新型全向吸顶天线技术和标准探讨
发布日期:2023-04-29
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一、概述
早在 3G 试验网建设初期，研究人员就发现：3G 信号衰减快、穿透损耗大、绕射能力差，在室内分布系统中，2G、3G 信号覆盖不能同步，3G 信号覆盖范围小、盲点和弱区多。这些问题是3G 信号频率高所致，通常被认为是不可逾越的技术障碍。要获得良好的3G 室内信号，唯有增加天线密度。所以，对3G 室内分布系统，业界普遍认同“小功率、多天线”的设计原则。然而，这一原则虽然解决了3G 信号覆盖问题，却带来了建设投资成倍增加和大规模的2G 室内分布系统改造，同时，还导致更严重的2G 信号泄漏。
通过长期观察、测试和研究，我们发现传统全向吸顶天线存在一些技术缺陷，如高频信号向天线正下方聚集，信号分布不均匀、不稳定等。高频信号聚集效应是导致3G 等高频信号快速衰减和覆盖半径小的真正技术原因。经过对宽带天线的技术研究、反复实验和不断改进，我们研发出了宽带、高效、节能和环保的新型全向吸顶天线。
新型全向吸顶天线拓宽了工作频带，降低了高频信号电磁辐射，单天线覆盖面积扩大一倍以上，改善了信号覆盖均匀度，克服了技术障碍，弥补了缺陷，提高覆盖效率，大大简化了3G 室内分布系统，改变了3G 室分建设基本原则，实现了全频段、多网络同步覆盖，避免了重复建设，提高了室分资源的利用率，有效提升了整个室内分布系统整体效率和室内网络质量，节约了大量的网络建设投资和运营成本，降本增效、节能降耗、低碳环保，社会效益和经济效益显著。
本文介绍新型全向吸顶天线主要技术特性，探讨其技术标准。
二、新型全向天线吸顶天线主要技术特性
新型全向吸顶天线检测技术指标见表 1。在覆盖半径边缘对应的85°辐射角，天线高频段增益比低频段增益高1dB～2dB，对比传统全向吸顶天线，平均增益提高了4.22dB，有效扩大了高频信号覆盖范围，加上3G 系统CDMA 技术优势，使2G、3G 信号覆盖范围基本一致，改变了“小功率、多天线”的3G 室分设计原则。
高频信号辐射最强对应天线下方30°辐射角，天线高频段平均增益为-5.5dB，对比传统全向吸顶天线，平均增益降低了10dB，有效降低了电磁辐射，提高了最小耦合损耗，因此，降低了辐射，提高了天线口馈入信号功率的允许值。
通过适当设计天线覆盖半径，调整天线口馈入功率，可以使高、低频段不同边缘场强要求的通信系统同步覆盖，解决了2G、3G 网络覆盖不同步的技术难题，突破室内分布系统多系统共享的技术障碍。
另外，新型全向吸顶天线结构简单，完全轴对称，85°辐射角不圆度可控制在1dB 以内，信号分布更均匀，而且工作带宽更宽。新型全向吸顶天线主要技术创新点有：
（1）突破思维定式，首先发现并证实了传统天线存在的技术缺陷，找到了3G 信号快速衰减的真正技术原因。
（2）提出了辐射角增益和辐射角不圆度技术指标，并定义30°和85°辐射角作为衡量全向天线下方和覆盖边缘技术性能的典型角度，更加准确地反映了全向天线信号覆盖均匀性和稳定性，完善了全向天线指标体系，丰富了天线
技术理论。
（3）在设计思路上，突破了传统全向吸顶天线单纯追求高增益的设计理念，将天线实际应用中信号分布均匀、稳定性和全频段信号覆盖边缘场强的一致性作为全向天线设计的重点。
（4）在宽带天线技术上，将半波振子和双锥天线巧妙结合起来，低频段为半波振子、高频段为双锥天线，避免了偶极天线高、低频率垂直方向图差异过大问题，并将高频信号最大增益辐射角调整到70°左右，加强了目标覆盖半径边缘的信号，解决了高频信号聚集问题，扩大了覆盖范围，提高了覆盖效率，同时，有效缓解了天线近处电磁辐射。
