室內分布系統設計與優化第二章室內分布系統器件一、功率計算基礎二、無源器件四、饋線及同軸連接器三、有源器件五、天線1．dBm（分貝毫瓦）dBm是一個表征功率的單位，是使用對數形式表示功率的一種測量方法，它與毫瓦的換算公式為：功率計算基礎其中P為功率，單位為毫瓦。功率計算基礎dBm是一個絕對值，表征功率的大小，它的換算公式以1mW為參考，取值既可為正，也可為負。（1）當取值為正時，表示功率大于1mW；（2）當取值為負時，表示功率小于1mW；（3）而當取值為0時，并不代表沒有功率，而是表示功率等于1mW。在室內分布系統中，信源設備的射頻輸出功率、天線口射頻輸出功率、手機接收信號功率，一般都采用dBm為計量單位。用dBm表示的信號功率大小，通常又被稱作信號電平值。功率計算基礎2．dB（分貝）dB是一個表征功率增益的單位，是使用對數形式表示兩個功率的大小關系的一種測量方法，它的計算公式為：

功率計算基礎dB是一個相對值，用于表示功率的變化或者兩個功率的比值，與功率的大小無直接關系。當取值為正時，表示信號增加或甲信號大于乙信號；當取值為負時，表示信號減弱或甲信號小于乙信號。功率計算基礎3．dBm和dB的關系

功率計算基礎在功率變化過程中，信號每增加一倍，采用分貝表示就相當于增加3dB；信號每減少一半，采用分貝表示就相當于減少3dB。功率計算基礎在移動通信中信號衰減的值非常大，衰減前后的信號功率通常不是同一計量級，計算很不方便直觀。而采用分貝毫瓦和分貝進行計算時，可以把很大的功率變化取對數后簡短地表示出來，將復雜的倍數變化關系轉換為簡單的加減運算，大大減少計算的復雜程度。在室內分布系統中，無源器件的分配損耗、插入損耗以及饋線的傳播損耗均采用dB為計量單位。功率計算基礎課堂作業一、填空題(5、18)1、計算5W=

dBm；46dBm=

W。2、功率/電平：10W=

dBm，33dBm=

W，1mW=

dBm，1W=

dBm，43dBm=

W。二、選擇題（6）1、下列等式哪些是正確的（

）。A.30dBm+30dBm=60dBmB.30dBm+30dBm=33dBmC.30dBm+30dB=60dBmD.30dBm+30dB=33dBm三、計算題（1）1、以W為單位時，若甲功率是乙功率的10倍，用dB表示，甲功率與乙功率相差多少dB？功率計算基礎第二章室內分布系統器件一、功率計算基礎二、無源器件四、饋線及同軸連接器三、有源器件五、天線功分器是一種將一路輸入信號能量平均分成兩路或多路輸出的器件，也可反過來將多路信號能量合成一路輸出。

根據功分器輸出端的數量不同，功分器可分為二功分器、三功分器、四功分器。無源器件1．功分器——均勻分配功率的器件

無源器件插入損耗功分器的插入損耗是指功分器輸入端口功率與輸出端口功率比值的度量，用dB來表示。（1）分配損耗：二功分器10lg2=3dB；

三功分器10lg3=4.8dB；

四功分器10lg4=6dB。（2）介質損耗：

受生產材料、工藝水平等影響，取值存在差異，一般不超過0.5dB。無源器件2.耦合器——不均勻分配功率的器件耦合器是一種不均勻分配功率的器件，它由一路輸入而輸出兩路，兩路輸出的幅度不相等。無源器件（1）耦合端輸出信號功率小損耗：耦合度（2）直通端輸出信號功率大損耗：插入損耗無源器件1）耦合度（耦合端損耗）是指輸入端口的功率與耦合端口的功率比值的度量，用dB表示。2）插入損耗（直通端損耗）是指耦合器輸入端功率和直通端功率比值的度量，也用dB表示。無源器件

