无线链路部署中如何改善天线对准？

 

    天线对准是无线链路部署中不可忽视的一部分，否则性能将受到影响，但业内许多人却对正确校准无线电的细节缺乏了解，未进行天线对准可能会带来经济损失和性能降低。

 

 

 

    成功的天线对准操作往往也会比较复杂，现有的很多测量工具不足以解决这一问题，同时，即使对无线电信号传播和接收的理论有了很好的理解，也需要考虑现有解决方案的精确、效率和成本效益。

天线对准理论基础

    确保正确的天线对准准备工作从确立目标开始，为了避免手动计算，用户只需在路径计算器应用程序中输入链路设计的已知信息，例如，发射机和接收机坐标、天线的高度、传输信号的频率、天线直径、发射机功率和工作模式等。

    输入所有参数后，计算接收信号电平（dBm），得到的结果就是天线对齐时要达到的阈值，其中，沿信号路径可能发生的额外损耗可以添加到路径计算器中。通常，天线对准期间的信号电平目标值将在计算值的+/-3dB范围内。

 

测试发射机

    当链路未安装时，工作人员应检查发射机参数是否是符合预期的，虹科Spectrum Compact手持式频谱分析仪可以进行这些测量，功能足以在部署前有效地测试设备。

 

 

    在将虹科Spectrum Compact手持式频谱分析仪连接到发射机之前要确保使用了外部衰减器，因为是用于远距离信号，在没有适当衰减的情况下可能会损坏分析仪的硬件。一旦衰减设置正确，就可以进行故障排除。设置预期的中心频率和频率范围，如果工作正常，信号将出现在频谱仪显示屏上。在找到信号后，需要检查：

• 信号的形式是否符合规定的需求：它是对称的吗？是否有任何尖峰或缺口？
• 信号电平与发射机功率是否一致（考虑衰减造成的差异）
• 信号的带宽是否对应于预期值

    如果任何参数不符合要求，则需要进行进一步检查。通过使用虹科Spectrum Compact手持式频谱仪，现场技术人员可以在几秒钟内获取所有这些信息，同时保存测量数据，在现场校准天线时，可以将这些数据用作比较。

 

天线对准

    一旦发射机和接收机都安装在预期位置，就可以开始进行校准了，如果天线需要在没有发射机的情况下进行对准，工作人员可以使用虹科HK-SG compact信号发生器，该发生器可以以所需频率产生连续波（CW）信号。

 

 

 

以下是确保天线精确对准的五个技巧：

• 确保在链路的每一端安排一个工作团队来进行操作，接收端团队将使用虹科Spectrum Compact手持式频谱仪并向位于发射端的团队发出指示；
• 每次只在链路的一侧执行调整，让两端同时进行调整会导致过程混乱，需要花费更长的时间；
• 校准开始时应在发射机上禁用ACM和ATPC，在达到计算的信号值时，用户可以再次启用；
• 如果定位信号有困难，用户可以首先对齐天线，同时使用最小调制和带宽的发射机配置来实现最大发射功率。初始配置完成后，设置所需配置，并继续进行进一步校准；
• 在开始校准之前让天线极化达成一致。如果Rx水平仍然很低，请仔细检查两端的极化情况，不正确极化可能会有20-30dB或更大的信号损失。

 

    天线对准的现场部分可被分为初始粗对准和进一步微调两个阶段：

 

天线粗对准

    粗略的天线对准简单来说就是让天线彼此面对，点对点系统必须有清晰的视线，无线电信号传播的60%取决于第一菲涅耳区，菲涅耳区是一个椭圆形区域，紧邻可视路径，它的宽度取决于信号路径的长度和信号的频率，如果物体离信号路径太近，则会降低无线电信号强度，使之无法达到所需的Rx水平。

 

 

    建议从垂直对齐开始。使用水平工具，将两个天线垂直时设置为初始位置，这里通常需要具有窄波束宽度的大直径天线。在天线设置为相同的垂直水平后，再继续进行水平对齐，首先，使用指南针或GPS设置天线正确的方位角（注意真方位角和磁方位角之间的差异）。使用指南针时，请注意大型金属结构，这可能会影响指南针读数。

 

    在校准天线后，用户应该能够在连接到天线的虹科Spectrum Compact手持式频谱仪设备的链路接收端捕获到信号，检查以确保信号的中心频率和带宽与传输端所设置的一致，在此之后就可以进行精细校准。

