移动通信基站的天线

基站天线选型

一.天线概念

在无线通信系统中，天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。同一副天线既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。 

在选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。电气性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口 、风载荷等。

基站所用天线类型按辐射方向来分主要有：全向天线、定向天线。

按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）。上述两种极化方式都为线极化方式。圆极化和椭圆极化天线一般不采用。

按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。

在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各向同性（Isotropic）天线。各向同性天线是一种理论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐射点源，能量以该点为中心以电磁场的形式向四周均匀辐射，为一球面波。

另外全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向是有方向性的。它与各向同性天线是两个不同的概念。

半波振子是基站主用天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率高。

1.天线增益

天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两个：dBi、dBd。两者之间的关系为：dBi=dBd+2.17

dBi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的相对能力，“i”即表示各向同性——Isotropic。

dBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中的相对能力，“d”即表示偶极子——Dipole。

两种增益单位的关系见图1：

图1  dBi与dBd的关系

天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平半功率角和垂直半功率角有关。

2.天线方向图

天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。

天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称为平面方向图。一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分。而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如心型、8字形等。

天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推。对于定向天线，还存在后瓣。图2是一定向天线的水平及垂直方向图。

图2  定向天线水平与垂直方向图

波束宽度也是天线的重要指标之一，它包括水平半功率角与垂直半功率角。分别定义为在水平方向或垂直方向相对于最大辐射方向功率下降一半（3dB）的两点之间的波束宽度。常用的基站天线水平半功率角有360°、210°、120°、90°、65°、60°、45°、 33°等，垂直半功率角有6.5°、13°、25°、78°等。

前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向180°±30°以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一般天线的前后比在18～45dB之间。对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线。

零点填充，基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。高增益天线由于其垂直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。 通常零深相对于主波束大于-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的关系为：

           Y  (dB)＝20lg(X%/100%)

如：零点填充10%，即X=10；用dB表示：Y=20lg(10%/100%)＝-20dB

上副瓣抑制，对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率， 减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高D/U值（有用和无用信号强度之比），上第一副瓣电平应小于-18dB，对于大区制基站天线无这一要求。

3.极化方式

极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。

电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波，与地面垂直的波叫垂直极化波。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波，椭圆极化波和圆极化波都有旋相性。

不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。

天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是线极化方式。双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，提高基站接收信号质量的，通常有0°/90°、45°/-45°两种。对于CDMA频段，水平极化波的传播效果不如垂直极化，因此目前很少采用0°/90°的交叉极化天线。

4.下倾（Downtilt）

天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角；而电子下倾是通过改变天线振子的相位来控制下倾角。当然在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一起进行。

电子下倾天线一般倾角固定，即我们通常所说的预置下倾。最新的技术是倾角可调的电子下倾天线，为区分前面的电子下倾天线，这种天线我们通常称作电调天线。

5.电压驻波比（VSWR）

VSWR在移动通信蜂窝系统的基站天线中，其最大值应小于或等于1.5:1。若表示天线的输入阻抗，为天线的标称特性阻抗，则反射系数为，其中为50欧姆。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性，，VSWR=1.5:1时，R.L.= 13.98dB。

天线输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生 的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。电压驻波比过大，将 缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。

6.端口隔离度

对于多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dB。

7.功率容量

指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，其所承受的功率是有限的，考虑到基站天线的实际最大输入功率（单载波功率为20W），若天线的 一个端口最多输入六个载波，则天线的输入功率为120W，因此天线的单端口功率容量应大于200W（环境温度为65℃时）。

8.天线输入接口

为了改善无源交调及射频连接的可靠性，基站天线的输入接口采用7/16DIN-Female，在天线使用前，端口上应有保护盖，以免生成氧化物或进入杂质。

9.无源互调（PIM）

所谓无源互调特性是指接头，馈线，天线，滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。通常都认为无源部件是线性的，但是在大功率条件下无源部件都不同程度地存在一定的非线性，这种非线性主要是由以下因素引起的：不同材料的金属的接触；相同材料的接触表面不光滑； 连接处不紧密；存在磁性物质等。

互调产物的存在会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响，因此系统中对接头，电缆，天线等无源部件的互调特性都有严格的要求。我们选用的厂家的接头的无源互调指标可达到-150dBc，电缆的无源互调指标可达到-170dBc，天线的无源互调指标可达到-150dBc。

10.天线尺寸和重量

为了便于天线储存、运输、安装及安全，在满足各项电气指标情况下，天线的外形尺寸应尽可能小，重量尽可能轻。

目前运营商对天线尺寸、重量、外观上的要求越来越高，因此在选择天线时，不但要关心其技术性能指标，还应关注这些非技术因素。一般市区基站天线应该选择重量轻、尺寸小、外形美观的天线，郊区、乡镇天线一般无此要求。

11.风载荷

基站天线通常安装在高楼及铁塔上，尤其在沿海地区，常年风速较大，要求天线在36m/s 时正常工作，在55m/s 时不破坏。

天线本身通常能够承受强风，在风力较强的地区，天线通常是由于铁塔、抱杆等原因而遭到损坏。因此在这些地区，应选择表面积小的天线。

12.工作温度和湿度

基站天线应在环境温度-40℃～+65℃范围内正常工作。基站天线应在环境相对湿度0～100%范围内正常工作。 

13.雷电防护

基站天线所有射频输入端口均要求直流直接接地。

14.三防能力

基站天线必须具备三防能力，即：防潮、防盐雾、防霉菌。对于全向天线满足天线倒置安装要求，同时满足三防要求。

二.选型中的天线特性考虑

1.天线波束宽度与增益之间的关系

天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波瓣宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功率角成反比，其关系可以表示为：

Ga＝32600/(*)

其中，Ga为天线增益，单位：dBi；

     为垂直半功率角，单位：度；

    为水平半功率角，单位：度。

根据上述公式，当我们已知某一天线的增益和水平半功率角时，可以估算出其垂直半功率角。

例如：某一全向天线，增益11dBi，水平半功率角360 °，其垂直半功率角为：

=32600/11/360=8.23

由于设计和制造工艺上的差异，实际全向天线的垂直半功率角往往比上述计算结果要小。两者差别越小，说明天线设计得越好。

天线增益、垂直半功率角、水平半功率角三者的关系如图3所示：

图3  天线增益与半功率角的关系

由此可知，当天线增益较小时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大；而当天线增益较高时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小。

另外，天线增益取决于振子的数量。振子越多，增益越高，天线的孔径（天线有效接收面积）也越大。对于全向天线，增益增加3dB，天线长度约增加一倍，因此全向天线通常增益不会超过11dBi，此时天线长度约3米。

2.极化方式的对比

垂直单极化天线与双极化天线的比较：从发射的角度来看，由于垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配，因此垂直单极化天线会比其他非垂直极化天线的覆盖效果要好一些。特别是在开阔的山区和平原农村就更明显。实验证明，在开阔地区的山区或平原农村，这种天线的覆盖效果比双极化（±45°）天线更好。但在市区由于建筑物林立，建筑物内外的金属体很容易使极化发生旋转，因此无论是单极化还是±45°双极化天线在覆盖能力上没有多大区别。

从接收的角度来看，由于单极化天线要用两根天线才能实现分集接收，而双极化天线只要一根就可以实现分集接收，因此单极化天线需要更多的安装空间，且在以后的维护工作方面要比双极化天线要大。至于空间分集与极化分集增益差别不大，一般空间分集增益在3.5dB左右。从天线尺寸方面来说由于双极化天线中不同极化方向的振子即使交叠在一起也可保证有足够的隔离度，因此双极化天线的尺寸不会比单极化天线更大。