無源器件

無源器件課堂作業1、設輸入端口信號功率為20dBm，計算二功分器、三功分器、四功分器的輸出端口功率分別為多少？2、如圖所示，二功分輸入信號功率為20dBm，設饋線1、饋線2的饋線和接頭損耗和均為2dB，其余饋線及接頭損耗忽略，試求圖中a、b、c、d四個端口輸出功率值？無源器件功分器技術指標表無源器件常用耦合器技術指標表無源器件型號800～2700±0.6±0.6±0.6±1≥23≥24≥25≥28≤2.15≤1.76≤1.47≤0.96駐波比≤1.2550≤-150≤-140≤-150≤-140≤-150≤-140≤-150≤-140≤-160≤-155≤-160≤-155≤-160≤-155≤-160≤-155接口類型DIN型N型DIN型N型DIN型N型DIN型N型50030050030050030050030015001000150010001500100015001000常用耦合器技術指標表無源器件型號800～2700±1±1±1±1.5≥33≥38≥48≥55≤0.44≤0.34≤0.3≤0.3駐波比≤1.2550≤-150≤-140≤-150≤-140≤-150≤-140≤-150≤-140≤-160≤-155≤-160≤-155≤-160≤-155≤-160≤-155接口類型DIN型N型DIN型N型DIN型N型DIN型N型50030050030050030050030015001000150010001500100015001000（1）頻率范圍頻率范圍指的是器件、天線能正常工作的頻率范圍。一般為800-2700MHz。（2）阻抗阻抗在77歐姆時傳輸損耗最低，在30歐姆時其承載功率最大，因此移動通信系統兼顧兩者，采用的阻抗為50歐，包括信號源內阻、器件、饋線、天線等。信號在傳輸的過程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發生變化，信號就會在阻抗不連續的結點產生反射。無源器件無源器件（3）駐波比（VSWR，VoltageStandingWaveRatio）正向波和反射波相互作用疊加會形成駐波。駐波比是指駐波波腹電壓與波谷（節）電壓幅度之比，用來表征各端口反射波的大小，判斷分布系統連接是否匹配。分布系統中任何器件接口不使用時，都不能空載，必須安裝負載，否則會引起駐波比過高。在分布系統出現故障時，維護人員可以利用駐波儀對駐波比的大小和位置進行測試，從而定位找出分布系統的故障點。（4）帶內波動dB（功分器）

功分器在其工作頻段內，輸出端口的功率值存在一定的波動，輸出端口在工作頻段范圍內最大信號和最小信號的功率差值被稱作帶內波動（InbandRipple）。（5）耦合度偏差dB（耦合器）指耦合端輸出信號功率實際值與理論值的最大偏離差值。無源器件無源器件（6）互調互調（Intermodulation）是指非線性射頻線路中，兩個或多個頻率混合后產生噪音信號的現象。調制無源器件三階互調信號2×F1-F2、2×F2-F1，五階互調信號3×F1-2×F2、3×F2-2×F1與實際工作的頻率會很相近，會干擾到正常工作的頻點，這就是三階互調干擾和五階互調干擾。

