中心議題:

• 介紹有關(guān)天線的基本知識
• 淺談天線在日常維護及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的作用

解決方案：

• 在日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗
• 在移動通信系統(tǒng)中，均采用垂直極化的傳播方式
• 通過對天線垂直度的調(diào)節(jié)，改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量
• 在高話務(wù)密度區(qū)采用電調(diào)天線或雙極化天線替換機械天線
• 天線的安裝應(yīng)注意4個問題，并注意天線府仰角和方位角的調(diào)整

移動通信系統(tǒng)是有線與無線的綜合體，它是移動網(wǎng)絡(luò)在其覆蓋范圍內(nèi)，通過空中接口（無線）將移動臺與基站聯(lián)系起來，并進而與移動交換機相聯(lián)系（有線）的一個綜合的復合體。而在移動通信系統(tǒng)中，空間無線信號的發(fā)射和接收都是依靠移動天線來實現(xiàn)的。因此，天線對于移動通信網(wǎng)絡(luò)來說，起著舉足輕重的作用，如果天線的選擇不好，或者天線的參數(shù)設(shè)置不當，都會直接影響到整個移動通信網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量。尤其在基站數(shù)量多，站距小，載頻數(shù)量多的高話務(wù)量地區(qū)，天線選擇及參數(shù)設(shè)置是否合適，對移動通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，覆蓋率，接通率及全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量有很大影響。本文將向讀者介紹一些有關(guān)天線的基本知識，并聯(lián)系本人實際，談?wù)勌炀€在日常維護及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的作用。

天線的幾個重要參數(shù)介紹
天線的輸入阻抗
天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量，即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個純出于習慣。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。

駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5?；夭〒p耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。

天線的極化方式
所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術(shù)的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設(shè)計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天線數(shù)量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。）

天線的增益
天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統(tǒng)增益預(yù)算余量。

天線的波瓣寬度
波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數(shù)，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發(fā)信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關(guān)系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應(yīng)方向上的覆蓋半徑有關(guān)。因此，在一定范圍內(nèi)通過對天線垂直度（俯仰角）的調(diào)節(jié)，可以達到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的，這也是我們在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中經(jīng)常采用的一種手段。

移動通信系統(tǒng)中幾種天線的比較及選擇
移動通信天線的技術(shù)發(fā)展很快，最初中國主要使用普通的定向和全向型移動天線，后來普遍使用機械天線，現(xiàn)在一些省市的移動網(wǎng)已經(jīng)開始使用電調(diào)天線和雙極化移動天線。由于目前移動通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率，增益和前后比等指標差別不大，都符合網(wǎng)絡(luò)指標要求，我們將重點從移動天線下傾角度改變對天線方向圖及無線網(wǎng)絡(luò)的影響方面，對上述幾種天線進行分析比較。

機械天線。所謂機械天線，即指使用機械調(diào)整下傾角度的移動天線。機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，需要調(diào)整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現(xiàn)。在調(diào)整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。實踐證明：機械天線的最佳下傾角度為1°－5°；當下傾角度在5°－10°變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖變化較大；當機械天線下傾15°后，天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區(qū)內(nèi)，在相鄰基站扇區(qū)內(nèi)也會收到該基站的信號，從而造成嚴重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。另外，在日常維護中，如果要調(diào)整機械天線下傾角度，整個系統(tǒng)要關(guān)機，不能在調(diào)整天線傾角的同時進行監(jiān)測；機械天線調(diào)整天線下傾角度非常麻煩，一般需要維護人員爬到天線安放處進行調(diào)整；機械天線的下傾角度是通過計算機模擬分析軟件計算的理論值，同實際最佳下傾角度有一定的偏差；機械天線調(diào)整傾角的步進度數(shù)為1°，三階互調(diào)指標為-120dBc。

電調(diào)天線。所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動天線。電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改變傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減小覆蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。實踐證明，電調(diào)天線下傾角度在1°-5°變化時，其天線方向圖與機械天線的大致相同；當下傾角度在5°-10°變化時，其天線方向圖較機械天線的稍有改善；當下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖較機械天線的變化較大；當機械天線下傾15°后，其天線方向圖較機械天線的明顯不同，這時天線方向圖形狀改變不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，整個天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)，增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產(chǎn)生干擾，這樣的方向圖是我們需要的，因此采用電調(diào)天線能夠降低呼損，減小干擾。另外，電調(diào)天線允許系統(tǒng)在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進行調(diào)整，實時監(jiān)測調(diào)整的效果，調(diào)整傾角的步進精度也較高（為0.1°），因此可以對網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)精細調(diào)整；電調(diào)天線的三階互調(diào)指標為-150dBc，較機械天線相差30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。

雙極化天線。雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發(fā)雙工模式下，因此其最突出的優(yōu)點是節(jié)省單個定向基站的天線數(shù)量；一般GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)的定向基站（三扇區(qū)）要使用9根天線，每個扇形使用3根天線（空間分集，一發(fā)兩收），如果使用雙極化天線，每個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調(diào)天線的優(yōu)點，在移動通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調(diào)天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設(shè)安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節(jié)省基建投資，同時使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。

