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1、天馈系统选型和功率设计目录1天馈系统产品的种类介绍31.1 天线31.2馈线81.3功率放大器91.4 避雷器101.5合路器101.6功分器111.7耦合器121.8防水材料122天馈系统的计算公式:133天馈系统的安装注意事项:134天馈系统的选择和功率设计:144.1无线网桥天馈系统的选择和功率设计144.1.1天线选择:144.1.2避雷器选择154.1.3功率放大器的选择174.1.4 功率分配器选择184.1.5 馈线选择194.2无线AP天馈系统的选择和功率设计204.2.1 天线204.2.2 合路器221天馈系统产品的种类介绍1.1 天线1.1.1天线基础概述天线是无线传输系
2、统中的关键装置之一。是辐射和接收无线电波的装置。是一种将导行波转换为空间波(发射),或将空间波转换为导行波(接收)的能量转换装置。凡是依靠空间无线电磁波传输信息的系统或设备都离不开天线。如大家熟悉的无线寻呼系统、移动电话系统(GSM,全球移动电话系统、GPRS,通用无线包业务、CDMA,码分多址)、GPS,全球定位系统、雷达及卫星通信等系统中,天线都是系统中必不可少的关键装置之一。无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。可见,天线是发射和接收电磁波的一个
3、重要的无线电设备,没有天线也就没有无线电通信。 天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线,进行适当的分类是必要的: 按用途分类,可分为通信天线、电视天线、雷达天线等; 按工作频段分类,可分为短波天线、超短波天线、微波天线等; 按方向性分类,可分为全向天线、定向天线等; 按外形分类,可分为线状天线、面状天线等;天线原理l 天线能量转换如下图: 图1.1 a 图1.1 b导线上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关。如 图1.1 a 所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张
4、开,如 图1.1 b 所示,电场就散播在周围空间,因而辐射增强。 必须指出,当导线的长度 L 远小于波长 时,辐射很微弱;导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射,l 天线方向性l基本方向天线基本方向如下,垂直放置的半波对称振子形成具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图(图1.2.1 a)。图1.2.1 b 与图1.2.1 c 给出了它的两个主平面方向图,平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.2.1 b 可以看出,在振子的轴线方向上辐射为零,最大辐射方向在水平面上;而从图1.2.1 c 可以看出,在水平面上各个方向上的辐射一样大。图1.
5、2.1 c图1.2.1 b图1.2.1 a加强方向性:使用干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生“扁平的面包圈” ,把信号进一步集中到在水平面方向上。 采用反射面放在阵列的一边构成方向性天线。反射面l 波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.2.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。 降 3dB - 3dB - 3dB降 3dB l 天线的极化 天线向周围空间辐射电
6、磁波。电磁波由电场和磁场构成。依据规定:电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况:垂直极化-是最常用的;水平极化-也是要被用到的。 EE在实际使用时,相互通讯的无线设备的天线的极化方向要一致才能保证无线信号接受能力达到最好。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时,例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波,天线就几乎接收不到来波的能量,这种情况下极化损失为最大,称极化完全隔离,在安装天线时要特别注意。有时在干扰严重的区域也可利用此特性避免干扰,增加同一地点的可安装无线设备的个数。1.1.2 微波天线分类因为本公司的无线设备工作在2.42.4
7、835Ghz 5.7255.850 Ghz 微波波段,所以下面仅对此波段的天线做介绍:按照天线的形状有以下几类天线:l 杆状天线杆状天线适用于各桥接点距离较近、分布角度范围大且数量较多的情况,一般使用距离范围在3公里以内。 l 扇形天线此类型天线具有能量定向和汇聚功能,可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖,当桥接点在某一角度内较集中的情况下,可选用此类型天线,一般距离在6公里以内。l 吸顶天线室内吸顶天线一般安装在天花板上做室内覆盖用,结构轻巧、外型美观、安装方便。 l 平板天线 平板天线的波速角度可分为30度和15度,少数角度在9度,能量汇聚能力强,适用在远程连接点相对集
