基站天線的知識(shí)

1、基站天線的知識(shí)一、天線類型選擇 在移動(dòng)通信網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求、話務(wù)量分布、抗干擾要求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等實(shí)際情況來合理的選擇基站天線。由于天線類型的選擇與地形、地物，以及話務(wù)量分布緊密相關(guān)，可以將天線使用環(huán)境大致分為五種類型：城區(qū)、密集城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村地區(qū)、交通干線等。 1、城區(qū)基站天線 城區(qū)基站密度較高，單站預(yù)期覆蓋范圍較小，選擇基站天線時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面。 （1）為減少干擾，應(yīng)選用水平半功率角接近于60度的天線。這樣的天線所構(gòu)成的輻射方向圖接近于理想的三葉草型蜂窩結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)網(wǎng)適配性較好，有助于控制越區(qū)切換。如下圖所示。 （2）城區(qū)基站一般不要求大范圍覆蓋，而更注重覆蓋的深度。

2、由于中等增益天線的有效垂直波束相比于高增益天線較寬，覆蓋半徑內(nèi)有效的深度覆蓋范圍較大，可以改善室內(nèi)覆蓋效果，所以選用中等增益天線較好。 （3）由于城區(qū)基站天線安裝空間往往有限，所以選用雙極化天線比較切合實(shí)際。 綜上所述，城區(qū)基站宜選用水平半功率角為60度左右的中等增益的雙極化天線。例如水平半功率角為65度的15dBi雙極化天線。 2、密集城區(qū)基站天線 密集城區(qū)基站天線的選擇與一般城區(qū)基站類似。但由于密集城區(qū)基站站距往往只有400米到600米，在使用水平半功率角為65度的15dBi雙極化天線，且天線有效掛高35米的情況下，天線下傾角可能設(shè)置在14.0度到11.5度之間。此時(shí)如果單純采用機(jī)械下傾的

3、方式，傾角過大將引起水平波束變寬，干擾增大，同時(shí)上副瓣也會(huì)引入較大干擾；而采用電子式傾角天線，則可以較好的解決波形畸變的問題，產(chǎn)生的干擾相對(duì)較小。所以密集城區(qū)基站選用電子式傾角的水平半功率角為60度左右的中等增益雙極化天線較為合適。 3、農(nóng)村地區(qū)基站天線 在農(nóng)村地區(qū)，鑒于話務(wù)量較小，預(yù)期覆蓋面積較大的特點(diǎn)，選擇基站天線時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面。 （1）對(duì)于CDMA網(wǎng)絡(luò)而言，為提高定向基站兩扇區(qū)天線服務(wù)交疊區(qū)間的通信質(zhì)量（交疊區(qū)內(nèi)有宏觀分集的效果），增大交疊區(qū)面積，宜選用水平半功率角較大的天線。例如水平半功率角為90度的天線。 （2）對(duì)于GSM網(wǎng)絡(luò)而言，為提高覆蓋質(zhì)量，在平原地區(qū)使用水平半功率角較大的

4、天線效果較好，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生切換區(qū)域增大的問題；而在山區(qū)和丘陵地帶使用水平半功率角較小的天線易于控制覆蓋方向和范圍，效果較好。 （3）為保證覆蓋半徑，應(yīng)選擇高增益天線。 （4）由于極化分集依賴于移動(dòng)臺(tái)周圍反射體和散射體的分布，對(duì)于地物分布相對(duì)較稀疏的農(nóng)村地區(qū)，極化分集效果不如空間分集。因此在安裝條件具備的情況下，應(yīng)盡可能使用單極化天線。 （5）如果基站周圍各方向上都沒有明顯阻擋，話務(wù)需求較小，預(yù)期覆蓋范圍也較小，可以選用全向天線。 綜上所述，CDMA網(wǎng)絡(luò)農(nóng)村地區(qū)定向基站宜選用水平半功率角較大的高增益單極化天線，例如水平半功率角為90度的17dBi單極化天線；GSM網(wǎng)絡(luò)農(nóng)村地區(qū)定向基站宜選用水平半

