智慧型天線陣列的最佳化設計

經過長期的網路建設，基站的天饋建設空間和天面資源已經非常短缺，加上對基站輻射的誤解、物業協調等問題，天饋上站建設面臨著相當的困難。因此智慧型天線陣列的最佳化設計尤為重要。

基本介紹

• 中文名：智慧型天線陣列的最佳化設計

1.天饋的設計“四化”目標

由於密集城區是LTE部署的重點區域，靈活的天線部署方案將成為未來天饋建設的重要需求，同時也是難點所在。結合LTE技術發展的趨勢及運營需要，未來天饋的設計將著重考慮以下“四化”目標：

— 寬頻化：支持超寬頻多天線技術和雙極化8通道設計方案；

— 多模化：支持BF/MIMO，覆蓋3G/4G需求；支持未來MU-MIMO技術；

— 簡易化：與電調、遠端控制等技術相結合；支持集束接口，減少接頭數量；

— 小型化：發揮城區及密集城區套用設計特色，減小天線尺寸以獲得安裝空間。

2.8天線陣列的設計和最佳化

對於TD-LTE網路，在8通道天線的設計中，首先需要考慮FAD頻段的超寬頻套用需求，實現天線的寬頻化。智慧型天線最初套用於TD-SCDMA網路，其工作頻段為F頻段（1880～1920MHz）和A頻段（2010～2025MHz）。在這兩個頻段，天線採用了0.5波長設計，水平面半功率波束寬度為90°，通過廣播賦形權值合成65°廣播波束。在TD-LTE階段，智慧型天線若要兼容TD-SCDMA，可在F頻段和A頻段沿用0.5波長設計，保持和TD-SCDMA窄帶天線的同等性能。同時，TD-LTE智慧型天線還需要支持D頻段（2575～2635MHz），為了在此頻段獲得良好的波束特性，提高輻射效率，可採用兼容的0.7波長設計，將水平面半功率波束寬度變為65°，實現單元陣列直接用於廣播信道。這樣，通過F、A頻段0.5波長和D頻段0.7波長設計技術的融合，兼顧了TD-SCDMA和TD-LTE的要求，實現了對F、A、D多頻段的支持。

3.8天線陣列的小型化

早期的單極化智慧型天線面積較大（結構尺寸達1300mm×660mm×110mm），尤其是寬度巨大，給站址選取和工程安裝造成很大難度。為了減小智慧型天線的結構尺寸，業界先後提出過6列單極化智慧型天線、緊縮型智慧型天線和鏤空型智慧型天線等方案，後來又引入了4列雙極化智慧型天線方案。4列雙極化智慧型天線將±45極化的兩列通道以“×”型組合，大大降低了智慧型天線的整體寬度，很大程度上解決了工程安裝的難題，而性能上接近於單極化天線。目前智慧型天線基本上都採用雙極化方式，如圖1所示。

智慧型天線雙極化之後，天線尺寸有了很大改觀，但在密集城區的某些區域，天面資源非常有限，普通雙極化天線仍然難以架設；另一方面，對於密集城區，站點間距小，對天線的增益要求不高，但對其覆蓋的均勻性要求較高。在損失部分增益但保證天線基本性能的前提下，可以通過改進設計進一步降低天線尺寸，使其更易於在空間資源匱乏的站點安裝。發展小型化天線（如圖2所示）正是基於上述考慮。通過最佳化饋電網路等設計，小型化天線在尺寸減少一半的同時，增益僅降低約1.5dB。

圖2 小型化天線樣機

從外場初步測試的情況來看，小型化天線的拉遠距離與普通天線差距不大。按照站間距500m以內的密集城區來評估，小型化天線在覆蓋能力和吞吐量方面與普通天線基本相當，其測試結果如圖3和圖4所示。

圖3 小型化天線與普通天線拉遠對比

圖4 小型化天線與普通天線吞吐量對比

小型化天線在面積上僅有垂直極化8天線的24%，重量減輕了70%。由於外形輕巧，工程安裝的難度大大降低，單人即可完成上站安裝的全部過程，體現出極大的工程優勢。