移动通信天线及其应用技术

在移动通信系统中，通常分为移动台天线和基站天线。

（一）移动台天线

移动台的天线是“接触”网络的唯一部件，随着4G智能终端的广泛应用，对移动台天线也提出了更高的要求。

影响移动台天线性能的因素主要有三大类：天线尺寸、多副天线之间的互耦及设备使用模型。

（1）天线尺寸取决于移动台的工作带宽、工作频率和辐射效率。4G终端的工作带宽远远大于以往的2G/3G手机，且提出了五模十频的设计要求。因此更大尺寸的天线可以在保证辐射效率的前提下提供更大的带宽和更宽的工作频段。

（2）4G终端采用MIMO技术，因此移动台设备需要放置多根天线，要求多根天线同时工作在相同频率，且互相不能有影响，天线之间靠得很近时，就会产生互耦现象，天线之间耦合的能量是无用的，只会降低数据吞吐量和电池寿命。

（3）设备使用模型随着越来越大的显示屏和使用者抓握方式的改变，使得天线找一个不被显示屏或用户手掌阻挡的好位置变得越来越困难。

此外移动台天线还应具备以下特点：

（1）在水平方向内天线是无方向的。

（2）在垂直面内尽可能抑制角方向的辐射。

（3）天线的电器性能不应受到因移动而产生的振动、碰撞、冲击等的影响。

（4）体积小，重量轻，由于用户量大，造价要低廉。

（二）基站天线

1.基站天线的分类

基站天线按照天线的辐射方向可以分为定向天线和全向天线，根据下倾角调整方式可分为机械天线和电调天线，根据极化方式可分为双极化天线和单极化天线。

全向天线的水平方向图为一个圆，定向天线的水平方向图为一个确定的方向，辐射方向的范围用半功率角描述，角度越小，方向性越强。

2.基站天线的要求

（1）天线增益高。

为了提高增益，即提高天线水平面的辐射能力，必须设法压缩天线垂直面的辐射特性，减小垂直面的波瓣宽度。

例如，对于高增益无方向性天线，当水平面辐射增益达到9 dB时，垂直面内半功率波瓣宽度不应越过10°。基站天线增益常以半波振子的增益为标准。

（2）方向性图要满足设计要求，能使基站覆盖整个服务区。

由于天线是架设在铁塔、大楼顶部、山顶等高处，天线附近往往存在着金属导体，包括天线的支撑件，它们会对天线的辐射产生影响，使方向图发生改变。因此，必须留有足够的间距。工程中常使天线辐射体中心距铁塔3/4波长以上长度时，可使无方向性天线真圆性变好，或者使定向性天线获得理想的方向性。如果天线存在反射器，则应使反射器离开塔体尽量远一些。(www.xing528.com)

（3）为提高天线辐射效率，必须实现天馈线系统的阻抗匹配。

在天馈线系统中，阻抗匹配程度用电压驻波比VSWR描述。VSWR常在1.05～1.5以内，阻抗匹配程度越高，VSWR越小。

（4）频带宽。

移动通信天线，均应要求能在宽频带范围内工作，能实现收发共用。就是说天线的工作频带不仅要考虑收发信全频段，还要考虑其收发信的双工间隔以及保护间隔。例如150 MHz频段的双工间隔为5.7 MHz，400 MHz频段的双工间隔为10 MHz，900 MHz频段的双工间隔为45 MHz。另外，还需保护收信和发信频段带宽。以900 MHz蜂窝电话系统为例，天线应能在25 MHz×2+45 MHz＝95 MHz带宽上工作，并能保证性能。

（5）具有较好的机械强度。

基站天线往往安装于铁塔塔侧或塔顶某处，因此，天线结构应具有较好的机械强度，能够抗风、冰凌、雨雪等影响。为了提高防雷能力，天线系统必须有较好的防雷接地系统。

3.基站天线的选择

对于基站天线的应用，我们应根据移动通信网的覆盖、话务量、干扰和网络质量等实际情况，选择适合本地区移动网络需要的移动天线。

一般情况下，在基站密集的高话务密度区域，应该尽量采用双极化天线和电调天线；在边、郊等话务量不高，基站不密集地区和只要求覆盖的地区，可以使用传统的机械天线；高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换下来的机械天线可以安装在农村、郊区等话务密度低的地区。

4.基站天线的美化与伪装

1）基站天线美化与伪装的方法

研究统计表明，人们对电磁波辐射越来越敏感，为了减少城市环境下基站天线安装给城市居民带来的不舒适感，天线的美化与伪装是一种有效的解决方案。

天线的美化与伪装是指将基站天线与美化造型的外壳结合在一起，设计出不同形态与周围环境相适应的美化天线产品，或者将天线喷涂上与环境和谐的颜色，就可以达到美化伪装的效果，如图3-6所示。

图3-6　天线的美化与伪装

2）基站天线美化与伪装的应用

基站安装的场合通常可分为广场、街道、风景区、商业区、住宅小区、工厂区和主干道路等七大类，这些场合的具体应用见表3.1。

表3.1　基站天线美化与伪装的应用

续表