基站建設(shè)及基站天線的設(shè)計(jì)與分析

摘 要：移動(dòng)基站建設(shè)是為人們提供良好通信基礎(chǔ)的重要途徑，在移動(dòng)基站建設(shè)過(guò)程中必須要選擇合適的位置，提高基站的維修和運(yùn)行成本，同時(shí)提高運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性。文章對(duì)通信基站建設(shè)以及基站的天線分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在提高基站的工作效率。

關(guān)鍵詞：基站建設(shè)；天線設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性；安全性

隨著我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷加速，通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面越來(lái)越廣，基站是通信網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，基站建設(shè)是通信無(wú)線接入系統(tǒng)的重要組成部分，其發(fā)展受到很多因素的影響，隨著通信覆蓋面逐漸擴(kuò)大，基站的建設(shè)也越來(lái)越密集，基站布局十分緊湊，隨著4G時(shí)代的不斷發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的基站會(huì)越來(lái)越多，為了提高基站運(yùn)行的穩(wěn)定性，在基站建設(shè)過(guò)程中必須采用一體化結(jié)構(gòu)，使基站建設(shè)更加快捷、方便，而且能夠提高通信質(zhì)量。在基站建設(shè)過(guò)程中要對(duì)天線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，天線是接受各種信號(hào)的重要元件，雙層結(jié)構(gòu)寬頻帶對(duì)稱陣子天線在基站建設(shè)過(guò)程中是一種比較新穎的天線設(shè)計(jì)方式，可以通過(guò)對(duì)天線結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對(duì)貼片的形狀以及尺寸進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原有天線性能的優(yōu)化。

1 基站的構(gòu)成

基站是通信網(wǎng)絡(luò)中的主要部分，主要負(fù)責(zé)信號(hào)的接收和發(fā)送，從而達(dá)到通信的目的。隨著人們的通信要求越來(lái)越高、通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展越來(lái)越深入，基站建設(shè)越來(lái)越密集，基站的基本結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)部分。

1.1 方艙艙體

艙體是基站的重要組成部分，由方艙主體和其他附件構(gòu)成，在方艙內(nèi)部要綜合考慮基站系統(tǒng)所有設(shè)備的布置與安裝、運(yùn)行和維護(hù)管理。基站方艙的艙體一般都采用耐腐蝕、抗氧化的材料，這些材料不會(huì)產(chǎn)生灰塵，而且板材一般都采用鋼結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，所有外露的鋼構(gòu)件都可以通過(guò)熱浸鍍鋅處理?；痉脚摰呐擉w承重不小于1 200 kg/m2。方艙中的附件主要有防靜電底板、室內(nèi)走線架、PVC走線槽、接地排、接地線和滅火器等，其目的是為了提高各種電子設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，使得電子設(shè)備可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 動(dòng)力及環(huán)境控制箱

這部分主要包括3個(gè)部分，分別是交流配電單元、溫度控制單元、環(huán)境及動(dòng)力監(jiān)控單元，其中交流配電單元主要提供電流，可以連接兩路交流輸入，并且實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的自動(dòng)切換。溫度控制單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)基站溫度的控制，一共包括4個(gè)部分，分別是空調(diào)器、加熱器、溫度控制器和智能通風(fēng)系統(tǒng)，通常來(lái)講，艙體中會(huì)配備一套通風(fēng)系統(tǒng)和兩臺(tái)空調(diào)，在通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足溫度要求的時(shí)候通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行工作；如果不能滿足要求，則會(huì)啟動(dòng)空調(diào)，兩臺(tái)空調(diào)會(huì)按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行輪換工作；如果一臺(tái)空調(diào)的工作不能滿足艙體的溫度要求，則會(huì)將兩臺(tái)空調(diào)一起啟動(dòng)，確保艙體內(nèi)的溫度滿足要求。在溫度控制單元中還設(shè)置了傳感器，主要對(duì)艙體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)感應(yīng)艙體內(nèi)溫度的變化，一旦出現(xiàn)溫度變化，則能及時(shí)響應(yīng)，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)控制系統(tǒng)的報(bào)警信息對(duì)艙體進(jìn)行查看。

1.3 防護(hù)圍欄

由于基站是特殊的技術(shù)設(shè)備，建設(shè)在野外，很容易被破壞，為了對(duì)基站進(jìn)行保護(hù)，必須要加強(qiáng)防護(hù)圍欄的設(shè)計(jì)，防護(hù)圍欄主要是防止外來(lái)人員非正常進(jìn)入，一般采用專業(yè)的鋼材壓而成，具有防盜功能，對(duì)于鋼材還要進(jìn)行防腐處理，防止在戶外風(fēng)吹日曬造成腐蝕。

2 一體化結(jié)構(gòu)基站設(shè)計(jì)

2.1 一體化結(jié)構(gòu)基站的主要指標(biāo)

由于基站數(shù)量越來(lái)越多，為了便于管理，在未來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要采用一體化結(jié)構(gòu)基站設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基站的科學(xué)管理。一體化結(jié)構(gòu)基站是多個(gè)基站的融合，其工作溫度要求一般在﹣40～55 ℃，存儲(chǔ)溫度控制在﹣40～70 ℃之間，相對(duì)濕度控制在15%～100%。基站艙體頂部的承重不小于250 kg/m2，抗震性要能達(dá)到抗7級(jí)以下地震，為了防火，對(duì)基站的面板和芯材進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要選擇具有自熄、阻燃特性，并且離開(kāi)火焰30秒之內(nèi)可以自熄的材料。為了便于建設(shè)，基站結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸方式要靈活，可以采用整裝和分裝的方式，操作要簡(jiǎn)單易完成，能夠在各種場(chǎng)所中安放。

