基站天线选型方法.doc

基 站 天 线 选 型 方 法谢瑞华（中兴通讯上海第二研究所射频开发部）摘要 本文针对基站天线的各项性能参数，阐述了基站天线选型的基本方法和注意事项。一、引言 近年来，在风风火火的移动通讯领域，国内国外天线品牌种类繁多使人目不暇接，而我们的客户中国移动和中国联通对天线的要求也逐渐由浅入深日趋细致，如何在满足覆盖降低成本的前提下，恰当选取天线各类参数，为客户提供良好的服务成为关键。天线的合理选型会给公司带来事半功倍的效果。以下将结合天线的各类电性能和机械性能参数，并总结曾经碰到的客户的各种天线选型要求，阐述基站天线选型的基本方法及其注意事项。二、基站天线的选型方法1、 天线的电性能参数天线工作频段的选取对各类基站而言，所选天线的工作频段应包含客户要求的频段，例如，为GSM900系统（890-960MHz）配置天线，工作频段为890-960MHz、870-960MHz、807-960 MHz和890-1880 MHz的双频天线均为可选。从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。但考虑到今后基站的扩容需要，宽频带天线也很受客户欢迎。如可工作于GSM900和GSM1800频带的890-1880 MHz的双频天线。它的价格较普通天线贵些。天线辐射方向图的选取基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两大类，分别被称为全向天线和定向天线。如图一所示，图中左边所示分别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图；图中右边所示分别为定向天线的水平截面图和立体辐射方向图。全向天线在同一水平面内各方向的辐射强度理论上是相等的，它适用于全向小区；图中红色所示为定向天线罩中的金属反射板，它的存在使天线在水平面的辐射具备了方向性，适用于扇形小区的覆盖。图一：基站天线及其空间辐射方向图天线极化方式的选取基站天线多采用线极化方式，如图二。其中单极化天线多采用垂直线极化；双极化天线多采用45双线极化。由于一根双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的（图三），采用双线极化天线,可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，降低成本，减少了天线占地空间。是目前城市地区开局天线的主流。图二：基站天线常用极化方式图三：双极化基站天线示意天线增益的选取 天线增益一般常用dBd和dBi两种单位。dBi用于表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器（其空间辐射方向图如图四中）的参考值；而相对于半波振子（其空间辐射方向图如图四左）的天线增益用dBd表示。两者有一个固定的dB差值（如图四右），即0dBd等于2.15dBi。2.15dB图四：dBi与dBd的不同参考示意图 目前国内外基站天线的增益范围从0dBi到20dBi以上均有应用。用于室内微蜂窝覆盖的天线增益一般选择0-8 dBi，室外基站从全向天线增益9dBi到定向天线增益18dBi应用较多。具体增益值应根据覆盖距离的要求由网络规化结果给出。而增益20dBi左右的相对波束较窄的天线多用于地广人稀的高速公路的覆盖。天线水平波瓣3dB宽度的选取全向天线的水平波瓣宽度均为360（图五中右），而定向天线的常见水平波瓣3dB宽度有20、30、65、90、105、120、180多种（图五中左）。图四：基站天线水平波瓣3dB宽度示意图其中20、30的品种一般增益较高，多用于狭长地带或高速公路的覆盖；65品种多用于密集城市地区典型基站三扇区配置的覆盖，90品种多用于城镇郊区地区典型基站三扇区配置的覆盖，105图六：基站天线三扇区覆盖示意品种多用于地广人稀地区典型基站三扇区配置的覆盖，如图六所示。120、180品种多用于角度极宽的特殊形状扇区的覆盖。天线垂直波瓣3dB宽度的选取图七：基站天线垂直波瓣3dB宽度的选取示意 天线的垂直波瓣3dB宽度与天线的增益、水平3dB宽度密不可分。基站天线的垂直波瓣3dB宽度多在10左右。一般来说，在采用同类的天线设计技术条件下，增益相同的天线中，水平波瓣越宽，垂直波瓣3dB越窄。一般，天线的垂直尺寸越长，增益越高，它的垂直波瓣3dB宽度将越窄。