移動(dòng)通信基站天線的設(shè)計(jì)與研究

賀沙

摘 ?要：人們對(duì)通訊需求日益提高的同時(shí)亦對(duì)密布城市的移動(dòng)通信基站產(chǎn)生的電磁輻射惴惴小安，移動(dòng)通信基站天線的設(shè)置更是直接影響著周?chē)沫h(huán)境敏感目標(biāo)。闡述移動(dòng)通信基站驗(yàn)收監(jiān)測(cè)中遇到的天線架設(shè)的問(wèn)題，以便運(yùn)營(yíng)商在基站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)選址、建設(shè)中規(guī)避此類(lèi)問(wèn)題，在源頭上將基站的電磁輻射控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信基站;參數(shù)管理;數(shù)據(jù)庫(kù);分片;備份與恢復(fù)

引言

近幾年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，導(dǎo)致通信產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生變化，傳統(tǒng)語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)收入也隨之下降。其主要原因是業(yè)務(wù)市場(chǎng)飽和以及來(lái)自新的市場(chǎng)進(jìn)入者的競(jìng)爭(zhēng)，尤其是OTT業(yè)務(wù)（COver The Top，基于開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)的各種視頻及數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)）對(duì)語(yǔ)音、短信業(yè)務(wù)的沖擊。此外，隨著更多智能終端的使用，可供用戶(hù)選擇的新業(yè)務(wù)、應(yīng)用數(shù)目增長(zhǎng)，催生了數(shù)據(jù)流量消耗的增加。這要求未來(lái)的天線具有更高的頻帶利用率和頻譜效率。

一、基站天線

對(duì)通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等所有依靠電磁波傳遞信息的無(wú)線電技術(shù)設(shè)備而言，天線是必不可少的重要組成部分。根據(jù)IEEE有關(guān)天線術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)定義C IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas），天線是“That part of atransmitting or receiving system that is designed to radiate or to receive electromagneticwaves"，即天線是發(fā)射或接收系統(tǒng)中用于輻射或接收電磁波的組件。發(fā)射機(jī)末級(jí)回路的高頻電流經(jīng)饋線輸送到發(fā)射天線，發(fā)射天線將饋入的高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波，朝規(guī)定的方向發(fā)射出去;相對(duì)應(yīng)的，接收天線接收來(lái)自一定方向電磁波并將其轉(zhuǎn)換為高頻電流，經(jīng)饋線輸向接收機(jī)的輸入端口。一般而言，天線可被視為一個(gè)無(wú)源線性互易器件，即一副天線既可以用作接收也可用作發(fā)射，并且，天線的基本特性參量在用作接收和發(fā)射時(shí)保持不變。

天線種類(lèi)繁多，不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)著不同分類(lèi)。按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線兩大類(lèi);按用途可分為雷達(dá)天線、通信天線、導(dǎo)航天線等。但這兩種分類(lèi)方法存在著模糊性。例如，同一副天線可以在不同時(shí)刻分別用作接收和發(fā)射天線或者借助雙工器做到同時(shí)收發(fā)。按用途分類(lèi)也存在類(lèi)似問(wèn)題，比如，用于我國(guó)自行研制的全球定位系統(tǒng)“北斗”上的天線即可用來(lái)定位導(dǎo)航，也可用來(lái)字符通信。還可以按波長(zhǎng)來(lái)分類(lèi)天線，即將各種形式的天線按照其工作波長(zhǎng)劃分為長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線等等。這樣的分類(lèi)方法基本符合天線有長(zhǎng)波到短波再到微波的發(fā)展歷程，但仍然存在不足之處：對(duì)于絕大部分天線形式，只需對(duì)天線的物理尺寸加以調(diào)整便可以工作在不同的頻段。如半波偶極天線，通過(guò)調(diào)整其物理尺寸可以工作在短波、超短波、微波乃至毫米波頻段。當(dāng)然，在不同的頻段，半波偶極天線的實(shí)現(xiàn)方式、加工工藝等會(huì)大不相同，但從天線原理的角度來(lái)看，它們都屬于半波偶極天線的范疇。

目前絕大部分天線教材都是按照天線原理的不同來(lái)對(duì)天線進(jìn)行分類(lèi)，即把天線劃分為線天線和口徑天線（面天線）兩大類(lèi)。顧名思義，線天線是由導(dǎo)線制成的，導(dǎo)線的長(zhǎng)度比橫截面直徑大得多，多被用在長(zhǎng)、中、短波頻段。口徑天線則一般由整塊金屬板或?qū)Ь€柵格組成其天線口面，口面面積遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的平方，常用在微波波段。超短波天線通常是介于這兩種天線形式之間的過(guò)渡形式。

二、移動(dòng)通信基站電磁輻射的特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)