45°/-45°双极化天线与0°/90°双极化天线的比较： 45°/-45°方式下的所有天线子系统都可用作发射信号。而0°/90°双极化天线一般只采用垂直极化振子发射信号。经验表明若用水平极化天线发射信号要比垂直极化天线发射信号低得多。在理想的自由空间中（假定手机接收天线是垂直极化），采用垂直极化振子进行发射时要比采用45°/-45°发射时的覆盖能力要强3dB左右。但在实际应用环境中，考虑到多径传播的存在，在接收点，各种多径信号经统计平均，上述差别基本消失，各种实验也证明了此结论的正确。但在空旷平坦的平原，上述差异或许还存在，但具体是多少，还有待进一步实验证明。综上所述，在实际应用中，两种双极化方式的差别不大，目前市场上±45°正交极化天线比较常见。

3.天线增益的选择

基站全向天线增益范围一般在：2dBi～14dBi。规格有：2dBi、9dBi、11dBi、12dBi、14dBi等。

而定向天线的增益范围一般在：3dBi～22dBi。规格有： 3dBi、8.5dBi、10dBi、13dBi、15dBi、15.5dBi、17dBi、18dBi、21dBi、22dBi等。

低增益天线，天线增益小覆盖范围及干扰可以得到较好的控制。通常与微基站、微蜂窝配合使用，主要用于室内覆盖及室外的补点（补盲），如大厦的背后，新的生活小区，新的专业市场等。 这种天线的尺寸较小，便于安装，如在隧道口内侧可以采用八木天线等。这种天线价格较低廉。

中等增益天线，在城区适合使用中等增益，一方面这种增益天线的体积和尺寸比较适合城区使用；另一方面，在较短的覆盖半径内由于垂直面波束宽度较大使信号更加均匀。中等增益天线在相邻扇区方向比高增益天线覆盖的信号强度更加合理。在建设初期，一般基站覆盖半径较大（1km以上），可以选择采用增益较高的定向天线。随着网络的建设，基站密度变高，覆盖半径变小，此时应该选择增益较低的定向天线， 同时考虑预置下倾或电调下倾天线。

高增益天线，在进行广覆盖时通常采用此种天线。用于高速公路、铁路、隧道、狭长地形广覆盖。这种天线的波瓣宽度较窄，零点较深，因此天线挂高较高时要注意选用采用了零点填充或预置电子下倾的天线来避免覆盖近端的零深效应。另外这种天线由于振子数量较多故而体积较大，安装时应注意可安装性，如有的隧道口可能就不宜安装这种天线。另外要注意风载荷。在沿海风大的地区更要注意。这种天线的成本相对也较高。

4.机械下倾与电子下倾的比较

天线波束下倾通常有三种方法：机械下倾、电子下倾（也叫预置倾角）、电调天线（也叫可调电子下倾）。电调天线在调整天线下倾角度过程中，天线本身不动，是通过电信号调整天线振子的相位，改变合成分量场强强度，使天线辐射能量偏离原来的零度方向。天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而保证了在改变倾角后，天线方向图形状变化不大，水平半功率宽度与下倾角的大小无关。而机械天线在调整天线下倾角度时，天线本身要动，需要通过调整天线背面支架的位置，改变天线的倾角。倾角较大时，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但与天线主瓣垂直的方向的信号没有几乎改变，所以天线方向图严重变形，水平半功率角随着下倾角的增大而增大。预置倾角天线与电调天线原理基本相似，只是其倾角是固定不能调整的（但仍可以通过机械下倾方法调整）。

电调天线的优点是：在下倾角度很大时，天线主瓣方向覆盖距离明显缩短，天线方向图形状变化不大，能够降低呼损，减小干扰。而机械下倾会使方向图变形，倾角越大变形越严重，干扰不容易得到控制。图3-4给出这两种不同的调整方式下天线水平方向图的变化情况。当然这与天线垂直半功率角有关。

图4  不同下倾角时水平方向图的变化情况

另外电调下倾与机械下倾在对后瓣的影响方面也不同，电调下倾会使得后瓣的影响得到进一步的控制，而机械下调可能会使后瓣的影响扩大。如图3-5所示：

图5  不同的下倾方式对后瓣的不同影响

机械下倾较大时，该天线辐射信号会通过后瓣传播到背面方向的高层建筑物内，从而导致意外的干扰。

除此以外，在进行网络优化、管理和维护时，若需要调整天线下倾角度，使用电调天线时整个系统不需要关机，这样就可利用移动通信专用测试设备，监测天线倾角调整，保证天线下倾角度为最佳值。电调天线调整倾角的步进度数为0.1癬，而机械天线调整倾角的步进度数为1癬，因此电调天线的精度高，效果好。电调天线安装好后，在调整天线倾角时，维护人员不必爬到天线安放处，可以在地面调整天线下倾角度，还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。而调整机械天线下倾角度时，要关闭该小区，不能在调整天线倾角的同时进行监测，机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最佳下倾角度有一定的偏差。另外机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员在夜间爬到天线安放处调整，而且有些天线安装后，再进行调整非常困难，如山顶、特殊楼房处。另外，一般电调天线的三阶互调指标也优于机械下倾天线。而三阶互调指标对消除邻频干扰和杂散干扰非常重要，特别在基站站距小、载频多的高话务密度区，需要三阶互调指标达到-150 dBc左右，否则就会产生较大的干扰。

电调天线的缺点是价格相对昂贵。在一些城市网络频率计划较为紧张时建议推广采用电调天线。预制下倾天线技术成熟可靠，价格也比较合理，建议在一些频繁调整及对覆盖控制要求高的场合优先选用预置下倾天线。但要根据覆盖需要选择合适倾角大小的预制下倾天线，天线倾角详细计算方法请参见《天线倾角规划调整》。

5.预置下倾与零点填充的作用比较

预置下倾与零点填充都可以用来解决由于天线零点所带来的塔下黑问题。但二者又有所区别，预置下倾的采用会缩小主瓣的覆盖范围，但在下倾角普遍较大的场合可以增大天线下倾角的可调范围。而零点填充作为一种赋形技术，可以获得较好的方向图，此时上副瓣一般得到抑制，因此这种天线不会对别的方面造成什么影响，当然它不能增加天线下倾角的可调范围。某种天线可能同时具备这两种特性，也可能只具备其中的一种，也可以是一种都没有。这在规划阶段天线选型时要结合具体的覆盖要求进行选择。

很多场合下天线的高度不是太高（超过50米），即使不采用预置下倾及零点填充技术，天线的零深效应也是不明显的。因此这两种技术在广覆盖时用得更多，而这时覆盖范围的增加是更为重要的，天线下倾角的调整范围是次要的，因此建议多采用零点填充天线。而在市区等需要更大下倾角调整范围的场合，天线的零深效应又不明显，可以不选用零点填充天线，而是着眼于较大下倾角调整范围建议选用预置下倾的天线。

6.倾角调整

对于全向天线来说，不可以调整下倾角，但可选择预置倾角天线。

对定向天线来说，在不同的应用场合，对下倾角的调整范围有不同的要求。对覆盖范围控制要求较严的市区要求下倾角的调整范围较大，一般在X～18°，X可以为0°,也可以是一固定的预置电下倾如3°。而有些机械下倾天线下倾角最大只能打到12°，这对干扰控制是不利的，特别是在紧密复用的场合下。因此要根据规划区域的实际情况来选择合理的下倾范围。

而在干扰问题不是主要矛盾的场合，对下倾角的调整范围要求就很小，如在进行广覆盖时，有时就根本不需要考虑下倾角。

高增益赋形全向天线的最大增益为12dBi，该类型天线的零点填充水平为25%（即第一零点的深度为-12dB）、3°固定电下倾。这种天线用于山区、丘陵覆盖比较理想，可以有效解决由于天线挂高太高而出现的塔下黑现象。由于赋形天线只对天线下方第一个零点进行填充，因此如果天线挂高过高，该天线也将为力。因此建议需要有效覆盖的建筑物距离天线的径向距离R与天线挂高H满足以下关系：H＜R×tg18°

