移动通信基站天线的设计与研究

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　　摘  要：人们对通讯需求日益提高的同时亦对密布城市的移动通信基站产生的电磁辐射惴惴小安，移动通信基站天线的设置更是直接影响着周围的环境敏感目标。阐述移动通信基站验收监测中遇到的天线架设的问题，以便运营商在基站的规划、设计选址、建设中规避此类问题，在源头上将基站的电磁辐射控制在标准范围之内。
　　关键词：移动通信基站;参数管理;数据库;分片;备份与恢复
　　引言
　　近几年，移动互联网蓬勃发展，导致通信产业结构持续发生变化，传统语音和短信业务收入也随之下降。其主要原因是业务市场饱和以及来自新的市场进入者的竞争，尤其是OTT业务（COver The Top，基于开放互联网的各种视频及数据服务业务）对语音、短信业务的冲击。此外，随着更多智能终端的使用，可供用户选择的新业务、应用数目增长，催生了数据流量消耗的增加。这要求未来的天线具有更高的频带利用率和频谱效率。
　　一、基站天线
　　对通信、雷达、导航、广播、电视等所有依靠电磁波传递信息的无线电技术设备而言，天线是必不可少的重要组成部分。根据IEEE有关天线术语的标准定义C IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas），天线是“That part of atransmitting or receiving system that is designed to radiate or to receive electromagneticwaves"，即天線是发射或接收系统中用于辐射或接收电磁波的组件。发射机末级回路的高频电流经馈线输送到发射天线，发射天线将馈入的高频电流转换为电磁波，朝规定的方向发射出去;相对应的，接收天线接收来自一定方向电磁波并将其转换为高频电流，经馈线输向接收机的输入端口。一般而言，天线可被视为一个无源线性互易器件，即一副天线既可以用作接收也可用作发射，并且，天线的基本特性参量在用作接收和发射时保持不变。
　　天线种类繁多，不同的划分标准对应着不同分类。按工作性质可分为发射天线和接收天线两大类;按用途可分为雷达天线、通信天线、导航天线等。但这两种分类方法存在着模糊性。例如，同一副天线可以在不同时刻分别用作接收和发射天线或者借助双工器做到同时收发。按用途分类也存在类似问题，比如，用于我国自行研制的全球定位系统“北斗”上的天线即可用来定位导航，也可用来字符通信。还可以按波长来分类天线，即将各种形式的天线按照其工作波长划分为长波天线、中波天线、短波天线等等。这样的分类方法基本符合天线有长波到短波再到微波的发展历程，但仍然存在不足之处：对于绝大部分天线形式，只需对天线的物理尺寸加以调整便可以工作在不同的频段。如半波偶极天线，通过调整其物理尺寸可以工作在短波、超短波、微波乃至毫米波频段。当然，在不同的频段，半波偶极天线的实现方式、加工工艺等会大不相同，但从天线原理的角度来看，它们都属于半波偶极天线的范畴。
　　目前绝大部分天线教材都是按照天线原理的不同来对天线进行分类，即把天线划分为线天线和口径天线（面天线）两大类。顾名思义，线天线是由导线制成的，导线的长度比横截面直径大得多，多被用在长、中、短波频段。口径天线则一般由整块金属板或导线栅格组成其天线口面，口面面积远大于波长的平方，常用在微波波段。超短波天线通常是介于这两种天线形式之间的过渡形式。
　　二、移动通信基站电磁辐射的特点及标准
　　移动通信基站正常运行时，天线向周围环境发射一定频率范围的电磁波，导致周围环境（主要集中在天线主射方向）电磁辐射场强增高。电波绕射能力差，传播主要依靠自射、反射、折射和穿透，山电磁波的传输特性可知，天线发射的电磁波强度将随距离的增大而减小，基站对周围电磁环境的影响有一定范围和程度。
　　根据《电磁环境控制限值》（GB8702-2014，在30-3000NIHz的频率范围内，电场强度公众照射导出限值12V/m（功率密度为40μW/cm2）。
　　《电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T 10.3-1996规定，对单个项目的影响必须限定在《电磁环境控制限值》限值的若十分之一，通常以功率密度的1/5作为环境管理目标值，通过换算，单个移动通信基站运行对周围环境电磁辐射场的管理限值为5.4V/m（功率密度8μW/cm2）。
　　三、基站天线的需求与挑战
　　近几年来，第三代移动通信正在蓬勃的发展之中，同时第二代的移动通信占据着很大的市场，这就造成了不同频段不同的移动通信网络标准共同处在一个竞争环境中。面对口益增加的通信用户数量和对通讯服务的高标准，运营商一方面不得不安装更多的基站系统来满足市场的需求，另一方面运营商研究和使用新的网络标准来拓展业务。
　　基站系统对天线有着特殊的要求，通常有以下几个方面：
　　双极化：双极化是一种新型的天线技术，在移动通信网络中，信号衰落会对传输效率产生严重的影响，一般采用分集技术来降低衰落的影响，而且还可以节省基站天线的数目，同时分集技术中的极化分集是一种容易实现的方法，常采用的是±45°双极化天线，天线同时工作在收发双工的模式上，可以减少干扰，提高全网的服务质量。
　　高隔离度：如上面所说，由于天线是双线极化的，必然存在隔离度的问题，移动通信为了实现极化分集，要求隔离度高，可以减小不同极化之间的干扰。
　　宽频带：第二代移动通信存在2种网络标准，即GSM和CDMA，而第三代移动通信则有4种网络标准，即TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000和WIMAX。
　　四、基站天线美化发展情况
　　广东联通在本世纪初就进行了基站天线美化的一些尝试。当时一些欧洲国家（德国、丹麦等）已率先使用美化天线，大多是仿照天线附近的墙柱，做一些美化伪装体包住天线，取得了较好的视觉效果。国内一些同行业厂家早期借鉴了国外的一些经验，同时由于室内分布及小区覆盖对天线的美化伪装要求越来越高，对此类小天线的美化伪装方式日趋完善，也促进了基站美化天线的发展。
　　美化天线已得到了长足的发展。初期的基站天线美化，都是在传统天线外加玻璃钢罩的方式，所使用的外罩种类各异，有模仿房屋建筑部份的，如变色龙、方柱、圆桶、排气孔、窗户等;有模仿屋顶设施的，如空调、冷凝塔、水箱、水罐、灯箱、天阳能热水器等;有做成广告牌、仿真植物、仿灯杆，甚至做成凉亭、围栏、房屋、假山石等，也取得了较好的美化伪装效果。外加美化罩天线，能满足个性化的需求，同时水罐、仿灯杆、广告牌等美化罩的方式，甚至可以满足15m的挂高。
　　结语：
　　在如今通讯发达的年代，人们对电磁辐射的关注度提高，对电磁辐射的危害和和很恐慌，移动运营商在移动通信基站的规划选址、设计、规范建设上显得尤为重要，基站对周围敏感保护目标所产生的电磁辐射达标的同时做好正而宣传，秉承电磁辐射“可介理尽量低”的原则亦有利于环保主管部门对投诉的处理以及后续基站扩容和建设。
　　参考文献
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