较窄的垂直波瓣3dB宽度将会产生较多的覆盖死区，如图七所示，同样挂高的二副无下倾天线中，红色较宽的垂直波瓣产生的覆盖死区范围长度为OX，小于兰色较窄的垂直波瓣死区范围长度为OX。在天线选型时，为了保证对服务区的良好覆盖，减少死区，在同等增益条件下，所选天线垂直波瓣3dB宽度应尽量宽些。 天线下倾方式的选取 为了加强对基站近区的覆盖尽可能减少死区，同时尽量减少对其它相邻基站的干扰，天线应避免过高架设，同时应采用下倾的方式。图八中，黄色低架天线和绿色下倾天线产生的死区范围OX和OX，均小于图中兰色高架无下倾天线的死区范围OX。图八：基站天线下倾对比示意天线下倾有多种方式：机械下倾、固定电调下倾、可调电调下倾、遥控可调电调下倾。其中机械下倾只是在架设时倾斜天线，它的价格也较便宜，多用于角度小于10的下倾，当再进一步加大天线下倾的角度时，覆盖正前方出现明显凹坑，两边也被压扁，天线方向图畸变，引起天线正前方覆盖不足同时对两边基站的干扰加剧，如图九所示。机械下倾的另一个缺陷是天线后瓣会上翘，对相临扇区造成干扰，引起近区高层用户手机掉话。图九：基站天线下倾方式对比 电调下倾天线虽价格稍贵，但它下倾角度范围较大（可大于10），天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾，不会造成对近端高楼用户的干扰。天线下倾方式的选取，可根据客户和覆盖的具体要求，选用固定电调下倾、可调电调下倾或遥控可调电调下倾天线。其中小角度的固定电调下倾天线加上开局现场的机械下倾方案在性能和成本上具有优势，应是下倾的主流方式。而操作人员可以坐在机房中，使用遥控器或手提电脑来随时更换电调下倾角度的遥控可调电调下倾天线，虽然具有在工程现场应用调整方便快捷易于维护的特点，但其价格也相对可观。天线前后比的选取 天线的前后比指标与天线反射板的电尺寸有关，较大的电尺寸将提供较好的前后比指标。如水平波瓣3dB宽65的天线水平尺寸大于水平波瓣3dB宽90的天线，所以，水平波瓣3dB宽65的天线前后比一般会优于水平波瓣3dB宽90的天线。室外基站天线前后比一般应大于25dB较好，微蜂窝天线由于尺寸相对较小的原故，天线的前后比指标应适当放宽。天线旁瓣抑制与零点填充特性由于天线一般要架设在铁塔或楼顶高处来覆盖服务区，所以对垂直面向上的旁瓣应尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。以减少不必要的能量浪费；同时要加强对垂直面向下旁瓣零点的补偿，使这图十：基站天线有无零点填充效果对比示意一区域的方向图零深较浅，以改善对基站近区的覆盖，减少近区覆盖死区和盲点，图十是基站天线有无零点填充效果的对比，其中横坐标为离开基站的距离，纵坐标为地面信号强度值。天线零点填充值=（垂直第一下零点幅值/最大辐射方向幅值）% =20log(垂直第一下零点幅值/最大辐射方向幅值)dB图十一：基站天线零点填充方向图 为确保对服务区的良好覆盖， 严格地说，不具备旁瓣抑制与零点填充特性的天线是不能使用的。最先提出天线零点填充（NULL FILL）技术概念的ANTEL公司认为，5%的零点填充及垂直面方向图下第一零点大于-26dB是一个最低的要求了。当25%的零点填充及垂直面方向图下第一零点大于-12dB是一个较好的选择，两者方向图的对比见图十一。天线功率容量的选取 天线功率容量的选取依据是载频合路后输入天线端口的最大射频发射功率，天线功率容量的选取应在此基础上放适当余量。所以，一般用于微蜂窝覆盖的天线功率容量远小于用于宏蜂窝覆盖的天线。天线三阶互调 多数国外品牌天线的三阶互调指标可达到-150dBC243dBm。而一般天线的三阶互调指标仅为-130dBC243dBm ，这与天线的设计和连接器的选取有关，由于基站接收信号比发射信号弱得多，所以一旦多路载频的发射信号交调产物落入接收频段，基站将无法正常工作。天线端口之间的隔离度当使用多端口天线时，各个端口之间的隔离度应大于30dB。如双极化天线的两个不同极化端口，室外双频天线的两个不同频段端口之间，以及双频双极化天线的四个端口之间，隔离度应大于30dB。2，天线的机械性能参数 除了上述主要电性能参数外，还应关注天线的机械性能参数，如尺寸、重量、天线罩材料、外观颜色、工作温度、存储温度、风图十二：挂墙天线载、迎风面积、接头型式、包装尺寸、天线抱杆、安装和下倾辅件、防雷等，力求天线工程安装的快捷方便和在室外风霜雨雪恶略气候条