8、中且数量较少的环境下,连接距离在20公里以内。l 抛物面天线 抛物面天线是定向天线中能量汇聚能力最强,信号方向指向性最好的一种类型的天线,当桥接点位置固定切数量少而集中的项目中,此类型天线是最佳选择,一般用作点对点通讯,连接距离在20公里以上。1. 2馈线馈线是起连接作用的,用于无线网桥和避雷器,功分器,天线,功率放大器之间的连接,馈线的主要要素有两点:馈缆:馈缆是一种特制的同轴电缆,按照直径分类有八分之一,四分之一,二分之一,八分之七英寸等。直径越大,同长度馈缆的信号衰减就越小,一般无线网桥设备内部信号连接采用八分之一馈缆,无线网桥设备和其他配件如天线之间用二分之一馈缆,以提高强度和减少信号
9、损失,特别要提出的是,采用的馈缆的阻抗为50欧姆,以匹配无线网桥,其他阻抗的馈缆会导致信号衰减严重,需要特别注意。 接头:转接头,主要有 SMA N MMCX型三种,室内型AP和天线采用SMA型接头,室外无线网桥采用N型头,无线网卡采用MMCX型头,后面分别用J K 来表示接头状况,规则如下:先看外层,内罗纹为J 中心为针为J 中心为孔为K 。外罗纹为K 中心为针为J 中心为孔为K。如果为JJ时常缩写成一个J智达康产品的命名规则(转接电缆、连接器)转接电缆的表示:ZA-X/YLX,Y: NJ: N(J), N阳NK: N(k), N阴SJ: SMA(J),SMA阳SK: SMA(K) ,SMA
10、阴SJK: SMA(J)(K), SMA阳(内导体反) SKJ: SMA(K)(J), SMA阴(内导体反)MJ: MMCX(J),MMCX阳MK: MMCX(K),MMCX阴MJK: MMCX(J)(K),MMCX阳(内导体反)MKJ: MMCX(K)(J),MMCX阴(内导体反) L:线缆长度,单位:cm。当L=0时为连接器例如:60cm N阳转N阳 :ZA-NJ/NJ-60 10cm MMCX阳(内导体反)转SMA阴(内导体反):ZA-MJK/SKJ-101. 3功率放大器功率放大器有两个作用:放大无线网桥的输出功率,提高无线网桥的接受灵敏度。功率放大器分为四种情况: (1) 不同发射功
11、率电平(500mW、1W、和5W)IEEE802 .11b频段(2.4GHz-2.483GHz)的功率放大器(2) 不同发射功率电平(500mW、1W、和5W)IEEE802 .11g频段(2.4GHz-2.483GHz)的功率放大器(3) 不同发射功率电平(500 mW、1W、和5W)的IEEE802 .11a频段(5.15GHz-5.35GHz,和5.725-5.85GHz)的功率放大器(4) 具有将IEEE802 .11b,g频段(2.4GHz-2.5GHz)频率变换到IEEE802 .11a频段(5.15GHz-52.5GHz, 5.25GHz-5.35GHz和5.725-5.85GH
12、z)的频率变换双向功率放大器其发射功率输出电平分100mW-500mW或1W。这几种双向智能放大器分别用于IEEE802 .11b,802 .11g频段、 IEEE802 .11a频段以及变换这两个频段传输数据时使用。基 本 指 标频率范围24002500 MHz频率响应 1 dBi发射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi电压驻波比10dBm(预留增益)ant1+ant256dBm在点对点系统中一般两边天线增益相同,所以天线增益为Ant1=Ant2=28dBm。通过上式计算可得10公里在不同速率下,需要天线增益如下:54Mbps 28dBi48Mbps 27dBi36Mbps
13、23dBi24Mbps 19dBi18Mbps 16dBi12 Mbps 14dBi9 Mbps 12dBi6 Mbps 11dBi点对多点无线连接天线选择在点对多点的系统中,天线计算方式和点对点相同,只是需要多考虑一个中心点天线的角度问题。例:5公里点对六点接入,中心点用ZA-5000-E 远端点用ZA-5000-E 。通过勘测了解,远端点分布在中心点的60度覆盖范围内:通过产品搜索,60度5.8G天线的最大增益为16dBi,同点对点计算方式可得到以下数据速率 中心点 远端点54Mbps 16dBi 20dBi48Mbps 16dBi 19 dBi36Mbps 16dBi 15 dBi24M
14、bps 16dBi 11 dBi18Mbps 16dBi 7 dBi12 Mbps 16dBi 5 dBi9 Mbps 16dBi 3 dBi6 Mbps 16dBi 2 dBi4.1.2避雷器选择避雷器是用于无线网桥免遭雷击浪涌损坏的保护装置,主要用于无线网桥的无线接口的雷电防护,所以外接天线设备如ZA-5000-E才会用到避雷器,内置天线设备如ZA-5000-I不需要避雷器,如果无线网桥的安装位置比较高,没有避雷针的保护,或者位置处在雷区,避雷器是必须的,可最大限度的保护设备,避雷器的选择主要是考虑波段,有2.4G波段和5G波段可供选择,在选择前,请确定无线网桥的工作波段,下面是本公司常用