表1  径向距离与天线挂高的关系

R (m)	H (m)
60	20
100	30
150	48
200	65

中等增益的赋形和普通全向天线更适合用于周遍环山（山比基站天线高出较多，天线对山梁的仰角大于4°）的不太发达的乡镇，由于其垂直面的波束较宽，因此指向山上的信号较强。但要注意避免时间色散的影响。

7.波束宽窄的选择

波束宽窄的选择包括水平波瓣与垂直半功率角的选择，而这两者又是互相关联的。选择的主要依据是具体的覆盖要求及干扰的控制。在市区水平半功率角不宜大于65°，主要着眼点是从干扰控制出发的，90°及90°以上的天线由于其覆盖范围过大而不利于频率复用及干扰的控制。而在郊区频率计划一般较为宽裕，这时干扰不是主要问题，可以选择水平半功率角为90°以上的天线以增强对周边地区的覆盖。在天线增益及水平半功率角选定后，垂直半功率角一般来说也是确定的。但有时也会从垂直方向的覆盖要求进行考虑，如基站建在建在山上，而要覆盖的地区在山下的地方，就宜选用垂直波束很宽的天线进行覆盖，垂直波束宽度在20 °左右的天线。垂直波瓣越窄，一般意味着天线增益越高，定向性越好，但同时天线的零深效应会越明显，注意采取预置下倾或零点填充技术来解决零点问题。垂直波瓣越窄，也意味着天线越长，重量越重，这时就要考虑可安装性问题，同时价格也会越贵。

一般双极化天线水平面内的最大波束宽度不大于90°。

8.地形匹配波束的选用

在有些应用场合下基站周围需要覆盖的区域与不需要覆盖的区域可以很明显地区分开来，那么在这些地方可以选用与该处地形匹配的波束进行覆盖。 天线主波束水平方向图形状的选择主要是从基站周边的覆盖要求来定的，结合基站的位置，周边覆盖地区的分布及形状来选定，即天线波束形状与需覆盖的地形相匹配。常见地形匹配波束的有八字形、心形等，这些天线都是由全向天线改造而成。

八字形全向变形天线是由普通全向天线与对称两根辅助反射金属管组成，反射金属管的作用是通过耦合改变全向天线水平面的方向图，水平方向图呈“∞”形。这种天线对于一些纯公路覆盖很重要。纯公路覆盖是指无人居住的山区、沙漠的重要等级公路覆盖，话务量少，为减少基站数量，降低建设成本，通常采用O2以下站型，因此覆盖距离应尽量远。象这种无线覆盖区域，采用地形匹配天线是最理想的。而八字形的变形全向天线可以增加需要覆盖方向的增益（在最大方向上增益约增加3dB），减少公路两旁无用户区的覆盖能量。这种天线的站址选择很重要，公路的延伸方向应与天线方向图匹配。 这种天线实际上就是 对于纯粹的公路覆盖或其它无建筑物覆盖可以不考虑塔下黑，因为信号进入车内的衰减比进入建筑物内的衰减小得多。

在农村地区，许多小村镇建在公路的一侧，在做公路覆盖时可以兼顾这些村镇的覆盖，采用变形全向天线（心形方向图），在公路和村镇方向的天线增益可以提高到13～15dBi，可以使村镇和公路覆盖更有效。

9.前后比的选择

一般天线的前后比在22dB左右，但有时在规划及优化时这一前后比往往不能满足要求，而需要具有更高前后比的天线。在频率紧密复用的场合下，后瓣过大容易产生邻频（甚至同频）干扰，从而影响网络质量。前后比大于35dB天线为高前后比天线，增益、波束宽度的规格与普通定向天线一样。高前后比天线采用对数周期偶极子单元组阵而成，因此从外形上看，这种天线比较厚，但比较窄。两副高前后比天线的价格比一副相同增益和半功率角的双极化天线高出35%。但为了提高网络质量，还是有必要推荐使用这种天线。

而在某些应用条件下，天线的前后比不宜太高，如在进行高速公路覆盖时，基本上都是快速移动用户，基站采用两小区进行覆盖，若天线的前后比太低的话由于两小区的交叠深度很小会不利于切换的正常进行。

10.天线尺寸的选用

天线尺寸的选用主要是从可安装的角度来考虑，在某些安装条件受限的区域，如在进行铁路隧道覆盖规划时，这条因素是很重要的，甚至成为天线可选与否的决定因素。

首先天线的尺寸与各个厂家的工艺水平有关，由此造成在其他各种指标都相同的条件下不同厂家的天线尺寸不同的情况。

其次天线的尺寸主要与天线的增益有关，增益越大的天线所需的振子数量越多，一般就表现在天线的长度的增加上。

11.天线阻抗

合路器的输入阻抗为50 欧姆，要减小天线驻波比，天线的特性阻抗要与其匹配，即等于50 欧姆。一般天线的特性阻抗均满足此要求，但在选择新天线时需要关注该项指标。

三.不同应用环境下的天线选型

在移动通信网络中，天线的选择是一个很重要的部分，应根据网络的覆盖要求、话务量、干扰和网络服务质量等实际情况来选择天线。天线选择得当，可以改善覆盖效果，减少干扰，改善服务质量。根据地形或话务量的分布可以把天线使用的环境分为8 种类型：市区（高楼多，话务大）、郊区（楼房较矮，开阔）、农村（话务少）、公路（带状覆盖）、山区（或丘陵，用户稀疏）、近海（覆盖极远，用户少）、隧道、大楼室内。

1.市区基站天线选择

应用环境特点：基站分布较密，要求单基站覆盖范围小，希望尽量减少越区覆盖的现象，减少基站之间的干扰，提高频率复用率。

1.1.天线选用原则

(1) 极化方式选择：由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，建议选用双极化天线。

(2) 方向图的选择：在市区主要考虑提高频率复用度，因此一般选用定向天线。

(3) 半功率波束宽度的选择：为了能更好地控制小区的覆盖范围来抑制干扰，市区天线水平半功率波束宽度选60～65°。在天线增益及水平半功率角度选定后，垂直半功率角也就定了。

(4) 天线增益的选择：由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离，因此建议选用中等增益的天线。同时天线的体积和重量可以变小，有利于安装和降低成本。根据目前天线型号，建议市区天线增益视基站疏密程度及城区建筑物结构等选用15～18dBi增益的天线。若市区内用作补盲的微蜂窝天线增益可选择更低的天线如10～12dBi的天线。

(5) 预置下倾角及零点填充的选择：市区天线一般都要设置一定的下倾角，因此为增大以后的下倾角调整范围，可以选择具有固定电下倾角的天线（建议选3 °～6°）或电调天线。由于市区基站覆盖距离较小，零点填充特性可以不作要求。

(6) 下倾方式选择：由于市区的天线倾角调整相对频繁，且有的天线需要设置较大的倾角，而机械下倾不利于干扰控制，所以在可能的情况下建议选用预置下倾天线。条件成熟时可以选择电调天线。

(7) 下倾角调整范围选择： 要求天线支架的机械调节范围在0～15°。

推荐：半功率波束宽度65°/中等增益/带固定电下倾角或可调电下倾 + 机械下倾的双极化天线。

2.农村基站天线选择

应用环境特点：基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广。有的地方周围只有一个基站，覆盖成为最为关注的对象，这时应结合基站周围需覆盖的区域来考虑天线的选型。一般情况下是希望在需要覆盖的地方能通过天线选型来得到更好的覆盖。

