广播百科 基站天线的一致性、稳定性和可靠性

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第 403 期

随着移动通信的不断发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程。天线作为移动通信网络的感知器官在网络中的地位越来越复杂，并且越来越重要。虽然天线的投资占比较小（仅占基站投资的3%左右），但是网络故障的40%以上是由天馈系统引起的。天馈系统质量下降会导致覆盖性能变差，或者造成干扰问题，而且天线作为一种复杂的无源产品，其在网络中很难监测，天馈系统问题的表现多种多样，如：天线在网使用两三年后，网络覆盖性能明显下降，互调干扰越来越严重；下暴雨时驻波比告警；刮大风时驻波比告警；同一厂家同一型号的天线用在同一网络性能却大不相同等等。这些现象都和天线的一致性、稳定性和可靠性相关。

1、基站的构成和工作原理

以eNodeB为例，基站一般包括以下几部分：

BBU—Building Baseband Unit，基带处理单元。主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、无线资源的分配、协议处理、呼叫处理、功率控制与软切换等功能。

RRU—Radio Remote Unit，射频拉远单元。主要完成射频信号调制解调，空中射频信道和基带数字信道之间的转换，以及射频信道的功率放大、收发等功能。

原理：基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。

前向信号传输流程如下：

(1). 核心网侧的控制信令、语音呼叫或数据业务信息通过传输网络发送到基站（在2G、3G网络中，信号先传送到基站控制器，再传送到基站）。

(2). 信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射。

(3). 终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。

2、基站天线的分类

基站使用的天线分为发射天线和接收天线，且有全向和定向之分，一般有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是全方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的方向进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站(如位于郊区)常采用发全向、收全向的方式；而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。

这种像木板的天线叫做“板状天线”是现在用的最多的天线。它属于定向天线，一块“板子”就是一个扇区，通常安装在高处，板面朝向覆盖方向，会向下倾斜一定角度。

板状天线有以下几种类型：

(1)、宽频段板状基站天线

(2)、双频段板状基站天线

(3)、三频段板状基站天线

(4)、3G单频段板状天线

3、基站天线的选型

（1）为减少干扰，应选用水平半功率角接近于60度的天线。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，网络适配性较好，有助于控制越区切换。如下图所示：

（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相比于高增益天线较宽，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，所以选用双极化天线比较切合实际。

根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角：

α=arctg（2h/ r）

(式中α为波束倾角，h为天线髙度，r为基站间距离）

（1）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出α大约在10°〜 19°之间。采用内置电下倾9°的±45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线，再加上机械可变15°的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾 10°〜19°内无变化，可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。

（2）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，α大约在6°〜16°之间，可选择内置电下倾6°的土45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线，再加上机械可变15°的倾角，可以保证主瓣在下倾的6°〜16°内水平半功率宽度无变化，可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。

（3）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，α大约在3°〜13°之 间。可选择内置电下倾3°的±45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线， 再加上机械可变15°的倾角，可保证主瓣在下倾的3°〜13°内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。

4、天线性能的一致性、稳定性和可靠性

1、一致性：天线性能的一致性是指同一型号的天线产品的参数表现的吻合性，可以通过比较多个同类型产品的指标曲线的近似度来判断。例如：同一类型的多个天线电压驻波比曲线和隔离度曲线变化趋势一致的，表明该类型天线性能的一致性较好；

2、稳定性：天线的稳定性是指天线保持其特性随时间恒定的能力，通常是指天线的特性随时间不变化的能力。稳定性可以进行定量的表征，主要是确定特性随时间变化的关系。稳定性很重要，那么怎么才能知道系统是否稳定呢？

天线的稳定性和可靠性是不可分的，对于天线的稳定性如何判别呢，一种相对简单的方法就是通过可靠性试验前后指标曲线的重合度来判断天线性能的可靠性。通过研究发现：

（1）辐射参数对工艺及电路不敏感，而电路参数对电路及工艺敏感，在生产过程，特别是多次调试易对电路参数造成影响；

（2）电路参数中，互调量级太小，对测试方法、测试设备及环境敏感波动大，不适合统计评估；

（3）电路参数对测试场地要求低，可现场测试。辐射参数对测试场地的反射和屏蔽特性要求很高，不可现场测试。

因此，建议选取电路参数中的驻波比和隔离度作为天线性能的稳定性表征参量。

3、可靠性：通常，天线的可靠性是指元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等来评价天线的可靠性。环境可靠性是指：天线在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。天线在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要用试验设备对其进行验证。

可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。耐久性是指天线使用无故障性或使用寿命的长短。可维修性是指当天线发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障。设计可靠性是决定天线质量的关键，由于人、机系统的复杂性，以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的这种因素影响，发生错误的可能性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性，这就是设计可靠性。因此，可靠性是一项重要的质量指标，只是定性描述就显得不够，必须使之数量化，这样才能进行精确的描述和比较。可靠性的定量表示有其自己的特点，由于使用场合的不同，很难用一个特征量来完全代表。

天线产品的可靠性的检验可以通过一系列试验来判断，可靠性试验是对天线产品进行可靠性调查、分析和评价的重要手段。天线的可靠性试验包括高低温试验、淋雨试验、振动试验、冲击试验、碰撞试验、汽车运输试验、风载试验、摄冰试验和功率试验等。

总之，天线的可靠性、稳定性和一致性对移动通信网络具有重要的影响，在天线产品入网之前测量和把控天线的这些性能具有重要意义。

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广播视野（2019年9月）

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