15、两种避雷器,ZA-P230用于2.4G无线网桥,ZA-P5230用于5G无线网桥ZA-P230型号:ZA-P230基 本 指 标频率范围DC-3 GHz接口N-50J/IC电压驻波比1.3插入损耗0.25 dBiDC放电电压230V20%接地方式外壳接地起始脉冲放电电压700V(lKV/us)ZA-P5230型号:ZA-P5230基 本 指 标频率范围DC-6 GHz接口N-50J/IC电压驻波比1.4插入损耗0.25 dBiDC放电电压230V20%接地方式外壳接地起始脉冲放电电压700V(lKV/us)4.1.3功率放大器的选择当选用最大增益的天线还是达不到距离的要求的时候,就需要提高设备
16、的输出功率,这时,就需要用到功率放大器,功率放大器有IEEE802 .11b,802 .11g, IEEE802 .11a三种,应根据不同的无线网桥选择不同协议的功率放大器,输出功率常见有0.5w ,1w, 5w。应根据具体的需要补充的增益来确定设备。采用ZA-5000-E做点对点连接,通过计算,发现天线增益还差9dBi才能达到要求,这时可以选择0.5w IEEE802 .11a的功率方法器。特别需要指出的是,无论输入功率是多少,功率放大器的输出功率是恒定的,0.5W功率放大器为27dBm ,1W功率放大器输出功率为30dBi 5W功率放大器输出功率为34dBi。如上图,无论无线网桥输出是多少
17、,通过功率放大器后,输出功率恒定为27dBm。型号:ZA-B500基 本 指 标频率范围24002500 MHz频率响应 1 dBi发射增益Max18 dB (AGC)接收增益14 dBi电压驻波比1.5输出功率500mw (+27dBm)功 耗650mA*9V温度范围-200C700C工作模式双向时分双工RF接头N-50-Female雷电防护DC Ground尺寸(LWH)1106034 mm3应用范围Wireless LAN4.1.4 功率分配器选择在远端点和中心点的距离比较远,而且夹角比较大的时候,就需要到功率分配器:如下图:此应用因为和中心点的夹角在180度,比较大,距离又比较远,中心
18、点采用功分器是最佳方案。需要指出的是,信号通过功分器后,每个输出端口的输出功率会降低,对于1分2的功分器输出功率为输入功率的1/2,对于1分4的功分器输出功率为输入功率的1/4。如上图,输入功率为100毫瓦,通过功分器后,每端口输出为50毫瓦,在计算天馈时需要用50豪瓦计算。常用功分器指标ZA-D12/ ZAD512(一分二) 基 本 指 标频率范围2400-2500 MHz / 5725-5850 MHz传输/插入损耗3.5 dBi / 5.5 dBi隔离端隔离度20 dBi / 16 dBi各端驻波比1.6 / 1.8接口N/Fmale尺寸766020 mm(含接头)4.1.5 馈线选择无
19、线网桥由于是户外设备,所以连接的馈线需要有足够的强度以抵御户外恶劣环境的侵袭,推荐采用1/2英寸馈线,由于无线网桥的天线接头为NK型,所以馈线接头为NJ型,中间线缆长度由无线网桥到天线之间的距离确定。4.2无线AP天馈系统的选择和功率设计AP天馈设计原理大部分和无线网桥类似,请参考无线网桥的天馈设计,不同主要有以下几点:4.2.1 天线考虑到连接的距离比较远,无线网桥一般采用有角度的定向天线,AP考虑覆盖的需要,一般采用全向天线。常用天线型号:ZA-A205电 指 标频率范围(Frequency Range)24002500 MHz增 益(Gain)5 dBi驻 波 比(VSWR)1.5水平瓣
20、宽(H-3dB Beam Width)360垂直瓣宽(V-3dB Beam Width)8极化(Polarization)Vertical功率容量(Max. Power)100 W接头(Connector)SMA-J机 械 指 标尺寸(Lenght)165 mm重量(Weight)300 g水平面方向图垂直面方向图型号:ZA-A210电 指 标频率范围(Frequency Range)24002500 MHz增 益(Gain)10(8、11) dBi驻 波 比(VSWR)1.5水平瓣宽(H-3dB Beam Width)360垂直瓣宽(V-3dB Beam Width)10极化(Polariz
21、ation)Vertical功率容量(Max. Power)100 W接头(Connector)N-Female (Male)雷电防护(Lightning Protection)DC Ground机 械 指 标长 度(Length)0.9 m最大尺寸(Max. Size)20 mm重量(Weight)0.7 Kg抗 风 速(Wind Load)241 Km/h 水平面方向图垂直面方向图4.2.2 合路器合路器是AP在做覆盖的时可能需要用到的,主要应用于二网或者三网合一,系统原理如上图,前端采用宽频天线,支持2.4G 和800900MHZ,通过宽频合路器GSM和WLAN AP共享室内分布系统的天线,提高了天线的使用效率,解决了WLAN产品使用一般天线在复杂环境下信号不好的问题。 合路器类型检验项目双频段合路器指标特性阻抗50使用频率范围825960MHz 2400MHZ2485MHz功率容量200W 驻波比20 dB带内损耗小于0.6 dB隔离度80 dB带内波动小于0.5 dB工作温度-30+75
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