5、功率角適配的高增益單極化天線，例如水平半功率角為90度或65度的17dBi單極化天線。全向基站則可以選用11dBi的全向天線。 4、郊區(qū)基站天線 郊區(qū)的情況介于城區(qū)和農(nóng)村之間。對(duì)于站距較大的基站，可以參照農(nóng)村基站天線的選用原則；反之則參照城區(qū)基站天線的選用原則。 5、交通干線基站天線 如果覆蓋目標(biāo)僅為高速公路或鐵路等交通干線，可以考慮使用8字形天線。8字形天線有如下特點(diǎn)：（1）8字形天線的輻射方位圖與交通干線需覆蓋區(qū)域的形狀匹配較好；（2）8字形天線實(shí)際上是全向天線的變形，因此無需采用功分器；（3）使用一根天線代替兩扇區(qū)天線，成本較低。 如果覆蓋目標(biāo)為交通干線及其一側(cè)的村鎮(zhèn)，則可采用方向角為2

6、10度的天線。這種天線的輻射方位特性使得天線波瓣能夠同時(shí)顧及到交通干線和村鎮(zhèn)，它具有與8字形天線類似的特點(diǎn)。 二、基站天線設(shè)置 基站天線設(shè)置需要重點(diǎn)考慮下傾角、方向角、天線掛高、天線分集距離和隔離距離等參數(shù)。 1、下傾角設(shè)置 合理設(shè)置天線下傾角不但可以降低同頻干擾的影響，有效控制基站的覆蓋范圍和整網(wǎng)的軟切換比例（對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)而言），而且可以加強(qiáng)本基站覆蓋區(qū)內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度。通常天線下傾角的設(shè)定有兩方面?zhèn)戎?，即?cè)重于干擾抑制和側(cè)重于加強(qiáng)覆蓋。這兩方面?zhèn)戎胤謩e對(duì)應(yīng)不同的下傾角算法。一般而言，對(duì)基站分布密集的地區(qū)應(yīng)側(cè)重于考慮干擾抑制，而基站分布較稀疏的地區(qū)則側(cè)重于考慮加強(qiáng)覆蓋。 1.1 考慮干擾抑制時(shí)

7、的下傾角 在基站天線半功率角范圍內(nèi)，天線增益下降緩慢，超過半功率角后，天線增益（尤其是上波瓣）衰減很快。因此從控制干擾的角度考慮，可認(rèn)為半功率角的延長線到地面的交點(diǎn)（B點(diǎn)）為該基站的實(shí)際覆蓋邊緣。在基站周圍環(huán)境理想情況下，下傾角可按以下公式計(jì)算。 actan（H/R）+/2 公式一 公式一含義如下圖所示。 下傾角計(jì)算示意圖1 圖中為天線的下傾角，H為天線有效高度，為天線的垂直半功率角。R為該小區(qū)最遠(yuǎn)的覆蓋距離，即覆蓋長徑R，如下圖所示。 定向基站天線覆蓋長徑示意圖 在理想情況下R2D/3。實(shí)際上天線的輻射方向圖不可能完全適配三葉草型蜂窩結(jié)構(gòu)。水平半功率角為60度左右的天線與之比較接近，而水平半

8、功率角為90度的天線則相差較大。因此對(duì)于使用水平半功率角為90度天線的基站，取R=D/2。 1.2 考慮加強(qiáng)覆蓋時(shí)的下傾角 在基站分布較稀疏的地區(qū)，天線下傾角設(shè)定無需考慮垂直半功率角等因素的影響。為保證覆蓋區(qū)邊緣有足夠強(qiáng)的信號(hào)，可認(rèn)為天線主瓣方向延長線到地面的交點(diǎn)（B點(diǎn)）為該基站的實(shí)際覆蓋邊緣。在基站周圍環(huán)境理想情況下，下傾角可按以下公式計(jì)算。 actan（H/R） 公式二 公式二含義如下圖所示。 下傾角計(jì)算示意圖2 1.3 傾角設(shè)定的實(shí)際應(yīng)用 由于基站周圍環(huán)境十分復(fù)雜，天線下傾角設(shè)定還必須考慮附近山體、水面和高大玻璃幕墻的反射和阻擋。因此具體基站的下傾角可利用上述方法，同時(shí)結(jié)合具體環(huán)境最終取

