基站天線選型方法.doc

基 站 天 線 選 型 方 法謝瑞華（中興通訊上海第二研究所射頻開發(fā)部）摘要 本文針對(duì)基站天線的各項(xiàng)性能參數(shù)，闡述了基站天線選型的基本方法和注意事項(xiàng)。一、引言 近年來(lái)，在風(fēng)風(fēng)火火的移動(dòng)通訊領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)國(guó)外天線品牌種類繁多使人目不暇接，而我們的客戶中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通對(duì)天線的要求也逐漸由淺入深日趨細(xì)致，如何在滿足覆蓋降低成本的前提下，恰當(dāng)選取天線各類參數(shù)，為客戶提供良好的服務(wù)成為關(guān)鍵。天線的合理選型會(huì)給公司帶來(lái)事半功倍的效果。以下將結(jié)合天線的各類電性能和機(jī)械性能參數(shù)，并總結(jié)曾經(jīng)碰到的客戶的各種天線選型要求，闡述基站天線選型的基本方法及其注意事項(xiàng)。二、基站天線的選型方法1、 天線的電性能參數(shù)天線工作頻段的選取對(duì)各類基站而言，所選天線的工作頻段應(yīng)包含客戶要求的頻段，例如，為GSM900系統(tǒng)（890-960MHz）配置天線，工作頻段為890-960MHz、870-960MHz、807-960 MHz和890-1880 MHz的雙頻天線均為可選。從降低帶外干擾信號(hào)的角度考慮，所選天線的帶寬剛好滿足頻帶要求即可。但考慮到今后基站的擴(kuò)容需要，寬頻帶天線也很受客戶歡迎。如可工作于GSM900和GSM1800頻帶的890-1880 MHz的雙頻天線。它的價(jià)格較普通天線貴些。天線輻射方向圖的選取基站天線輻射方向圖可分為全向輻射方向圖和定向輻射方向圖兩大類，分別被稱為全向天線和定向天線。如圖一所示，圖中左邊所示分別為全向天線的水平截面圖和立體輻射方向圖；圖中右邊所示分別為定向天線的水平截面圖和立體輻射方向圖。全向天線在同一水平面內(nèi)各方向的輻射強(qiáng)度理論上是相等的，它適用于全向小區(qū)；圖中紅色所示為定向天線罩中的金屬反射板，它的存在使天線在水平面的輻射具備了方向性，適用于扇形小區(qū)的覆蓋。圖一：基站天線及其空間輻射方向圖天線極化方式的選取基站天線多采用線極化方式，如圖二。其中單極化天線多采用垂直線極化；雙極化天線多采用45雙線極化。由于一根雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封裝在同一天線罩中組成的（圖三），采用雙線極化天線,可以大大減少天線數(shù)目，簡(jiǎn)化天線工程安裝，降低成本，減少了天線占地空間。是目前城市地區(qū)開局天線的主流。圖二：基站天線常用極化方式圖三：雙極化基站天線示意天線增益的選取 天線增益一般常用dBd和dBi兩種單位。dBi用于表示天線在最大輻射方向場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)于全向輻射器（其空間輻射方向圖如圖四中）的參考值；而相對(duì)于半波振子（其空間輻射方向圖如圖四左）的天線增益用dBd表示。兩者有一個(gè)固定的dB差值（如圖四右），即0dBd等于2.15dBi。2.15dB圖四：dBi與dBd的不同參考示意圖 目前國(guó)內(nèi)外基站天線的增益范圍從0dBi到20dBi以上均有應(yīng)用。用于室內(nèi)微蜂窩覆蓋的天線增益一般選擇0-8 dBi，室外基站從全向天線增益9dBi到定向天線增益18dBi應(yīng)用較多。具體增益值應(yīng)根據(jù)覆蓋距離的要求由網(wǎng)絡(luò)規(guī)化結(jié)果給出。而增益20dBi左右的相對(duì)波束較窄的天線多用于地廣人稀的高速公路的覆蓋。