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基站天线基本原理

蜂窝通信系统要求从基站到移动台的可靠通信，对天线系统有特

别的要求。蜂窝系统是一个双工系统，理想的天线是在发射和接收两

个方向提供同样的性能。天线的增益、覆盖方向、波束、可用驱动功

率、天线配置、极化方式等都影响系统的性能。

1天线增益

天线增益一般常用dBd和dBi两种单位。dBi用于表示天线在最

大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值；而dBd表示相对于半波

振子的天线增益。两者有一个固定的dB差值，即0dBd等于2.15dBi，

如图2?1所示。

图1dBi与dBd的不同参考示意图

0dBd=2.15dBi

目前国内外基站天线的增益范围从0dBi到20dBi以上均有应用。

用于室内微蜂窝覆盖的天线增益一般选择0-8dBi，室外基站从全向天

线增益9dBi到定向天线增益18dBi应用较多。增益20dBi左右波束相

对较窄的天线多用于地广人稀的道路等方向性较强的特殊环境的覆盖。

2辐射方向图

基站天线辐射方向图可分为全向辐射方向图和定向辐射方向图两

大类，分别被称为全向天线和定向天线。如图2?2所示，左边所示分

别为全向天线的水平截面图和立体辐射方向图；右边所示分别为定向

天线的水平截面图和立体辐射方向图。全向天线在同一水平面内各方

向的辐射强度理论上是相等的，它适用于全向小区；图中红色所示为

定向天线罩中的金属反射板，它使天线在水平面的辐射具备了方向性，

适用于扇形小区。

图2空间辐射方向图（全向天线和定向天线）

3波瓣宽度

3.1水平波瓣宽度

在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增

益下降3dB的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣

宽度，也称水平（垂直）波束宽度或者水平（垂直）波瓣角。天线辐

射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的

辐射集中程度。

全向天线的水平波瓣宽度为360°，而定向天线的常见水平波瓣宽

度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°多种（如图2?3）。

图3基站天线水平波瓣3dB宽度示意图

各种水平波瓣宽度的天线有相应的适用环境，水平波瓣宽度为20°、

30°的天线一般增益较高，多用于狭长地带或高速公路的覆盖；65°天

线多用于密集城市地区典型基站三扇区配置的覆盖，90°天线多用于城

镇郊区地区典型基站三扇区配置的覆盖，105°天线多用于地广人稀地

区典型基站三扇区配置的覆盖，如图2?4所示。120°、180°天线多用

于角度极宽的特殊形状扇区的覆盖。

图4基站天线三扇区覆盖示意

3.2垂直波瓣宽度

天线的垂直波瓣3dB宽度与天线的增益、水平3dB宽度密不可分。

基站天线的垂直波瓣3dB宽度多在10°左右。一般来说，在采用同类

的天线设计技术条件下，增益相同的天线中，水平波瓣越宽，垂直波

瓣3dB越窄。

较窄的垂直波瓣3dB宽度将会产生较多的覆盖死区（盲区），如

图2?5所示，同样挂高的二副无下倾天线中，垂直波瓣较宽天线产生

的覆盖死区范围长度为OX″，小于垂直波瓣较窄天线产生的死区范围

（长度为OX）。

图5基站天线垂直波瓣3dB宽度的选取示意图

4极化方式

基站天线多采用线极化方式，如图2?6。其中单极化天线多采用

垂直线极化；双极化天线多采用±45°双线极化。双极化天线是由极化

彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的（如图2?7），采用

双线极化天线,可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，减少天线

占地空间，降低成本。

图6基站天线常用极化方式

图7双极化基站天线示意图

5下倾方式

为了加强对基站近区的覆盖，尽可能减少死区，同时尽量减少对

其它相邻基站的干扰，天线应避免过高架设，同时应采用下倾的方式。

图2?8中，低架天线产生的死区范围为OX″，下倾天线产生的死区范

围为OX′4，均小于高架无下倾天线的死区范围OX。

天线下倾有多种方式：机械下倾、固定电调下倾、可调电调下倾、

遥控可调电调下倾等。其中机械下倾只是在架设时倾斜天线，多用于

角度小于10°的下倾，当再进