9、定。綜合考慮干擾抑制和加強(qiáng)覆蓋的效果，在不同條件下基站天線典型的下傾角取定可參考下表。 天線下傾角設(shè)置參考表 地形 天線有效掛高（米） 站距（米） 水平半功率角（度） 垂直半功率角（度） 下傾角（公式一） 下傾角（公式二） 建議下傾角（度） 密集城區(qū) 30 400 65 13 12.9 6.4 12.9 40 400 65 13 15.0 8.5 15.0 50 400 65 13 17.1 10.6 17.1 30 500 65 13 11.6 5.1 11.6 40 500 65 13 13.3 6.8 13.3 50 500 65 13 15.0 8.5 15.0 一般城區(qū) 35 600

10、 65 13 11.5 5.0 11.5 35 700 65 13 10.8 4.3 10.8 35 800 65 13 10.3 3.8 10.3 35 900 65 13 9.8 3.3 9.8 35 1000 65 13 9.5 3.0 9.5 郊區(qū) 40 1500 65 13 8.8 2.3 8.8 40 2000 65 13 8.2 1.7 8.2 40 2500 65 13 7.9 1.4 7.9 40 3000 65 13 7.6 1.1 7.6 農(nóng)村 55 4000 90 7 5.1 1.6 4.0 55 5000 90 7 4.8 1.3 3.5 55 6000 90 7 4

11、.6 1.1 3.0 55 7000 90 7 4.4 0.9 2.5 55 8000 90 7 4.3 0.8 2.0 55 9000 90 7 4.2 0.7 1.0 55 10000 90 7 4.1 0.6 1.0 55 4000 65 13 7.7 1.2 5.0 55 5000 65 13 7.4 0.9 4.0 55 6000 65 13 7.3 0.8 3.5 55 7000 65 13 7.2 0.7 2.0 55 8000 65 13 7.1 0.6 1.5 55 9000 65 13 7.0 0.5 1.0 55 10000 65 13 7.0 0.5 0.5 2、電子式

12、傾角天線的設(shè)置 同等類型的電子式下傾天線與機(jī)械式下傾天線相比，波形畸變較小，易于控制覆蓋范圍；干擾規(guī)避能力較強(qiáng)，在某種程度上可以改善載干比；RMS延遲范圍較小，抗多徑效應(yīng)能力較強(qiáng)。下表分別列比了某種內(nèi)置6度、9度電子傾角天線和一般類型天線在不同機(jī)械傾角時(shí)波形畸變的情況。 基站天線波形畸變情況對(duì)照表 65°15dBi 天線不同機(jī)械傾角時(shí)水平波束寬度和前后比實(shí)測數(shù)據(jù) 序號(hào) 電下傾角 機(jī)械傾角 總傾角 水平波束寬度 前后比（dB） 1 0° 0° 0° 64.8° 34 2 0° 2° 2° 68.1° 27.

