雙極化天線及其下傾技術(shù)

目前，在GSM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護工作中，如何解決GSM網(wǎng)絡(luò)高話務(wù)量密度區(qū)的容量和干擾問題，提高全網(wǎng)的接通率，降低掉話率和提高通話質(zhì)量，已經(jīng)成為近期工作的重點和難點。采用合適的天線技術(shù)將是能夠有效地控制覆蓋范圍，降低同頻干擾和改善手機信號的接收效果的方法之一。

一、雙極化天線技術(shù)

雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，組合了+45o和-45o兩副極化方向相互正交的天線，同時工作在收發(fā)雙工模式下，每個小區(qū)僅需一副雙極化天線。當(dāng)全向小區(qū) 分裂成三小區(qū)時，最多僅增加一副天線（原全向小區(qū)在雙工模式為2副天線）。而傳統(tǒng)的單極化天線，當(dāng)全向小區(qū)分裂為三小區(qū)時，天線數(shù)量劇增（即使在雙工模式 時也至少增加4副），由于天線之間（RX-TX,TX-TX）的隔離度（≥30dB）和空間分集技術(shù)要求天線之間有水平和垂直間隔距離，這時必須擴大安裝 天線的平臺，增加了基建投資。而雙極化天線中，±45°的極化正交性可以可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度要求 （≥30dB），雙極化天線之間的空間間隔僅需20~30cm，因此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(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可。特別在選址時，若使用傳統(tǒng)單極化天線，必須考慮天線的架設(shè)安裝問題，往往由于天線架設(shè)安裝條件（需要興建鐵塔擴大天線平臺）不具備 而放棄了最佳站址。

如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設(shè)安裝要求不高，不需要征地建塔，節(jié)省基建投資，同時使基站布局更加合理。雙極化天線允許系統(tǒng)采用極化分集接收技術(shù)，其原理是利用±45°極化方向之間的不相關(guān)性，兩者之間的不相關(guān)性程度決定了分集接收的好壞。由于±45°為正交極化，因此可以有 效保證分集接收，其極化分集增益約為5dB，比單極化天線通常采用的空間分集提高約2dB。此外，單極化天線的空間分集接收效果和兩副接收天線的位置有關(guān)，天線覆蓋正方向為最佳，逐漸向兩邊減弱，導(dǎo)致小區(qū)實際覆蓋范圍縮小。采用極化分集代替空間分集技術(shù)，分集增益和天線位置幾乎沒有關(guān)系，覆蓋主方向和邊緣處的差別很小（該差別由于反射面寬度導(dǎo)致±45°正交效果變差引起），因此可以有效改善邊緣處的接收效果，保證覆蓋范圍。

二、方向性圖下傾技術(shù)

為了使信號限制在服務(wù)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，并且降低對其他同頻小區(qū)的干擾，天線垂直方向性圖下傾是一種比較有效的天線技術(shù)。其作用可以使小區(qū)覆蓋范圍變小，加強本覆蓋區(qū)內(nèi)的信號強度，增加抗同頻干擾能力，同時使天線在干擾方向上的增益下降，降低其他同頻小區(qū)的干擾；選擇合適的下傾角可以使天線至本小區(qū)邊界的射線 與天線至受干擾小區(qū)邊界的射線之間處于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(qū)的同頻干擾減至最小。通常采用機械下傾和電子下傾兩種方法實現(xiàn)天線垂直方向性圖下傾。

⑴ 機械下傾是物理地向下傾斜天線。雖然采用這種技術(shù)也能使同頻干擾降低，但由于采用物理下傾，其施工和維護十分麻煩，且其調(diào)整傾角的精度較低（步進精度為 1°）。此外由于下傾角度是模擬計算軟件的理論值，和理論最佳值有一定偏差。在網(wǎng)絡(luò)調(diào)整中，必須先將基站系統(tǒng)停機，不能在調(diào)整天線中同時監(jiān)測調(diào)整效果，不可能對網(wǎng)絡(luò)實行精細(xì)調(diào)整。

⑵ 電子下傾是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，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，從而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(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減少覆蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。可 調(diào)電子下傾天線允許系統(tǒng)不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角調(diào)整，實時監(jiān)測調(diào)整的效果，調(diào)整傾角的步進精度也較高（為0.1°），因此可以對網(wǎng)絡(luò)實施精細(xì)調(diào)整）。

天線下傾后，覆蓋邊緣區(qū)由于偏離天線的的主瓣，使信號強度有所下降，這可以通過合理增大發(fā)射機功率來補償。

目前移動網(wǎng)絡(luò)中用戶投訴集中在高密度話務(wù)區(qū)中，接通率低和呼損率高實際上反映了高話務(wù)區(qū)地區(qū)的容量不足和同頻干擾。但是天線下傾角度要適當(dāng)，如果傾角過大，天線方 向圖會嚴(yán)重變形，欲控制覆蓋范圍和降低同頻干擾反而適得其反；下傾角如果太小就起不了作用。因此采用機械下傾方式較難解決高話務(wù)區(qū)接通率低和掉話率高的問 題，只有采取可調(diào)電子下傾天線技術(shù)才能解決高話務(wù)區(qū)中的問題。

三、結(jié)束語

本文分析了雙極化天線及其方向性圖下傾技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的影響。和傳統(tǒng)單極化天線相比，雙極化天線具有節(jié)省天線數(shù)量，減少基建投資，對站址要求低和高接收分集增益等優(yōu)點；電子下傾技術(shù)比機械下傾技術(shù)具有更高的精確度，同時可調(diào)電子下傾技術(shù)可以實時監(jiān)測和調(diào)整無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使無線網(wǎng)絡(luò)趨于精細(xì)，可以有效地控制無線覆蓋，加強服務(wù)小區(qū)的信號，同時減少同頻干擾。因此在將來的天線技術(shù)應(yīng)用中，在基站密集等高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和可調(diào)電子下傾技術(shù)，在邊、郊等話務(wù)量不高、基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋地區(qū)，可以依舊使用傳統(tǒng)單極化天線和機械下傾技術(shù)。