中心議題:
- 介紹有關天線的基本知識
- 淺談天線在日常維護及網絡優化中的作用
解決方案：
- 在日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗
- 在移動通信系統中，均采用垂直極化的傳播方式
- 通過對天線垂直度的調節，改善小區覆蓋質量
- 在高話務密度區采用電調天線或雙極化天線替換機械天線
- 天線的安裝應注意4個問題，并注意天線府仰角和方位角的調整
移動通信系統是有線與無線的綜合體，它是移動網絡在其覆蓋范圍內，通過空中接口（無線）將移動臺與基站聯系起來，并進而與移動交換機相聯系（有線）的一個綜合的復合體。而在移動通信系統中，空間無線信號的發射和接收都是依靠移動天線來實現的。因此，天線對于移動通信網絡來說，起著舉足輕重的作用，如果天線的選擇不好，或者天線的參數設置不當，都會直接影響到整個移動通信網絡的運行質量。尤其在基站數量多，站距小，載頻數量多的高話務量地區，天線選擇及參數設置是否合適，對移動通信網絡的干擾，覆蓋率，接通率及全網服務質量有很大影響。本文將向讀者介紹一些有關天線的基本知識，并聯系本人實際，談談天線在日常維護及網絡優化中的作用。
天線的幾個重要參數介紹
天線的輸入阻抗
天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣一般用四個參數來衡量，即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。
駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統中，一般要求駐波比小于1.5。回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統中，一般要求回波損耗大于14dB。
天線的極化方式
所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術的發展，最近又出現了一種雙極化天線。就其設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發雙工模式下，大大節省了每個小區的天線數量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。）
天線的增益
天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。
天線的波瓣寬度
波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，在一定范圍內通過對天線垂直度（俯仰角）的調節，可以達到改善小區覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優化中經常采用的一種手段。
移動通信系統中幾種天線的比較及選擇
移動通信天線的技術發展很快，最初中國主要使用普通的定向和全向型移動天線，后來普遍使用機械天線，現在一些省市的移動網已經開始使用電調天線和雙極化移動天線。由于目前移動通信系統中使用的各種天線的使用頻率，增益和前后比等指標差別不大，都符合網絡指標要求，我們將重點從移動天線下傾角度改變對天線方向圖及無線網絡的影響方面，對上述幾種天線進行分析比較。
機械天線。所謂機械天線，即指使用機械調整下傾角度的移動天線。機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網絡優化的要求，需要調整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現。在調整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。實踐證明：機械天線的最佳下傾角度為1°－5°；當下傾角度在5°－10°變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖變化較大；當機械天線下傾15°后，天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變為紡錘形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區內，在相鄰基站扇區內也會收到該基站的信號，從而造成嚴重的系統內干擾。另外，在日常維護中，如果要調整機械天線下傾角度，整個系統要關機，不能在調整天線傾角的同時進行監測；機械天線調整天線下傾角度非常麻煩，一般需要維護人員爬到天線安放處進行調整；機械天線的下傾角度是通過計算機模擬分析軟件計算的理論值，同實際最佳下傾角度有一定的偏差；機械天線調整傾角的步進度數為1°，三階互調指標為-120dBc。
電調天線。所謂電調天線，即指使用電子調整下傾角度的移動天線。電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改變傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務小區扇區內減小覆蓋面積但又不產生干擾。實踐證明，電調天線下傾角度在1°-5°變化時，其天線方向圖與機械天線的大致相同；當下傾角度在5°-10°變化時，其天線方向圖較機械天線的稍有改善；當下傾角度在10°-15°變化時，其天線方向圖較機械天線的變化較大；當機械天線下傾15°后，其天線方向圖較機械天線的明顯不同，這時天線方向圖形狀改變不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，整個天線方向圖都在本基站扇區內，增加下傾角度，可以使扇區覆蓋面積縮小，但不產生干擾，這樣的方向圖是我們需要的，因此采用電調天線能夠降低呼損，減小干擾。另外，電調天線允許系統在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進行調整，實時監測調整的效果，調整傾角的步進精度也較高（為0.1°），因此可以對網絡實現精細調整；電調天線的三階互調指標為-150dBc，較機械天線相差30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。