 

天线精细对准

    天线的辐射方向图描述了天线如何在空间上传输信号，从辐射模式来看，信号以多个路径（方向）传播，称为波瓣，波瓣代表了辐射信号强度达到最大值时的辐射模式角度和方向，由“零点”分隔，即辐射降至零时的角度。

 

    每个天线都有一个主瓣和几个副瓣，主瓣和第一副瓣之间的信号电平差通常在20dB左右，这取决于天线的大小、频率等。低频范围内的小型天线通常具有较强的旁瓣，这有时会导致安装人员将天线对准的是旁瓣，而不是主瓣。

    当正面分析信号时，信号到达的模式由同心圆组成，主光束位于中心，每下一个波瓣是一个直径逐渐增大的圆，由信号的零点隔开。

 

    当执行天线扫描并找到初始信号时，安装人员通常会使用第一个信号，如果这个初始信号恰好是一个旁瓣，天线与其对齐就会导致链路性能不佳。

 

 

    精确的天线对准可以通过两种虹科Spectrum Compact功能实现——“最大保持（MAX Hold）”和“带内功率（Power in Band）”，每个天线都可以进一步细分为接收机和发射机天线的对准。

 

最大保持（MAX Hold）

    为了找到主信号，工作人员将使用连接在接收器上的虹科Spectrum Compact设备进行天线扫描。“最大保持（MAX Hold）”保存通过一系列测量获得的最大信号电平。图中表示在一系列测量期间达到的最大信号电平，一旦无法再将信号电平提高到更高的水平，就可以复制所需的基准数据，将天线固定在该位置。

 

 

    通过上下移动接收侧的天线来进行垂直扫描，从最上面的位置移动天线，以避免天线与地面反射的信号意外对齐。将天线固定在显示出最高信号电平的方向上，实际信号电平必须与“最大保持（MAX Hold）”记录的最大信号电平相匹配。

    下一步在水平方向上执行相同的步骤，同样使用“最大保持（MAX Hold）”得到最大基准，然后调整天线。当在第一根天线对准中获得最高信号电平时，根据需要进行调整，通过对第二根天线重复相同的步骤来开始天线对准。

 

带内功率（Power in Band）

    在确定第二根天线上的最高信号电平后，禁用“最大保持（MAX Hold）”并启用“带内功率（Power in Band）”，该功能将根据信道带宽指示实际接收信号电平。必须确保在“带内功率（Power in Band）”模式下设置正确的接收频率和信道带宽。

 

 

    目标是让图中左上角的浅蓝色数字达到可能的最高值，可以重复“最大保持（MAX Hold）”校准期间执行的步骤：

• 接收机天线对准：先垂直，然后水平
• 发射机天线对准：先垂直，然后水平

    通过这种方法，用户能够以+/-3dBm的精度达到最大计算信号电平。

 

信号分析

    可以在收集所有测量数据后进行信号分析，第一步是检查频谱图中显示的信号形状，将信号频谱曲线进行保存，以便之后能够更好地处理链路数据，预测潜在问题。

 

    如果信号形状损坏或信号顶部呈“波浪状”，则应进行故障排除。可能是天线与反射信号对齐，也可能是反射平面造成的干扰。为避免这种情况，请始终从最上面的位置开始垂直对齐扫描，天线一开始就应该对准“天空”。如果天线与反射信号对齐，信号形状将是“波浪形”的，并且可能会波动，这些影响在虹科Spectrum Compact手持式频谱仪上很容易检测到。

    如果在垂直扫描期间出现两个近似相等的信号峰值，则最有可能在当前可调平面中发现旁瓣，选择其中一个峰值对齐可能会导致整体对齐结果不正确。应瞄准这两个峰值之间的中间位置，将对准平面切换到水平面并进行扫描，在水平面上找到主信号后，返回垂直面，继续对准。

注意：要实现精确对准，必须考虑要对准的天线类型：

• 尺寸高达1.2米的天线具有更宽的主波束和更明显的旁瓣
• 增益较高的较大天线的主波束较窄，相关旁瓣较小

    如果捕获微弱信号时出现问题，请使用不同的设置。将虹科Spectrum Compact喇叭天线连接到虹科Spectrum Compact频谱分析仪上，喇叭天线具有更宽的波束宽度，可以更快地“捕捉”信号。检测到信号后，再将大天线对准喇叭天线的同一方向。