2.1.天线选用原则

(1) 极化方式选择：从发射信号的角度，在较为空旷地方采用垂直极化天线比采用其他极化天线效果更好。从接收的角度，在空旷的地方由于信号的反射较少，信号的极化方向改变不大，采用双极化天线进行极化分集接收时，分集增益不如空间分集。所以建议在农村建议选用垂直单极化天线。

(2) 方向图选择：如果要求基站覆盖周围的区域，且没有明显的方向性，基站周围话务分布比较分散，此时建议采用全向基站覆盖。 需要特别指出的是：这里的广覆盖并不是指覆盖距离远，而是指覆盖的面积大而且没有明显的方向性。同时需要注意的是：全向基站由于增益小，覆盖距离不如定向基站远。同时全向天线在安装时要注意塔体对覆盖的影响，并且天线一定要与地平面保持垂直。如果运营商对基站的覆盖距离有更远的覆盖要求，则需要用定向天线来实现。一般情况下，应当采用水平面半波束宽度为90 °、120 °的定向天线；在某些基站周围需要覆盖的区域呈现很明显的形状，可选择地形匹配波束天线进行覆盖。

(3) 天线增益的选择：视覆盖要求选择天线增益，建议在农村地区选择较高增益（16~18dBi）的定向天线或11dBi的全向天线。

(4) 预置下倾角及零点填充的选择：由于预置下倾角会影响到基站的覆盖能力，所以在农村这种以覆盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线。但天线挂高在50米以上且近端有覆盖要求时，可以优先选用零点填充（大于15%）的天线来避免塔下黑问题。

(5) 下倾方式的选择：在农村地区对天线的下倾调整不多，其下倾角的调整范围及特性要求不高，建议只采用机械下倾方式。

(6) 对于定向站型推荐选择：半功率波束宽度90°/中、高增益/单极化空间分集，或90°双极化天线，主要采用机械下倾角/零点填充大于15% 。

(7) 对于全向站型推荐：零点填充的天线；若覆盖距离不要求很远且天线很高，可以采用电下倾（3°或5°）。天线相对主要覆盖区挂高不大于50m时，可以使用普通天线。

另外，对全向站还可以考虑双发天线配置以减小塔体对覆盖的影响。此时需要通过功分器把发射信号分配到两个天线上。

3.郊区基站天线选择

应用环境特点：郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间，有的地方可能更接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密，这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要考虑。而有的地方可能更接近农村地方，覆盖成为重要因素。因此在天线选型方面可以视实际情况参考城区及农村的天线选型原则。

在郊区，情况差别比较大。可以根据需要的覆盖面积来估计大概需要的天线类型。

3.1.天线选用原则

(1) 根据情况选择水平面半功率波束宽度为65 °的天线或选择半功率波束宽度为90 °的天线。当周围的基站比较少时，应该优先采用水平面半功率波束宽度为90 °的天线。若周围基站分布很密，则其天线选择原则参考城区基站的天线选择。若周围基站较很少，且将来扩容潜力不大，则可参考农村的天线选择原则。

(2) 考虑到将来的平滑升级，所以一般不建议采用全向站型。

(3) 是否采用预置下倾角应根据具体情况来定。即使采用下倾角，一般下倾角也比较小。

推荐选择：半功率波束宽度90°/中、高增益的天线，可以用电调下倾角，也可以是机械下倾角。

4.公路覆盖基站天线选择

应用环境特点：该应用环境下话务量低、用户高速移动、此时重点解决的是覆盖问题。而公路覆盖与大中城市或平原农村的覆盖有着较大区别，一般来说它要实现的是带状覆盖，故公路的覆盖多采用双向小区；在穿过城镇，旅游点的地区也综合采用三向、全向小区；再就是强调广覆盖，要结合站址及站型的选择来决定采用的天线类型。不同的公路环境差别很大，一般来说有较为平直的公路，如高速公路、铁路、国道、省道等等，推荐在公路旁建站，采用S1/1/1、或S1/1站型，配以高增益定向天线实现覆盖。有蜿蜒起伏的公路如盘山公路、县级自建的山区公路等等。得结合在公路附近的乡村覆盖，选择高处建站。站型得灵活配置，可能会用到全向加定向等特殊站型。不同的路段环境差别也很大，如高速公路与铁路所经过的地形往往复杂多变，有平原、高山、树林、隧道等，还要穿过乡村和城镇，所以对其无线网络的规划及天线选型时一定要在充分勘查的基础上具体对待各段公路，灵活规划。

在初始规划进行天线选型时，应尽量选择覆盖距离广的高增益天线进行广覆盖，在覆盖不到的盲区路段可选用增益较低的天线进行补盲。

4.1.天线选型原则

(1) 方向图的选择：在以覆盖铁路、公路沿线为目标的基站，可以采用窄波束高增益的定向天线。 可根据布站点的道路局部地形起伏和拐弯等因素来灵活选择天线形式。 如果覆盖目标为公路及周围零星分布的村庄，可以考虑采用全向天线或变形全向天线，如八字形或心形天线。纯公路覆盖时根据公路方向选择合适站址采用高增益（14dBi）8字型天线（O2/O1），或考虑S0.5/0.5 的配置，最好具有零点填充；对于高速公路一侧有小村镇，用户不多时，可以采用210 °～220°变形全向天线。

(2) 极化方式选择： 从发射信号的角度，在较为空旷地方采用垂直极化天线比采用其他极化天线效果更好。从接收的角度，在空旷的地方由于信号的反射较少，信号的极化方向改变不大，采用双极化天线进行极化分集接收时，分集增益不如空间分集。所以建议在进行公路覆盖时选用垂直单极化天线。

(3) 天线增益的选择，若不是用来补盲，定向天线增益可选17dBi～22dBi的天线。全向天线的增益选择11dBi。若是用来补盲，则可根据需要选择增益较低的天线。

(4) 预置下倾角及零点填充的选择：由于预置下倾角会影响到基站的覆盖能力，所以在公路这种以覆盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线。在50米以上且近端有覆盖要求时，可以优先选用零点填充（大于15%）的天线来解决塔下黑问题。

(5) 下倾方式的选择：公路覆盖一般不打下倾。对天线的下倾调整不多，其下倾角的调整范围及特性要求不高，建议选用价格较便宜的机械下倾天线。

(6) 前后比：由于公路覆盖大多数用户都是快速移动用户，所以为保证切换的正常进行，定向天线的前后比不宜太高，否则可能会由于两定向小区交叠深度太小而导致切换不及时造成掉话的情况。

对于高速公路和铁路覆盖，建议优先选择“8”字形天线或S0.5/0.5 配置，以减少高速移动用户接近/离开基站附近时的切换。

5.山区覆盖基站天线选择

应用环境特点：在偏远的丘陵山区，山体阻挡严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。 通常为广覆盖，在基站很广的覆盖半径内分布零散用户，话务量较小。基站或建在山顶上、山腰间、山脚下、或山区里的合适位置。需要区分不同的用户分布、地形特点来进行基站选址、选型、选择天线。以下这几种情况比较常见的：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站等。在盆地中心选址建站，如果盆地范围不大，推荐采用全向O2站型；如果盆地范围较大，或需要兼顾到某条出入盆地的交通要道，推荐采用S1/1/1或O＋S的站型。 有时受制于微波传输的因素，必须在某些很高的山上建站，此时天线离用户分布面往往有150米以上的落差。如果覆盖的目标区域就在山脚下附近，此时需配以带电子下倾角的全向天线，使信号波形向下，避免出现“塔下黑”的现象。在半山腰建站，基站天线的挂高低于山顶，山的背面无法覆盖。因此只需用定向小区，用半功率角较大的天线，覆盖山的正面。普通地形起伏不大的山区，推荐采用S1/1/1站型，尽量增加信号强度，给信号衰减留下更多的余量。

