新型全向吸頂天線技術(shù)和標準探討

一、概述

早在 3G 試驗網(wǎng)建設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(dǎo)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(shù)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(yīng)是導(dǎo)致3G 等高頻信號快速衰減和覆蓋半徑小的真正技術(shù)原因。經(jīng)過對寬帶天線的技術(shù)研究、反復(fù)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(shù)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(shè)基本原則，實現(xiàn)了全頻段、多網(wǎng)絡(luò)同步覆蓋，避免了重復(fù)建設(shè)，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(luò)質(zhì)量，節(jié)約了大量的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(shù)特性，探討其技術(shù)標準。

二、新型全向天線吸頂天線主要技術(shù)特性

新型全向吸頂天線檢測技術(shù)指標見表 1。在覆蓋半徑邊緣對應(yīng)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(shù)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(shè)計原則。

高頻信號輻射最強對應(yīng)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(shè)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(luò)覆蓋不同步的技術(shù)難題，突破室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)共享的技術(shù)障礙。

另外，新型全向吸頂天線結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)缺陷，找到了3G 信號快速衰減的真正技術(shù)原因。

（2）提出了輻射角增益和輻射角不圓度技術(shù)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(shù)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(shù)理論。
（3）在設(shè)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(shè)計理念，將天線實際應(yīng)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(shè)計的重點。

（4）在寬帶天線技術(shù)上，將半波振子和雙錐天線巧妙結(jié)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(shè)計精準，取消了阻抗匹配片（線）和振子防雷接地，結(jié)構(gòu)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(shù)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(luò)向LTE 演進，避免再次改造。

三、室內(nèi)全向吸頂天線技術(shù)標準探討

GB/T 9410-2008《移動通信天線通用技術(shù)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(shù)條件》對我國室內(nèi)全向吸頂天線提出了技術(shù)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(yīng)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(guān)技術(shù)規(guī)范對天線組件材質(zhì)和性能提出明確要求，導(dǎo)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(shè)計應(yīng)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(shù)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(yīng)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(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，我們制定了新型全向吸頂天線主要技術(shù)指標，見表2。對比天線整體技術(shù)性能，新型全向吸頂天線技術(shù)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(shù)指標（中國聯(lián)通暫行標準）

四 結(jié)束語

新型全向吸頂天線改變了高頻段技術(shù)性能，突破了2G、3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋不同步的技術(shù)障礙，解決了室內(nèi)分布系統(tǒng)多系統(tǒng)合路共享的技術(shù)難題，改變了3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，給3G 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)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(yīng)用，中國聯(lián)通已制訂新型全向吸頂天線技術(shù)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。