进水，造成故障；室外必须用黑扎带，室内必须用白扎带，绑扎时应整洁美观、工艺良好。
　　
　　(7)测试时所用的仪表精度或误差、测试方法、测试环境等。在现场测试天馈系统时一般选用SiteMaster仪器,测试时必须进行测试前仪表校准，避免产生测试误差。为了保证仪表测试准确，应定期将仪表送到国家相关部门检测。
　　
　　2.解决天馈系统不匹配的方法
　　
　　(1)把好天馈系统各器件质量关。天线、馈线、各种接头、避雷器和跳线等部件质量存在问题，比如说避雷器以上部分VSWR也为1.24，避雷器的VSWR1.1，那么天馈系统的驻波为1.36(不考虑之间的插入损耗)，假如选用的避雷器VSWR为1.05，则整个天馈系统的驻波就下降为1.3。
　　
　　(2)严格控制安装工艺。做好各种接头；控制好连接接头的力量；馈线不打死弯、长度适中等在做馈线接头时，控制好连接接头的扭矩（一般扭矩为25～30N.m），最好选用扭矩扳手。假如扭矩过大，会造成接头损伤，致使接头严重不匹配；假如扭矩过小，接头松动，会产生三阶交调干扰，影响通信质量。
　　
　　(3)检测天馈系统各器件组合匹配。一般在选用天馈线系统器件时，应做好安装前测试工作，首先进行各器件质量检测看其是否满足要求，其次进行各器件组合测试，看其匹配情况是否满足要求。
　　
　　(4)加强对天馈系统的维护。做好基站天馈系统日常维护工作对提高系统匹配至关重要。天馈线系统在运行时受到外力和天气影响，天馈线某部件质量有可能变坏，增大整个系统不匹配程度。为了提高天馈系统质量，我们应加强日常维护工作，尤其加强强风雨后的检测。
　　
　　3.现场检测天馈线系统方法
　　
　　通常在进行基站天馈线系统安装和维护时，一般都以驻波比检测来衡量天馈线系统匹配的好坏，必要时也须辅以测量基站设备的机顶功率及天线端口的功率来判定。考虑到现场检测的便捷性，主要应采用SiteMasterS311B手持驻波比/回损故障定位测试仪，在没有该设备的情况下，才考虑使用矢量网络分析仪。
　　
　　以SiteMaster为例，这时主要应用它的两种测量模式：频域和距离域测量。
　　
　　频域测量包括驻波比（VSWR）、回波损耗（RL）和馈线损耗（CL）测量。驻波比（VSWR）、回波损耗（RL）是对天馈线好坏的量的描述，而馈线损耗（CL）是表示传输线在某频点的插入损耗。距离域测量通常称为（DTF）故障定位。它可以有回波损耗（RL）和驻波比（VSWR）两种表示形式。两者都可用来找出故障点。但馈线损耗（CL）不会出现在距离域。
　　
　　通常在基站现场，对天馈线系统一般有以下几种测试：
　　
　　(1)对新架设的基站，一般情况下，仅对天线+馈线的综合驻波比进行测量，这时无论是采用SiteMaster或采用矢量网络分析仪都是比较简单的；
　　
　　(2)已经运行了一段时间的基站或开通后发现系统工作异常的基站，需要对天馈线系统可能存在的故障进行诊断，此时不仅要测量天线+馈线的综合驻波比，而且需要对天馈线系统进行可能的故障诊断。这时就需要启动SiteMaster的距离域或矢量网络分析仪的时域测量；
　　
　　必须指出的是，在使用SiteMaster时，一定要知道，馈线损耗（CL）的测量不能在距离域进行。而必须在频域测量模式下进行。否则就会产生错误。
　　
　　4.测试案例
　　
　　下面以一个基站天馈系统的检测为例。
　　
　　图3是天线输出端口的驻波比。通过检测天线本身驻波比的电气性能指标，看其测试结果是否满足要求。（注重：在SiteMaster校准时，将7/8〞转接头校准进去）
　　　天馈系统不匹配对移动通信的影响及解决方法（图二）