5.1.天线选择原则

(1) 方向图的选择：视基站的位置、站型及周边覆盖需求来决定方向图的选择，可以选择全向天线，也可以选择定向天线。对于建在山上的基站，若需要覆盖的地方位置相对较低，则应选择垂直半功率角较大的方向图，更好地满足垂直方向的覆盖要求。

(2) 天线增益选择：视需覆盖的区域的远近选择中等天线增益，全向天线（9～11dBi），定向天线（15～18dBi）。

(3) 预置下倾与零点填充选择：在山上建站，需覆盖的地方在山下时，要选用具有零点填充或预置下倾角的天线。对于预置下倾角的大小视基站与需覆盖地方的相对高度作出选择，相对高度越大预置下倾角也就应选择更大一些的天线。

6.近海覆盖基站天线选择

 应用环境特点：话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好。对近海的海面进行覆盖时，覆盖距离将主要受三个方面的，即地球球面曲率、无线传播衰减、TA值的。考虑到地球球面曲率的影响。因此对海面进行覆盖的基站天线一般架设得很高，超过100米。

6.1.天线选择原则

(1) 方向图的选择：由于在近海覆盖中，面向海平面与背向海平面的应用环境完全不同，因此在进行近海覆盖时不选择全向天线，而是根据周边的覆盖需求选择定向天线。一般垂直半功率角可选择小一些的。

(2) 天线增益的选择，由于覆盖距离很大，在选择天线增益时一般选择高增益（16dBi以上）的天线。

(3) 从发射信号的角度，在较为空旷地方采用垂直极化天线比采用其它极化天线效果更好。从接收的角度，在空旷的地方由于信号的反射较少，信号的极化方向改变不大，采用双极化天线进行极化分集接收时，分集增益不如空间分集。所以建议在进行近海覆盖时选用垂直单极化天线。

(4) 预置下倾与零点填充选择，在进行海面覆盖时，由于要考虑地球球面曲率的影响，所以一般天线架设得很高，会超过100米，因此在近端容易形成盲区。因此建议选择具有零点填充或预置下倾角的天线，考虑到覆盖距离要优先选用具有零点填充的天线。

7.隧道覆盖基站天线选择

应用环境特点：一般来说靠外部的基站不能对隧道进行良好的覆盖，必须针对具体的隧道规划站址及选择天线。这种应用环境下话务量不大，也不会存在干扰控制的问题，主要是天线的选择及安装问题，在很多种情况下大天线可能会由于安装受限而不能采用。对不同长度的隧道，基站及天线的选择有很大的差别。另外还要注意到隧道内的天线安装调整维护十分困难。特别是铁路隧道在火车通过时剩余空间会很小，在隧道里面安装大天线不可能。

7.1.天线选择原则

(1) 方向图选择：隧道覆盖方向性明显，所以一般选择定向天线，并且可以采用窄波束天线进行覆盖。

(2) 极化方式选择：考虑到天线的安装及隧道内壁对信号的反射作用，建议选择双极化天线。

(3) 天线增益选择：对于公路隧道长度不超过2km的，可以选择低增益（10～12dBi）的天线。对于更长一些隧道，也可采用很高增益（22dBi）的窄波束天线进行覆盖，不过此时要充分考虑大天线的可安装性。

(4) 天线尺寸大小的选择：这在隧道覆盖中很关键，针对每个隧道设计专门的覆盖方案，充分考虑天线的可安装性，尽量选用尺寸较小便于安装的天线。

(5) 除了采用常用的平板天线、八木天线进行隧道覆盖外，也可常用分布式天线系统对隧道进行覆盖，如采用泄漏电缆、同轴电缆、光纤分布式系统等；特别是针对铁路隧道，安装天线分布式系统将会受到很大的。这时可考虑采用泄漏电缆等其他方式进行隧道覆盖。

(6) 前后比：由于隧道覆盖大多数用户都是快速移动用户，所以为保证切换的正常进行，定向天线的前后比不宜太高，否则可能会由于两定向小区交叠深度太小而导致切换不及时造成掉话的情况。

(7) 适合于隧道覆盖的最新天线是环形天线，该种天线对铁路隧道可以提供性价比更好的覆盖方案。该天线的原理、技术指标仍有待研究。

推荐选择10～12dB的八木/对数周期/平板天线安装在隧道口内侧对2km以下的公路隧道进行覆盖。

8.室内覆盖基站天线选择

应用环境特点： 现代建筑多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线电信号的屏蔽和衰减特别厉害，很难进行正常的通信。在一些高层建筑物的低层，基站信号通常较弱，存在部分盲区；在建筑物的高层，则信号杂乱，干扰严重，通话质量差。在大多数的地下建筑，如地下停车场、地下商场等场所，通常都是盲区。在大中城市的中心区 ，基站密度都比较大，通常进入室内的信号通常比较杂乱、不稳定。手机在这种环境下使用，未通话时，小区重选频繁，通话过程中频繁切换，话音质量差，掉话现象严重。为解决室内覆盖问题，通常是建设室内分布系统，将基站的信号通过有线方式直接引入到室内的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内的移动通信用户提供一稳定、可靠的信号供其使用。室内分布系统主要由三部分组成：信号源设备（微蜂窝、宏蜂窝基站或室内直放站）；室内布线及其相关设备（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、电端机、光端机等）；干线放大器、功分器、耦合器、室内天线等设备。

8.1.天线选型原则

根据分布式系统的设计，考察天线的可安装性来决定采用哪种类型的天线，泄漏电缆不需要天线。室内分布式系统常用到的天线单元有：

(1) 室内吸顶天线单元

(2) 室内壁挂天线单元

(3) 杯状吸顶单元：超小尺寸，适用于小电梯内部、小包间内嵌入式的吸顶小灯泡内部等多种安装受限的应用场合。 

(4) 板状天线单元：有不同的大小尺寸，可用于电梯行道内、隧道、地铁、走廊等不同场合的应用。

这些天线的尺寸很小，便于安装与美观。增益一般也很低，可依据覆盖要求选择全向及定向天线。

如推荐室内使用的全向天线：2dBi/垂直极化/全向天线。

定向天线：7dBi/垂直极化/90度的定向天线。

由于室内布线施工费用高，因此包括天线在内的室内分布天线系统要尽量采用宽频段或多频段设备。

四.其它天线

除上述介绍的常用天线外，网络规划还会用到其它类型的天线。

1.电调天线

电调天线目前主要是指下倾角可以电子调节的天线，这种天线比机械下倾的天线有很多优越性，特别是在市区应用的时候表现会更明显。在进行调整时可在近端（机房）通过相应的装置与天线的电制线相连进行调整，另外也可在远端进行遥控调整。目前用得比较多的是在近端进行调整。

还有一种天线的方位角也可通过电调进行调整，不过这属于天线新技术，未大规模商用。

2.智能天线

智能天线利用数字信号处理技术，采用了先进的波束切换技术（switched beam technology）和自适应空间数字处理技术（adaptive spatial digital processing technology），产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。传统无线基站的最大弱点是浪费无线电信号能量，在一般情况下，只有极小一部分信号能量到达收信方。此外，当基站收听信号时，它接收的不仅是有用信号而且还收到其它信号的干扰噪声。智能天线则不然，它能够更有效地收听特定用户的信号和更有效地将信号能量传递给该用户。不同于传统的时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）或码分多址（CDMA）方式，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址（SDMA）方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码情况下，用户仍可以根据信号不同的空间传播路径而区分。智能天线相当于空时滤波器，在多个指向不同用户的并行天线波束控制下，可以显著降低用户信号彼此间干扰。具体而言，智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统性能：

