浅谈美化天线助推优质无线网络覆盖

电子工程师 2018-05-03 1094

RF/无线

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一. 引言

随着移动通信应用日益广泛，人们对通信容量和质量提出了更高的要求。移动业务运营商为满足市场需求，提出了诸如全覆盖、无缝覆盖的概念，从而不断加大网络的建设和投入，造成无线基站、天线的数量大增，因此而带来以下问题。

1、市区建筑物顶部天线林立，密集城区显得更是杂乱无章，这严重影响了视觉环境。与各地提出的“生态城市”、“绿色城市”建设相矛盾。如图1。

2、尽管无线网络建设工程中电磁辐射设计满足国家标准，但随着居民绿色环保意识的提高，对天线电磁辐射有着强烈的抵触情绪，为无线网络站点选址、建设带来了极大的困难。

3、城市化的建设，楼层越来越高，常规板状天线单纯依靠加大机械下倾角来应对覆盖，性能较差，无法满足优质网络覆盖要求。

针对以上问题，美化天线应运而生，为优质无线网络覆盖建设提供了应用解决方案。

图1 某城市站点图片

二.“美化天线”概述

所谓“美化天线”，也可称作“伪装天线”，即在满足天线本质功能的前提下，通过各种手段对天线的电性能进行相应优化设计，对外表进行伪装、修饰，对外观进行造型、融合作为设计出发点。从而美化了城市视觉环境，减少了居民对无线电磁环境的抵触，极大方便了站点建设，保证了无线通信网络的质量。

美化天线常采用的三种美化措施：

1、装扮天线。在常规板状天线的外表喷涂与环境相同的颜色，或采用仿真植物、绿叶缠绕天线，远观具有美化效果。此方式成本低，加工周期短。

2、加罩美化天线。为应对业主美化方式多元化要求，在板状天线之外再加装美化外罩，对外罩外形进行灵活设计。此方式操作简单，美化效果较好，但电性能稍差。

3、一体化美化天线。直接将天线设计成特殊外型，改变天线传统的外观，甚至设计成环境中常见的物体外形，以达到美化的目的。此方式美化效果较好，产品选型方便，电气性能稳定，可批量生产，但研发周期较长。一体化设计思路将成为后期行业趋势。

三. 美化天线的环保贡献

城市人口高度密集，话务量大且集中。以沿海城市中的东莞市虎门镇为例，户籍人口12万，而外来人口50万，且相对集中于一些工业园区，据不完全统计，局部人口密度达到3680人/平方公里或更多。话务量极其庞大，为应对通信覆盖，使得必须对原有蜂窝结构进行进一步分裂，增加相应基站数量，进而提高频率复用效率，接入更多用户。最终造成的结果首先是站与站之间的间距大幅缩小，站点密集；其次是天线的布置千差万别，从而形成了基站遍布，大小楼顶天线随处可见的现象。这极大影响了市容市貌。为降低天线对环境的影响，东莞移动采用了一系列晖速公司的美化产品，对一些站点进行改造，对新建站点进行个性化方案设计，既美化了城市环境，又达到了良好的网络覆盖效果。目前美化天线在各城市的广泛应用，已取得了较好的社会反响，各种形式的高仿美化天线已成为城市中亮丽的风景线。例如图2、图3。

图2 虎门白沙工业区站图3 虎门白沙工业区站美化后（排气管外形）

四.二维电调技术应用

生活中，建筑楼层布局复杂，实际环境多样变化，为了满足全覆盖及无缝覆盖，在实际工程应用中，通常要求天线可以水平方向调节及垂直下倾角调节。常规板状电调天线只可实现垂直面波束连续电子可调，水平面波束指向调整单靠人工机械实现，如遇高楼或杆塔为调节带来极大不便，且人工实现机械调整费时费力，调整精度差，波束指向误差直接导致网络覆盖质量下降。对此，晖速公司在美化天线中率先采用二维电调技术，水平及垂直调节结构内置于天线当中，通过RCU手持控制器，或远程网管集中控制，从而轻松实现远程精确调节，为优化网络覆盖提供了极大方便。晖速公司垂直与水平调节结构如图4、图5。

图4 垂直调节结构

图5 水平调节结构

五.大下倾角技术应用

随着城市建设步伐的加快，越来越多的高层建筑为城市增添了现代气息。然而，基站天线往往优先布置于楼顶，在高楼林立的城市中选择合适高度站址具有极大难度，同时也给工程施工、物业协调、天线维护等带来一系列问题，成为网络优化建设的难点。

若天线布局于较高楼层，为满足覆盖，通常需对天线波束进行下倾调节，目前业内使天线波束下倾有三种实现方式：机械下倾角、预置电下倾角以及电调下倾角调节。较大机械下倾角调节容易导致波形畸变，且美化天线为合理控制体积，已不具备机械下倾角调节功能。因此，具备较好性能的电调下倾角调节成为不二选择。一般来说，天线下倾角设置可由以下公式计算：

考虑干扰抑制时的下倾角：α＝actan（H/R）+β/2

其中α为天线的下倾角，H为天线有效高度，β为天线的垂直半功率角。R为该小区主瓣覆盖距离。如图6。

图6 基站覆盖示意图

以GSM900M 15dBi 65°电调天线为例。设天线高度为80m，天线垂直面波束宽度为14°，由以上公式计算可知，如主瓣要覆盖250m左右距离，则电下倾角要达到18°。这与天线架高35m，下倾角设为8°覆盖效果相近。

与此同时针对大下倾角时远旁瓣升高问题，晖速公司采用单振子移相进行精确设计技术。同时采用遗传算法进行多频点采样赋形，达到副瓣抑制的效果，降低越区干扰。通过大下倾角技术达到与天线位置下降高度而相近的覆盖效果，经过与运营商合作实测表明晖速公司的大下倾角度电调天线能够满足98%以上的应用场景，从而使移动通信网络的通信质量得到提升。

晖速公司目前的大下倾天线主要分以下几类：

六.小结及展望

美化天线以其较好的环境适应力及外形多样性特征，已成为移动运营商协调、解决站点建设的重要手段，为移动运营商实现优质无线网络覆盖起到了积极的推动作用。与此同时，随着城市化建设要求的不断提高以及人们“绿化环保”的意识不断增强，美化天线在移动通信基站中应用将成为一种必然趋势。

展望未来，美化天线或许可通过与其它领域合作，诸如市政建设当中的路灯建设、广告牌建设、公园景观建设，建筑物顶装饰设计等融为一体，通过一体化解决方案设计，整合资源，优化配置，降低移动运营商成本，优化无线网络覆盖。届时，美化天线不仅是通信天线的一部分，同时也作为城市景致与周边环境和谐相依共存。

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