雙極化天線。雙極化天線是一種新型天線技術，組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發雙工模式下，因此其最突出的優點是節省單個定向基站的天線數量；一般GSM數字移動通信網的定向基站（三扇區）要使用9根天線，每個扇形使用3根天線（空間分集，一發兩收），如果使用雙極化天線，每個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調天線的優點，在移動通信網中使用雙極化天線同電調天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網的服務質量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節省基建投資，同時使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。
對于天線的選擇，我們應根據自己移動網的覆蓋，話務量，干擾和網絡服務質量等實際情況，選擇適合本地區移動網絡需要的移動天線：在基站密集的高話務地區，應該盡量采用雙極化天線和電調天線，在邊、郊等話務量不高，基站不密集地區和只要求覆蓋的地區，可以使用傳統的機械天線。我國目前的移動通信網在高話務密度區的呼損較高，干擾較大，其中一個重要原因是機械天線下傾角度過大，天線下傾角度過大，天線方向圖嚴重變形。要解決高話務區的容量不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機械天線，下傾角度大于5°時，天線方向圖就開始變形，超過10°時，天線方向圖嚴重變形，因此采用機械天線，很難解決用戶高密度區呼損高、干擾大的問題。因此建議在高話務密度區采用電調天線或雙極化天線替換機械天線，替換下來的機械天線可以安裝在農村，郊區等話務密度低的地區。
天線調整在移動通信系統中的應用
天線是無線信號與基站之間的接口，在整個無線網絡中起著很重要的作用。天線的正確安裝，天線參數的正確調整（包括天線高度、俯仰角、方位角），對無線網絡的信號質量有著很大的影響，能夠較為有效的改善系統的掉話率，接通率。阻塞率等運行質量指標，改善無線信號及無線環境。
天線的安裝
由于移動通信的迅猛發展，目前全國許多地區存在多網并存的局面，即A、B、G三網并存，其中有些地區的G網還包括GSM9000和GSM1800。為充分利用資源，實現資源共享，我們一般采用天線共塔的形式。這就涉及到天線的正確安裝問題，即如何安裝才能盡可能地減少天線之間的相互影響。在工程中我們一般用隔離度指標來衡量，通常要求隔離度應至少大于30dB，為滿足該要求，常采用使天線在垂直方向隔開或在水平方向隔開的方法，實踐證明，在天線間距相同時，垂直安裝比水平安裝能獲得更大的隔離度。
總的來說，天線的安裝應注意以下幾個問題：
（1）定向天線的塔側安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，在安裝時應注意：定向天線的中心至鐵塔的距離為λ/4或3λ/4時，可獲得塔外的最大方向性。
（2）全向天線的塔側安裝：為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響，原則上天線鐵塔不能成為天線的反射器。因此在安裝中，天線總應安裝于棱角上，且使天線與鐵塔任一部位的最近距離大于λ。
（3）多天線共塔：要盡量減少不同網收發信天線之間的耦合作用和相互影響，設法增大天線相互之間的隔離度，最好的辦法是增大相互之間的距離。天線共塔時，應優先采用垂直安裝。
（4）對于傳統的單極化天線（垂直極化），由于天線之間（RX-TX,TX-TX）的隔離度（≥30dB）和空間分集技術的要求，要求天線之間有一定的水平和垂直間隔距離，一般垂直距離約為50cm，水平距離約為4.5m，這時必須增加基建投資，以擴大安裝天線的平臺，而對于雙極化天線（±45°極化），由于±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm，移動基站可以不必興建鐵塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可。
天線參數的調整
天線高度的調整
天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關。一般來說，我們用儀器測得的信號覆蓋范圍受兩方向因素影響：一是天線所發直射波所能達到的最遠距離；二是到達該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。900MHz移動通信是近地表面視線通信，天線所發直射波所能達到的最遠距離（S）直接與收發信天線的高度有關，具體關系式可簡化如下：
S=2R(H+h)
其中：R-地球半徑，約為6370km；
