美化罩對(duì)TD-LTE天線的性能影響測(cè)試分析

盛立峰,趙悠然,吳振浙,梅士華( 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司，杭州 300； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，杭州 300）

美化罩對(duì)TD-LTE天線的性能影響測(cè)試分析

盛立峰1,趙悠然2,吳振浙2,梅士華2
(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司，杭州 310012；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，杭州 310012）

摘 要通過(guò)對(duì)不同尺寸的方柱形和圓柱形美化罩進(jìn)行測(cè)試分析，探討美化罩尺寸和形狀對(duì)TD-LTE天線的性能影響，同時(shí)調(diào)整美化罩與天線的相對(duì)位置，研究美化罩的安裝方式對(duì)TD-LTE天線的性能影響。

關(guān)鍵詞美化罩；TD-LTE；天線性能

1　引言

2014年是4G商用元年，截至2014年底，浙江TD-LTE基站建設(shè)數(shù)量已達(dá)到6萬(wàn)。由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)密集度變高，人們對(duì)基站的敏感度愈加提高，城區(qū)中的基站選址建設(shè)日益困難，對(duì)天線進(jìn)行美化罩遮蔽變得尤為重要。

TD-LTE D頻段、F頻段都存在頻段高、繞射能力差、穿透損耗大等特點(diǎn)。在天線外加罩美化，等同于對(duì)天線陣子進(jìn)行了二次阻擋，對(duì)天線的輻射性能產(chǎn)生了影響。市場(chǎng)上常見(jiàn)美化天線分為兩類：普通天線外加美化罩；一體化美化天線。一體化美化天線中天線振子與天線美化外罩一體化設(shè)計(jì)，不需要二次加罩。

此次研究只考慮普通天線加美化罩形式。市場(chǎng)上美化罩大多不是天線廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)，美化罩的形狀、尺寸和安裝的位置都各有不同，目前浙江未對(duì)加美化罩后TD-LTE覆蓋性能進(jìn)行詳細(xì)的研究，也未對(duì)美化罩等要求進(jìn)行過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，因此特提出該課題研究?，F(xiàn)網(wǎng)中應(yīng)用較多的美化罩形狀為方形與圓形兩種，此次研究?jī)H對(duì)方柱及圓柱型美化罩進(jìn)行對(duì)比研究，定量分析美化罩對(duì)天線輻射性能的影響，并給出美化天線在現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用建議。

2　美化罩對(duì)天線性能影響的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

本次研究在實(shí)驗(yàn)室選取一款FAD寬頻天線，分別選用兩個(gè)廠家的美化罩進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)：廠家1的美化罩主要用于對(duì)比相同柱形、不同尺寸的情況下，加美化罩前后天線各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比測(cè)試；廠家2的美化罩主要用于對(duì)比相同尺寸下、不同柱形的情況下，加美化罩前后天線各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比測(cè)試。

2.1對(duì)天線前后比的影響

前后比指主瓣的最大輻射方向的功率通量密度與相反方向附近的最大功率通量密度之比值，即表明了天線對(duì)后瓣抑制的好壞，前后比越大，抑制效果越好。天線加美化罩后，信號(hào)在美化罩內(nèi)發(fā)生反射，導(dǎo)致前后比降

低，影響覆蓋。

首先在不加美化罩的情況下測(cè)試天線廣播波束前后比，然后在保持天線姿態(tài)不變化的條件下，分別給天線加上各種形狀及尺寸的美化罩，再次進(jìn)行測(cè)試。此款測(cè)試天線前后比指標(biāo)要求：“≥28”，加罩前后測(cè)試數(shù)據(jù)皆在合格范圍內(nèi)。由結(jié)果可以看出，F(xiàn)/D頻段在加美化罩后都會(huì)使天線前后比減小，向惡化的趨勢(shì)發(fā)展。此實(shí)驗(yàn)是在暗室中進(jìn)行，條件較理想化，若在實(shí)際工程使用時(shí)，美化罩中有大量金屬支架及抱桿，這會(huì)使天線前后比更加惡化，將影響天線覆蓋。故選擇相對(duì)影響小的美化罩形狀及尺寸，有利于降低美化罩對(duì)天線性能的不良影響。相比之下，在F/D頻段時(shí)，小尺寸、圓柱形美化罩對(duì)天線性能影響較小。