2.2 基站天線的作用和系統(tǒng)要求

在一體化結(jié)構(gòu)基站的設(shè)計(jì)過(guò)程中，基站天線是一個(gè)十分重要的部分，天線主要是用于基站和服務(wù)區(qū)域內(nèi)的各種移動(dòng)站之間的通信，建立一個(gè)完整的通信通道，因?yàn)樵谝苿?dòng)用戶和固定電話用戶之間進(jìn)行通信的時(shí)候，單純地依靠移動(dòng)站是無(wú)法完成整個(gè)通信過(guò)程的，必須要有基站收發(fā)信機(jī)、基站控制器、移動(dòng)交換中心等加以配合才可以完成整個(gè)通信過(guò)程。在移動(dòng)站和基站之間進(jìn)行通信也必須要借助基站天線，由此可見(jiàn)，天線在基站建設(shè)過(guò)程中具有十分重要的地位，是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件。由于基站體現(xiàn)工作環(huán)境比較復(fù)雜，因此在對(duì)天線進(jìn)行設(shè)計(jì)誒的時(shí)候必須要滿足相應(yīng)的指標(biāo)和要求，如圖1所示。

在現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，天線的要求很高，這也對(duì)天線設(shè)計(jì)人員提出了十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，基站天線要朝著小型化、高效傳輸、穩(wěn)定性強(qiáng)等多方面發(fā)展，因此要研制一些小型化、重量低、低剖面且易于安裝的天線，而且基站天線要能滿足電性能指標(biāo)，尤其是帶寬指標(biāo)。同時(shí)，基站的天線還應(yīng)該要具有一定的系統(tǒng)功能，例如具有分集接收能力，能夠降低多路徑時(shí)出現(xiàn)的衰落情況。

3 基站天線設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

在基站天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要根據(jù)基站的規(guī)模、基站的信道通信數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常來(lái)講，對(duì)于一個(gè)常規(guī)實(shí)用型基站而言，其天線由線陣或面陣天線與反射板組成，采用均勻激勵(lì)方式進(jìn)行布設(shè)。在基站天線設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

3.1 基站天線單元的研制

基站天線研制是基站天線布設(shè)的基礎(chǔ)，只有設(shè)計(jì)出滿足要求的天線，才能提高基站的工作效率。為了滿足現(xiàn)代基站的多頻帶、多極化要求，在天線設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了減少天線之間的干擾，一般會(huì)盡可能減少天線的數(shù)量，在這種背景下，寬帶雙頻印刷偶極子被選作基站天線的單元，常見(jiàn)的有寬帶結(jié)構(gòu)單元和雙頻結(jié)構(gòu)單元兩種基本結(jié)構(gòu)，如圖2—3所示。

3.2 反射板的設(shè)計(jì)

在對(duì)基站天線進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，水平方向上的輻射方向圖要根據(jù)基站覆蓋的區(qū)域以及服務(wù)區(qū)的形狀來(lái)確定，一般基站都采用扇區(qū)配置，所以在水平方向上設(shè)計(jì)的時(shí)候，具有65°，90°和105°的3 dB波瓣寬度。反射板通常采用角形反射器或矩形平板結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)扇形波束。

3.3 基站天線的快速精確分析

基站的天線是與常見(jiàn)的其他線路不同，天線反射板的尺寸有限，結(jié)構(gòu)也可能比較復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)天線的時(shí)候要對(duì)整個(gè)基站的天線系統(tǒng)進(jìn)行全面考慮，對(duì)所有的天線進(jìn)行建模，提高基站天線設(shè)計(jì)的合理性。在天線建模的時(shí)候要考慮到各個(gè)單元間的相互影響以及單元之間的耦合，天線的反射板尺寸在10個(gè)波長(zhǎng)左右，所有對(duì)天線的賦形波束進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候具有一定的困難?？梢圆捎镁亓糠▽?duì)一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而且尺寸較大的天線進(jìn)行精確分析，從而在節(jié)約費(fèi)用的情況下，合理地對(duì)基站的天線進(jìn)行架設(shè)，使得基站天線滿足基站通信要求。

另外，由于人們對(duì)通信系統(tǒng)的要求，是希望在自己所處的區(qū)域范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送信號(hào)的通暢性，因此在天線設(shè)計(jì)的時(shí)候就必須要考慮到天線在基站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的均勻覆蓋，能夠給區(qū)域內(nèi)的群眾提供均等的、穩(wěn)定的通信服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)越來(lái)越完善，基站作為通信網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要組成部分，具有十分重要的作用，在基站建設(shè)過(guò)程中要對(duì)基站位置進(jìn)行合理選擇，并且要對(duì)基站的天線進(jìn)行統(tǒng)一布設(shè)，提高天線結(jié)構(gòu)的合理性，確保能覆蓋基站的所有服務(wù)區(qū)域。

作者簡(jiǎn)介：徐圣堅(jiān)（1982— ），男，廣東珠海，工程師；研究方向：通信工程。