新型全向吸頂天線技術和標準探討
發(fā)布日期:2023-04-29
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一、概述
早在 3G 試驗網(wǎng)建設初期，研究人員就發(fā)現(xiàn)：3G 信號衰減快、穿透損耗大、繞射能力差，在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，2G、3G 信號覆蓋不能同步，3G 信號覆蓋范圍小、盲點和弱區(qū)多。這些問題是3G 信號頻率高所致，通常被認為是不可逾越的技術障礙。要獲得良好的3G 室內(nèi)信號，唯有增加天線密度。所以，對3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)，業(yè)界普遍認同“小功率、多天線”的設計原則。然而，這一原則雖然解決了3G 信號覆蓋問題，卻帶來了建設投資成倍增加和大規(guī)模的2G 室內(nèi)分布系統(tǒng)改造，同時，還導致更嚴重的2G 信號泄漏。
通過長期觀察、測試和研究，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)全向吸頂天線存在一些技術缺陷，如高頻信號向天線正下方聚集，信號分布不均勻、不穩(wěn)定等。高頻信號聚集效應是導致3G 等高頻信號快速衰減和覆蓋半徑小的真正技術原因。經(jīng)過對寬帶天線的技術研究、反復實驗和不斷改進，我們研發(fā)出了寬帶、高效、節(jié)能和環(huán)保的新型全向吸頂天線。
新型全向吸頂天線拓寬了工作頻帶，降低了高頻信號電磁輻射，單天線覆蓋面積擴大一倍以上，改善了信號覆蓋均勻度，克服了技術障礙，彌補了缺陷，提高覆蓋效率，大大簡化了3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)，改變了3G 室分建設基本原則，實現(xiàn)了全頻段、多網(wǎng)絡同步覆蓋，避免了重復建設，提高了室分資源的利用率，有效提升了整個室內(nèi)分布系統(tǒng)整體效率和室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量，節(jié)約了大量的網(wǎng)絡建設投資和運營成本，降本增效、節(jié)能降耗、低碳環(huán)保，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。
本文介紹新型全向吸頂天線主要技術特性，探討其技術標準。
二、新型全向天線吸頂天線主要技術特性
新型全向吸頂天線檢測技術指標見表 1。在覆蓋半徑邊緣對應的85°輻射角，天線高頻段增益比低頻段增益高1dB～2dB，對比傳統(tǒng)全向吸頂天線，平均增益提高了4.22dB，有效擴大了高頻信號覆蓋范圍，加上3G 系統(tǒng)CDMA 技術優(yōu)勢，使2G、3G 信號覆蓋范圍基本一致，改變了“小功率、多天線”的3G 室分設計原則。
高頻信號輻射最強對應天線下方30°輻射角，天線高頻段平均增益為-5.5dB，對比傳統(tǒng)全向吸頂天線，平均增益降低了10dB，有效降低了電磁輻射，提高了最小耦合損耗，因此，降低了輻射，提高了天線口饋入信號功率的允許值。
通過適當設計天線覆蓋半徑，調(diào)整天線口饋入功率，可以使高、低頻段不同邊緣場強要求的通信系統(tǒng)同步覆蓋，解決了2G、3G 網(wǎng)絡覆蓋不同步的技術難題，突破室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)共享的技術障礙。
另外，新型全向吸頂天線結構簡單，完全軸對稱，85°輻射角不圓度可控制在1dB 以內(nèi)，信號分布更均勻，而且工作帶寬更寬。新型全向吸頂天線主要技術創(chuàng)新點有：
（1）突破思維定式，首先發(fā)現(xiàn)并證實了傳統(tǒng)天線存在的技術缺陷，找到了3G 信號快速衰減的真正技術原因。
（2）提出了輻射角增益和輻射角不圓度技術指標，并定義30°和85°輻射角作為衡量全向天線下方和覆蓋邊緣技術性能的典型角度，更加準確地反映了全向天線信號覆蓋均勻性和穩(wěn)定性，完善了全向天線指標體系，豐富了天線
技術理論。
（3）在設計思路上，突破了傳統(tǒng)全向吸頂天線單純追求高增益的設計理念，將天線實際應用中信號分布均勻、穩(wěn)定性和全頻段信號覆蓋邊緣場強的一致性作為全向天線設計的重點。
（4）在寬帶天線技術上，將半波振子和雙錐天線巧妙結合起來，低頻段為半波振子、高頻段為雙錐天線，避免了偶極天線高、低頻率垂直方向圖差異過大問題，并將高頻信號最大增益輻射角調(diào)整到70°左右，加強了目標覆蓋半徑邊緣的信號，解決了高頻信號聚集問題，擴大了覆蓋范圍，提高了覆蓋效率，同時，有效緩解了天線近處電磁輻射。
（5）提出了更高的互調(diào)指標要求，三階互調(diào)小于-140dBc，有效降低了多系統(tǒng)合路時系統(tǒng)間的互調(diào)干擾。