天線水平波瓣3dB寬度的選取全向天線的水平波瓣寬度均為360（圖五中右），而定向天線的常見水平波瓣3dB寬度有20、30、65、90、105、120、180多種（圖五中左）。圖四：基站天線水平波瓣3dB寬度示意圖其中20、30的品種一般增益較高，多用于狹長(zhǎng)地帶或高速公路的覆蓋；65品種多用于密集城市地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋，90品種多用于城鎮(zhèn)郊區(qū)地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋，105圖六：基站天線三扇區(qū)覆蓋示意品種多用于地廣人稀地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋，如圖六所示。120、180品種多用于角度極寬的特殊形狀扇區(qū)的覆蓋。天線垂直波瓣3dB寬度的選取圖七：基站天線垂直波瓣3dB寬度的選取示意 天線的垂直波瓣3dB寬度與天線的增益、水平3dB寬度密不可分?；咎炀€的垂直波瓣3dB寬度多在10左右。一般來(lái)說(shuō)，在采用同類的天線設(shè)計(jì)技術(shù)條件下，增益相同的天線中，水平波瓣越寬，垂直波瓣3dB越窄。一般，天線的垂直尺寸越長(zhǎng)，增益越高，它的垂直波瓣3dB寬度將越窄。較窄的垂直波瓣3dB寬度將會(huì)產(chǎn)生較多的覆蓋死區(qū)，如圖七所示，同樣掛高的二副無(wú)下傾天線中，紅色較寬的垂直波瓣產(chǎn)生的覆蓋死區(qū)范圍長(zhǎng)度為OX，小于蘭色較窄的垂直波瓣死區(qū)范圍長(zhǎng)度為OX。在天線選型時(shí)，為了保證對(duì)服務(wù)區(qū)的良好覆蓋，減少死區(qū)，在同等增益條件下，所選天線垂直波瓣3dB寬度應(yīng)盡量寬些。 天線下傾方式的選取 為了加強(qiáng)對(duì)基站近區(qū)的覆蓋盡可能減少死區(qū)，同時(shí)盡量減少對(duì)其它相鄰基站的干擾，天線應(yīng)避免過(guò)高架設(shè)，同時(shí)應(yīng)采用下傾的方式。圖八中，黃色低架天線和綠色下傾天線產(chǎn)生的死區(qū)范圍OX和OX，均小于圖中蘭色高架無(wú)下傾天線的死區(qū)范圍OX。圖八：基站天線下傾對(duì)比示意天線下傾有多種方式：機(jī)械下傾、固定電調(diào)下傾、可調(diào)電調(diào)下傾、遙控可調(diào)電調(diào)下傾。其中機(jī)械下傾只是在架設(shè)時(shí)傾斜天線，它的價(jià)格也較便宜，多用于角度小于10的下傾，當(dāng)再進(jìn)一步加大天線下傾的角度時(shí)，覆蓋正前方出現(xiàn)明顯凹坑，兩邊也被壓扁，天線方向圖畸變，引起天線正前方覆蓋不足同時(shí)對(duì)兩邊基站的干擾加劇，如圖九所示。機(jī)械下傾的另一個(gè)缺陷是天線后瓣會(huì)上翹，對(duì)相臨扇區(qū)造成干擾，引起近區(qū)高層用戶手機(jī)掉話。圖九：基站天線下傾方式對(duì)比 電調(diào)下傾天線雖價(jià)格稍貴，但它下傾角度范圍較大（可大于10），天線方向圖無(wú)明顯畸變，天線后瓣也將同時(shí)下傾，不會(huì)造成對(duì)近端高樓用戶的干擾。天線下傾方式的選取，可根據(jù)客戶和覆蓋的具體要求，選用固定電調(diào)下傾、可調(diào)電調(diào)下傾或遙控可調(diào)電調(diào)下傾天線。其中小角度的固定電調(diào)下傾天線加上開局現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械下傾方案在性能和成本上具有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)是下傾的主流方式。