2021-4-10 | 通信技術
移動通信技術的基礎是無線通訊,移動通信網絡和用戶手機終端通過基站天線在空中無線聯接。天線作為能量轉換設備,屬于無源器件,它的主要作用接收或輻射無線電波,輻射是把高頻的電流轉化為電磁波,把電能轉化成電磁能;接收是把電磁波轉化成高頻的電流,把電磁能轉化為成電能。而天線的質量好壞會影響到移動通訊網絡的服務質量和覆蓋率;地理環境的不同,服務要求的不同都要選擇不同的類型和不同規格的天線。所以,天線在整合移動通訊網絡的優化工作中有重要的作用。
1 天線的特性
1.1 天線輻射方向圖
電磁波通過一定的方向性向外輻射,表示天線向某一方向電磁波輻射的能力。相反,作為天線的方向性是它接收不同方向電磁波的能力。通常我們用水平平面和垂直平面代表不同方向的接受和輻射電磁波大小的曲線圖來表示天線的方向性,這種圖稱做天線輻射方向圖。也用半功率點間夾角來表示天線方向圖上的垂直波束寬度和水平波束寬度。
1.2 天線增益
天線一般是無源器件,它不會放大電磁信號,它的增益是把天線輻射電磁波進行聚束,然后用理想的天線,在相同輸入功率條件下,同一點上接收的功率比值,很明顯,天線增益和天線方向圖有關系。方向圖上的主波束越窄,副瓣尾瓣就越小,天線增益就越高。從而可以看出高增益是把天線波束的照射范圍減小為代價的。
1.3 駐波比
天線駐波是指天饋線和基站匹配程度的標準。由于入射波的能量轉輸至天線輸入端沒有被全部吸收或輻射,而產生了反射波,入射波與反射波的疊加產生了駐波比。VSWR如果越大,反射就越大,匹配度就越差。駐波比差了,會有那些劣勢呢?工程中需要的駐波比是多少?適當的駐波比是要在制造能量的成本和損失能量的數值之間折中來衡量的。 (1)VSWR>1的情況,這就說明輸入天線的功率部分被反射回來,這樣就降低了天線的輻射功率;(2)加大饋線的損耗。7/8電纜損耗達到4Db/l00米,這個數據是在VSWR=1的情況下測量的;出現反射功率,就會加大通用量的損耗,降低饋線對天線的輸入;(3)饋線輸入端嚴重失配時,發射機的輸出功率就不會達到設計的定值。然而,現在的發射機輸出功率是可以出現失配情況的,如VSWR<1.7或2.0。
1.4 天線的極化
在天線輻射電磁波過程中,天線的極化方向就是電場方向。電磁波在空間傳播時電場取向是水平線極化和垂直線極化,二者都是圓極化的,所以天線也是水平線極化的天線和垂直線極化的天線。值得一提的是雙級化天線,是天線罩下的垂直線極化和水平線極化兩副天線做到一起的天線。
2 網絡優化中的天線
2.1 網絡優化的含義
無線網絡優化是依據規定的標準對通信網絡的設計、規劃進行適當的調整,其目的在于使網絡運行更為經濟可靠、服務質量更加優良、資源的利用率不斷提高,這些都是對用戶和運營商非常重要的。網絡服務質量ITU-T提出E·800把網絡服務質量分成六點:業務保障性能、業務運用性能、業務接人性能、業務保持性能、業務完善性能、業務安全性能。
2.2 網絡優化的內容
依照網絡服務質量的能力要求可以歸納出網絡在優化過程中的主要內容,其主要包括:(1)要把網絡的無縫隙覆蓋率力爭做到90%以上,覆蓋區內無盲區,還要保證輻射區達到最低的接受要求;(2)合理配置無線資源,把頻率的復用系數提高,使網絡容量不斷擴大;(3)降低干擾和掉話率,提升切換的成功率。以上的三點內容主要是網絡覆蓋和網絡容量的問題,這些都是和基站天線參數的選擇和調整有著密切關系的。
2.3 天線在網絡優化中的作用
(1)在移動通信中往往因為多經傳輸讓信號產生快衰落,而且衰落的電平變化幅度可以達到30dB,也就是每秒將近20次,也就是說受到了嚴重的干擾,當前,要解決多經干擾出現的快衰落,主要是用天線的極化分集和空間分集,當然,在第三代的移動通信中,用智能天經和Rake接收機技術也有效的解決了這個問題。
(2)移動網絡通訊中為了達到無縫隙覆蓋,選擇基站天線的參數是非常重要的。當前在話務量密集的地區我們通常采用水平方向圖,并且雙極化定向天線的半功率波束寬度為65度,因為基站之間的距離一般在300-500米,這時天線的波束傾角:a=arctg[h/(r/2)](h是天線高度,r是站間距離)。根據這個公式可以算出,大概在10—19度之間;話務量密集的區域,基站之間距離高于500米時約在6—16度之間;低話務區,基站間距離則較遠一些可,大概在3—9度間;如果話務量很小,則主要考慮的是覆蓋的面積大小,這時的基站舉例則會較大,可用全向內置的電下傾天線。輻射區內的建筑物會對輻射產生陰抗效應,為了解決這一問題,就需要增高天線的高度,這樣才能確保輻射區最低電平的要求。
(3)對于話務量比較高的地區也可以調整天線的俯仰角改變照射區的大小,從而加大基站業務的接受能力;對于話務量較低的地區,則可以把基站的天線俯仰角增大,加大照射范圍,吸收較多的話務量,通過調整,使網絡的容量變大,也會使通話的質量提高。
3 天線在網絡中的實際應用
根據環境差異的要求,選擇天線的不同類型、性能使其適應不同的環境,滿足不同的需求,充分發揮天線其在網絡中的重要作用。(1)城區話務密集區。基站之間距離約在300—500米,天線高度應該根據周圍的環境而定,選擇增益天線,采用天線的下傾的方式。配合機械設備,保證角度的變化。(2)郊區或鄉鎮區。這一區域的話務量不是很密集,所以適當的放大信號覆蓋范圍,基站距離也適當增大,考慮覆蓋率和基站容量的因素。(3)農村地區。農村的話務量一般都很低,所以只需要考慮信號的覆蓋范圍,基站多是全向站,天線高度一般在40-50米,還要適當增大信號發射功率,從而增強覆蓋范圍內的信號質量。(4)在城區室內或地下。這些區域的信號覆蓋一般較差,為了滿足這些區域用戶的需要,可以采用室內分布系統或室內微蜂窩系統,采用低增益天線,消減信號的干擾,提高通信的質量。
4 結語
總而言之,天線這一設備在移動通信網絡的優化中的作用的十分巨大的,同時,饋線、饋線轉換頭和室內外跳線等設備的質量也會影響到移動通信基站的覆蓋質量,在絕大多數搜索效果較差的基站內,一般都是由于饋線和連接的部分質量不過關引起的。因此,可以說天線的作用非常大,如果沒有好質量的天線,無限網絡就不會良好,無線移動通信服務的質量也就不會提高。