关于一体化美化基站天线和加罩美化天线性能对比探究

张国兴

（中国电子科技集团公司第七研究所，广州 510310）

1 美化天线的背景

移动通信为人们的发展提供了非常便利的沟通，成了日常生活的必须品，而基站作为移动通信的基础载体存在。随着通信用户数量的增加和公众对网络质量的要求不断提升，要求更高的通信网络，基站数量也随着不断的增加。在城市化进程的推进过程中环保意识不断增强、生态化城市、绿色城市等理念的提出和推进，让原本传统的铁塔和楼顶的基站外露架设方式影响视觉环境[1]。基站密度加大，居民区覆盖更加深入，尽管基站各辐射指标均在安全范围内，但居民对辐射的担心甚至极大的抵制心理仍是基站建设难的第一因素。综上移动通信基站在城市化发展中遭遇了前所未有的寻址难、建设难、维持难等问题。

为了解决上述问题，基站美化天线成为了比较理想的解决方案，即将基站天线伪装。将基站天线包装成具有一定形状且电磁辐射影响较小的密闭壳体内，经过美化和修饰使天线的外部形态和周围环境融为一体，实现隐藏的目的。

2 传统天线加外罩与一体化美化天线性能对比

图1 不同天线结构示意图

如图1（a）是传统的基站天线，图1（b）是方柱形美化外罩，传统的天线美化即在常规GSM或者TD基站天线外增加美化外罩的方式，其设计、生产环节成本耗费小、但网络维护不方便，在工程施工过程中也无法监控加罩美化天线各指标的影响。为解决传统加外罩美化方式的弊端，提出了现在主流的一体化美化天线，如图1（c）所示。一体化美化天线是指本身外观具有特殊隐蔽作用的基站天线，包括常规天线所必备的振子、反射器等器件，天线与外罩一体化设计，安装方便快捷，对辐射损耗也少，却设计较复杂。

传统美化和一体化美化方式，都因改变天线外壳，必然对基站天线的性能产生一定的影响。本文通过对比普通天线、传统加罩美化天线以及一体化美化天线的电性能变化，来探究两种美化方式性能的影响。实验中测试天线选择在0°电下倾状态下进行（连续电调天线在0°电下倾状态的值为典型状态值），其内部结构一致即相同频段、增益及水平垂直波瓣角的普通板状天线、一体化美化天线各一副，并准备一个可以装下该板状天线的玻璃钢美化外罩，分别测试普通天线、一体化美化天线及普通天线加美化外罩的电性能参数的比较，从而分析两者的差异优劣性。

本文主要针对电性能参数中的辐射项目做定向分析，项目包括增益、水平面及垂直面半功率波束宽度、前后比、轴向交叉极化比、上旁瓣抑制。工作频段低频为806MHz～960MHz，高频为1710MHz～2690MHz。

2.1 对天线增益的影响

因为天线结构具有对称性，所以所有检测项目均只提供端口1的测试数据。电磁波在穿透美化外罩时，产生一定的吸收损耗，导致天线增益下降。图2中两种美化方式在低频段对电磁波的吸收都很小，分别在0.44dBi和0.35 dBi，几乎可以忽略；在高频段的某些频点吸收损耗分别在1.02dBi和0.45dBi。根据理论计算得到，增益降低0.2dBi时，覆盖范围缩小4%；增益降低0.5dBi时，覆盖范围缩小12%；增益降低1dBi时，覆盖范围缩小25%。因此，在频率较高时，加罩比一体化的美化方式对信号覆盖范围的影响较大。

图2 增益变化对比

2.2 对天线垂直面的影响

因为天线的美化方式均建立在传统天线基础上，所以美化之后的天线在垂直面半功率波束宽度上应基本保持不变。从图3知，加罩美化与一体化美化天线的垂直面半功率波束宽度在低频分别降低了0.64°和0.45°，高频段最大波动在0.22°和0.27°达到几乎重合，满足天线的基本要求。

图3 垂直面半功率波束宽度对比

基站天线在工作中通常会有下倾角（机械或电动），天线的第一上旁瓣处于水平位置或高于水平位置，因此容易接收到邻区主瓣直接或间接照射过来的信号，造成邻区干扰。图4中第一上旁瓣抑制在低频段外罩美化波动稍大一些，但抑制效果更佳；高频段一体化美化波动稍大一点，不过波动幅度都很小。由此可见在30度扇区内的上旁瓣抑制在不同美化方式作用下高低频影响程度稍微不一样。

图4 第一上旁瓣抑制

图5 水平面半功率波束宽度对比

2.3 对天线水平面的影响

水平面的测试项目包括半功率波束宽度、前后比、交叉极化比。从图5、图6中可知，不同的天线美化方式对天线水平面半功率波束宽度、轴向交叉极化比性能影响较大，呈现较大的波动，低频和高频的影响几乎在水平面的波束宽度、交叉极化比上具有相同的趋势。

天线的前后比用来考虑天线对背向扇区的影响。给天线加上美化外罩之后，信号会在外罩内产生多次反射，降低天线前后比。在图7 中加罩美化方式极大的使前后比恶化，低频段前后比不足24dB，高频段前后比不足21dB，与传统天线的参数相差极大；一体化的美化方式在高频段有加大的波动，但是其值均在传统天线前后比周围变化，相差也很小。

3 结论

图6 轴向交叉极化比

图7 前后比

本文通过分析传统天线、加罩美化天线以及一体化美化天线从增益、垂直面、水平面测试，探究了传统天线在进行加罩美化、一体化美化后对天线性能指标的影响，从中我们可以看出一体化美化天线相比加罩美化天线能够避免指标的剧烈波动、较大损耗以及辐射方向图的畸变，有效的实现天线性能。并且在实际的施工过程中，加罩美化天线安装过程繁琐、施工难度大，相比之下，一体化美化天线具有体积小、重量轻、安装要求低等特点，在建网的过程中更加灵活，因此得到了广泛的应用。