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部）摘要 本文針對基站天線的各項性能參數，闡述了基站天線選型的基本方法和注意事項。一、引言 近年來，在風風火火的移動通訊領域，國內國外天線品牌種類繁多使人目不暇接，而我們的客戶中國移動和中國聯通對天線的要求也逐漸由淺入深日趨細致，如何在滿足覆蓋降低成本的前提下，恰當選取天線各類參數，為客戶提供良好的服務成為關鍵。天線的合理選型會給公司帶來事半功倍的效果。以下將結合天線的各類電性能和機械性能參數，并總結曾經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。二、基站天線的選型方法1、 天線的電性能參數天線工作頻段的選取對各類基站而言，所選天線的工作頻段應包含客戶要求的頻段，例如，為GSM900系統（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各方向的輻射強度理論上是相等的，它適用于全向小區；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目，簡化天線工程安裝，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強相對于全向輻射器（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 目前國內外基站天線的增益范圍從0dBi到20dBi以上均有應用。用于室內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應用較多。具體增益值應根據覆蓋距離的要求由網絡規化結果給出。而增益20dBi左右的相對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，多用于狹長地帶或高速公路的覆蓋；65品種多用于密集城市地區典型基站三扇區配置的覆蓋，90品種多用于城鎮郊區地區典型基站三扇區配置的覆蓋，105圖六：基站天線三扇區覆蓋示意品種多用于地廣人稀地區典型基站三扇區配置的覆蓋，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。基站天線的垂直波瓣3dB寬度多在10左右。一般來說，在采用同類的天線設計技術條件下，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，增益越高，它的垂直波瓣3dB寬度將越窄。較窄的垂直波瓣3dB寬度將會產生較多的覆蓋死區，如圖七所示，同樣掛高的二副無下傾天線中，紅色較寬的垂直波瓣產生的覆蓋死區范圍長度為OX，小于蘭色較窄的垂直波瓣死區范圍長度為OX。在天線選型時，為了保證對服務區的良好覆蓋，減少死區，在同等增益條件下，所選天線垂直波瓣3dB寬度應盡量寬些。 天線下傾方式的選取 為了加強對基站近區的覆蓋盡可能減少死區，同時盡量減少對其它相鄰基站的干擾，天線應避免過高架設，同時應采用下傾的方式。圖八中，黃色低架天線和綠色下傾天線產生的死區范圍OX和OX，均小于圖中蘭色高架無下傾天線的死區范圍OX。圖八：基站天線下傾對比示意天線下傾有多種方式：機械下傾、固定電調下傾、可調電調下傾、遙控可調電調下傾。其中機械下傾只是在架設時傾斜天線，它的價格也較便宜，多用于角度小于10的下傾，當再進一步加大天線下傾的角度時，覆蓋正前方出現明顯凹坑，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對兩邊基站的干擾加劇，如圖九所示。機械下傾的另一個缺陷是天線后瓣會上翹，對相臨扇區造成干擾，引起近區高層用戶手機掉話。圖九：基站天線下傾方式對比 電調下傾天線雖價格稍貴，但它下傾角度范圍較大（可大于10），天線方向圖無明顯畸變，天線后瓣也將同時下傾，不會造成對近端高樓用戶的干擾。天線下傾方式的選取，可根據客戶和覆蓋的具體要求，選用固定電調下傾、可調電調下傾或遙控可調電調下傾天線。其中小角度的固定電調下傾天線加上開局現場的機械下傾方案在性能和成本上具有優勢，應是下傾的主流方式。而操作人員可以坐在機房中，使用遙控器或手提電腦來隨時更換電調下傾角度的遙控可調電調下傾天線，雖然具有在工程現場應用調整方便快捷易于維護的特點，但其價格也相對可觀。天線前后比的選取 天線的前后比指標與天線反射板的電尺寸有關，較大的電尺寸將提供較好的前后比指標。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優于水平波瓣3dB寬90的天線。室外基站天線前后比一般應大于25dB較好，微蜂窩天線由于尺寸相對較小的原故，天線的前后比指標應適當放寬。天線旁瓣抑制與零點填充特性由于天線一般要架設在鐵塔或樓頂高處來覆蓋服務區，所以對垂直面向上的旁瓣應盡量抑制，尤其是較大的第一副瓣。以減少不必要的能量浪費；同時要加強對垂直面向下旁瓣零點的補償，使這圖十：基站天線有無零點填充效果對比示意一區域的方向圖零深較淺，以改善對基站近區的覆蓋，減少近區覆蓋死區和盲點，圖十是基站天線有無零點填充效果的對比，其中橫坐標為離開基站的距離，縱坐標為地面信號強度值。天線零點填充值=（垂直第一下零點幅值/最大輻射方向幅值）% =20log(垂直第一下零點幅值/最大輻射方向幅值)dB圖十一：基站天線零點填充方向圖 為確保對服務區的良好覆蓋， 嚴格地說，不具備旁瓣抑制與零點填充特性的天線是不能使用的。最先提出天線零點填充（NULL FILL）技術概念的ANTEL公司認為，5%的零點填充及垂直面方向圖下第一零點大于-26dB是一個最低的要求了。當25%的零點填充及垂直面方向圖下第一零點大于-12dB是一個較好的選擇，兩者方向圖的對比見圖十一。天線功率容量的選取 天線功率容量的選取依據是載頻合路后輸入天線端口的最大射頻發射功率，天線功率容量的選取應在此基礎上放適當余量。所以，一般用于微蜂窩覆蓋的天線功率容量遠小于用于宏蜂窩覆蓋的天線。天線三階互調 多數國外品牌天線的三階互調指標可達到-150dBC243dBm。而一般天線的三階互調指標僅為-130dBC243dBm ，這與天線的設計和連接器的選取有關，由于基站接收信號比發射信號弱得多，所以一旦多路載頻的發射信號交調產物落入接收頻段，基站將無法正常工作。天線端口之間的隔離度當使用多端口天線時，各個端口之間的隔離度應大于30dB。如雙極化天線的兩個不同極化端口，室外雙頻天線的兩個不同頻段端口之間，以及雙頻雙極化天線的四個端口之間，隔離度應大于30dB。2，天線的機械性能參數 除了上述主要電性能參數外，還應關注天線的機械性能參數，如尺寸、重量、天線罩材料、外觀顏色、工作溫度、存儲溫度、風圖十二：掛墻天線載、迎風面積、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霜雨雪惡略氣候條