（6）設計精準，取消了阻抗匹配片（線）和振子防雷接地，結構簡單、對稱，無需阻抗調(diào)測，生產(chǎn)裝配容易，便于規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性好，不圓度指標低。
（7）制定了明確的技術性能指標、制造材質(zhì)和組件質(zhì)量要求，質(zhì)量可控，成本清晰。
（8）擴展了工作帶寬（800MHz-3000MHz），比傳統(tǒng)天線高端擴展了500MHz，利于WLAN 接入和網(wǎng)絡向LTE 演進，避免再次改造。
三、室內(nèi)全向吸頂天線技術標準探討
GB/T 9410-2008《移動通信天線通用技術規(guī)范》和 GB/T 21195-2007《移動通信室內(nèi)信號分布系統(tǒng)天線技術條件》對我國室內(nèi)全向吸頂天線提出了技術要求，但現(xiàn)行標準存在以下不足：
（1）GB/T 9410-2008 中5.1 條表1 中提出了室內(nèi)全向吸頂天線電性能要求，但只規(guī)定了增益，沒有明確最大增益的方向，不圓度指標高、低頻段采用不同的輻射角，不能真實反映室內(nèi)分布系統(tǒng)對全向吸頂天線信號覆蓋性能。實
際上，提高覆蓋邊緣對應的高輻射角增益和圓度才是有益的，而低輻射角增益高卻是增強輻射，是無益的。
（2）GB/T 9410-2008 中4.1.3 條提到了天線材料要求，但實際上沒有相關技術規(guī)范對天線組件材質(zhì)和性能提出明確要求，導致移動通信天線質(zhì)量參差不齊和惡性價格競爭，不利于行業(yè)健康發(fā)展。
（3）GB/T 9410-2008 中4.1.4 條提出“天線設計應有利于防雷”，GB/T21195-2007 中5.1.5 條提出“防雷要求：直接接地”，與YD/T 1059-2004《移動通信系統(tǒng)基站天線技術條件》中5.1 條一致，室內(nèi)天線和室外天線防雷要求完全等同，顯然，現(xiàn)行標準沒有考慮室內(nèi)、室外的差異。事實上，室外天線一般安裝在建筑和桿塔的頂部，天線尺度大，遭雷直擊概率大，因此，天線振子直接接地要求是合理的。但對室內(nèi)天線，天線振子體積小，且安裝于建筑物內(nèi)部，一般建筑都有防雷措施，室內(nèi)被雷擊的可能性極小，因此，振子接地要求意義不大。
為了更準確描述室內(nèi)全向吸頂天線實際覆蓋性能，新型全向吸頂天線引入了輻射角增益和輻射角不圓度指標，并根據(jù)室內(nèi)實際場景信號覆蓋分布情況，定義85°和30°輻射角作為天線高、低輻射角的典型角度，85°輻射角代表天線覆蓋半徑邊緣，30°輻射角代表天線下方最強輻射對應角度。天線85°輻射角增益越高意味著覆蓋半徑邊緣信號越強，單天線覆蓋范圍更廣，85°輻射角不圓度越低意味著覆蓋半徑邊緣信號越穩(wěn)定；天線30°輻射角增益越低意味著
天線下方電磁輻射越小，室內(nèi)信號分布越均勻。
為了更確切反映室內(nèi)全向吸頂天線在室內(nèi)分布系統(tǒng)中實際覆蓋性能，統(tǒng)一產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求，在GB/T 21195-2007 技術規(guī)范的基礎上，我們制定了新型全向吸頂天線主要技術指標，見表2。對比天線整體技術性能，新型全向吸頂天線技術指標中明確了不同覆蓋角增益和覆蓋邊緣不圓度，并把高、低頻段增益和不圓度控制指標統(tǒng)一到85°輻射角，更容易體現(xiàn)信號分布的均勻性和穩(wěn)定性。對天線組件材質(zhì)及性能，新型全向吸頂天線也作了明確規(guī)定，利于產(chǎn)品的規(guī)范生產(chǎn)和統(tǒng)一質(zhì)量控制標準。
表2 新型全向吸頂天線主要技術指標（中國聯(lián)通暫行標準）
四 結束語
新型全向吸頂天線改變了高頻段技術性能，突破了2G、3G 網(wǎng)絡覆蓋不同步的技術障礙，解決了室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)合路共享的技術難題，改變了3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)設計的基本原則，給3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設帶來了根本性變革，是傳統(tǒng)全向吸頂天線的替代性產(chǎn)品。新型全向吸頂天線已在中國聯(lián)通推廣應用，中國聯(lián)通已制訂新型全向吸頂天線技術指標企業(yè)標準，并在積極推動盡快形成行業(yè)、國家和國際標準，促進全球電信業(yè)的健康發(fā)展。
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