（7）功率容限（PowerCapacity）指無源器件因大功率射頻輸入所導致的電氣性能惡化不超出最低允許范圍時的最大功率負荷。平均功率容限峰值功率容限采用DIN型接頭無源器件的功率容限較大，靠近信源的前幾級使用。采用N型頭的器件功率容限相對較低，用于中小功率場景，具備良好的力學性能。無源器件無源器件（8）最小隔離度是反應無源器件各端口支路相互抑制能力的技術指標。隔離度越大，干擾越小，信號損失越少例如某無源器件有A、B兩個輸出端口，當有信號輸入時，本應全部從A端口輸出的信號，有很小一部分從B端口輸出，而將A、B端口輸出功率(dBm)的差值(dB)就被定義為隔離度。3.合路器合路器是將不同頻段的兩路或多路射頻電信號合并到一條通路上傳輸的無源器件，又被稱為異頻合路器。它由是多個濾波器組成，濾波器對不同頻率的選擇和抑制能力，決定了合路器的性能。無源器件在下行時，合路器將多路不同網絡制式不同頻段的輸入信號合成一路輸出；在上行時，合路器將一路信號按不同頻段分成多路信號傳輸出給不同網絡制式基站設備。圖中合路器實現了900MHz的GSM系統、2000MHz的TD-SCDMA系統和2300MHz的TD-LTE系統的合路與分離。無源器件工程中，依據實際需要合路的網絡制式數量和頻段選擇合適的合路器。合路器的端口隔離度也稱作帶外抑制，該指標是合路器較重要的指標之一。當合路系統較多，單系統總功率較高時，多采用DIN頭，反之則采用N型接頭。無源器件4.電橋電橋是一種將同頻段射頻電信號進行合路的器件，也被稱作同頻合路器。它有兩進兩出和兩進一出兩種類型：無源器件

無源器件電橋的使用場景：（2）載波合路：在同頻段內將同個小區的兩個無線載頻合路后饋入天線或分布系統，如WCDMA兩個載波合路；（3）同系統不同小區合路：不同小區工作在同一頻段，如CDMA20001X載波和CDMA2000EVDO載波合路；（1）同系統上下行合路：如GSM系統的一路收發和一路只收的兩路信號合路成兩路收發的信號，實現收發平衡信號，防止分集接收告警。

無源器件電橋的使用方法較靈活，通常情況下是兩進兩出同時使用。如果某個端口未使用，要連接負載，防止產生駐波過高對系統造成影響。（1）如果按一進兩出使用，此時可以近似看作一個二功分器。（2）如果按兩進一出使用，此時很像一個合路器，不過它是將同頻段射頻信號進行合路，隔離度較低。而多網絡合路用的異頻合路器是將不同頻段的兩路或多路信號合路，在插入損耗、隔離度等性能上均優于電橋。無源器件5.衰減器衰減器是在一定工作頻率范圍內減少輸入信號功率大小的無源器件。它是在相當寬的頻段范圍內一種相移為零、其衰減和特性阻抗均與頻率無關的常數，由電阻元件組成的二端網絡。。無源器件

