1、無線組網(wǎng)中天線的選型及應(yīng)用關(guān)鍵詞：天線參數(shù)、無線組網(wǎng)、無線覆蓋、不同地形、天線架設(shè) 、天線下傾。 一、天線參數(shù)在無線組網(wǎng)中的作用 天線是完成將傳輸線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)化成空間自由電磁波，或?qū)⒖臻g中的自由電磁波能量轉(zhuǎn)化成傳輸線中的高頻電磁能的專門設(shè)備，因此沒有一個(gè)好的天線就不會有好的無線網(wǎng)絡(luò)，沒有天線的良好工作狀態(tài)也同樣不會有好的網(wǎng)絡(luò)性能。 天線有許多參數(shù)決定著無線網(wǎng)絡(luò)的性能，由于篇幅限制我們這里僅從與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化最密切的覆蓋問題作一簡要介紹。 1、天線的方向圖 無線覆蓋主要由天線的方向特性來決定，天線的水平波束方向圖決定了覆蓋區(qū)域的面積。 天線的垂直波束寬度及天線增益的參數(shù)決定了覆蓋區(qū)內(nèi)功率強(qiáng)度的分

2、布。2、天線的增益 增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場強(qiáng)的平方之比，即功率之比。3、天線的駐波比 天線駐波比表示天饋線與基站（收發(fā)信機(jī)）匹配程度的指標(biāo)。VSWR 反射功率百分比 增大饋線損耗(dB)（50米饋線加跳線約2.5dB自然損耗） 與完全匹配(VSWR=1)相比減小的輻射功率(dB)減小輻射功率百分比3.025%(1.25dB) 0.9 2.15 40% 2.011%(0.5dB) 0.36 0.86 18% 1.88%(0.36dB) 0.31 0.67 14% 1.54%(0.17dB) 0.19 0.36 8% 1.42.8%(0.1

3、2dB) 0.09 0.21 4.7% 1.31.7%(0.07dB) 0.06 0.13 2.9% 4、通信方程式 PT（dBm）=PR（dBm）+20log4r(m)/min(m) - GT(dB)-GR(dB)+LC(dB)+LO(dB) 式中： LC 是基礎(chǔ)發(fā)射天線的饋線損耗 LO是傳播途中的電波損耗 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，LO應(yīng)留有足夠的余量，一般電波傳播損耗與傳播途中自然條件與地理?xiàng)l件有關(guān)，如經(jīng)過樹木及土木建筑時(shí)有10-15dB損耗，經(jīng)過鋼筋水泥建筑時(shí)約有25-30dB損耗。 對于800MHz、900MHz的CDMA和GSM系統(tǒng)通常認(rèn)為手機(jī)接收門限-104dBm，而實(shí)際接收的信號應(yīng)高出10

4、dB左右，才能保證手機(jī)收到的信號達(dá)到信干比要求，為此我們常要求PR=-70dBm來計(jì)算. 設(shè)基站有如下參數(shù):發(fā)射功率 PT=20W=43dBm PR=-70dBm LC=2.4dB(約60米長的饋線)手機(jī)天線增益 GR=1.5dB工作波長 =33.333Cm=0.333m(fo=900 MHz) 另外，如保持GT=11dBm不變，而是LO減少20dB則R可增加10倍，即R=10000m，但是LO與周圍的自然條件與地理?xiàng)l件密切相關(guān)，在城區(qū)高層建筑多而密集，LO損耗就很大，在郊區(qū)農(nóng)村房屋少而低，LO損耗就很小，這說明即使基站的設(shè)置完全相同由于使用環(huán)境的不同，覆蓋功率的效果千差萬別，從而通信效果也就

5、不盡相同，因此天線在無線組網(wǎng)中的任務(wù)也就顯得十分復(fù)雜，對不同的地形地物，根據(jù)話務(wù)分配情況選擇合適的天線及合理的調(diào)整就是十分重要的。 二、無線覆蓋中對不同地形的幾點(diǎn)考慮： 1、 城市繁華地區(qū) 特點(diǎn)是：人口密集、話務(wù)量高、低速運(yùn)動覆蓋范圍小、基站密集功率小。 主要考慮的問題：有效控制覆蓋范圍，在覆蓋期內(nèi)保證信號電平均勻，防止產(chǎn)生鄰區(qū)及跨區(qū)同頻干擾，基站均為三扇區(qū)制，天線選型一般為水平波束65度或60度。中等增益15dBi天線，采用雙極化實(shí)現(xiàn)分集接收，最好采用連續(xù)可調(diào)電下傾天線。同時(shí)注意高前后比及低上副瓣的要求。 2、  城市郊區(qū) 特點(diǎn)：人口不太密集，但有相當(dāng)話務(wù)量，覆蓋范圍較廣，基站間距

