有关天线在通信网络中应用的探讨

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摘要：天线的作用主要是把传输线中的电磁能转换成空间里的电磁波，或把空间电磁波转换成传输线中的电磁能的设备。移动网络通信

中，基站天线与用户手机天线之间的相互转换的无线连接都通过天线来实现。天线的运行质量在对于整个网络运行中的作用是非常重要的。

关键词：天线通信网络；网络优化

移动通信技术的基础是无线通讯，移动通信网络和用户手机终端通过基站天线在空中无线联接。天线作为能量转换设备，属于无源器件，它的主要作用接收或辐射无线电波，辐射是把高频的电流转化为电磁波，把电能转化成电磁能；接收是把电磁波转化成高频的电流，把电磁能转化为成电能。而天线的质量好坏会影响到移动通讯网络的服务质量和覆盖率；地理环境的不同。所以，天线在整合移动通讯网络的优化工作中有重要的作用。

一、天线的特性

1. 天线辐射方向图

电磁波通过一定的方向性向外辐射，表示天线向某一方向电磁波辐射的能力。相反，作为天线的方向性是它接收不同方向电磁波的能力。

2. 天线增益

天线一般是无源器件，它不会放大电磁信号，它的增益是把天线辐射电磁波进行聚束，然后用理想的天线，在相同输入功率条件下，同一点上接收的功率比值，很明显，天线增益和天线方向图有关系。方向图上的主波束越窄，副瓣尾瓣就越小，天线增益就越高。从而可以看出高增益是把天线波束的照射范围减小为代价的。

3. 驻波比

天线驻波是指天馈线和基站匹配程度的标准。由于入射波的能量转输至天线输入端没有被全部吸收或辐射，而产生了反射波，入射波与反射波的叠加产生了驻波比。VSWR如果越大，反射就越大，匹配度就越差。

(1)VSWR>1的情况，这就说明输入天线的功率部分被反射回来，这样就降低了天线的辐射功率；

(2)加大馈线的损耗。7/8电缆损耗达到4Db/l00米，这个数据是在VSWR=1的情况下测量的；出现反射功率，就会加大通用量的损耗，降低馈线对天线的输入；

(3)馈线输入端严重失配时，发射机的输出功率就不会达到设计的定值。然而，现在的发射机输出功率是可以出现失配情况的，如VSWR

4. 天线的极化

在天线辐射电磁波过程中，天线的极化方向就是电场方向。电磁波在空间传播时电场取向是水平线极化和垂直线极化，二者都是圆极化的，所以天线也是水平线极化的天线和垂直线极化的天线。值得一提的是双级化天线，是天线罩下的垂直线极化和水平线极化两副天线做到一起的天线。

二、网络优化中的天线

1. 网络优化的含义

无线网络优化是依据规定的标准对通信网络的设计、规划进行适当的调整，其目的在于使网络运行更为经济可靠、服务质量更加优良、资源的利用率不断提高，这些都是对用户和运营商非常重要的。网络服务质量ITU-T提出E•800把网络服务质量分成六点：业务保障性能、业务运用性能、业务接人性能、业务保持性能、业务完善性能、业务安全性能。

2. 网络优化的内容

依照网络服务质量的能力要求可以归纳出网络在优化过程中的主要内容，其主要包括：

(1)要把网络的无缝隙覆盖率力争做到90%以上，覆盖区内无盲区，还要保证辐射区达到最低的接受要求；

(2)合理配置无线资源，把频率的复用系数提高，使网络容量不断扩大；

(3)降低干扰和掉话率，提升切换的成功率。以上的三点内容主要是网络覆盖和网络容量的问题，这些都是和基站天线参数的选择和调整有着密切关系的。

3. 天线在网络优化中的作用

(1)在移动通信中往往因为多经传输让信号产生快衰落，而且衰落的电平变化幅度可以达到30dB，也就是每秒将近20次，也就是说受到了严重的干扰，当前，要解决多经干扰出现的快衰落，主要是用天线的极化分集和空间分集，当然，在第三代的移动通信中，用智能天经和Rake接收机技术也有效的解决了这个问题。

(2)移动网络通讯中为了达到无缝隙覆盖，选择基站天线的参数是非常重要的。当前在话务量密集的地区我们通常采用水平方向图，并且双极化定向天线的半功率波束宽度为65度，因为基站之间的距离一般在300-500米，这时天线的波束倾角：a=arctg [h/(r/2)](h是天线高度，r是站间距离)。根据这个公式可以算出，大概在10―19度之间；话务量密集的区域，基站之间距离高于500米时约在6―16度之间；低话务区，基站间距离则较远一些可，大概在3―9度间；如果话务量很小，则主要考虑的是覆盖的面积大小，这时的基站举例则会较大，可用全向内置的电下倾天线。

(3)对于话务量比较高的地区也可以调整天线的俯仰角改变照射区的大小，从而加大基站业务的接受能力；对于话务量较低的地区，则可以把基站的天线俯仰角增大，加大照射范围，吸收较多的话务量，通过调整，使网络的容量变大，也会使通话的质量提高。

三、天线在网络中的实际应用

根据环境差异的要求，选择天线的不同类型、性能使其适应不同的环境，满足不同的需求，充分发挥天线其在网络中的重要作用。

(1)城区话务密集区。基站之间距离约在300―500米，天线高度应该根据周围的环境而定，选择增益天线，采用天线的下倾的方式。配合机械设备，保证角度的变化。

(2)郊区或乡镇区。这一区域的话务量不是很密集，所以适当的放大信号覆盖范围，基站距离也适当增大，考虑覆盖率和基站容量的因素。

(3)农村地区。农村的话务量一般都很低，所以只需要考虑信号的覆盖范围，基站多是全向站，天线高度一般在40-50米，还要适当增大信号发射功率，从而增强覆盖范围内的信号质量。

(4)在城区室内或地下。这些区域的信号覆盖一般较差，为了满足这些区域用户的需要，可以采用室内分布系统或室内微蜂窝系统，采用低增益天线，消减信号的干扰，提高通信的质量