移动基站天线选择原则

[摘 要]基站天线是移动通信系统的重要组成部分，在通信过程中起着举足轻重的作用，不同的场景选择不同类型的天线，可以提高通信质量、降低干扰、减少掉话、增大小区盲区覆盖、增强小区覆盖内的功率。本文主要对城区、郊区和农村这三类有代表性的区域基站天线的选择原则进行论述。

[关键词]天线、方向角、天线增益、极化方式

中图分类号：TM282 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0294-01

1、研究背景及意义

1.1 选题背景

基站天线的作用是发射和接收电磁波，是移动通信系统的重要组成部分，在通信过程中起着举足轻重的作用，不同的场景选择不同类型的天线，不仅可以提高网络质量、降低网络干扰、减少掉话、增大盲区覆盖范围、增强小区覆盖内的场强。同时对后期基站的扩容、升级、网络优化等起到重要作用。

2、移动基站天线的关键参数

2.1 移动基站天馈系统示意图如图1：

2.2 移动基站天线的关键参数如下：

（1）极化方式：天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向，通常有垂直极化、水平极化、+45度倾斜的极化、-45度倾斜的极化等极化方式。

（2）下倾角：指天线最大辐射方向与水平线之夹角，主要用于控制干扰及增强覆盖范围内的场强。

（3）电压驻波比（VSWR）：是表征端口阻抗匹配程度的一个量，天线馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。

（4）天线增益：增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高（图2）。

（5）前后比：前后瓣最大电平之比，它用来描述定向特性（图3）。

（6）波束宽度：在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。或称为半功率（角）瓣宽。如图4：

（7）方向角：方向角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方向角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对方向角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。

（8）工作频段：是当天线的输入驻波比VSWR≤1.5时的频段。工作频段的宽度称为工作带宽，一般全向天线的工作带宽能达到中心频率的3-5%，定向天线的工作带宽能达到中心频率的5-10%

3、移动基站天线的选择原则

3.1 市区基站的天线选择

在人口比较密集的城区，基站分布较密，要求单基站覆盖范围小，尽量减少越区干扰，提高频率复用率。天线的选择原则如下：

（1）极化方式：由于市区基站选址困难，天线安装空间受限，一般选用双极化天线；

（2）方向性：市区主要考虑减少相邻小区干扰，一般选用定向天线；

（3）半功率波束宽度：为控制小区的覆盖范围、抑制干扰，一般选用水平半功率波束宽度为60～65°的天线；

（4）天线增益：由于市区一般不要求大的覆盖范围，同时为减少天线体积和重量，有利于安装和降低成本，建议选用中等增益的天线（15DBI左右）；

（5）下倾角：市区天线一般都要设置一定的下倾角，电调天线在下倾角的调整方面不会有问题，但对机械下倾天线，需选择下倾角调整范围更大的天线。

3.2 农村基站的天线选择

农村地区环境特点：基站分布稀疏，话务量较少，覆盖要求广。解决覆盖是其主要目标。这时一般采用高增益的定向或全向天线。

（1）极化方式：从发射信号的角度，在较为空旷地方垂直极化天线比其他极化天线效果更好。农村一般采用垂直极化天线；

（2）方向性：农村话务分布比较分散，话务量相对较少，为满足基站周围的覆盖，一般采用全向天线；由于全向天线的增益较小，如果要求更远的覆盖距离，则需采用定向天线，一般采用水平面波束宽度为90°、105°、120°的定向天线；采用全向天线时，为避免塔体对覆盖的影响，可采用双发天线的配置，此时，需通过功分器把发射信号分配到两个天线上；

（3）天线增益：农村主要考虑覆盖范围和覆盖距离，一般选用较高增益（17～18DBI）的定向天线或9～11DBI的全向天线；

（4）下倾方式：农村地区对天线的下倾调整不多，其下倾角的调整范围及特性要求不高，一般采用机械下倾天线；

3.3 郊区基站的天线选择

在人口较少的郊区为了保证覆盖以及减少对城区的干扰，通常不同的小区采用不同的定向天线，面向城区的小区可参考城区基站的天线的选择原则，一般采用增益较小且水平波瓣角较小的天线，而非面向城区的小区一般采用增益较大的天线，优先采用水平面半功率波束宽度为90°的天线。因此，郊区的情况差别很大，可以根据需要的覆盖面积来选择天线类型和决定是否预置下倾角；考虑到后期网络优化，一般不采用全向站型。

4、总结

本文重点介绍目前应用最多的三个场景的天线选择。不同场景选择不同天线类型可以减少邻频干扰、保证基站实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对天线进行适当的{整，可以更好地优化现有的移动通信网络。

参考文献

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[2] 周峰；高峰；张武荣；李洪波.移动通信天线技术与工程应用.

[3] 韩斌杰.GSM原理及网络优化.

[4] 陈进，周斌.网络工程建设与网络系统优化设计手册.