2.2對(duì)天線波瓣寬度的影響

天線垂直波瓣寬度及水平波瓣寬度決定了天線的覆蓋范圍。若加美化罩后波瓣寬度變小，則覆蓋范圍變小，邊緣信號(hào)變?nèi)?，小區(qū)切換時(shí)掉線率升高；若波瓣寬度變寬，則會(huì)對(duì)相鄰小區(qū)造成干擾。

同樣，首先在不加美化罩的情況下測(cè)試天線單元波束垂直波瓣寬度及水平波瓣寬度，然后在保持天線姿態(tài)不變化的條件下，分別給天線加上各種形狀及尺寸的美化罩，再次進(jìn)行測(cè)試。由結(jié)果可以看出，在F/D頻段加美化罩后天線垂直波瓣寬度及水平波瓣寬度都有變小的趨勢(shì)，這將減小覆蓋范圍。若在實(shí)際工程中使用美化罩方式遮蔽天線，建議適當(dāng)減小站間距，而得到良好的覆蓋效果。對(duì)于美化罩選用的角度來(lái)看，建議F/D頻段選用小尺寸、圓柱型美化罩對(duì)原有天線性能影響較小。

2.3對(duì)天線增益的影響

信號(hào)穿透美化罩時(shí)，會(huì)有一定吸收損耗，則降低天線增益，影響覆蓋范圍。此實(shí)驗(yàn)中增益指標(biāo)僅指天線輻射方向上的最大增益，其變化僅該方向的變化，不體現(xiàn)整體增益變化。

仍然采用同樣方式，首先在不加美化罩的情況下測(cè)試天線單元波束增益，然后在保持天線姿態(tài)不變化的條件下，分別給天線加上各種形狀及尺寸的美化罩，再次進(jìn)行測(cè)試。由結(jié)果可以看出，因F/D頻段較高，信號(hào)穿透美化罩時(shí)的穿透損耗更為明顯，頻段越高增益降低越明顯。若在實(shí)際工程中使用美化罩方式遮蔽天線，同樣建議適當(dāng)減小站間距，而得到良好的覆蓋效果。對(duì)于美化罩選用的角度來(lái)看，建議F/D頻段選用小尺寸、圓柱型美化罩對(duì)原有天線性能影響較小。

3　美化罩對(duì)天線性能影響的現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試

為了更直觀對(duì)比加美化罩前后天線性能情況，我們繼續(xù)在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行覆蓋拉遠(yuǎn)測(cè)試。此部分測(cè)試主要針對(duì)單小區(qū)RSRP指標(biāo)的對(duì)比。同樣采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)選取的FAD寬頻天線，美化罩仍然采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中的兩個(gè)廠家的不同柱形、尺寸的美化罩，本部分測(cè)試除了對(duì)比相同柱形、不同尺寸及相同尺寸、不同柱形的兩種情況下，加美化罩前后RSRP指標(biāo)外，還加入了天線與美化罩安裝位置不同的測(cè)試，即通過(guò)不同的安裝方式，使天線與美化罩平行及天線正對(duì)美化罩拐角的兩個(gè)安裝方式。

我們?cè)谀呈羞x擇了1個(gè)測(cè)試點(diǎn)，該測(cè)試小區(qū)所在站點(diǎn)站高31.8 m，周邊地勢(shì)平坦，無(wú)明顯阻擋，可以近似認(rèn)為接近自由空間損耗。測(cè)試時(shí)間選擇在晚上進(jìn)行，同時(shí)在不影響現(xiàn)網(wǎng)的前提下，適當(dāng)關(guān)閉周圍基站，使測(cè)試小區(qū)基本形成孤島覆蓋，周邊無(wú)明顯鄰站信號(hào)覆蓋。為了滿足周邊地形平坦、無(wú)明顯建筑物或山體阻擋的要求，選擇了測(cè)試站點(diǎn)東部區(qū)域，測(cè)試半徑為1.2 km，全程6.2 km，測(cè)試過(guò)程中車輛以30 km/h速度前行，以獲得較均勻的數(shù)據(jù)。

3.1方柱型美化罩不同尺寸測(cè)試分析

與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相類似，首先在不加美化罩的情況下測(cè)試RSRP，然后在保持天線姿態(tài)不變化的條件下，分先后給天線加上不同尺寸的美化罩，天線與美化罩保持平行狀態(tài)，多次進(jìn)行測(cè)試。而且每次路測(cè)的路線完全一致，為了便于對(duì)比，將兩次路測(cè)結(jié)果中相同點(diǎn)RSRP值

