Skip to content
RFrftools.io
Antenna

Antennen-Downtilt-Rechner

Ermitteln Sie die Absenkung (Downtilt), bei der die obere Halbwertskante des Strahls einer Sektorantenne auf den Zellrand trifft, die Bodenausleuchtung des Halbwertsstrahls und den Gewinn zum Zellrand nach dem vertikalen 3GPP-Antennendiagramm, einschließlich Erdkrümmung.

Loading calculator...

Formel

θe=arctan⁡ ⁣(Δhd+d2kR),θtilt=θe+θ3dB2,AV=−min⁡ ⁣[12(θe−θtiltθ3dB)2, 30] dB\theta_e = \arctan\!\left(\frac{\Delta h}{d} + \frac{d}{2kR}\right),\quad \theta_{tilt} = \theta_e + \frac{\theta_{3dB}}{2},\quad A_V = -\min\!\left[12\left(\frac{\theta_e - \theta_{tilt}}{\theta_{3dB}}\right)^{2},\,30\right]\text{ dB}

Referenz: 3GPP TR 38.901 V17.0.0, Table 7.3-1; ITU-R P.526-15, Eqs. (21) and (44); ITU-R P.834-9, §2

Δh— Antennenhöhe minus Höhe des Endgeräts (m)
d— Bodenentfernung zum Zellrand (m)
kR— Effektiver Erdradius, R = 6371 km (m)
θ_e— Depressionswinkel zum Zellrand (°)
θ_{3dB}— Vertikale Halbwertsbreite (°)
A_V— Relativer Gewinn des vertikalen Diagramms zum Zellrand (dB)

Wie es funktioniert

Eine Sektorantenne an einem Mast konzentriert ihre Leistung in einem schmalen vertikalen Strahl. Auf den Horizont gerichtet, überfliegt der stärkste Teil dieses Strahls die Zelle und landet als Interferenz in den Zellen der Nachbarn. Wenn Sie ihn nach unten neigen, wird die Energie dort verteilt, wo sich die Benutzer befinden. Die übliche Regel ist, den Strahl so weit zu neigen, bis die obere Kante des Strahls mit halber Leistung am Zellenrand auf den Boden trifft, sodass der Strahl am Zellenrand um 3 dB nach unten fällt und alles, was sich dahinter befindet, weniger sieht.

Der Winkel unter der Horizontalen der Antenne, in dem ein Benutzer in der Entfernung von dd erscheint, hängt vom Höhenunterschied Δh=hBS−hUT\Delta h = h_{BS} - h_{UT} und geringfügig von der Erdkrümmung ab. Auf einer effektiven Erde mit einem Radius von kRkR, wobei R=6371R = 6371 km und k=4/3k = 4/3 für die Standardatmosphäre gilt, gilt die Höhenformel von ITU-R P.526-15 (Gleichung 44), wobei die Arktangente beibehalten wird:

θe=arctan⁡ ⁣(Δhd+d2kR)\theta_e = \arctan\!\left(\frac{\Delta h}{d} + \frac{d}{2kR}\right)

Die empfohlene Abwärtsneigung erhöht die Hälfte der vertikalen Strahlbreite θ3dB\theta_{3dB}:

θtilt=θe+θ3dB2\theta_{tilt} = \theta_e + \frac{\theta_{3dB}}{2}

Der Platzbedarf bei halber Leistung

Die beiden Kanten des Strahls mit halber Leistung zeigen bei θtilt±θ3dB/2\theta_{tilt} \pm \theta_{3dB}/2 unter der Horizontalen. Beide treffen in der näheren Entfernung, die diesen Neigungswinkel hat, auf den Boden. Die Oberkante kommt nie nach unten, wenn sie auf oder über die Horizontale zeigt. Das passiert immer dann, wenn die Neigung nicht größer als die halbe Strahlbreite ist. Der Strahl erreicht dann den Horizont, und der Rechner gibt statt einer Entfernung keine äußere Kante an.

Das vertikale Muster

Für die Verstärkung zum Zellrand hin bei der tatsächlich angewendeten Neigung verwendet der Rechner den vertikalen Schnitt des Antennenelementmodells in 3GPP TR 38.901, Tabelle 7.3-1, wobei Ihre Strahlbreite an Stelle der 65° der Tabelle steht:

AV=−min⁡ ⁣[12(θe−θtiltθ3dB)2, 30] dBA_V = -\min\!\left[12\left(\frac{\theta_e - \theta_{tilt}}{\theta_{3dB}}\right)^{2},\ 30\right]\ \mathrm{dB}

Es ist genau −3 dB eine halbe Strahlbreite von der Hauptstrahlrichtung entfernt, −12 dB eine Strahlbreite entfernt, und niemals unter dem Nebenkeulenboden von 30 dB.