對于天線的選擇，我們應(yīng)根據(jù)自己移動網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)量，干擾和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等實際情況，選擇適合本地區(qū)移動網(wǎng)絡(luò)需要的移動天線：在基站密集的高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和電調(diào)天線，在邊、郊等話務(wù)量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的地區(qū)，可以使用傳統(tǒng)的機械天線。我國目前的移動通信網(wǎng)在高話務(wù)密度區(qū)的呼損較高，干擾較大，其中一個重要原因是機械天線下傾角度過大，天線下傾角度過大，天線方向圖嚴重變形。要解決高話務(wù)區(qū)的容量不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機械天線，下傾角度大于5°時，天線方向圖就開始變形，超過10°時，天線方向圖嚴重變形，因此采用機械天線，很難解決用戶高密度區(qū)呼損高、干擾大的問題。因此建議在高話務(wù)密度區(qū)采用電調(diào)天線或雙極化天線替換機械天線，替換下來的機械天線可以安裝在農(nóng)村，郊區(qū)等話務(wù)密度低的地區(qū)。

天線調(diào)整在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
天線是無線信號與基站之間的接口，在整個無線網(wǎng)絡(luò)中起著很重要的作用。天線的正確安裝，天線參數(shù)的正確調(diào)整（包括天線高度、俯仰角、方位角），對無線網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量有著很大的影響，能夠較為有效的改善系統(tǒng)的掉話率，接通率。阻塞率等運行質(zhì)量指標，改善無線信號及無線環(huán)境。

天線的安裝
由于移動通信的迅猛發(fā)展，目前全國許多地區(qū)存在多網(wǎng)并存的局面，即A、B、G三網(wǎng)并存，其中有些地區(qū)的G網(wǎng)還包括GSM9000和GSM1800。為充分利用資源，實現(xiàn)資源共享，我們一般采用天線共塔的形式。這就涉及到天線的正確安裝問題，即如何安裝才能盡可能地減少天線之間的相互影響。在工程中我們一般用隔離度指標來衡量，通常要求隔離度應(yīng)至少大于30dB，為滿足該要求，常采用使天線在垂直方向隔開或在水平方向隔開的方法，實踐證明，在天線間距相同時，垂直安裝比水平安裝能獲得更大的隔離度。

總的來說，天線的安裝應(yīng)注意以下幾個問題：
（1）定向天線的塔側(cè)安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，在安裝時應(yīng)注意：定向天線的中心至鐵塔的距離為λ/4或3λ/4時，可獲得塔外的最大方向性。

（2）全向天線的塔側(cè)安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，原則上天線鐵塔不能成為天線的反射器。因此在安裝中，天線總應(yīng)安裝于棱角上，且使天線與鐵塔任一部位的最近距離大于λ。

（3）多天線共塔：要盡量減少不同網(wǎng)收發(fā)信天線之間的耦合作用和相互影響，設(shè)法增大天線相互之間的隔離度，最好的辦法是增大相互之間的距離。天線共塔時，應(yīng)優(yōu)先采用垂直安裝。

（4）對于傳統(tǒng)的單極化天線（垂直極化），由于天線之間（RX-TX,TX-TX）的隔離度（≥30dB）和空間分集技術(shù)的要求，要求天線之間有一定的水平和垂直間隔距離，一般垂直距離約為50cm，水平距離約為4.5m，這時必須增加基建投資，以擴大安裝天線的平臺，而對于雙極化天線（±45°極化），由于±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm，移動基站可以不必興建鐵塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可。

天線參數(shù)的調(diào)整
天線高度的調(diào)整
天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關(guān)。一般來說，我們用儀器測得的信號覆蓋范圍受兩方向因素影響：一是天線所發(fā)直射波所能達到的最遠距離；二是到達該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。900MHz移動通信是近地表面視線通信，天線所發(fā)直射波所能達到的最遠距離（S）直接與收發(fā)信天線的高度有關(guān)，具體關(guān)系式可簡化如下：

　　S=2R(H+h)

　　其中：R-地球半徑，約為6370km；

　　H-基站天線的中心點高度；

　　h-手機或測試儀表的天線高度。

由此可見，基站無線信號所能達到的最遠距離（即基站的覆蓋范圍）是由天線高度決定的。GSM網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期，站點較少，為了保證覆蓋，基站天線一般架設(shè)得都較高。隨著近幾年移動通信的迅速發(fā)展，基站站點大量增多，在市區(qū)已經(jīng)達到大約500m左右為一個站。在這種情況下，我們必須減小基站的覆蓋范圍，降低天線的高度，否則會嚴重影響我們的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。其影響主要有以下幾個方面：

a話務(wù)不均衡?；咎炀€過高，會造成該基站的覆蓋范圍過大，從而造成該基站的話務(wù)量很大，而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且被該基站覆蓋，話務(wù)量較小，不能發(fā)揮應(yīng)有作用，導致話務(wù)不均衡。