13、4 3 0° 4° 4° 71.8° 24.3 4 0° 6° 6° 78.8° 26.3 5 0° 8° 8° 85.3° 24 6 0° 10° 10° 103.7° 19.8 7 0° 12° 12° 121.4° 19.5 8 0° 14° 14° 133.3° 18 9 0° 15° 15° 149.6° 1

14、7.8 10 0° 16° 16° 152° 17.6 65°15dBi6°電子傾角天線不同機(jī)械傾角時(shí)水平波束寬度和前后比實(shí)測數(shù)據(jù) 序號(hào) 電下傾角 機(jī)械傾角 總傾角 水平波束寬度 前后比（dB） 1 6° 10° 16° 64.2° 23 2 6° 8° 14° 68° 26.1 3 6° 6° 12° 69° 31.3 4 6° 4° 10° 69.4° 33.5 5 6&#

15、176; 2° 8° 66.7° 30.6 6 6° 0° 6° 64.9° 37.2 7 6° -6° 0° 65.6° 29.6 8 6° -4° 2° 64.2° 29.8 9 6° -2° 4° 61.6° 33.2 65°15dBi9°電子傾角天線不同機(jī)械傾角時(shí)水平波束寬度和前后比實(shí)測數(shù)據(jù) 序號(hào) 電下傾角 機(jī)械傾角 總傾角 水平波束寬度 前后比（dB） 1 9° -9

16、° 0° 64.9° 36.8 2 9° -8° 1° 68.5° 33.7 3 9° -6° 3° 62.7° 35.1 4 9° -4° 5° 62.2° 34.0 5 9° -2° 7° 63.5° 30.4 6 9° 0° 9° 64.0° 32.5 7 9° 2° 11° 69.6° 31.0 8 9° 4&

17、#176; 13° 67.7° 30.4 9 9° 6° 15° 65.2° 26.5 電子式下傾天線分為預(yù)調(diào)電子傾角天線、可調(diào)電子傾角天線、遙控式可調(diào)電子傾角天線等類型。預(yù)調(diào)電子傾角天線與機(jī)械式下傾天線價(jià)格相仿，而可調(diào)電子傾角天線、遙控式可調(diào)電子傾角天線的價(jià)格則遠(yuǎn)高于機(jī)械式下傾天線。 綜合以上考慮，密集城區(qū)基站宜選用預(yù)調(diào)電子式傾角天線。在工程中，采用預(yù)調(diào)電子傾角和機(jī)械調(diào)整傾角兩者結(jié)合的方式使天線達(dá)到需要的下傾角度。 天線需要的下傾角度電子預(yù)調(diào)傾角機(jī)械下傾角度。 3、天線方向角的取定 理想狀況下，即各基站均勻分布、不考慮地形地物等因素

18、、各基站均為定向站的情況下，基站各扇區(qū)之間的夾角應(yīng)均為120度，如此可以達(dá)到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的最小干擾。但實(shí)際上由于基站分布極不規(guī)則，同時(shí)地形地物錯(cuò)綜復(fù)雜，各基站的方向角可以根據(jù)實(shí)際情況確定。為了減少混亂的方向角帶來的網(wǎng)絡(luò)干擾的不確定性，應(yīng)盡量保證各扇區(qū)間天線的夾角為120度，最低要求不能小于90度。 4、天線掛高 基站天線的有效掛高對(duì)覆蓋和干擾的影響是顯而易見的。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、組網(wǎng)方式、話務(wù)量密度、基站密度的不同，天線的有效掛高也隨之變化。一般而言，在不采用分層網(wǎng)的情況下，同一基站密度區(qū)域內(nèi)各基站天線有效掛高應(yīng)該大致相等；基站越密，天線有效掛高應(yīng)該越低。 5、天線的分集距離 分集技術(shù)是從獨(dú)立的多徑衰

19、落信道上傳輸?shù)膸讉€(gè)信號(hào)中獲取信號(hào)的方法，其目的是克服衰落的影響。 分集的形式有兩種：“微觀分集”和“宏觀分集”。微觀分集指接收兩個(gè)或兩個(gè)以上的非相關(guān)瑞利衰落信號(hào)，且這些信號(hào)所遭受的慢衰落相同。RAKE接收、基站單極化天線使用的空間分集、基站雙極化使用的極化分集都屬于微觀分集。 宏觀分集是利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同基站或扇區(qū)的天線接收經(jīng)獨(dú)立衰落路徑的兩個(gè)或多個(gè)慢衰落對(duì)數(shù)信號(hào)。從某種意義上講，CDMA系統(tǒng)的軟切換過程屬于宏觀分集。宏觀分集一般存在于CDMA網(wǎng)基站的扇區(qū)服務(wù)交疊區(qū)內(nèi)。 5.1 極化分集和空間分集 一般有6種方法實(shí)現(xiàn)分集：空間分集、場分量分集、極化分集、角度分集、頻率分集和時(shí)間分集。在移