（5）提出了更高的互调指标要求，三阶互调小于-140dBc，有效降低了多系统合路时系统间的互调干扰。
（6）设计精准，取消了阻抗匹配片（线）和振子防雷接地，结构简单、对称，无需阻抗调测，生产装配容易，便于规模化生产，产品一致性、稳定性好，不圆度指标低。
（7）制定了明确的技术性能指标、制造材质和组件质量要求，质量可控，成本清晰。
（8）扩展了工作带宽（800MHz-3000MHz），比传统天线高端扩展了500MHz，利于WLAN 接入和网络向LTE 演进，避免再次改造。
三、室内全向吸顶天线技术标准探讨
GB/T 9410-2008《移动通信天线通用技术规范》和 GB/T 21195-2007《移动通信室内信号分布系统天线技术条件》对我国室内全向吸顶天线提出了技术要求，但现行标准存在以下不足：
（1）GB/T 9410-2008 中5.1 条表1 中提出了室内全向吸顶天线电性能要求，但只规定了增益，没有明确最大增益的方向，不圆度指标高、低频段采用不同的辐射角，不能真实反映室内分布系统对全向吸顶天线信号覆盖性能。实
际上，提高覆盖边缘对应的高辐射角增益和圆度才是有益的，而低辐射角增益高却是增强辐射，是无益的。
（2）GB/T 9410-2008 中4.1.3 条提到了天线材料要求，但实际上没有相关技术规范对天线组件材质和性能提出明确要求，导致移动通信天线质量参差不齐和恶性价格竞争，不利于行业健康发展。
（3）GB/T 9410-2008 中4.1.4 条提出“天线设计应有利于防雷”，GB/T21195-2007 中5.1.5 条提出“防雷要求：直接接地”，与YD/T 1059-2004《移动通信系统基站天线技术条件》中5.1 条一致，室内天线和室外天线防雷要求完全等同，显然，现行标准没有考虑室内、室外的差异。事实上，室外天线一般安装在建筑和杆塔的顶部，天线尺度大，遭雷直击概率大，因此，天线振子直接接地要求是合理的。但对室内天线，天线振子体积�。野沧坝诮ㄖ锬诓浚话憬ㄖ加蟹览状胧夷诒焕谆鞯目赡苄约。虼耍褡咏拥匾笠庖宀淮�。
为了更准确描述室内全向吸顶天线实际覆盖性能，新型全向吸顶天线引入了辐射角增益和辐射角不圆度指标，并根据室内实际场景信号覆盖分布情况，定义85°和30°辐射角作为天线高、低辐射角的典型角度，85°辐射角代表天线覆盖半径边缘，30°辐射角代表天线下方最强辐射对应角度。天线85°辐射角增益越高意味着覆盖半径边缘信号越强，单天线覆盖范围更广，85°辐射角不圆度越低意味着覆盖半径边缘信号越稳定；天线30°辐射角增益越低意味着
天线下方电磁辐射越�。夷谛藕欧植荚骄�。
为了更确切反映室内全向吸顶天线在室内分布系统中实际覆盖性能，统一产品性能和质量要求，在GB/T 21195-2007 技术规范的基础上，我们制定了新型全向吸顶天线主要技术指标，见表2。对比天线整体技术性能，新型全向吸顶天线技术指标中明确了不同覆盖角增益和覆盖边缘不圆度，并把高、低频段增益和不圆度控制指标统一到85°辐射角，更容易体现信号分布的均匀性和稳定性。对天线组件材质及性能，新型全向吸顶天线也作了明确规定，利于产品的规范生产和统一质量控制标准。
表2 新型全向吸顶天线主要技术指标（中国联通暂行标准）
四 结束语
新型全向吸顶天线改变了高频段技术性能，突破了2G、3G 网络覆盖不同步的技术障碍，解决了室内分布系统多系统合路共享的技术难题，改变了3G 室内分布系统设计的基本原则，给3G 室内分布系统建设带来了根本性变革，是传统全向吸顶天线的替代性产品。新型全向吸顶天线已在中国联通推广应用，中国联通已制订新型全向吸顶天线技术指标企业标准，并在积极推动尽快形成行业、国家和国际标准，促进全球电信业的健康发展。
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