關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

（中國電子科技集團公司第七研究所，廣州 510310）

1 美化天線的背景

移動通信為人們的發展提供了非常便利的溝通，成了日常生活的必須品，而基站作為移動通信的基礎載體存在。隨著通信用戶數量的增加和公眾對網絡質量的要求不斷提升，要求更高的通信網絡，基站數量也隨著不斷的增加。在城市化進程的推進過程中環保意識不斷增強、生態化城市、綠色城市等理念的提出和推進，讓原本傳統的鐵塔和樓頂的基站外露架設方式影響視覺環境[1]。基站密度加大，居民區覆蓋更加深入，盡管基站各輻射指標均在安全范圍內，但居民對輻射的擔心甚至極大的抵制心理仍是基站建設難的第一因素。綜上移動通信基站在城市化發展中遭遇了前所未有的尋址難、建設難、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，經過美化和修飾使天線的外部形態和周圍環境融為一體，實現隱藏的目的。

2 傳統天線加外罩與一體化美化天線性能對比

圖1 不同天線結構示意圖

如圖1（a）是傳統的基站天線，圖1（b）是方柱形美化外罩，傳統的天線美化即在常規GSM或者TD基站天線外增加美化外罩的方式，其設計、生產環節成本耗費小、但網絡維護不方便，在工程施工過程中也無法監控加罩美化天線各指標的影響。為解決傳統加外罩美化方式的弊端，提出了現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，包括常規天線所必備的振子、反射器等器件，天線與外罩一體化設計，安裝方便快捷，對輻射損耗也少，卻設計較復雜。

傳統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生一定的影響。本文通過對比普通天線、傳統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。實驗中測試天線選擇在0°電下傾狀態下進行（連續電調天線在0°電下傾狀態的值為典型狀態值），其內部結構一致即相同頻段、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，并準備一個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的比較，從而分析兩者的差異優劣性。

本文主要針對電性能參數中的輻射項目做定向分析，項目包括增益、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

因為天線結構具有對稱性，所以所有檢測項目均只提供端口1的測試數據。電磁波在穿透美化外罩時，產生一定的吸收損耗，導致天線增益下降。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吸收損耗分別在1.02dBi和0.45dBi。根據理論計算得到，增益降低0.2dBi時，覆蓋范圍縮小4%；增益降低0.5dBi時，覆蓋范圍縮小12%；增益降低1dBi時，覆蓋范圍縮小25%。因此，在頻率較高時，加罩比一體化的美化方式對信號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

因為天線的美化方式均建立在傳統天線基礎上，所以美化之后的天線在垂直面半功率波束寬度上應基本保持不變。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°，高頻段最大波動在0.22°和0.27°達到幾乎重合，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有下傾角（機械或電動），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主瓣直接或間接照射過來的信號，造成鄰區干擾。圖4中第一上旁瓣抑制在低頻段外罩美化波動稍大一些，但抑制效果更佳；高頻段一體化美化波動稍大一點，不過波動幅度都很小。由此可見在30度扇區內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，呈現較大的波動，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的影響。給天線加上美化外罩之后，信號會在外罩內產生多次反射，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，與傳統天線的參數相差極大；一體化的美化方式在高頻段有加大的波動，但是其值均在傳統天線前后比周圍變化，相差也很小。

3 結論

圖6 軸向交叉極化比

圖7 前后比

本文通過分析傳統天線、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，探究了傳統天線在進行加罩美化、一體化美化后對天線性能指標的影響，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的劇烈波動、較大損耗以及輻射方向圖的畸變，有效的實現天線性能。并且在實際的施工過程中，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，在建網的過程中更加靈活，因此得到了廣泛的應用。