無源器件衰減器是一種能量消耗元件，功率在器件中消耗后會變成熱量，熱量如果過高，就會燒毀衰減器，因此衰減器的功率容量是實際應用中需要重點考慮的一個指標，輸入信號功率必須小于衰減器的功率容量。無源器件6.負載負載是一種將射頻信號功率能量全部消耗的無源器件，它可以看作是一種特殊的衰減器，衰減值趨于無求大。負載只有一個端口。負載主要用于分布系統中的空余端口處，完成功率匹配，防止因空端口引起駐波過高對系統造成的影響。無源器件無源器件第二章室內分布系統器件一、功率計算基礎二、無源器件四、饋線及同軸連接器三、有源器件五、天線1.干放干放全稱干線放大器，它是一個二端口器件，主要作用是補償射頻信號在長距離分布系統中傳輸時功率的不足。有源器件干放是有源器件，在室分系統中使用會產生底噪，引入額外的噪聲和干擾，降低系統可靠性。在實際網絡中，為了保證網絡的質量和可靠性，干放已被淘汰。有源器件2.POIPOI，全稱多系統接入平臺（PointOfInterface），指位于多系統基站信源與室內分布系統天饋之間的特定設備，它相當于性能指標更高的合路器。多系統基站信源射頻信號通過各自獨立的端口接入POI，混合后輸出到相應分布系統的端口；同時將來自不同區域分布系統端口的信號混合后，再按需要分別送到各自信號源的上行端口。POI需要電源供電，是有源設備，它有簡單的接口界面和有效的監控，適合用于多家運營商多個網絡制式同時共建共享分布系統.有源器件POI有單纜路由和雙纜路由兩種組網方式。單纜方案即上下行采用一套分布系統，主要適用于合路的多路信源互調干擾較小或者可以規避的情形。優點是節省成本；缺點是對POI和無源器件的互調干擾抑制和功率容限要求更高；有源器件對于頻分雙工系統，采用收發分離的模式，一路專用于發射，另一路專用于接收，兩路系統間可通過空間隔離，大大降低系統的互調干擾要求；對于LTE系統，兩路同時用于收發，可采用雙收雙發的MIMO技術，提高系統容量和用戶速率。對于時分雙工系統，三階互調的影響幾乎無法避免，對互調干擾抑制要求仍較高。雙纜路由是指上下行采用獨立的分布系統路由有源器件第二章室內分布系統器件一、功率計算基礎二、無源器件四、饋線及同軸連接器三、有源器件五、天線1.饋線饋線是連接信源設備、器件、天線進行射頻電信號傳送的傳輸線，它將信源設備的信號傳輸到分布系統末端的天線，主要工作頻率范圍在100MHz-3000MHz。饋線屬于同軸電纜，它由內導體、絕緣體、外導體和護套4部分組成。饋線及同軸連接器外導體金屬屏蔽的直徑不同，饋線可以分為5D、8D、10D、1/2”饋線、7/8”饋線等類型，其中5D、8D、10D表示外導體金屬屏蔽的直徑為5mm、8mm、10mm，1/2”、7/8”表示外導體金屬屏蔽的直徑為1/2英寸（約12.7mm）、7/8英寸（約22.2mm）。在室內分布系統中使用最廣泛的饋線是1/2”普通饋線、7/8”普通饋線，1/2”普通饋線用在室內分布系統的大部分地方，7/8”普通饋線主要用在分布系統中單根饋線長度超過30m的地方，可以減少饋線上的衰耗。饋線及同軸連接器射頻信號在饋線中傳輸時存在功率損耗，損耗的大小與射頻信號的頻率和饋線的型號有關。饋線及同軸連接器饋線越粗，雖然功率損耗更小，但是重量越大，硬度也越大，越不易彎曲。最小彎半徑是一個反應饋線可彎曲程度的參數，其值越小，說明饋線彎曲性能越好，在工程中，饋線安裝必須嚴格遵守最小彎曲半徑的要求，彎曲半徑太小，會引起駐波過高，對系統性能造成影響。饋線及同軸連接器2.同軸連接器饋線及同軸連接器饋線接口：需要施工人員按標準的操作實現與饋線連接，1/2饋線和7/8饋線采用的接口不同，分別用“1/2”或“7/8”表示。標準接口：直接與匹配的接口進行連接，不需要再進行制作。常用的標準連接器接口有N型和DIN型。同軸連接器的型號饋線及同軸連接器（1）N型連接器是一種具有螺紋連接器結構的中大功率連接器抗震性強、可靠性高、機械和電氣性能優良適用于震動和環境惡劣的場景，廣泛用于室內分布系統中（2）DIN型連接器（7/16型、L29型）是一種較大型螺紋連接的連接器堅固穩定、低損耗、工作電壓適用于大功率場景，在多系統大功率的室內分布系統中，通常用在靠近信源的前幾級。中心是針，螺紋在內的被稱為公頭，用字母J或M（Male）表示；中心是孔，螺紋在外的被稱作母頭，用字母K或F（Female）表示。饋線連接器一般采用公頭（J），器件、天線自帶的接口則一般采用母頭（K）（1）圖中X表示同軸連接器兩端接口的類型，若兩端接口相同，則用一個型號表示，如：N、7/16（DIN）；若兩端接口不同，則用“/”來間隔表示，如：7/16/N（DIN/N）表示接口1是DIN頭，接口2是N頭。（2）圖中Y表示接口1的種類，用J表示公頭，K表示母頭，加W表示兩個接口中間直角彎曲。（3）圖中Z表示接口2的種類，饋線連接器用饋線尺寸表示，轉接頭用J或K表示。饋線及同軸連接器同軸接頭的命名①饋線連接器:接口1：采用J或K表示，表示公頭或母頭；接口2：采用“1/2”或“7/8”，分別表示為1/2”普通饋線或7/8”普通饋線連接器。N-J1/2表示N型1/2”饋線公頭連接器，如圖左上所示；N-K1/2表示N型1/2”饋線母頭連接器，如圖右上所示；N-J7/8表示N型7/8”饋線公頭連接器；7/16-J7/8表示7/16（DIN）型7/8”饋線公頭連接器。饋線及同軸連接器饋線連接器接口1一般采用公頭（J），器件、天線自帶的接口則一般采用母頭（K），這樣饋線與器件、天線間實現連接。②轉接頭:接口1和接口2均采用J或者K表示，當兩個接口中間為直角彎曲時加W。N-KK表示雙陰N型接頭，如圖左上所示，可以實現兩個饋線連接器的連接，增加饋線長度；N-JJ表示雙陽N型接頭，如圖右上所示，功能與N-KK相似；N-JWK表示直角轉接頭，如圖下所示，用于器件與饋線連接處需要彎曲的地方；7/16/N-JK、7/16/N-KJ表示7/16（DIN）型與N型接頭轉接器，實現接頭類型的轉換。饋線及同軸連接器饋線及同軸連接器饋線連接器和轉接器插入損耗較小，一般在0.1dB左右，由于使用量較大，在實際應用中一般不單獨計算，而是與饋線損耗一起進行近似計算。在900MHz頻段，1/2”普通饋線的百米損耗按7dB計算，7/8”普通饋線的百米損耗按4dB計算；在2400MHz頻段，1/2”普通饋線和7/8”普通饋線的百米損耗分別按12dB和7dB計算。饋線連接器和轉接器雖然插入損耗小，但是在室內分布系統中仍然要盡量少使用，每增加一個節點，系統就會多增加一份能量損耗和噪聲，如果接頭制作工藝較差，損耗和噪聲的影響會更大，接頭的阻抗和駐波要求與饋線類似。饋線及同軸連接器饋線連接器的損耗測算饋線及同軸連接器饋線及同軸連接器第二章室內分布系統器件一、功率計算基礎二、無源器件四、饋線及同軸連接器三、有源器件五、天線天線1.