6、較大。 主要考慮問題：以覆蓋為主，同時(shí)考慮減少干擾，特別是城鄉(xiāng)接合部，基站仍以三扇區(qū)型為主。 當(dāng)周邊基站較少時(shí)，可選用水平波束寬度為90度的基站天線，以增強(qiáng)相鄰小區(qū)間的覆蓋場強(qiáng)，特別是在小區(qū)接合部有話務(wù)量要求時(shí)。如周邊基站較密時(shí)，仍選用65度的天線。由于郊區(qū)話務(wù)量小于城區(qū)，覆蓋范圍較城區(qū)大，故可采用高增益17dBi或18dBi的天線。由于定向天線中，高增益天線垂直波束存在零點(diǎn)，如基站附近有話務(wù)量要求時(shí)，可采用賦形天線或內(nèi)置電下傾天線（3 °、5 °、7 °）。對分集接收方式，有條件的可采用垂直單極化天線，也可采用雙極化天線。 3、 農(nóng)村 特點(diǎn)：廣覆蓋、話務(wù)量少、基

7、站間距大、基站功率大。 天線選型建議：采用全向11dBi天線，如果在基站附近有話務(wù)量要求時(shí)，可采用內(nèi)置電下傾（3°、5 °、7 °）的全向天線。 4、在鐵路及公路沿線特點(diǎn)：主要是沿線有覆蓋要求，話務(wù)量少，此時(shí)覆蓋應(yīng)采用帶狀結(jié)構(gòu)，基站采用兩扇區(qū)制較合適。對兩扇區(qū)結(jié)構(gòu)可采用水平波束寬度為65度或90度的高增益18dBi天線，或采用波束更窄，增益更高的天線，如30度21dBi天線和45度20dBi天線等，用單極化空間分集方式。對全向基站，建議采用我公司研制的公路雙向天線，它是由全向天線變形得到的。若鐵路及公路還穿過鎮(zhèn)，則不僅兼顧公路、鐵路覆蓋，還有兼顧村鎮(zhèn)，此時(shí)建議采用

8、三扇區(qū)制和全向站型。  5、兩省交界處的兩個(gè)城市 特點(diǎn)：由于兩省移動公司各有一個(gè)經(jīng)濟(jì)核算，所以在邊界基站的小區(qū)定義方面均有所偏向，出現(xiàn)的問題是一方仍未出省，手機(jī)開始漫游到別省跨距覆蓋，為此嚴(yán)格控制邊界處的覆蓋電平，采用高增益天線，大傾角覆蓋。由于高增益天線信號集中，垂直波瓣寬度窄，容易采用調(diào)解下傾角的方法控制覆蓋范圍，不但可很好的避免越區(qū)至鄰省，而且可增強(qiáng)本省內(nèi)的信號覆蓋，防止本省的邊界用戶產(chǎn)生漫游。另外用在調(diào)整天線的同時(shí)，重新定義切換門限電平及鄰區(qū)定義。三、不同地區(qū)基站天線架設(shè)的建議 在不同的基站架設(shè)的高度主要取決于覆蓋的范圍大小，通常可以有以下意見參考： 城市hb30米 郊區(qū)hb

9、45米 農(nóng)村hb6080米 天線覆蓋的范圍不僅取決于天線架設(shè)的高度，還與它的俯仰角密切相關(guān)。四、天線下傾的作用 1、 天線下傾可以使小區(qū)覆蓋面積變小，控制覆蓋范圍的大小。天線下傾使天線在垂直方向上的增益減小。降低了垂直方向上來的干擾的耦合能力。 2、 天線下傾后，加強(qiáng)了主覆蓋區(qū)內(nèi)信號電平，改善了小區(qū)的信號環(huán)境，增強(qiáng)了抗同頻干擾能力。 3、 天線下傾改善了因垂直波束方向圖中零點(diǎn)形成的“塔下黑”區(qū)域，但是也應(yīng)當(dāng)注意到： (1)    應(yīng)根據(jù)天線的垂直方向圖提供的數(shù)據(jù)具體計(jì)算后進(jìn)行下傾，保證服務(wù)區(qū)的覆蓋范圍，但又不形成覆蓋盲區(qū)； (2)&#