Gültigkeit

Der Boden ist eine glatte Kugel: Gelände, Gebäude und Clutter sind nicht modelliert. Der Zellenrand sollte innerhalb des Sichtlinienabstands zwischen Antenne und Benutzerhöhe liegen, dlos=2kR(hBS+hUT)d_{los} = \sqrt{2kR}\left(\sqrt{h_{BS}} + \sqrt{h_{UT}}\right) (ITU-R P.526-15, Gleichung 21). Darüber hinaus befindet sich der Benutzer unter dem Funkhorizont, und der Rechner warnt. Das Muster ist ein parabolischer Hauptlappen mit einem Boden. Eine echte Antenne hat Nullstellen und obere Seitenkeulen. Das Datenblattmuster muss überprüft werden, bevor die endgültige Neigung festgelegt wird.

Rechenbeispiel

Problem: Eine Makro-Sektorantenne mit einer vertikalen Strahlbreite von 7° befindet sich in einer Höhe von 30 m und sollte Benutzer 1,5 m über dem Boden bis zu 1 km abdecken. Was ist die Neigung nach unten, und was bewirkt die aktuelle Neigung von 2°?

Schritt 1 — Höhenunterschied und Krümmung, bei k = 4/3: Δh = 30 − 1.5 = 28.5 m d/(2kR) = 1000/(2 × 8494667) = 0,0000589, gegen Δh/d = 0.0285 Bei 1 km ändert die Krümmung den Winkel um etwa 0,2%.

Schritt 2 — Winkel der Depression zum Zellrand: θ_e = atan (0,0285 + 0,0000589) = 1,636°

Schritt 3 — Empfohlene Abwärtsneigung: θ_tilt = 1.636 + 7/2 = 5,136°

Schritt 4 — Platzbedarf bei halber Leistung bei dieser Neigung: Die obere Kante zeigt 1,636° nach unten und landet bei 1000 m auf der Zellenkante. Die untere Kante zeigt 5,136 + 3,5 = 8,636° nach unten und landet bei 187,7 m.

Schritt 5 — Die aktuelle Neigung von 2°: Die obere Kante zeigt 2 − 3,5 = −1,5° über der Horizontalen, sodass der Strahl den Horizont erreicht. Die Unterkante landet bei 296,0 m. Die Verstärkung zum Zellenrand hin beträgt −0,03 dB: Der Zellenrand liegt fast in der Hauptstrahlrichtung, und der stärkste Teil des Strahls zieht weiter daran vorbei.

Schritt 6 — Überprüfung der Sichtlinie: d_los = √(2kR) (√30 + √1.5) = 27.6 km, also die 1 km lange Kante liegt deutlich darunter.

Durch Neigen von 2° auf 5,1° bewegt sich der obere Rand des Strahls vom Horizont auf den Zellenrand, wobei an der Kante selbst 3 dB anfallen.

Praktische Tipps

  • ✓Beginnen Sie mit der empfohlenen Neigung und fügen Sie dann an den Stellen, an denen sich benachbarte Zellen stark überlappen, ein oder zwei Grad hinzu. Die Ausgabe für den Gewinn am Zellrand zeigt, was das am Zellrand kostet.
  • ✓Bevorzugen Sie eine elektrische Neigung für den größten Teil des Winkels. Dadurch wird das gesamte Muster gleichmäßig geneigt, während die mechanische Neigung bei großen Winkeln die horizontale Abdeckung verengt.
  • ✓Überprüfen Sie auch die innere Kante. Bei einem schmalen Strahl und einem hohen Mast kann es vorkommen, dass der nahe Boden außerhalb des Strahls mit halber Leistung liegt und auf die Seitenkeulen angewiesen ist.
  • ✓Halten Sie für lange ländliche Zellen k = 4/3 ein und überprüfen Sie mit k = 2/3, um zu sehen, wie die Subrefraktion den Kantenwinkel verändert.

Häufige Fehler

  • ✗Die Neigung gleich dem Neigungswinkel des Zellenrandes einstellen. Das richtet die Hauptstrahlrichtung auf den Rand, sodass die obere Hälfte des Strahls bei fast voller Verstärkung in die nächste Zelle übergeht.
  • ✗Verwendung der horizontalen Strahlbreite. Die Neigung hängt von der vertikalen Strahlbreite mit halber Leistung aus dem Datenblatt ab, typischerweise 5° bis 15° für ein Makropanel.
  • ✗Messung der Antennenhöhe vom Meeresspiegel oder vom Gebäudesockel für einige Standorte und vom Boden aus für andere. Verwenden Sie die Höhe über dem Boden, auf der die Benutzer stehen, und die Höhe des Benutzers über demselben Boden.
  • ✗Mechanische und elektrische Neigung werden überall gleich behandelt. Sie stimmen in der Hauptrichtung überein, was dieser Rechner modelliert, aber die mechanische Neigung reduziert die Neigung zu den Sektorkanten hin und neigt die rückwärtige Keule nach oben.

