移動通信基站天線的設計與研究

賀沙

摘 ?要：人們對通訊需求日益提高的同時亦對密布城市的移動通信基站產生的電磁輻射惴惴小安，移動通信基站天線的設置更是直接影響著周圍的環境敏感目標。闡述移動通信基站驗收監測中遇到的天線架設的問題，以便運營商在基站的規劃、設計選址、建設中規避此類問題，在源頭上將基站的電磁輻射控制在標準范圍之內。

關鍵詞：移動通信基站;參數管理;數據庫;分片;備份與恢復

引言

近幾年，移動互聯網蓬勃發展，導致通信產業結構持續發生變化，傳統語音和短信業務收入也隨之下降。其主要原因是業務市場飽和以及來自新的市場進入者的競爭，尤其是OTT業務（COver The Top，基于開放互聯網的各種視頻及數據服務業務）對語音、短信業務的沖擊。此外，隨著更多智能終端的使用，可供用戶選擇的新業務、應用數目增長，催生了數據流量消耗的增加。這要求未來的天線具有更高的頻帶利用率和頻譜效率。

一、基站天線

對通信、雷達、導航、廣播、電視等所有依靠電磁波傳遞信息的無線電技術設備而言，天線是必不可少的重要組成部分。根據IEEE有關天線術語的標準定義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"，即天線是發射或接收系統中用于輻射或接收電磁波的組件。發射機末級回路的高頻電流經饋線輸送到發射天線，發射天線將饋入的高頻電流轉換為電磁波，朝規定的方向發射出去;相對應的，接收天線接收來自一定方向電磁波并將其轉換為高頻電流，經饋線輸向接收機的輸入端口。一般而言，天線可被視為一個無源線性互易器件，即一副天線既可以用作接收也可用作發射，并且，天線的基本特性參量在用作接收和發射時保持不變。

天線種類繁多，不同的劃分標準對應著不同分類。按工作性質可分為發射天線和接收天線兩大類;按用途可分為雷達天線、通信天線、導航天線等。但這兩種分類方法存在著模糊性。例如，同一副天線可以在不同時刻分別用作接收和發射天線或者借助雙工器做到同時收發。按用途分類也存在類似問題，比如，用于我國自行研制的全球定位系統“北斗”上的天線即可用來定位導航，也可用來字符通信。還可以按波長來分類天線，即將各種形式的天線按照其工作波長劃分為長波天線、中波天線、短波天線等等。這樣的分類方法基本符合天線有長波到短波再到微波的發展歷程，但仍然存在不足之處：對于絕大部分天線形式，只需對天線的物理尺寸加以調整便可以工作在不同的頻段。如半波偶極天線，通過調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。當然，在不同的頻段，半波偶極天線的實現方式、加工工藝等會大不相同，但從天線原理的角度來看，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對天線進行分類，即把天線劃分為線天線和口徑天線（面天線）兩大類。顧名思義，線天線是由導線制成的，導線的長度比橫截面直徑大得多，多被用在長、中、短波頻段。口徑天線則一般由整塊金屬板或導線柵格組成其天線口面，口面面積遠大于波長的平方，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渡形式。

二、移動通信基站電磁輻射的特點及標準

移動通信基站正常運行時，天線向周圍環境發射一定頻率范圍的電磁波，導致周圍環境（主要集中在天線主射方向）電磁輻射場強增高。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，天線發射的電磁波強度將隨距離的增大而減小，基站對周圍電磁環境的影響有一定范圍和程度。

根據《電磁環境控制限值》（GB8702-2014，在30-3000NIHz的頻率范圍內，電場強度公眾照射導出限值12V/m（功率密度為40μW/cm2）。

《電磁輻射環境影響評價方法與標準》（HJ/T 10.3-1996規定，對單個項目的影響必須限定在《電磁環境控制限值》限值的若十分之一，通常以功率密度的1/5作為環境管理目標值，通過換算，單個移動通信基站運行對周圍環境電磁輻射場的管理限值為5.4V/m（功率密度8μW/cm2）。

三、基站天線的需求與挑戰

近幾年來，第三代移動通信正在蓬勃的發展之中，同時第二代的移動通信占據著很大的市場，這就造成了不同頻段不同的移動通信網絡標準共同處在一個競爭環境中。面對口益增加的通信用戶數量和對通訊服務的高標準，運營商一方面不得不安裝更多的基站系統來滿足市場的需求，另一方面運營商研究和使用新的網絡標準來拓展業務。

基站系統對天線有著特殊的要求，通常有以下幾個方面：

雙極化：雙極化是一種新型的天線技術，在移動通信網絡中，信號衰落會對傳輸效率產生嚴重的影響，一般采用分集技術來降低衰落的影響，而且還可以節省基站天線的數目，同時分集技術中的極化分集是一種容易實現的方法，常采用的是±45°雙極化天線，天線同時工作在收發雙工的模式上，可以減少干擾，提高全網的服務質量。

高隔離度：如上面所說，由于天線是雙線極化的，必然存在隔離度的問題，移動通信為了實現極化分集，要求隔離度高，可以減小不同極化之間的干擾。

寬頻帶：第二代移動通信存在2種網絡標準，即GSM和CDMA，而第三代移動通信則有4種網絡標準，即TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000和WIMAX。

四、基站天線美化發展情況

廣東聯通在本世紀初就進行了基站天線美化的一些嘗試。當時一些歐洲國家（德國、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，取得了較好的視覺效果。國內一些同行業廠家早期借鑒了國外的一些經驗，同時由于室內分布及小區覆蓋對天線的美化偽裝要求越來越高，對此類小天線的美化偽裝方式日趨完善，也促進了基站美化天線的發展。

美化天線已得到了長足的發展。初期的基站天線美化，都是在傳統天線外加玻璃鋼罩的方式，所使用的外罩種類各異，有模仿房屋建筑部份的，如變色龍、方柱、圓桶、排氣孔、窗戶等;有模仿屋頂設施的，如空調、冷凝塔、水箱、水罐、燈箱、天陽能熱水器等;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，能滿足個性化的需求，同時水罐、仿燈桿、廣告牌等美化罩的方式，甚至可以滿足15m的掛高。

結語：

在如今通訊發達的年代，人們對電磁輻射的關注度提高，對電磁輻射的危害和和很恐慌，移動運營商在移動通信基站的規劃選址、設計、規范建設上顯得尤為重要，基站對周圍敏感保護目標所產生的電磁輻射達標的同時做好正而宣傳，秉承電磁輻射“可介理盡量低”的原則亦有利于環保主管部門對投訴的處理以及后續基站擴容和建設。

參考文獻

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