天線的分類與選擇

天線的分類與選擇

移動通信天線的技術(shù)發(fā)展很快，最初中國主要使用普通的定向和全向型移動天線，后來普遍使用機(jī)械天線，現(xiàn)在一些省市的移動網(wǎng)已經(jīng)開始使用電調(diào)天線和雙極化移動天線。由于目前移動通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率，增益和前后比等指標(biāo)差別不大，都符合網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求，我們將重點(diǎn)從移動天線下傾角度改變對天線方向圖及無線網(wǎng)絡(luò)的影響方面，對上述幾種天線進(jìn)行分析比較。

2.1 全向天線
全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用與郊縣大區(qū)制的站型，覆蓋范圍大。

2.2 定向天線
定向天線，在在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于城區(qū)小區(qū)制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。

根據(jù)組網(wǎng)的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站可根據(jù)需要選擇不同類型的天線。選擇的依據(jù)就是上述技術(shù)參數(shù)。比如全向站就是采用了各個水平方向增益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市區(qū)選擇水平波束寬度B為65°的天線，在郊區(qū)可選擇水平波束寬度B為65°、90°或120°的天線（按照站型配置和當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境而定），而在鄉(xiāng)村選擇能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍覆蓋的全向天線則是最為經(jīng)濟(jì)的。
2.3 機(jī)械天線
所謂機(jī)械天線，即指使用機(jī)械調(diào)整下傾角度的移動天線。

機(jī)械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，需要調(diào)整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實(shí)現(xiàn)。在調(diào)整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。

實(shí)踐證明：機(jī)械天線的最佳下傾角度為1°－5°；當(dāng)下傾角度在5°－10°變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15°后，天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區(qū)內(nèi)，在相鄰基站扇區(qū)內(nèi)也會收到該基站的信號，從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。

另外，在日常維護(hù)中，如果要調(diào)整機(jī)械天線下傾角度，整個系統(tǒng)要關(guān)機(jī)，不能在調(diào)整天線傾角的同時進(jìn)行監(jiān)測；機(jī)械天線調(diào)整天線下傾角度非常麻煩，一般需要維護(hù)人員爬到天線安放處進(jìn)行調(diào)整；機(jī)械天線的下傾角度是通過計算機(jī)模擬分析軟件計算的理論值，同實(shí)際最佳下傾角度有一定的偏差；機(jī)械天線調(diào)整傾角的步進(jìn)度數(shù)為1°，三階互調(diào)指標(biāo)為-120dBc。

2.4 電調(diào)天線
所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動天線。

電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強(qiáng)強(qiáng)度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強(qiáng)強(qiáng)度同時增大和減小，保證在改變傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減小覆蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。實(shí)踐證明，電調(diào)天線下傾角度在1°-5°變化時，其天線方向圖與機(jī)械天線的大致相同；當(dāng)下傾角度在5°-10°變化時，其天線方向圖較機(jī)械天線的稍有改善；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖較機(jī)械天線的變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15°后，其天線方向圖較機(jī)械天線的明顯不同，這時天線方向圖形狀改變不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，整個天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)，增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產(chǎn)生干擾，這樣的方向圖是我們需要的，因此采用電調(diào)天線能夠降低呼損，減小干擾。

另外，電調(diào)天線允許系統(tǒng)在不停機(jī)的情況下對垂直方向性圖下傾角進(jìn)行調(diào)整，實(shí)時監(jiān)測調(diào)整的效果，調(diào)整傾角的步進(jìn)精度也較高（為0.1°），因此可以對網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；電調(diào)天線的三階互調(diào)指標(biāo)為-150dBc，較機(jī)械天線相差30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。

2.5 雙極化天線
雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發(fā)雙工模式下，因此其最突出的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省單個定向基站的天線數(shù)量；一般GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)的定向基站（三扇區(qū)）要使用9根天線，每個扇形使用3根天線（空間分集，一發(fā)兩收），如果使用雙極化天線，每個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調(diào)天線的優(yōu)點(diǎn)，在移動通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調(diào)天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設(shè)安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節(jié)省基建投資，同時使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。
對于天線的選擇，我們應(yīng)根據(jù)自己移動網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)量，干擾和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等實(shí)際情況，選擇適合本地區(qū)移動網(wǎng)絡(luò)需要的移動天線：
--- 在基站密集的高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和電調(diào)天線；
--- 在邊、郊等話務(wù)量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的地區(qū)，可以使用傳統(tǒng)的機(jī)械天線。

我國目前的移動通信網(wǎng)在高話務(wù)密度區(qū)的呼損較高，干擾較大，其中一個重要原因是機(jī)械天線下傾角度過大，天線下傾角度過大，天線方向圖嚴(yán)重變形。要解決高話務(wù)區(qū)的容量不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機(jī)械天線，下傾角度大于5°時，天線方向圖就開始變形，超過10°時，天線方向圖嚴(yán)重變形，因此采用機(jī)械天線，很難解決用戶高密度區(qū)呼損高、干擾大的問題。因此建議在高話務(wù)密度區(qū)采用電調(diào)天線或雙極化天線替換機(jī)械天線，替換下來的機(jī)械天線可以安裝在農(nóng)村，郊區(qū)等話務(wù)密度低的地區(qū)。