關(guān)于一體化美化基站天線和加罩美化天線性能對比探究

張國興

（中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，廣州 510310）

1 美化天線的背景

移動(dòng)通信為人們的發(fā)展提供了非常便利的溝通，成了日常生活的必須品，而基站作為移動(dòng)通信的基礎(chǔ)載體存在。隨著通信用戶數(shù)量的增加和公眾對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求不斷提升，要求更高的通信網(wǎng)絡(luò)，基站數(shù)量也隨著不斷的增加。在城市化進(jìn)程的推進(jìn)過程中環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)、生態(tài)化城市、綠色城市等理念的提出和推進(jìn)，讓原本傳統(tǒng)的鐵塔和樓頂?shù)幕就饴都茉O(shè)方式影響視覺環(huán)境[1]?；久芏燃哟螅用駞^(qū)覆蓋更加深入，盡管基站各輻射指標(biāo)均在安全范圍內(nèi)，但居民對輻射的擔(dān)心甚至極大的抵制心理仍是基站建設(shè)難的第一因素。綜上移動(dòng)通信基站在城市化發(fā)展中遭遇了前所未有的尋址難、建設(shè)難、維持難等問題。

為了解決上述問題，基站美化天線成為了比較理想的解決方案，即將基站天線偽裝。將基站天線包裝成具有一定形狀且電磁輻射影響較小的密閉殼體內(nèi)，經(jīng)過美化和修飾使天線的外部形態(tài)和周圍環(huán)境融為一體，實(shí)現(xiàn)隱藏的目的。

2 傳統(tǒng)天線加外罩與一體化美化天線性能對比

圖1 不同天線結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1（a）是傳統(tǒng)的基站天線，圖1（b）是方柱形美化外罩，傳統(tǒng)的天線美化即在常規(guī)GSM或者TD基站天線外增加美化外罩的方式，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本耗費(fèi)小、但網(wǎng)絡(luò)維護(hù)不方便，在工程施工過程中也無法監(jiān)控加罩美化天線各指標(biāo)的影響。為解決傳統(tǒng)加外罩美化方式的弊端，提出了現(xiàn)在主流的一體化美化天線，如圖1（c）所示。一體化美化天線是指本身外觀具有特殊隱蔽作用的基站天線，包括常規(guī)天線所必備的振子、反射器等器件，天線與外罩一體化設(shè)計(jì)，安裝方便快捷，對輻射損耗也少，卻設(shè)計(jì)較復(fù)雜。

傳統(tǒng)美化和一體化美化方式，都因改變天線外殼，必然對基站天線的性能產(chǎn)生一定的影響。本文通過對比普通天線、傳統(tǒng)加罩美化天線以及一體化美化天線的電性能變化，來探究兩種美化方式性能的影響。實(shí)驗(yàn)中測試天線選擇在0°電下傾狀態(tài)下進(jìn)行（連續(xù)電調(diào)天線在0°電下傾狀態(tài)的值為典型狀態(tài)值），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致即相同頻段、增益及水平垂直波瓣角的普通板狀天線、一體化美化天線各一副，并準(zhǔn)備一個(gè)可以裝下該板狀天線的玻璃鋼美化外罩，分別測試普通天線、一體化美化天線及普通天線加美化外罩的電性能參數(shù)的比較，從而分析兩者的差異優(yōu)劣性。

本文主要針對電性能參數(shù)中的輻射項(xiàng)目做定向分析，項(xiàng)目包括增益、水平面及垂直面半功率波束寬度、前后比、軸向交叉極化比、上旁瓣抑制。工作頻段低頻為806MHz～960MHz，高頻為1710MHz～2690MHz。

2.1 對天線增益的影響

因?yàn)樘炀€結(jié)構(gòu)具有對稱性，所以所有檢測項(xiàng)目均只提供端口1的測試數(shù)據(jù)。電磁波在穿透美化外罩時(shí)，產(chǎn)生一定的吸收損耗，導(dǎo)致天線增益下降。圖2中兩種美化方式在低頻段對電磁波的吸收都很小，分別在0.44dBi和0.35 dBi，幾乎可以忽略；在高頻段的某些頻點(diǎn)吸收損耗分別在1.02dBi和0.45dBi。根據(jù)理論計(jì)算得到，增益降低0.2dBi時(shí)，覆蓋范圍縮小4%；增益降低0.5dBi時(shí)，覆蓋范圍縮小12%；增益降低1dBi時(shí)，覆蓋范圍縮小25%。因此，在頻率較高時(shí)，加罩比一體化的美化方式對信號(hào)覆蓋范圍的影響較大。

圖2 增益變化對比

2.2 對天線垂直面的影響

因?yàn)樘炀€的美化方式均建立在傳統(tǒng)天線基礎(chǔ)上，所以美化之后的天線在垂直面半功率波束寬度上應(yīng)基本保持不變。從圖3知，加罩美化與一體化美化天線的垂直面半功率波束寬度在低頻分別降低了0.64°和0.45°，高頻段最大波動(dòng)在0.22°和0.27°達(dá)到幾乎重合，滿足天線的基本要求。

圖3 垂直面半功率波束寬度對比

基站天線在工作中通常會(huì)有下傾角（機(jī)械或電動(dòng)），天線的第一上旁瓣處于水平位置或高于水平位置，因此容易接收到鄰區(qū)主瓣直接或間接照射過來的信號(hào)，造成鄰區(qū)干擾。圖4中第一上旁瓣抑制在低頻段外罩美化波動(dòng)稍大一些，但抑制效果更佳；高頻段一體化美化波動(dòng)稍大一點(diǎn)，不過波動(dòng)幅度都很小。由此可見在30度扇區(qū)內(nèi)的上旁瓣抑制在不同美化方式作用下高低頻影響程度稍微不一樣。

圖4 第一上旁瓣抑制

圖5 水平面半功率波束寬度對比

2.3 對天線水平面的影響

水平面的測試項(xiàng)目包括半功率波束寬度、前后比、交叉極化比。從圖5、圖6中可知，不同的天線美化方式對天線水平面半功率波束寬度、軸向交叉極化比性能影響較大，呈現(xiàn)較大的波動(dòng)，低頻和高頻的影響幾乎在水平面的波束寬度、交叉極化比上具有相同的趨勢。

天線的前后比用來考慮天線對背向扇區(qū)的影響。給天線加上美化外罩之后，信號(hào)會(huì)在外罩內(nèi)產(chǎn)生多次反射，降低天線前后比。在圖7 中加罩美化方式極大的使前后比惡化，低頻段前后比不足24dB，高頻段前后比不足21dB，與傳統(tǒng)天線的參數(shù)相差極大；一體化的美化方式在高頻段有加大的波動(dòng)，但是其值均在傳統(tǒng)天線前后比周圍變化，相差也很小。

3 結(jié)論

圖6 軸向交叉極化比

圖7 前后比

本文通過分析傳統(tǒng)天線、加罩美化天線以及一體化美化天線從增益、垂直面、水平面測試，探究了傳統(tǒng)天線在進(jìn)行加罩美化、一體化美化后對天線性能指標(biāo)的影響，從中我們可以看出一體化美化天線相比加罩美化天線能夠避免指標(biāo)的劇烈波動(dòng)、較大損耗以及輻射方向圖的畸變，有效的實(shí)現(xiàn)天線性能。并且在實(shí)際的施工過程中，加罩美化天線安裝過程繁瑣、施工難度大，相比之下，一體化美化天線具有體積小、重量輕、安裝要求低等特點(diǎn)，在建網(wǎng)的過程中更加靈活，因此得到了廣泛的應(yīng)用。