10、160;  天線下傾后，應(yīng)注意上副瓣及尾瓣可能造成的對其他小區(qū)的干擾； (3)     天線機(jī)械下傾角度過大，會引起水平方向區(qū)畸變，使覆蓋范圍不易控制。如下圖所示：無下傾電下傾機(jī)械下傾天線下傾角的計(jì)算：根據(jù)基站高度、基站距離，可由下式計(jì)算天線傾角：= arctg h / r/2式中，天線傾角，h為天線高度，r為站間距離。實(shí)際天線下傾角還應(yīng)扣除垂直波束3dB寬度，在實(shí)際調(diào)整中，波束最大點(diǎn)對準(zhǔn)主要覆蓋區(qū)，根據(jù)主波束寬度決定主要覆蓋區(qū)的寬度及邊緣區(qū)的電平。對話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距300米到500米，計(jì)算得出大約在1019度之間。 對話務(wù)量

11、中密集區(qū)，基站間距大約在500米左右，大約在616度之間。 對低話務(wù)量區(qū)，基站間距更大些，大約在313度之間。 另外，天線周圍不能有明顯的阻擋物。 S40mSS18o當(dāng)S = S時(shí)，手機(jī)天線與主波束夾角正處于天線波束零點(diǎn)，此時(shí)手機(jī)天線處照射功率為0。同樣當(dāng)手機(jī)處于S = S時(shí)，也收不到信號，這就是所謂塔下“黑”現(xiàn)象。五、機(jī)械下傾角和電子下傾角對天線主瓣寬度的影響在2000年末，海天公司對HTDBS096515、HTDTBS096515（6）、HTDTBS096515（9）和可調(diào)電下傾65°15dBi四種天線不同下傾角時(shí)的水平面方向圖進(jìn)行了測量，定量給出了： HTDBS096515，機(jī)

12、械下傾角分別為0°、2°、4°、6°、8°、10°、12°、14°、15°、16°時(shí)的水平面半功率波束寬度、前后比和增益值的相對變化（見表1）。 HTDTBS096515（6）機(jī)械+電下傾的總下傾角分別為0°、2°、4°、6°、8°、10°、12°、14°、16°時(shí)的水平面半功率波束寬度、前后比和增益值的相對變化（見表2） HTDTBS096515（9）機(jī)械+電下傾的總下傾角分別為0°、1

13、6;、3°、5°、7°、9°、11°、13°、15°時(shí)的水平面半功率波束寬度、前后比和增益值的相對變化（見表3） 一種可調(diào)電下傾65°波束15dBi的雙極化板狀天線在電調(diào)下傾角分別為2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°時(shí)的水平面半功率波束寬度、前后比和增益值的相對變化（見表4）將表中的相關(guān)數(shù)據(jù)比較（見表5）不難發(fā)現(xiàn)它們在不同波束傾角下水平面波瓣的變化的差異。并得出如下結(jié)論：在僅靠機(jī)械下傾角調(diào)整天線波束傾角時(shí)，

14、水平面波束寬度會發(fā)生很大畸變，嚴(yán)重時(shí)（下傾16°時(shí)）變化在一倍以上；前后比的惡化可達(dá)16dB以上。因此會對相鄰的和背后的扇形服務(wù)區(qū)造成較嚴(yán)重的干擾。而采用電下傾為6°以上的預(yù)置固定電下傾與機(jī)械下傾組合，或可調(diào)電下傾天線時(shí)，水平面波束寬度的變化很小（8°以內(nèi)），前后比的惡化也比無電下傾的好。因此對相鄰的和背后的扇形服務(wù)區(qū)的影響也要小。六、天線的應(yīng)用 在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于我國移動通信天線主要依靠主設(shè)備打包進(jìn)口，因此品種單一，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和規(guī)劃沒有按照不同地形地貌情況進(jìn)行天線的合理選型。但是隨著我國國產(chǎn)移動通信天線業(yè)的崛起，天線的品種已由原來的單一型向多樣化發(fā)展，國內(nèi)天線業(yè)的龍頭企業(yè)西安海天天線已針對我國移動通信的需求研制出數(shù)百中不同型號的天線，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化開拓了新的思路。 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中天線的選用應(yīng)根據(jù)地形地貌、用戶分布、基站分布、覆蓋距離等不同情況進(jìn)行靈活選擇。天線的選用并不是增益越高越好或波瓣約寬約好，天線的增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度三個(gè)量之間是相互制約的，一個(gè)量的增大必然是以另一個(gè)或兩個(gè)量值的犧牲為代價(jià)的，因此選擇天線時(shí)應(yīng)考慮這三個(gè)量值的合理搭配。 以GSM900M網(wǎng)絡(luò)中常用的-3dB水平波瓣寬度為65度的天線為利，當(dāng)水平波瓣寬度保持不變時(shí)，天線增