H-基站天線的中心點高度；
h-手機或測試儀表的天線高度。
由此可見，基站無線信號所能達到的最遠距離（即基站的覆蓋范圍）是由天線高度決定的。GSM網絡在建設初期，站點較少，為了保證覆蓋，基站天線一般架設得都較高。隨著近幾年移動通信的迅速發展，基站站點大量增多，在市區已經達到大約500m左右為一個站。在這種情況下，我們必須減小基站的覆蓋范圍，降低天線的高度，否則會嚴重影響我們的網絡質量。其影響主要有以下幾個方面：
a話務不均衡。基站天線過高，會造成該基站的覆蓋范圍過大，從而造成該基站的話務量很大，而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且被該基站覆蓋，話務量較小，不能發揮應有作用，導致話務不均衡。
b系統內干擾。基站天線過高，會造成越站無線干擾（主要包括同頻干擾及鄰頻干擾），引起掉話、串話和有較大雜音等現象，從而導致整個無線通信網絡的質量下降。
c孤島效應。孤島效應是基站覆蓋性問題，當基站覆蓋在大型水面或多山地區等特殊地形時，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆蓋范圍不變的基礎上，在很遠處出現“飛地”，而與之有切換關系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到，這樣就造成“飛地”與相鄰基站之間沒有切換關系，“飛地”因此成為一個孤島，當手機占用上“飛地”覆蓋區的信號時，很容易因沒有切換關系而引起掉話。
天線府仰角的調整
天線俯仰角的調整是網絡優化中的一個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角可以使天線至本小區邊界的射線與天線至受干擾小區邊界的射線之間處于天線垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分，從而使受干擾小區的同頻及鄰頻干擾減至最小；另外，選擇合適的覆蓋范圍，使基站實際覆蓋范圍與預期的設計范圍相同，同時加強本覆蓋區的信號強度。
在目前的移動通信網絡中，由于基站的站點的增多，使得我們在設計市區基站的時候，一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右，而根據移動通信天線的特性，如果不使天線有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的話，則基站的覆蓋范圍是會遠遠大于500M的，如此則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏大，從而導致小區與小區之間交叉覆蓋，相鄰切換關系混亂，系統內頻率干擾嚴重；另一方面，如果天線的俯仰角偏大，則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏小，導致小區之間的信號盲區或弱區，同時易導致天線方向圖形狀的變化（如從鴨梨形變為紡錘形），從而造成嚴重的系統內干擾。因此，合理設置俯仰角是保證整個移動通信網絡質量的基本保證。一般來說，俯仰角的大小可以由以下公式推算
θ=arctg(h/R)
其中：θ--天線的俯仰角
h--天線的高度
R--小區的覆蓋半徑
上式是將天線的主瓣方向對準小區邊緣時得出的，在實際的調整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基礎上再加上1-2度，使信號更有效地覆蓋在本小區之內。
天線方位角的調整
天線方位角的調整對移動通信的網絡質量非常重要。一方面，準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預期的相同，保證整個網絡的運行質量；另一方面，依據話務量或網絡存在的具體情況對方位角進行適當的調整，可以更好地優化現有的移動通信網絡。
根據理想的蜂窩移動通信模型，一個小區的交界處，這樣信號相對互補。與此相對應，在現行的GSM系統（主要指ERICSSON設備）中，定向站一般被分為三個小區，即：
A小區：方位角度0度，天線指向正北；
B小區：方位角度120度，天線指向東南；
C小區：方位角度240度，天線指向西南。
在GSM建設及規劃中，我們一般嚴格按照上述的規定對天線的方位角進行安裝及調整，這也是天線安裝的重要標準之一，如果方位角設置與之存在偏差，則易導致基站的實際覆蓋與所設計的不相符，導致基站的覆蓋范圍不合理，從而導致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾。但在實際的GSM網絡中，一方面，由于地形的原因，如大樓、高山、水面等，往往引起信號的折射或反射，從而導致實際覆蓋與理想模型存在較大的出入，造成一些區域信號較強，一些區域信號較弱，這時我們可根據網絡的實際情況，對所地應天線的方位角進行適當的調整，以保證信號較弱區域的信號強度，達到網絡優化的目的；另一方面，由于實際存在的人口密度不同，導致各天線所對應小區的話務不均衡，這時我們可通過調整天線的方位角，達到均衡話務量的目的。當然，在一般情況下我們并不贊成對天線的方位角進行調整，因為這樣可能會造成一定程度的系統內干擾。但在某些特殊情況下，如當地緊急會議或大型公眾活動等，導致某些小區話務量特別集中，這時我們可臨時對天線的方位角進行調整，以達到均衡話務，優化網絡的目的；另外，針對郊區某些信號盲區或弱區，我們亦可通過調整天線的方位角達到優化網絡的目的，這時我們應輔以場強測試車對周圍信號進行測試，以保證網絡的運行質量。
