3dB电桥高温环境下性能说明

更新时间:2024-01-30 00:45:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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3dB电桥高温环境下性能说明及案例分析

一、 电桥的作用与工作原理

图1:3dB电桥(图片实物生产商:国人通信)

上图为目前在室分系统中广泛使用的3dB电桥的实物照片。3dB电桥的主要用途为室分系统中的同频段合路,以取代早期的体积比较庞大的同频段合路器件。如图中所示,上述电桥设备有四个端口,分别为两入两出。每个端口之间的功率关系如下:

OUT1=OUT2=0.5*(IN1+IN2)

从上式可知,每个端口的输出功率皆等于输入功率之和的一半,即输入信号衰减3dB以后分别从两个端口等功率的输出,就是3dB电桥名称的由来。

3dB电桥在室分系统中的安装方式如下图所示:

接分布负载3dB电桥 图2:3dB电桥用于同频合路

如上图所示,当微蜂窝配置较大时,内部合路不够用,载频分为两组分别合路,分别经由两个架顶双工器输出。对于宏站而言,可以用两种方法解决主设备两路输出问题。一是采用物理位置邻近的两付单极化天线输出,二是采用一付45度双极化的天线输出,前者相当于在空间自由合路,后者由不同的极化振子合路,本质上也是空间合路。但是在分布系统中,不具备上述条件。分布系统只能有一套天线,一个入口。因此要将完整的一个CI的频点通过分布系统发射出去,只能通过电桥将两组载频事先合路后再接入分布。综上所述,3dB电桥起的作用为射频级同频合路。

二、3dB电桥的内部构造极电气指标

目前最常用的为微带电桥,微带电桥的内部电路可以简化为下图的形

CTU1CTU2主设备

CTU4CTU3CTU5CTU6式:

微带线绝缘介质

图3:3dB电桥的内部结构(简化图)

如图:3dB电桥内部结构为两根微带线极填充的绝缘介质组成。经过特殊的设计,从两个入口入射的电磁波,经过耦合后,从两个出口输出,每个出口的功率包含了两个入口功率之和的一半。和所有无源器件一样,电桥有相应的工作指标,下表列出了目前常用电桥的电气指标:

参数名称 频率范围 插损 驻波系数 隔离度 带内平坦度 功率容量 接口类型 三阶互调抑制 工作温度 电气指标 800~2500MHz <=3.3dB(对单端口而言) <=1.2 >=25dB(同向端口间) <=0.3dB 150W N型阴头(阻抗50欧姆) <=-140dBc -25摄氏度~65摄氏度 表1:3dB电桥的电气性能 如上表所述,国产3dB电桥的工作标称温度在-25摄氏度~65摄氏度之间,据相关资料,世界顶尖的电缆与室分器件供应商安德鲁公司的电桥产品,标称温度也只能做到85摄氏度左右,可以认为是电桥工作的极限温度。当电桥处于高温环境下,内部绝缘介质和微带的热膨胀系数不一致,导致了微带相对绝缘介质发生位移,因此带来了阻抗及隔离度一系列电气性能的变化,对主设备产生交调干扰。

在实际使用中,电桥和负载是直接连接的关系,负载为吸收功率器件,射频信号在其上转化为热能,因此负载工作时的温度时相当高的,大约在70~80摄氏度之间。负载的热量可以直接传导至电桥设备,导致电桥工作时的温度也较高,在散热不好的房间内,电桥很容易接近临界温度。影响电桥自身温度的主要因素为机房温度和负载温度,话务量的变化对电桥温度影响微乎其微(因为信号直接通过电桥,不会在电桥中损失)。但是,我们观察到的话务量却是随干扰变化的,这是因为交调产物和输入信号源的功率呈一定的比例关系,工程上采用dBc来度量。当高话务时,同时工作的载频多,上下行功率皆高,因此导致的杂散和互调产物功率也高,直接导致干扰上升。

需要强调的是,电桥作为无源器件,本身并不会产生任何信号(包括干扰信号)。但是其电气性能的下降会导致通过信号的杂散和交调的增加,因此给主设

备的上行带来干扰及相应的误码性能下降。这种干扰的特征是:干扰的大小随话务量变化,话务量高时,干扰高,话务量低时,干扰低,甚至于完全没有。配置越大的站,越容易出此问题,配置越小的站,出现该问题的可能性越小。