天線的原理電磁波的輻射在一個交變震蕩電路中，導線上有交變電流流動時，就可以發生電磁波的輻射，但若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；而將兩導線張開電場就散播在周圍空間，輻射增強。電磁波輻射的能力除了與導線的形狀有關，還與導線的長短有關。當導線的長度L遠小于波長時，導體的電流很小，輻射很微弱；當導體的長度增大到可與波長相比擬時，導體上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射，通常將上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子。振子有的是桿狀的形狀，也有的結構較復雜，也可以很多個振子配合形成一個天線。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子，是最常用的對稱振子，如圖所示；每臂長度為二分之一波長、全長與波長相等的振子，稱全波對稱振子。天線半波對稱振子天線是一種經典的、迄今為止使用最廣泛的天線，全波對稱振子天線輻射能力要大于半波對稱振子天線，但其體積和重量要大很多，物料和施工成本較高。天線電磁波的接收電磁波的能量從發信天線輻射出去以后，將沿地表面所有方向向前傳播。若在交變電磁場中放置一導線，由于磁力線切割導線，就在導線兩端激勵一定的交變電壓，即電動勢，其頻率與發信頻率相同。若將該導線通過饋線與收信機相連，在收信機中就可以獲得已調波信號的電流。因此，這個導線就起了接收電磁波能量并轉變為高頻信號電流能量的作用，此導線就可看做收信天線。天線天線天線的可逆性天線天線的作用就是輻射和接收電磁波，同時也伴隨著能量轉換。無論是發信天線還是收信天線，它們都屬于能量變換器，可逆性是一般能量變換器的特性。同樣一副天線，它既可作為發信天線使用，也可作為收信天線使用，通信設備大多都是收、發共同用一根天線。同一根天線既關系到發信系統的有效能量輸出，又直接影響著收信系統的性能。天線的可逆性不僅表現在發信天線可以用作收信天線，收信天線可以用作發信天線，并且表現在天線用作發信天線時的參數，與用作收信天線時的參數保持不變，這就是天線的互易原理。為便于討論，常將天線作為發信天線來分析，所得結論同樣適用于該天線用作收信天線的情況。天線2.天線的主要指標（1）天線的方向性天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力，天線的方向性的特性通常用方向圖來表示。水平方向圖垂直方向圖垂直方向：在垂直方向上對對稱振子進行相位排陣水平方向：在天線的輻射方向上添加一個反射面，使其構成扇形覆蓋天線，形成定向輻射。天線輻射方向的控制（方向圖的變化）定向天線與全向天線水平方向圖：全向天線在水平方向圖上表現為360度都均勻輻射，也就是無方向性；定向天線在水平方向圖上表現為一定角度范圍輻射，也就是有方向性。垂直方向圖：全向天線和定向天線都表現為有一定寬度的波束。天線天線