(1) 扩大系统的覆盖区域；

(2) 提高系统容量；

(3) 提高频谱利用效率；

(4) 降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。

智能天线分为两大类：多波束智能天线与自适应阵列智能天线，简称多波束天线和自适应阵天线。

多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随阵元数目的确定而确定。随着用户在小区中的移动，基站选择不同的相应波束，使接受信号最强。因为用户信号并不一定在固定波束的中心处，当用户位于波束边缘，干扰信号位于波束时，接收效果最差，所以多波束天线不能实现信号最佳接收，一般只用作接收天线。但是与自适应阵天线相比，多波束天线具有结构简单、无需判定用户信号到达方向的优点。

自适应阵天线一般采用4～16天线阵元结构，阵元间距1/2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低，太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主要类型，可以实现全向天线，完成用户信号接收和发送。自适应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有线传输的线缆，有效克服了干扰对系统的影响。

目前，国际上已经将智能天线技术作为一个三代以后移动通信技术发展的主要方向之一，一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术，是第三代移动通信系统中不可缺的关键技术之一。

计算天线下倾角

天线型号	垂直半功率角	小区半径(R)	天线高度	下倾角
65度，增益15.5dBi	13	200	25	14
65度，增益15.5dBi	13	200	30	15
65度，增益15.5dBi	13	200	35	16
65度，增益15.5dBi	13	250	25	12
65度，增益15.5dBi	13	250	30	13
65度，增益15.5dBi	13	250	35	14
65度，增益15.5dBi	13	500	25	9
65度，增益15.5dBi	13	500	30	10
65度，增益15.5dBi	13	500	35	10.5
65度，增益15.5dBi	13	800	25	8
65度，增益15.5dBi	13	800	30	8.5
65度，增益15.5dBi	13	800	35	9
65度，增益15.5dBi	13	1000	25	8
65度，增益15.5dBi	13	1000	30	8
65度，增益15.5dBi	13	1000	35	8.5

天线高度35米以下，当小区半径大于500米，即站间距大于750米时，可以通过单纯的机械下倾方式来控制越区覆盖；但当小区半径小于300米，即站间距小于450m时，仅仅依靠天线机械下倾无法保证很好控制覆盖范围（下倾角已经超过10度，波束将变形），此时只能依靠进一步降低天线高度或更换电子下倾天线来解决越区覆盖问题。

为了避免越区覆盖带来的干扰，建议在实际规划时，对于市区宏蜂窝（天线高度25～35米），如果平均站间距小于800米，则选择电子下倾天线（预置倾角6度）；在优化时，如果市区宏蜂窝存在越区覆盖带来的干扰问题，且天线高度超过35米，则优先考虑降低天线高度，其次考虑更换预置下倾角天线。

调整下倾角时，不管机械下倾还是电子下倾，都应避免第一副瓣正对水平方向。机械下倾方式还应考虑天线后瓣上翘以后的影响。

本方法不是覆盖电平计算方法，小区边缘的覆盖电平强度仍应按相应的传播模型计算。

以上倾角计算方法主要适用于站距1200米（即R=800m）以内的密集基站组网。

当基站距离覆盖目标大于800米时，大面积覆盖仍是最重要的关注点，估算天线下倾角时可以不必考虑垂直半功率角的影响。

由于市区无线传播环境的复杂性，倾角设置还必须考虑附近山体、水面和高大玻璃墙幕的发射，这种反射容易造成意外的与其他基站同邻频干扰甚至自身时间色散效应（见附录C）；也必须考虑楼顶平台、前方密集建筑群、山坡等对电波的阴影效应。但是实际组网中有时也会结合基站周围地理环境利用大楼或山体等的阻挡来控制覆盖范围，此时需要与下倾角综合考虑。 

密集市区组网还必须考虑当天线主瓣正对街道而带来的隧道效应和意外越区覆盖。一般情况下，密集市区应避免天线主瓣正对比较宽直的街道。

注意：本文不考虑天线高度低于周围建筑物平均高度的微蜂窝。微蜂窝天线一般不需要下倾。

附录A  小区半径的概念

图A  三扇区蜂窝布局图

图A是标准的三扇区蜂窝状布局。从图中可以看出，基站间距离等于R+r，而R=2*r。在实际估算小区覆盖半径时通常用R来表示，这是因为这个方向是定向天线主瓣方向（为表达方便，这里我们命名为R方向）。在两个扇区的交叠处（即任一小区天线主瓣方向逆时针或顺时针旋转60度），小区需要覆盖的距离变为r=R/2（命名为r方向）。两者的路径损耗大约相差10dB（见附录B），即r方向需要的EIRP（有效辐射功率）比R方向小10dB。

根据此特征，在市区基站布局中通常采用水平半功率角为60-65度的定向天线，因为它们的水平方向图具有这一特点。如果用R来作为小区半径，那么小区面积S=0.95*R*R，整个基站的服务面积为3S。但是有些时候人们把r也称为小区半径，此时小区面积S=2.5981*r*r。所以，在论述这类问题的时候，需要说明究竟用什么做小区半径。

GSM、CDMA基站天线隔离度

分析CDMA与GSM系统的干扰，需根据两者频率的关系及发射、接收特性来具体研究其干扰情况，干扰主要表现在三个方面：杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。在三种不同的干扰中，杂散干扰是最主要的，影响也最大，是网络设计中需要重点考虑的方面。由于互调干扰和阻塞比杂散干扰小，在此不作讨论。下面以CDMA2000 1X 对GSM900的杂散干扰为例来进行说明。

目前联通CDMA2000 1X 和目前GSM900的频段如下：

               BTS发射（MHz）      BTS接收（MHz）

    GSM900        935-960                0-915

    CDMA        870-880                825-835

由于二者间隔太近，极易造成相互干扰，主要是CDMA2000 1X的发射会干扰GSM900的接收CDMA带外泄漏信号落在GSM接收机信道内，提高了GSM接收机的噪声电平，使GSM上行链路变差，从而影响减小单基站覆盖范围，影响网络质量网络质量变差。如果两个基站之间没有足够的隔离或者干扰基站的发送滤波器没有提供足够的带外衰减，那么落入被干扰基站接收机带宽内的信号就可能很强，并导致接收机噪声门限的增加。系统性能降低的程度依赖于干扰信号强度，而这又是由干扰基站发送单元性能、被干扰基站接收单元性能、频带间隔、天线间距等决定的。

下面是一个干扰模型示意图：

干扰模型示意图

从图中可以看出，从干扰源基站的功放输出的信号首先被发送滤波器滤波，然后因两个基站间有一定的隔离而得到相应的衰减，最后被受干扰基站的接收机所接收。到达被干扰基站的天线端的杂散干扰功率可以表示为：

其中，Ib为被干扰基站接收天线端接收到的干扰电平（dBm），PTX-AMP为干扰源功放输出功率（dBm），Iisolation为两基站天线间的隔离度（dB），WBinterfered为被干扰基站信号带宽，WBinterfering为干扰信号可测带宽，也可以理解成杂散辐射定义带宽，在计算对被干扰基站的干扰电平时要考虑到两者之间带宽的差异及转换。

对上式进行调整，有：

假设CDMA2000 1X发射频点为高端的最后一个频点即878.49MHz。CDMA2000 1X功放输出落在0-915MHz的杂散≤-13dBm/100kHz，具体实现办法是，针对每一个发射频点，用一个带宽只有1.23MHz的限带滤波器进行滤波合路，这种限带滤波器在带外有很大衰减，在0MHz处的衰减可以达到56dB，在909MHz处的衰减可以达到80dB。在这里考虑最坏的情况，即CDMA系统的最高端对GSM系统最低端频率的干扰。