進(jìn)行相減，由此可以看出，裸天線的覆蓋效果要好于加美化罩后的覆蓋效果，小尺寸美化罩的覆蓋情況遠(yuǎn)好于大尺寸美化罩的覆蓋情況，對(duì)比大尺寸美化罩的覆蓋指標(biāo)高出56%。天線法向30°范圍內(nèi)小尺寸美化罩覆蓋效果明顯好于大尺寸美化罩。不同尺寸測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同尺寸測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2不同柱形測(cè)試分析

保持天線姿態(tài)不發(fā)生改變的前提下，在天線加上圓柱型直徑700 mm的美化罩，再次與之前測(cè)試保持完全一致的路線進(jìn)行路測(cè)，為了便于對(duì)比，將兩次路測(cè)結(jié)果中相同點(diǎn)RSRP值進(jìn)行相減，由此可以看出，圓柱的覆蓋情況遠(yuǎn)好于方柱的情況， 對(duì)比方柱的覆蓋指標(biāo)高出52%。但離測(cè)試點(diǎn)0.5 km范圍內(nèi)方柱美化罩覆蓋效果要優(yōu)于圓柱美化罩的覆蓋效果。不同形狀測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　不同形狀測(cè)試數(shù)據(jù)

3.3方柱型美化罩不同安裝方式測(cè)試分析

保持天線姿態(tài)不發(fā)生改變的前提下，調(diào)整邊長(zhǎng)為700 mm的方柱型美化罩的安裝方式，使天線正對(duì)美化罩拐角方向，再次進(jìn)行路測(cè)，且路線保持一致，為了便于對(duì)比，將兩次路測(cè)結(jié)果中相同點(diǎn)RSRP值進(jìn)行相減，由此可以看出，天線與美化罩平行時(shí)的覆蓋效果要好于天線正對(duì)美化罩拐角的安裝方式，比天線正對(duì)美化罩拐角的安裝方式覆蓋指標(biāo)高出10%。但天線法向30°范圍內(nèi)天線正對(duì)美化罩拐角安裝方式覆蓋效果要優(yōu)于天線與美化罩平行的安裝方式。不同安裝方式測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

天線正對(duì)美化罩拐角與天線平行于美化罩測(cè)試結(jié)果差值　圖例　范圍　占比x＜-10　1% -10≤x＜-5 9% -5≤x＜-3　12% -3≤x＜-1　21% -1≤x＜0　12% 0≤x＜1　13% 1≤x＜3　16% 3≤x＜5　9% 5≤x＜10　7% 10≤x　0%合計(jì)X≥0　45%

4　結(jié)論及下一步研究方向

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，基本得出相同趨勢(shì)：小尺寸、圓柱型美化罩的覆蓋性能相對(duì)要優(yōu)于其他形態(tài)美化罩，且天線與美化罩平行安裝時(shí)的覆蓋效果要好于天線正對(duì)美化罩拐角的安裝方式。建議實(shí)際工程中，在不影響安裝及后期維護(hù)的前提下盡量選取小尺寸美化罩；配合建筑物整體外形最好設(shè)計(jì)圓柱形的美化罩；對(duì)于方柱型美化罩在設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中，應(yīng)避免天線正對(duì)美化罩拐角位置的安裝情況。

本次研究是從美化罩外形、尺寸、安裝方式三種情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)網(wǎng)覆蓋測(cè)試，但是組網(wǎng)情況下的多個(gè)美化站點(diǎn)同時(shí)使用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響還需要進(jìn)一步的分析。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡洋. 方柱形天線美化外罩對(duì)天線電性能的影響[J]. 移動(dòng)通信， (16).2010.8.P11-14.

Test and analysis of embellishes antenna impact on the performan-ce of TD-LTE antenna

SHENG Li-feng1, ZHAO You-ran2, WU Zhen-zhe2, MEI Shi-Hua2
(1 China Mobile Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310012, China； 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Zhejiang Branch, Hangzhou 310012, China)

AbstractThrough the test analysis of different sizes of square and round embellished antenna,to explore the the size and shape of embellished antenna impact on the performance of TD-LTE antenna, while adjusting the relative position between embellished antenna and antenna, researching the installation of embellishes antenna impact on the performance of TD-LTE antenna.

Keywordsembellished antenna； TD-LTE； antenna

收稿日期：2015-04-22

中圖分類號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2015）11-0060-04