基站天饋線駐波特性

測(cè)量與分析計(jì)算

西安海天天線科技股份有限公司

編寫：品質(zhì)部趙恩惠研究員

2003年12月1日

本人自我介紹

（參見中國(guó)空間技術(shù)研究院人物錄230頁(yè)）

1965年7月畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)無(wú)線電物理專業(yè)。原航天科技集團(tuán)504研究所研究員。曾負(fù)責(zé)“714”飛船通信分系統(tǒng)、東方紅一號(hào)衛(wèi)星短波地面接收系統(tǒng)和天線分系統(tǒng)、718船天短波通信系統(tǒng)和天線分系統(tǒng)、“Z5無(wú)人機(jī)”電視系統(tǒng)天線、東方紅三號(hào)衛(wèi)星通信天線和神通一號(hào)通信衛(wèi)星Ku點(diǎn)波束天線等的研制，“FY－3”微波輻射計(jì)天線、中繼星天線和機(jī)械跟蹤可展開天線等的預(yù)研及921飛船測(cè)控天線系統(tǒng)的方案攻關(guān)。發(fā)表科技論文二十余篇。獲航天部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)三項(xiàng)，國(guó)防科技委四等獎(jiǎng)和陜西省自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文四等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。榮記航天任務(wù)三等功兩次。2001年5月21日加盟海天公司，主管過(guò)GSM直放站和室內(nèi)分布系統(tǒng)的初期研發(fā)工作，協(xié)助院長(zhǎng)開展對(duì)用戶的技術(shù)支持和基站天線的技術(shù)培訓(xùn)，編寫了有關(guān)基站天線的基本概念和基站天線選型建議。2002年2月兼任研發(fā)一部部長(zhǎng)，主管天線研發(fā)。2003年6月10日調(diào)品質(zhì)部，被聘任為資深專家?；咎祓伨€駐波特性測(cè)量與分析計(jì)算前言匹配的概念反射損耗駐波比和反射損耗有損傳輸線上的駐波特性有損傳輸線終端駐波比的計(jì)算輸入端接頭不匹配時(shí)的駐波特性有損傳輸線輸入端接頭不匹配時(shí)的最大駐波比計(jì)算使用SiteMaster時(shí)選擇饋線和轉(zhuǎn)接頭的注意事項(xiàng)接頭不匹配時(shí)饋線長(zhǎng)度L與駐波波浪線周期的關(guān)系假設(shè)饋線接頭匹配情況下饋線終端天線駐波比的推算測(cè)試實(shí)例的大致判斷前言

通常情況下，駐波比是用戶在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)基站天線能夠檢測(cè)的唯一一項(xiàng)電性能技術(shù)指標(biāo)。對(duì)其是否合格的現(xiàn)場(chǎng)判定往往會(huì)決定著被測(cè)天線的命運(yùn)。有時(shí)甚至?xí)绊懝驹谝粋€(gè)地區(qū)的訂單和聲譽(yù)。因此做為一線的銷售人員，特別是負(fù)責(zé)技術(shù)支持的人員學(xué)習(xí)和了解天饋系統(tǒng)的饋線損耗、接頭匹配性能對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，從而正確判斷在什么情況下，實(shí)測(cè)的駐波比會(huì)比天線本身的駐波比好，在什么情況下，實(shí)測(cè)的駐波比又會(huì)比天線本身的駐波比壞，做到既不放過(guò)一個(gè)不合格品，也不錯(cuò)判一個(gè)合格品是十分重要的。今天我們將提供給各位進(jìn)行這種判斷的理論基礎(chǔ)，最后會(huì)給出進(jìn)行這種判斷的一些測(cè)試實(shí)例。

匹配的概念什么叫匹配？我們可簡(jiǎn)單地認(rèn)為，饋線終端所接負(fù)載阻抗Ｚ等于饋線特性阻抗Ｚ。時(shí)，稱為饋線終端是匹配連接的。當(dāng)使用的終端負(fù)載是天線時(shí)，如果天線的輸入阻抗和與之相連的發(fā)射機(jī)或接收機(jī)、長(zhǎng)線傳輸線（饋線）的輸入阻抗相同，我們就稱天線與這些設(shè)備之間的連接是匹配的。