而操作人員可以坐在機(jī)房中，使用遙控器或手提電腦來(lái)隨時(shí)更換電調(diào)下傾角度的遙控可調(diào)電調(diào)下傾天線，雖然具有在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用調(diào)整方便快捷易于維護(hù)的特點(diǎn)，但其價(jià)格也相對(duì)可觀。天線前后比的選取 天線的前后比指標(biāo)與天線反射板的電尺寸有關(guān)，較大的電尺寸將提供較好的前后比指標(biāo)。如水平波瓣3dB寬65的天線水平尺寸大于水平波瓣3dB寬90的天線，所以，水平波瓣3dB寬65的天線前后比一般會(huì)優(yōu)于水平波瓣3dB寬90的天線。室外基站天線前后比一般應(yīng)大于25dB較好，微蜂窩天線由于尺寸相對(duì)較小的原故，天線的前后比指標(biāo)應(yīng)適當(dāng)放寬。天線旁瓣抑制與零點(diǎn)填充特性由于天線一般要架設(shè)在鐵塔或樓頂高處來(lái)覆蓋服務(wù)區(qū)，所以對(duì)垂直面向上的旁瓣應(yīng)盡量抑制，尤其是較大的第一副瓣。以減少不必要的能量浪費(fèi)；同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)垂直面向下旁瓣零點(diǎn)的補(bǔ)償，使這圖十：基站天線有無(wú)零點(diǎn)填充效果對(duì)比示意一區(qū)域的方向圖零深較淺，以改善對(duì)基站近區(qū)的覆蓋，減少近區(qū)覆蓋死區(qū)和盲點(diǎn)，圖十是基站天線有無(wú)零點(diǎn)填充效果的對(duì)比，其中橫坐標(biāo)為離開基站的距離，縱坐標(biāo)為地面信號(hào)強(qiáng)度值。天線零點(diǎn)填充值=（垂直第一下零點(diǎn)幅值/最大輻射方向幅值）% =20log(垂直第一下零點(diǎn)幅值/最大輻射方向幅值)dB圖十一：基站天線零點(diǎn)填充方向圖 為確保對(duì)服務(wù)區(qū)的良好覆蓋， 嚴(yán)格地說(shuō)，不具備旁瓣抑制與零點(diǎn)填充特性的天線是不能使用的。最先提出天線零點(diǎn)填充（NULL FILL）技術(shù)概念的ANTEL公司認(rèn)為，5%的零點(diǎn)填充及垂直面方向圖下第一零點(diǎn)大于-26dB是一個(gè)最低的要求了。當(dāng)25%的零點(diǎn)填充及垂直面方向圖下第一零點(diǎn)大于-12dB是一個(gè)較好的選擇，兩者方向圖的對(duì)比見圖十一。天線功率容量的選取 天線功率容量的選取依據(jù)是載頻合路后輸入天線端口的最大射頻發(fā)射功率，天線功率容量的選取應(yīng)在此基礎(chǔ)上放適當(dāng)余量。所以，一般用于微蜂窩覆蓋的天線功率容量遠(yuǎn)小于用于宏蜂窩覆蓋的天線。天線三階互調(diào) 多數(shù)國(guó)外品牌天線的三階互調(diào)指標(biāo)可達(dá)到-150dBC243dBm。而一般天線的三階互調(diào)指標(biāo)僅為-130dBC243dBm ，這與天線的設(shè)計(jì)和連接器的選取有關(guān)，由于基站接收信號(hào)比發(fā)射信號(hào)弱得多，所以一旦多路載頻的發(fā)射信號(hào)交調(diào)產(chǎn)物落入接收頻段，基站將無(wú)法正常工作。天線端口之間的隔離度當(dāng)使用多端口天線時(shí)，各個(gè)端口之間的隔離度應(yīng)大于30dB。如雙極化天線的兩個(gè)不同極化端口，室外雙頻天線的兩個(gè)不同頻段端口之間，以及雙頻雙極化天線的四個(gè)端口之間，隔離度應(yīng)大于30dB。2，天線的機(jī)械性能參數(shù) 除了上述主要電性能參數(shù)外，還應(yīng)關(guān)注天線的機(jī)械性能參數(shù)，如尺寸、重量、天線罩材料、外觀顏色、工作溫度、存儲(chǔ)溫度、風(fēng)圖十二：掛墻天線載、迎風(fēng)面積、接頭型式、包裝尺寸、天線抱桿、安裝和下傾輔件、防雷等，力求天線工程安裝的快捷方便和在室外風(fēng)霜雨雪惡略氣候條