则：

Iisolation =（-13dBm/100kHz）- 56 -  Ib ＋10lg（200kHz/100kHz）

我们知道，GSM的接收灵敏度是-104dBm，载干比是9dB，根据移动通信设计的惯例，为了保证灵敏度恶化不超过0.5dB，杂散干扰应低于噪声基底10dB。则允许的最大杂散干扰为：

    -104-9-10＝-123dBm/200kHz

这就要求其它系统落在GSM接收机的杂散或互调要小于此值，这样才不会对GSM系统造成严重干扰。

因此可以得到：

Iisolation= （-13dBm/100kHz）- 56 -  Ib ＋10lg（200kHz/100kHz）

     = -13 - 56 - (-123dBm/200kHz) + 10lg（200kHz/100kHz）= 57 dBm/200kHz

也就是说，不管CDMA天线和GSM900天线是否共站址，他们之间都要有57dB的隔离。

减小干扰的办法有多种：使天线具有足够的空间距离；滤除发射机带外信道噪声，滤波器可放置在不同设备，如接收机、双工器、隔离器等。

设备对干扰问题的考虑

按照TIA/EIA-97协议规定，CDMA天线口落在GSM900接收频段内的杂散应小于-13 dBm/100kHz，即CDMA系统会对GSM900系统会造成严重的干扰。基于此，我们在设计之初就考虑了两者相互干扰和共站址建设问题。具体方法是在针对每一个发射频点，用一个带宽只有1.23MHz的限带滤波器进行滤波合路，这种限带滤波器在带外有很大衰减，从而减低空间间距的要求。

天线隔离要求

为了将以上干扰尽量降低，则需要在两个系统的天线间保持适当的隔离。引用5.2.2节所提供公式：

垂直排列布置时，Lv=28+40lg(k/λ)                                      (dB)

水平排列布置时，Lv=22+20lg(d/λ)-(G1+G2)-(S1+S2)       (dB)

分几种情况说明CDMA和GSM900天线的间距要求：

(1) CDMA和GSM900天线不共站址，天线水平方向相对架设（或共站址全向天线）。

假设两天线最大辐射方向上的有效增益分别为10dBi（考虑馈线损耗等），干扰信号为0MHz。根据前述的分析，CDMA2000 1X设备与GSM之间的隔离度要求最差情况下为57dB。

根据上式，可以得到：

57=22＋20lg(Dh/λ) －(10+10) 

两基站天线的水平间距d＝180m

辐射方向有效天线增益（dBi）	隔离度要求（dB）	天线间隔要求（m）
10	57	180
15	57	569

(2) CDMA和GSM900天线共站址（天线分放在相同平台，水平隔离），定向天线。

假设GSM900和CDMA20001X天线水平放置，都采用65度天线；假设GSM和CDMA20001X在辐射方向的有效天线增益均为15dBi。

65°天线的水平面旁瓣在90度方向上约为-18dB，则该方向上的有效增益为15-18＝-3dBi。

57=22＋20lg(Dh/λ) －〔(15+15) +（(-18）+（-18）)〕

根据上式可以得出，此时，两天线的水平间距为d＝9m。

辐射方向有效天线增益（dBi）	隔离度要求（dB）	天线间隔要求（m）
10	57	3
15	57	9

(3) CDMA和GSM900天线共站址（天线分放在铁塔不同平台，垂直隔离），全、定向天线。

57=28+40lg(k/λ)                                     

根据上式可以得出，此时，两天线的垂直间距为d＝1.7m。

以上讲述的是一种推导方法，实际组网中还会遇到其他类型的天线共站址安装，需要我们结合设备指标和方法自己计算。比较重要的几个指标是：杂散辐射、干扰信号对被干扰设备的干扰功率计算、天线隔离度计算等。

天线安装间距

分集技术是对抗衰落最为有效的措施之一。在水平面内两副天线相距10个波长可使衰落降低。虽然接收分集需要两个或更多个端口，但它却显著地降低了衰落，其结果使移动站功率降低，传输质量提高，对整个系统来说是一大优点。

空间分集时，两根接收天线的距离为12～18λ；1λ=0.32m（900MHz）； 1λ=0.16m（1800MHz）。一般取分集天线水平间隔等于天线有效高度的0.11倍。天线安装越高其分集天线的水平间距越大，但天线间隔为6m时，在塔上安装很困难。另外，在分集接收中，垂直分离是要求同一分集增益的水平分离的5～6倍。实际工程中一般不采用垂直分集但是采用垂直隔离，特别是全向天线。

当分集天线的有效架设高度小于30m，分集天线间距小于3m时，两副分集天线互相处于对方的近场内而影响天线的方向图发生畸变。为了使两副天线相互影响造成天线方向图的起伏不超过2dB，则分集距离在任何天线有效高度情况下都应大于3m。

另外，如果采用空间分集应该注意：如果要覆盖公路，一般使两根接收天线的连线（分集面）垂直于公路。

定向天线空间分集距离示意图

站天线的优化选择和设置技术 

摘要　阐述了天线对移动通信系统网络性能的重要性，介绍了目前国内移动通信系统中常见天线种类和性能指标，并结合工程实践，分析了天线选择设置不当对网络性能的影响，给出了移动通信系统天线使用的几种典型环境下，基站天线优化选择和设置的注意事项和方法。 

天线是移动通信系统的重要组成部分，直接关系到移动通信网络的覆盖范围和服务质量。例如呼损率、掉话率、切换成功率等。网络营运的指标均与无线覆盖密切相关，而天线的选择和设置作为控制无线网络覆盖的基本手段，对于改善网络性能至关重要。 

我国现有的移动通信系统中常见的基站天线主要分室外基站天线和室内分布天线两种。室外基站天线主要有机械全向天线、预制电下倾全向天线、单极化定向机械天线、双极化定向机械天线、双极化定向预制电下倾天线和双极化定向电调天线：室内分布天线主要有吸顶天线、壁挂天线、八木天线等。此外，还有一些用于特殊情况下的天线。如用于覆盖地铁和隧道的泄漏电缆、无线直放站施主天线常用的栅格抛物面天线，等等。天线的性能指标分电气性能指标和机械性能指标，其中电气性能指标包括增益、波瓣宽度、极化方向、电压驻波比、端口隔离度、上旁瓣抑制、前后比、功率容量、三阶交调、频率范围等；机械指标包括天线的尺寸、重量、调整范围、温度、最大风速、接头型式、天线抱杆、安装和下倾辅件、防雷等，决定了天线的工作环境和安装要求。 

1、天线的选择和设置[1] 

由于天线的选择和设置与地形、地物以及话务量分布紧密相关，可以将天线使用环境大致分为5种类型：一般城区、密集城区、农村地区、郊区、交通干线等。 

1.1　一般城区基站天线 

城区基站密度较高，站距一般为500～1 000m，为合理覆盖基站周围500m左右的范围，选择基站天线时应考虑以下几方面： 

1）为减少干扰，应选用水平半功率角接近于60°的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。 

2）城区基站一般不要求大范围覆盖。而更注重覆盖的深度。由于中等增益天线的有效垂直波束比高增益天线宽，覆盖半径内有效的深度覆盖范围较大，可以改善室内覆盖效果，所以选用中等增益天线较好。 

3）由于城区基站天线安装空间往往有限。采用±45°极化方式的天线较为可行，并且由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。 

4）在不采用分层网的情况下，同一基站密度区域内，各基站天线有效挂高应该大致相等；基站越密，天线有效挂高应该越低。城区新建站天线高度为30 m左右，非城区新站天线高度为50 m左右。 