20、動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中一般使用極化分集和空間分集。在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，由于工作頻帶寬度大于相干頻率，很自然也使用了頻率分集。 （1）極化分集 在兩個(gè)正交極化天線安裝在一起的情況下，可以認(rèn)為兩個(gè)波所經(jīng)過的路徑是一樣的，然而反射系數(shù)卻同。換言之，這兩個(gè)波是不相關(guān)的，這就是極化分集。 （2）移動(dòng)臺(tái)天線的空間分集 通常使用間距在0.5以上的兩個(gè)接收天線就可以得到兩個(gè)幾乎不相關(guān)的信號(hào)。對(duì)于頻率為900MHZ的信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)天線的分集距離為0.5×0.3330.167m。 （3）基站天線的空間分集 基站天線接收到的多路信號(hào)的相關(guān)性主要與兩個(gè)因素有關(guān)： 移動(dòng)臺(tái)所處的環(huán)境（周圍障礙物的半徑）。如果周圍障礙物的半徑

21、較小，則要求基站天線的分集距離增大。因此在覆蓋半徑相同的條件下，建筑物密集的地區(qū)使用空間分集天線需要更大的分集距離。 基站天線有效高度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，兩個(gè)接收信號(hào)的相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)較高的概率曲線大約與基站天線有效高度和天線水平分集距離之比成正比。定義 = h / d。其中h為基站天線高度，d為天線水平分集距離，相關(guān)系數(shù)與成正比。一般來說，基站接收到的兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)在0.7以下，認(rèn)為可以得到較好的分集效果，此時(shí)值約為11以下。（以上結(jié)果是對(duì)頻率為850MHz時(shí)的實(shí)測統(tǒng)計(jì)，在其它頻率有相似結(jié)果。） 5.2 基站天線的分集距離 天線的分集距離與“天線之間的距離”概念是不一樣的。天線的分集距離指的是兩接收

22、天線主瓣方向上的垂直距離，其具體含義如下圖所示。 由于采用垂直分集需要的距離為達(dá)到相同效果時(shí)水平分集距離的5-6倍，因此一般采用水平分集的方式?；咎炀€之間的水平分集距離如前所述，在頻率為850MHz時(shí)應(yīng)滿足dh /11。在現(xiàn)網(wǎng)上，天線最小水平分集距離的設(shè)定可參照下表。 基站天線最小水平分集距離參考表 基站天線有效高度（米） 800MHzCDMA GSM900 GSM1800 計(jì)算值（米） 工程建議（米） 計(jì)算值（米） 工程建議（米） 計(jì)算值（米） 工程建議（米） =0.6 =0.7 =0.8 =0.6 =0.7 =0.8 =0.6 =0.7 =0.8 30.0 4.4 2.8 1.9 2.8

23、 4.0 2.6 1.8 2.6 2.1 1.3 0.9 2.1 40.0 5.9 3.7 2.6 3.7 5.4 3.4 2.4 3.4 2.8 1.8 1.2 2.8 45.0 6.6 4.2 2.9 4.2 6.1 3.9 2.7 3.9 3.2 2.0 1.4 3.2 50.0 7.3 4.7 3.2 4.7 6.7 4.3 3.0 4.3 3.5 2.2 1.5 3.5 55.0 8.0 5.1 3.5 5.1 7.4 4.7 3.2 4.7 3.9 2.5 1.7 3.9 60.0 8.8 5.6 3.8 5.6 8.1 5.2 3.5 5.2 4.2 2.7 1.8 4.2 6、