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(lái)形成反射波。

9.6W75

ohms50ohms朝前:10W返回:0.4W這里的反射損耗為10log(10/0.4)=14dBVSWR=1.5是反射損耗的另一種計(jì)量反射損耗在不匹配的情況下,饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。兩者疊加在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。這種合成波稱為駐波。駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比(VSWR)。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。由此可見，終端負(fù)載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)越接近于１，匹配也就越好。反射波幅度（ＺL－Ｚ。）反射系數(shù)Γ＝─────＝───────

入射波幅度（ＺL＋Ｚ。）

波腹電壓幅度最大值Ｖmax（1+Γ）

電壓駐波比S＝─────────────＝───

波節(jié)電壓輻度最小值Ｖmin（1-Γ）負(fù)載阻抗ＺL

Ｚ。ＺLＺ。時(shí)，電壓駐波比S＝───────；ＺLＺ。時(shí)，S＝───

饋線特性阻抗Ｚ。ＺLZinZLZ0L無(wú)損饋線的駐波特性存在饋線損耗時(shí)的駐波特性。

ZinZLZ0L入射波幅度反射波幅度駐波幅度天線負(fù)載有損傳輸線終端駐波比的計(jì)算

設(shè)天線輸入端口的駐波比為1.3；基站室外饋線(加跳線)的平均損耗為0.4dB/10米，接頭損耗為0.25dB。

當(dāng)饋線長(zhǎng)度為50米時(shí)，則饋線+接頭的損耗為50米×0.4dB/10米+0.25dB=2.25dB

因此饋線反射的往返總損耗為L(zhǎng)線=2.25dB×2=4.5dB

天線駐波比為1.3時(shí)的反射系數(shù)為：反射損耗為：在機(jī)房饋線的終端，實(shí)際的最大反射損耗應(yīng)為天線本身的反射損耗+連接饋線至天線的往返損耗的算術(shù)和。即：

由此可以求出總的反射系數(shù)為：

接著利用在饋線與接頭完全匹配的正常情況下，對(duì)天線的不同駐波比和饋線長(zhǎng)度有如下的定量計(jì)算可供參考（假設(shè)基站

饋線的平均插損為0.4dB/10米）：

天線本身駐波比

天饋線輸入端駐波比

饋線長(zhǎng)為25米

饋線長(zhǎng)為30米

饋線長(zhǎng)為30米

饋線長(zhǎng)為50米

饋線長(zhǎng)為60米

1.131.11.11.091.081.071.341.261.251.221.201.181.31.231.221.201.181.161.41.311.291.261.241.21

以上是在連接接頭完全匹配情況下的計(jì)算。但是如果饋線輸出端與基站發(fā)射機(jī)輸入端口的接頭不完全匹配。實(shí)際測(cè)試得到的終端駐波比就不會(huì)變好這么多。輸入端接頭不匹配時(shí)的駐波特性天線端的與接頭處反射系數(shù)會(huì)出現(xiàn)矢量疊加，對(duì)于一個(gè)給定的頻率f，當(dāng)輸入端接頭到饋線終端天線處的距離為N/2（即反射波來(lái)回的路程為波長(zhǎng)整數(shù)倍）時(shí)，天線和接頭的反射系數(shù)同向相加，出現(xiàn)駐波比的極大值；而當(dāng)輸入端接頭到饋線終端天線處的距離為(2N+1)/4（即反射波來(lái)回的路程為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍）時(shí)天線和接頭的反射系數(shù)反向相減，出現(xiàn)駐波比的極小值；因此，在一個(gè)頻帶范圍內(nèi)，駐波比曲線會(huì)隨著頻率的變化成為周期變化的波浪線。2L/2=L×f2/

C=N+1(12)輸入端接頭阻抗Zin天線輸入阻抗ZLZ0饋線長(zhǎng)L123455.52L/1=L×f1/

C=N(11)123456傳輸方向反射方向傳輸方向反射方向無(wú)損傳輸線輸入端接頭不匹配時(shí)的駐波特性

如果天線本身的駐波比為1.3，輸入端接頭的駐波比分別為1.1和1.2時(shí)，我們利用上述反射波矢量疊加的特性通過(guò)下面的運(yùn)算可以得出此時(shí)在饋線終端的駐波比范圍。