三、 高温导致电桥干扰的案例:

本节介绍了三个案例,这三个案例的共同特点是机房狭小,空调不制冷(或无空调),机房内环境温度高。从后台统计指标看,上行干扰跟随话务量走,话务量高时,干扰高(通常在10以上),话务量低时干扰低,甚至没有。本三个案例分别采取了物理降温、器件替代和器件更换三个方法解决的电桥高温所带来的上行干扰。

案例1:鼎好大厦(敷冰降温)

鼎好大厦搬迁机房后,空间狭小,机柜密集导致温度较高,实测机房空气温度在55摄氏度左右,器件温度更高。从后台统计上看,干扰在话务高时能达到30左右,但在晚间无话务时,干扰在5以下。上站排查,将将频谱仪接入到分布系统中,可以观察到以下频谱:

图4:分布系统中的实时频谱

从上述频谱可以看出,,在高温,高话务情况下,3dB电桥已经失去了线性度,产生了大量的寄生频率,从下行频段一直拖尾至上行频段,进而对上行频段产生干扰波形。

为了验证3dB电桥工作性能和温度的关系,现场做了如下实验:断开所有有源器件,排除有源干扰,仅在干线上保留部分无源天线点。取300g左右的冰块,妥善包裹后捆绑在3dB电桥上,10分钟后,干扰降至5dBm,约15分钟后干扰降至0~1 dBm;取下冰块,约15分钟后,干扰恢复至原来水平。至此判断该器件性能和温度关系较大。目前该机房已增加一台空调,温度问题得到解决。鼎好

大厦案例为西北区域第一次发现电桥的性能和温度有关联。

图5:冰块实验

案例2:动物园公交枢纽M2(采用二功分器反向使用替代电桥)

动物园公交枢纽M2站点所在机房无安装空调条件(地下室无法走水),且机柜较密集,温度在40摄氏度左右(2010年4月实地测量值)。自4月18日起,该站上行产生15dBm左右的干扰,且干扰功率和话务量正相关。前期厂家排查所有分布连接未发现问题。西北区域上站排查认为电桥问题,现场无可供更换的电桥(厂家未准备)。临时使用二功分器反接替代电桥使用,干扰立即消失。

二功分器件如下图所示,为一进两出器件,信号从入口进入,平均分配为两路后输出。

OUT1INOUT2图6:二功分器件

如上图所示,正常使用时,下行信号应当从IN口输入,从两OUT口输出。本案例中,临时将下行信号从两OUT口输入,从IN口输出,这样使用,能使二功分器件起到合路的作用。但是,二功分器件(腔体)各输出口间无隔离度,反向使用会造成驻波过大,产生78#告警,因此,除非是临时应急,不建议采用反

接二功分替代电桥使用。

案例3:乐府江南M1高干扰(替换新器件)

乐府江南站点位于地下室弱电井中,暂时无法解决空调问题,机房温度一直较高。本次收到重要用户投诉后,发现存在干扰随话务量变化的问题。考虑到该站机房温度较高,怀疑电桥问题,于8月24日带电桥器件上站排查。观察频谱波形,和当初鼎好大厦所见案例极为相似。直接更换电桥后,查后台实时干扰,从12下降至1左右,效果显著,对该站进行了连续三天的跟踪,干扰曲线如下(六忙时段取平均):

图7:乐府江南M1干扰曲线

接二功分替代电桥使用。

案例3:乐府江南M1高干扰(替换新器件)

乐府江南站点位于地下室弱电井中,暂时无法解决空调问题,机房温度一直较高。本次收到重要用户投诉后,发现存在干扰随话务量变化的问题。考虑到该站机房温度较高,怀疑电桥问题,于8月24日带电桥器件上站排查。观察频谱波形,和当初鼎好大厦所见案例极为相似。直接更换电桥后,查后台实时干扰,从12下降至1左右,效果显著,对该站进行了连续三天的跟踪,干扰曲线如下(六忙时段取平均):

图7:乐府江南M1干扰曲线

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