24、GSM基站天線的隔離距離 GSM基站天線之間的隔離距離應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面：相同頻段（GSM900與GSM900，GSM1800與GSM1800）天線之間的隔離，不同頻段（GSM900與GSM1800）天線之間的隔離。根據(jù)工程實(shí)踐，不同情況下基站天線的隔離距離可參考下表。 基站天線隔離距離參考表 全向天線(10dBi)之間的隔離要求 垂直間距 水平間距 備注 GSM900天線之間 0.5m 5m 天線距塔體2m GSM1800天線之間 0.25m 2.5m 天線距塔體2m GSM900與GSM1800天線之間 0.5m 1m 天線距塔體2m 定向天線之間的隔離要求 同一扇區(qū)天線間 垂直間距 水平

25、間距 備注 GSM900天線之間 0.5m 4m 天線正前方無塔體阻擋 GSM1800天線之間 0.25m 2m 天線正前方無塔體阻擋 相鄰扇區(qū)天線(同一平臺(tái)) 垂直間距 水平間距 備注 GSM900天線之間 - 0.5m GSM1800天線之間 - 0.5m 由于頻段接近，CDMA天線之間的隔離距離可以參考GSM900天線之間的隔離距離。而CDMA天線與其它系統(tǒng)天線的隔離度計(jì)算比較復(fù)雜，此處暫不討論。 三、天線安裝 天線在安裝時(shí)，為獲得最理想的覆蓋效果，并減少干擾，應(yīng)遵循以下原則： （1）天線周圍的凈空要求為50100m，即天線底部應(yīng)高出周圍環(huán)境5m（第一菲涅爾區(qū)半徑）。 （2）如果天線安裝

26、在墻面，天線發(fā)射方向盡量與墻面垂直，如有夾角，要求不小于75度。如下圖所示。 （3）空間分集天線的間隔距離應(yīng)該考慮兩個(gè)方面的影響：一是接收天線分集距離的要求，二是天線隔離度的要求?？臻g分集天線的間隔距離必須同時(shí)滿足這兩項(xiàng)要求。具體的天線分集距離要求和隔離距離要求參見第四章相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)天線間隔距離較大導(dǎo)致安裝困難時(shí)，可以適當(dāng)縮小間距。例如在60米平臺(tái)上安裝CDMA空間分集天線時(shí)，查基站天線最小水平分集距離參考表和基站天線隔離距離參考表，可知同一扇區(qū)兩天線之間間隔距離應(yīng)不小于5.5米。由于安裝條件受限，無法達(dá)到需要的分集距離，則可以適當(dāng)縮小天線間隔距離至4米以上。 （4）基站天線安裝應(yīng)注意在其覆蓋

27、區(qū)內(nèi)是否會(huì)產(chǎn)生較大的陰影。應(yīng)盡量避免天線主瓣被高大建筑物、山體所阻擋。利用大樓頂面安裝定向天線時(shí)，天線位置應(yīng)盡量靠近樓邊，避免大樓的邊沿阻擋波束。當(dāng)天線必須離開大樓邊沿安裝，應(yīng)盡量使天線架設(shè)在離開樓面較高的位置。如下圖所示： 天線離開樓頂?shù)母叨葢?yīng)該保證第一菲涅爾余隙無阻擋，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)避免天線主瓣方向到大樓邊沿的距離超過30米。具體要求可參考下表。 D(m) h(m) 800900MHz 18001900MHz 傾角=0° 傾角=6° 傾角=0° 傾角=6° 1 0.6 0.7 0.4 0.5 10 2 3 1.3 2.3 20 2.7 4.8 1.8 3.9 30 3.3 6.4 2.2 5.3 40 3.8 8 2.5 6.7 四、相關(guān)專題 1、城區(qū)高站選用天線的策略 在建網(wǎng)初