在饋線輸出端口的接頭不匹配（從故障診斷曲線可看出零距離處有反射損耗），它與天線反射系數(shù)（損耗）矢量疊加的結(jié)果構(gòu)成了如下圖所示的波折震蕩的駐波比曲線。使得從整體看來(lái)，駐波比可能沒有改善，甚至?xí)儔摹?/p>

如果跳線接頭的駐波比分別為下表SX線所列各值，我們可以得到饋線長(zhǎng)50米時(shí)的天線輸出端最大駐波比為表中SZ終所示。并且其駐波比曲線將隨著饋線的長(zhǎng)短不同呈現(xiàn)密度不同的近似等周期的波浪線形式。

也就是說(shuō)，如果饋線跳線接頭的駐波比超過(guò)1.10以后，即使饋線長(zhǎng)50米，天線饋線終端的駐波比也可能超過(guò)1.3。這個(gè)問(wèn)題我在各種場(chǎng)合已講過(guò)多次，希望能夠引起一線技術(shù)支持人員和銷售人員的足夠重視。天線駐波比為1.3時(shí)

序號(hào)

123456

SX線

1.051.101.151.201.251.30

SZ終

1.2261.2851.3441.441.4631.523在饋線長(zhǎng)50米的同樣條件下，如果天線本身的駐波比為1.4時(shí)，在饋線終端測(cè)得的駐波比最大值就會(huì)更大（如下表所示）。

天線駐波比為1.4時(shí)

序號(hào)

123456

SX線

1.051.101.151.201.251.30

SZ終

1.2821.3441.4061.4691.5321.595SiteMaster連接線和轉(zhuǎn)接頭的選擇

SiteMaster.主要有兩種測(cè)量模式：頻域和距離域測(cè)量。頻域測(cè)量包括駐波比（VSWR）、回波損耗（RL）饋線損耗（CL）測(cè)量。距離域測(cè)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(lái)找出故障點(diǎn)。但饋線損耗（CL）不會(huì)出現(xiàn)在距離域。從上述分析我們不難理解，為了準(zhǔn)確地測(cè)量駐波比和其它參數(shù)，在使用SiteMaster.時(shí)，應(yīng)選擇駐波比盡可能好的連接電纜跳線和N到DIN的轉(zhuǎn)接頭。如果可能，其校準(zhǔn)應(yīng)在連接天線饋線的轉(zhuǎn)接頭處進(jìn)行，以消除SiteMaster.連接電纜跳線對(duì)測(cè)量的影響。

新華社基站波形圖(A-TRX)

接頭不匹配時(shí)饋線長(zhǎng)L與駐波波浪線周期的關(guān)系下面四張圖為北京長(zhǎng)安街上新華社CDMA基站A扇區(qū)天線TRX通道的測(cè)試結(jié)果。其中左上圖為天線與基站斷開后在站內(nèi)饋線終端測(cè)得的天線（含饋線）輸入電壓駐波比；右上圖為在同一終端進(jìn)行的故障診斷測(cè)試；左下圖為斷開天線后，測(cè)得的天線引下饋線的插入損耗；右下圖為斷開天線引下饋線后，直接在天線輸出端口測(cè)得的天線輸入電壓駐波比。

由圖不難看出，雖然長(zhǎng)度為27.91米的天線引下饋線有約1.5dB插入損耗，但是由于在饋線輸出端口的接頭不匹配（從故障診斷曲線可看出零距離處有反射損耗），它與天線反射系數(shù)（損耗）矢量疊加的結(jié)果構(gòu)成了如左下圖所示的周期性波折震蕩的駐波比曲線。使得從整體看來(lái)，駐波比并沒有改善。饋線長(zhǎng)度L與波浪線周期的關(guān)系：2L=n1；1=C/f12L=（n+1）2；2=C/f22L=nC/f1;2Lf1=n.C……………(1)2L=（n+1）C/f2;2Lf2=(n+1)C……..…..(2)(2)式－(1)式得：2L（f2-f1）=CL=C/2（f2-f1）(3)12(f2-f1)=(880-830)MHz=50MHz;2(f2-f1)=8.333MHz(4)

將4式代入3式得:L=300m/8.333=36

由于帶發(fā)泡介