天线在移动通信网络中的应用
2012-07-09 16:12 2012年7月9日今日文教A10版 张鹏
□ 张鹏
天线对于移动通信网络来说，起着举足轻重的作用，如果天线的选择不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响到整个移动通信网络的运行质量。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，对移动通信网络的干扰、覆盖率、接通率及全网服务质量有很大影响。
一、天线的几个重要参数
1、天线的输入阻抗
天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
2、天线的极化方式
所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
3、天线的增益
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
4、天线的波瓣宽度
波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值３ｄＢ处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。
二、几种天线的比较及选择
移动网使用电调天线和双极化移动天线已经较为普遍，我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对几种天线进行分析比较。
1、机械天线
所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。
2、电调天线
所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾。电调天线的三阶互调指标为－150dB，较机械天线相差30dB，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。
3、双极化天线
双极化天线是一种新型天线技术，组合了＋４５°和－４５°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用９根天线，每个扇形使用３根天线（空间分集，一发两收），如果使用双极化天线，每个扇形只需要１根天线；同时由于在双极化天线中，±４５°的极化正交性可以保证＋４５°和－４５°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（≥３０ｄＢ），因此双极化天线之间的空间间隔仅需２０－３０ｃｍ；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。
三、天线调整在移动通信系统中的应用
天线是无线信号与基站之间的接口，在整个无线网络中起着很重要的作用。天线的正确安装，天线参数的正确调整（包括天线高度、俯仰角、方位角），对无线网络的信号质量有着很大的影响，能够较为有效的改善系统的掉话率，接通率。阻塞率等运行质量指标，改善无线信号及无线环境。
1、天线的安装
天线安装尽可能地减少天线之间的相互影响，在工程中我们一般用隔离度指标来衡量，通常要求隔离度应至少大于30ｄＢ，为满足该要求，常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法，实践证明，在天线间距相同时，垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。
2、天线参数的调整
（1）天线高度的调整
天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响：一是天线所发直射波所能达到的最远距离；二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。９００ＭＨｚ移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（Ｓ）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：
Ｓ＝２ＲＨ＋ｈ
其中：Ｒ－地球半径，约为6370ｋｍ；
Ｈ－基站天线的中心点高度；
ｈ－手机或测试仪表的天线高度。
由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。
（2）天线俯仰角的调整
天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。
在移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为５００Ｍ左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于５００Ｍ的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。
（3）天线方位角的调整
天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方位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位角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。
（作者单位：中国联通山西分公司网管中心）