天線對稱振子的輻射不是全方向的，它將輻射的能量控制在了一個“面包圈”內，因此在最大輻射方向上的輻射功率比點輻射的功率要大2.15dB。當天線增益相同時，用dBi表示的數值比用dBd表示的數值要大2.15，即0dBd=2.15dBi。天線天線（3）天線的波束寬度在天線方向圖中，通常都有多個波瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩個半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波束寬度，稱為半功率波束寬度或3dB波束寬度。波束寬度又分為水平面波束寬度和垂直面波束寬度，全向天線在水平方向上360度都均勻輻射，因此在水平方向上沒有3dB波束寬度。天線（4）天線的前后比前后比是指天線的前向輻射功率和后向輻射功率之比，它是定向天線的特有指標。前后比表明了天線對后瓣抑制的好壞。前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區覆蓋，導致干擾。天線（5）方向圖圓度方向圖圓圖是全向天線特有的指標，它指在水平面方向圖中，其最大值或最小值電平值與平均值的偏差，它反應了全向天線往各個方向輻射的均勻程度。（6）天線的極化方向無線電磁波的電場方向稱為電波的極化方向，也是對應輻射天線的極化方向。天線如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化。常見極化方向的還有±45度傾斜極化，他們的電場方向與地面形成±45度夾角。天線雙極化天線是將兩個極化方向相互垂直的天線作為一個整體，傳輸兩個獨立的波。雙極化天線又分為垂直/水平雙極化天線和±45度雙極化天線，天線（1）室內全向單極化吸頂天線室內全向單極化吸頂天線，通常簡稱全向吸頂天線，是在室內分布系統中應用最多的一種天線，它外形酷似一個蘑菇頭。3.室分天線的類型天線室內全向單極化吸頂天線通常安裝在吊頂、天花板上，能夠對周圍無遮擋的小范圍空間進行均勻的覆蓋，但是方向性差，穿透性弱，不適合空間較深或遮擋損耗較大的場景。天線（2）室內定向單極化吸頂天線室內定向單極化吸頂天線也是吸頂天線的一種，其外形與安裝方式和室內全向單極化吸頂天線相同，但是它在水平方向上只朝某一個方向輻射，屬于定向天線。天線定向吸頂天線方向性和穿透性比全向吸頂天線要略強，通常應用在有單邊覆蓋要求，無垂直墻面安裝定向壁掛天線的場景，如建筑的外窗戶邊，防止信號泄露到室外，對室外造成干擾。天線（3）室內定向單極化壁掛天線室內定向單極化壁掛天線，又叫定向板狀天線，也是室內覆蓋中使用較多的一類天線，通常安裝在室內的垂直墻面上。天線室內定向單極化壁掛天線的增益比全向天線高，在室內分布系統中可以彌補全向吸頂天線方向性和穿透性較差的缺點