b系統(tǒng)內(nèi)干擾。基站天線過高，會造成越站無線干擾（主要包括同頻干擾及鄰頻干擾），引起掉話、串話和有較大雜音等現(xiàn)象，從而導致整個無線通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量下降。

c孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)是基站覆蓋性問題，當基站覆蓋在大型水面或多山地區(qū)等特殊地形時，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆蓋范圍不變的基礎(chǔ)上，在很遠處出現(xiàn)“飛地”，而與之有切換關(guān)系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到，這樣就造成“飛地”與相鄰基站之間沒有切換關(guān)系，“飛地”因此成為一個孤島，當手機占用上“飛地”覆蓋區(qū)的信號時，很容易因沒有切換關(guān)系而引起掉話。

天線府仰角的調(diào)整
天線俯仰角的調(diào)整是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角可以使天線至本小區(qū)邊界的射線與天線至受干擾小區(qū)邊界的射線之間處于天線垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分，從而使受干擾小區(qū)的同頻及鄰頻干擾減至最?。涣硗?，選擇合適的覆蓋范圍，使基站實際覆蓋范圍與預(yù)期的設(shè)計范圍相同，同時加強本覆蓋區(qū)的信號強度。

在目前的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，由于基站的站點的增多，使得我們在設(shè)計市區(qū)基站的時候，一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右，而根據(jù)移動通信天線的特性，如果不使天線有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的話，則基站的覆蓋范圍是會遠遠大于500M的，如此則會造成基站實際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏大，從而導致小區(qū)與小區(qū)之間交叉覆蓋，相鄰切換關(guān)系混亂，系統(tǒng)內(nèi)頻率干擾嚴重；另一方面，如果天線的俯仰角偏大，則會造成基站實際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏小，導致小區(qū)之間的信號盲區(qū)或弱區(qū)，同時易導致天線方向圖形狀的變化（如從鴨梨形變?yōu)榧忓N形），從而造成嚴重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。因此，合理設(shè)置俯仰角是保證整個移動通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基本保證。一般來說，俯仰角的大小可以由以下公式推算

　　θ=arctg(h/R)

　　其中：θ--天線的俯仰角

　　h--天線的高度

　　R--小區(qū)的覆蓋半徑

上式是將天線的主瓣方向?qū)市^(qū)邊緣時得出的，在實際的調(diào)整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基礎(chǔ)上再加上1-2度，使信號更有效地覆蓋在本小區(qū)之內(nèi)。

天線方位角的調(diào)整
天線方位角的調(diào)整對移動通信的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常重要。一方面，準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預(yù)期的相同，保證整個網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量；另一方面，依據(jù)話務(wù)量或網(wǎng)絡(luò)存在的具體情況對方位角進行適當?shù)恼{(diào)整，可以更好地優(yōu)化現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)理想的蜂窩移動通信模型，一個小區(qū)的交界處，這樣信號相對互補。與此相對應(yīng)，在現(xiàn)行的GSM系統(tǒng)（主要指ERICSSON設(shè)備）中，定向站一般被分為三個小區(qū)，即：

　　A小區(qū)：方位角度0度，天線指向正北；

　　B小區(qū)：方位角度120度，天線指向東南；

　　C小區(qū)：方位角度240度，天線指向西南。

在GSM建設(shè)及規(guī)劃中，我們一般嚴格按照上述的規(guī)定對天線的方位角進行安裝及調(diào)整，這也是天線安裝的重要標準之一，如果方位角設(shè)置與之存在偏差，則易導致基站的實際覆蓋與所設(shè)計的不相符，導致基站的覆蓋范圍不合理，從而導致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾。但在實際的GSM網(wǎng)絡(luò)中，一方面，由于地形的原因，如大樓、高山、水面等，往往引起信號的折射或反射，從而導致實際覆蓋與理想模型存在較大的出入，造成一些區(qū)域信號較強，一些區(qū)域信號較弱，這時我們可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實際情況，對所地應(yīng)天線的方位角進行適當?shù)恼{(diào)整，以保證信號較弱區(qū)域的信號強度，達到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的；另一方面，由于實際存在的人口密度不同，導致各天線所對應(yīng)小區(qū)的話務(wù)不均衡，這時我們可通過調(diào)整天線的方位角，達到均衡話務(wù)量的目的。當然，在一般情況下我們并不贊成對天線的方位角進行調(diào)整，因為這樣可能會造成一定程度的系統(tǒng)內(nèi)干擾。但在某些特殊情況下，如當?shù)鼐o急會議或大型公眾活動等，導致某些小區(qū)話務(wù)量特別集中，這時我們可臨時對天線的方位角進行調(diào)整，以達到均衡話務(wù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的；另外，針對郊區(qū)某些信號盲區(qū)或弱區(qū)，我們亦可通過調(diào)整天線的方位角達到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的，這時我們應(yīng)輔以場強測試車對周圍信號進行測試，以保證網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量。