Häufig gestellte Fragen

Genug, dass die obere Kante des vertikalen Strahls mit halber Leistung am Zellenrand auf den Boden trifft: der Neigungswinkel zum Zellenrand plus die halbe vertikale Strahlbreite. Bei einem 30 m langen Mast, einer 1 km langen Zelle und einem Strahl von 7 Grad sind das etwa 5,1 Grad.
Die obere Kante des Strahls mit halber Leistung zeigt auf oder über der Horizontalen, sodass er niemals auf den Boden trifft. Der Strahl deckt dann alles bis zum Horizont ab, einschließlich anderer Zellen. Das passiert immer dann, wenn die angewendete Neigung nicht größer als die Hälfte der vertikalen Strahlbreite ist.
Aus dem vertikalen Muster des Antennenelementmodells in 3GPP TR 38.901, Tabelle 7.3-1: eine parabolische Hauptkeule, die 3 dB unter einer halben Strahlbreite von der Hauptstrahlrichtung und 12 dB unter einer Strahlbreite entfernt ist, mit einem Boden bei 30 dB. Der Rechner verwendet Ihre Strahlbreite anstelle der 65 Grad in der Tabelle.
Nur ein bisschen bei Makrozellenabständen. Bei 1 km ändert es den Winkel zum Zellrand um etwa 0,2 Prozent; ab 10 km macht es sich bemerkbar. Der Rechner rechnet ihn durch den effektiven Erdradius ein, k mal 6371 km.
In der Hauptrichtung des Sektors sind sie gleich, und genau das modelliert dieser Rechner. Abseits der Hauptstrahlrichtung bewirkt die mechanische Neigung eine geringere Neigung und hebt die rückwärtige Keule an, während die elektrische Neigung das gesamte Muster gleichmäßig absenkt.

Methodik & Referenzen

Referenzen

  • Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz — 3GPP TR 38.901 V17.0.0 (2022-03), §7.3, Table 7.3-1 — radiation power pattern of a single antenna element
  • Propagation by diffraction — Recommendation ITU-R P.526-15 (10/2019), §3.2 Eq. (21) and §4.4 Eq. (44) — line-of-sight distance and elevation over an effective Earth
  • Effects of tropospheric refraction on radiowave propagation — Recommendation ITU-R P.834-9 (12/2017), §2 — effective Earth radius, k = 4/3

The pattern points (−3 dB at half the beamwidth from boresight, −30 dB floor) and the horizon limit are exact; as k grows the geometry reduces to the flat-Earth tangent.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

SMA Right-Angle Connectors

Edge-mount and right-angle SMA connectors for antenna feeds

Amazon →

RTL-SDR Dongle

Wideband SDR receiver for antenna and signal experiments

Amazon →

Magnet Wire (22 AWG)

Enameled copper wire for winding custom antennas and coils

Amazon →

Verwandte Rechner

Antenna

Strahlbreite

Berechnen Sie die Antennenstrahlbreite von 3 dB, den Gewinn aus der Blende und die effektive Fläche. Ermitteln Sie den HPBW für Parish-, Horn- und Aperturantennen. Kostenlose, sofortige Ergebnisse.

RF

Sichtlinie

Funkhorizont jeder Antenne, maximale Sichtlinienentfernung zwischen zwei Masten, Erdwölbung und Radius der ersten Fresnelzone an jedem Punkt der Strecke sowie die Freiheit, die die Verbindung dort braucht, über einer glatten Erde mit dem k-Faktor Ihrer Wahl.

RF

Budget verknüpfen

Kostenloser Budgetrechner für HF-Verbindungen: Geben Sie Tx-Leistung, Antennenverstärkung, Frequenz und Entfernung ein, um den Empfangssignalpegel, den Verbindungsrand und die maximale Reichweite zu erhalten. Deckt Satelliten-, terrestrische und IoT-Verbindungen ab.

RF

Verlust des Pfads im freien Speicherplatz

Berechnen Sie den Freiraumpfadverlust (FSPL) in dB mithilfe der Friis-Gleichung. Geben Sie Frequenz und Entfernung für die Budgetanalyse für drahtlose Verbindungen ein. Kostenlose, sofortige Ergebnisse.