1.2　密集城区基站天线 

密集城区基站天线的选择与一般城区基站类似。但由于密集城区基站站距往往只有400～600m，在使用水平半功率角为65°的15 dBi双极化天线，且天线有效挂高35 m的情况下，天线下倾角可能设置在14.0°～11.5°之间。此时如果单纯采用机械下倾的方式。倾角过大将引起水平波束变宽，干扰增大，同时上副瓣也会引入较大干扰；而采用电子式倾角天线。则可以较好地解决波形畸变的问题，产生的干扰相对较小。所以密集城区基站选用电调下倾的水平半功率角为65°左右的中等增益双极化天线较为合适。 

1.3　农村地区基站天线 

在农村地区。鉴于话务量较小，预期覆盖面积较大的特点，选择基站天线时应考虑以下几方面。 

1）对于CDMA网络而言，为提高定向基站两扇区天线服务交叠区间的通信质量（交叠区内有宏观分集的效果），增大交叠区面积，宜选用水平半功率角较大的天线。例如水平半功率角为90°的天线。 

2）对于GSM网络而言，为提高覆盖质量，在平原地区使用水平半功率角较大的天线效果较好，但同时会产生切换区域增大的问题；而在山区和丘陵地带由于天线挂高比较高，使用水平半功率角较小的天线易于控制覆盖方向和范围，效果较好；同时要兼顾到周围覆盖，就要考虑垂直半功率角比较大的天线。下倾角度也要作重点考虑，既要覆盖到计划范围，同时不能对远处的基站造成干扰。 

3）为保证覆盖半径，应选择高增益天线。 

4）由于极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的农村地区，极化分集效果不如空间分集。因此在安装条件具备的情况下，使用单极化天线可以获得更大的上行分集增益，但与双极化天线相比对安装空间和施工技术要求较高，也不利于后期工程天线的调配。 

5）如果基站周围各方向上都没有明显阻挡，话务需求和预期覆盖范围也较小，且均匀分布在基站周围，可以选用11 dBi的全向天线。对站址较高或用户分布距站址过近的情况，为避免出现“塔下黑”，应选择预制电下倾全向天线。 

1.4　郊区基站天线 

郊区的情况介于城区和农村之间。对于站距较大的基站，可以参照农村基站天线的选用原则；反之则参照城区基站天线的选用原则。 

1.5　交通干线基站天线 

如果覆盖目标仅为高速公路或铁路等交通干线，由于话务量较低，而覆盖区成长带状分布，天线宜采用高增益定向天线加功分器方式组成双扇区基站，两天线相背放置，最大辐射方向与高速公路或铁路的方向一致。在穿过城镇，旅游点的地区可以采用三向、全向小区配以高增益定向天线实现覆盖。另外，如果道路呈直线且沿路方向话务量很低，既考虑覆盖又考虑设备成本，可采用双向天线，由于该天线是全向天线的变形，因此无需采用功分器，避免了采用功分器引入的插入损耗（约3.5 dB），采用一根天线代替两扇区天线，成本也较低。 

对于大型的购物中心、办公楼、医院、娱乐中心，通常室内结构复杂、有一定话务需求，直接通过室外覆盖损耗较大，易造成室内信号弱、覆盖不均匀、容量不足的问题，建议采用信号源加室内分布系统方式分布，天线可选用室内吸顶天线、壁挂天线等小增益天线。 

此外，考虑到分集及不同系统天线共址问题，同一小区分集接收天线间距应大于3 m，全向天线水平间距应大于4 m，定向天线水平隔离间距应大于2.5 m，不同平台天线垂直隔离间距应大于1 m。

2、天线优化案例分析 

基站天线除了其类型和参数指标会影响无线覆盖效果之外，安装的位置、高度、方向角、下倾角对于无线网络覆盖性能也至关重要。在实际工程中，由天线选择设置不当造成无线网络覆盖质量下降的情况很多，例如： 

1）天线选择及方位角设置不当导致覆盖问题。 

在某GSM网络基站A（配置为S（1/1/1）的覆盖范围内，农场的覆盖不好，部分型号的手机能够上网打电话（手机接收信号显示有1、2格），部分手机处于上网的临界状况（手机接收信号显示有1格或没有或下网），打电话很容易掉话。测试过程中发现，在去农场的路上一直是3小区的频点。在接近农场时，切换（重选）为相邻基站B（相距约10km）的某一频点，而在农场区域，TCH（业务信道）一直是基站B的该频点，接收电平为-100dBm左右。当离开农场一段距离时，切换为基站A的2小区。也就是说：在农场的覆盖区域内，没有采用较近的基站A作为服务区，而是采用了更远基站B。经分析，其原因在于天线的主瓣方向没有正对农场，而天线的半功率角为65°，农场处于2、3小区两个天线旁瓣区域内；另一方面，半功率角65°的天线在郊区覆盖范围较大的情况下，旁瓣的覆盖不如在市区覆盖好。将天线更换为半功率角90°的天线，并调整天线的方位角，使2小区的天线主瓣正对农场后，故障排除。

2）天线下倾角选择不当造成呼叫建立异常。 

某地出现手机显示接收信号较强（2～3格），但是无法通话的情况：做主叫时，拨号后无反应；做被叫时，可振铃但不能通话。使用测试手机观察故障地区接收信号情况，发现最强的信号（-85 dBm左右）来自距该地20 km以外的基站，由于GSM系统MS（移动台）小区选择使用的是搜索到的信号强度最高的频点，而利用此频点所属基站离MS过远，上行信号达到基站时的信号电平低于该基站的接收机灵敏度，因而造成了上述现象。根据实地勘测，发现基站所在地的海拔高度比故障区域约高200m，且之间几乎没有任何阻挡，另外该基站的天线下倾角为0°，所以该基站的信号到故障区域基本上为视距传播，导致了非常严重的越区覆盖。采用加大天线下倾角，对干扰小区的覆盖范围进行控制后，故障排除。 

3）天线挂高过高，引起切换成功率低、掉话率高。 

某GSM网络切换成功率不足80%，掉话率超过2%，通话质量差。通过查看分析话统任务数据，发现切换原因及不成功主要是由于上、下行电平差造成，且下行质量差的次数大大高于上行质量差的次数。实际路测结果表明，市区内室外信号强度能达到-80dBm以上，覆盖没有问题。但存在比较严重的越区覆盖问题。如在A基站所在楼内，手机所在的服务小区为与A基站1小区具有相同BCCH（广播控制信道）频点的B小区，而B小区位于市郊距A基站6 km处。这样，就产生两方面的问题：在A基站1小区覆盖范围内，B小区信号形成同频干扰，导致下行链路质量；当选择B小区作为服务小区时，由于它的邻区只做了与它地理上有相邻关系的小区，而在A基站附近的小区没有做成它的邻区，这样当它的信号变得不可用时，它的邻区信号也不好，产生孤岛效应，就容易发生切换失败乃至掉话。经实地勘测，B小区天线挂高为50m，造成严重的越区干扰。因此可采用降低B小区的天线挂高或者将更换为电调下倾天线以加大下倾角度，从而减小B小区的覆盖范围，避免对A基站1小区的干扰。 

3、结束语 

天线的选择和设置，作为天馈优化的重要环节，不仅决定了网络覆盖性能，还关系到网络的质量指标。随着天线技术的发展，各种新型天线的涌现，将使得天线的选择和设置更加灵活。因此，设计人员必须针对不同的地理环境、服务要求、现场情况仔细选择天线类型和电气性能，优化设置天线参数。以达到控制电磁能的空间分布，改善网络覆盖质量，均衡网络话务负荷，避免由于天线选择和设置不当造成的覆盖盲区、干扰、切换、越区覆盖等问题，使网络资源得以充分合理的利用。