移動(dòng)通信基站正常運(yùn)行時(shí)，天線向周?chē)h(huán)境發(fā)射一定頻率范圍的電磁波，導(dǎo)致周?chē)h(huán)境（主要集中在天線主射方向）電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)增高。電波繞射能力差，傳播主要依靠自射、反射、折射和穿透，山電磁波的傳輸特性可知，天線發(fā)射的電磁波強(qiáng)度將隨距離的增大而減小，基站對(duì)周?chē)姶怒h(huán)境的影響有一定范圍和程度。

根據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014，在30-3000NIHz的頻率范圍內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度公眾照射導(dǎo)出限值12V/m（功率密度為40μW/cm2）。

《電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T 10.3-1996規(guī)定，對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的影響必須限定在《電磁環(huán)境控制限值》限值的若十分之一，通常以功率密度的1/5作為環(huán)境管理目標(biāo)值，通過(guò)換算，單個(gè)移動(dòng)通信基站運(yùn)行對(duì)周?chē)h(huán)境電磁輻射場(chǎng)的管理限值為5.4V/m（功率密度8μW/cm2）。

三、基站天線的需求與挑戰(zhàn)

近幾年來(lái)，第三代移動(dòng)通信正在蓬勃的發(fā)展之中，同時(shí)第二代的移動(dòng)通信占據(jù)著很大的市場(chǎng)，這就造成了不同頻段不同的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)共同處在一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中。面對(duì)口益增加的通信用戶(hù)數(shù)量和對(duì)通訊服務(wù)的高標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營(yíng)商一方面不得不安裝更多的基站系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，另一方面運(yùn)營(yíng)商研究和使用新的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)拓展業(yè)務(wù)。

基站系統(tǒng)對(duì)天線有著特殊的要求，通常有以下幾個(gè)方面：

雙極化：雙極化是一種新型的天線技術(shù)，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)衰落會(huì)對(duì)傳輸效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，一般采用分集技術(shù)來(lái)降低衰落的影響，而且還可以節(jié)省基站天線的數(shù)目，同時(shí)分集技術(shù)中的極化分集是一種容易實(shí)現(xiàn)的方法，常采用的是±45°雙極化天線，天線同時(shí)工作在收發(fā)雙工的模式上，可以減少干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。

高隔離度：如上面所說(shuō)，由于天線是雙線極化的，必然存在隔離度的問(wèn)題，移動(dòng)通信為了實(shí)現(xiàn)極化分集，要求隔離度高，可以減小不同極化之間的干擾。

寬頻帶：第二代移動(dòng)通信存在2種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，即GSM和CDMA，而第三代移動(dòng)通信則有4種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，即TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000和WIMAX。

四、基站天線美化發(fā)展情況

廣東聯(lián)通在本世紀(jì)初就進(jìn)行了基站天線美化的一些嘗試。當(dāng)時(shí)一些歐洲國(guó)家（德國(guó)、丹麥等）已率先使用美化天線，大多是仿照天線附近的墻柱，做一些美化偽裝體包住天線，取得了較好的視覺(jué)效果。國(guó)內(nèi)一些同行業(yè)廠家早期借鑒了國(guó)外的一些經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)由于室內(nèi)分布及小區(qū)覆蓋對(duì)天線的美化偽裝要求越來(lái)越高，對(duì)此類(lèi)小天線的美化偽裝方式日趨完善，也促進(jìn)了基站美化天線的發(fā)展。

美化天線已得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。初期的基站天線美化，都是在傳統(tǒng)天線外加玻璃鋼罩的方式，所使用的外罩種類(lèi)各異，有模仿房屋建筑部份的，如變色龍、方柱、圓桶、排氣孔、窗戶(hù)等;有模仿屋頂設(shè)施的，如空調(diào)、冷凝塔、水箱、水罐、燈箱、天陽(yáng)能熱水器等;有做成廣告牌、仿真植物、仿燈桿，甚至做成涼亭、圍欄、房屋、假山石等，也取得了較好的美化偽裝效果。外加美化罩天線，能滿(mǎn)足個(gè)性化的需求，同時(shí)水罐、仿燈桿、廣告牌等美化罩的方式，甚至可以滿(mǎn)足15m的掛高。

結(jié)語(yǔ)：

在如今通訊發(fā)達(dá)的年代，人們對(duì)電磁輻射的關(guān)注度提高，對(duì)電磁輻射的危害和和很恐慌，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在移動(dòng)通信基站的規(guī)劃選址、設(shè)計(jì)、規(guī)范建設(shè)上顯得尤為重要，基站對(duì)周?chē)舾斜Ｗo(hù)目標(biāo)所產(chǎn)生的電磁輻射達(dá)標(biāo)的同時(shí)做好正而宣傳，秉承電磁輻射“可介理盡量低”的原則亦有利于環(huán)保主管部門(mén)對(duì)投訴的處理以及后續(xù)基站擴(kuò)容和建設(shè)。

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