波爾威基站天線結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)解析

　1 引言
　　基站天線用于將發(fā)射機(jī)饋給的射頻電能轉(zhuǎn)換為電磁波能，或者把電磁波能轉(zhuǎn)化為射頻電能并輸送到接收機(jī)。天線的工作帶寬、轉(zhuǎn)換效率以及滿足覆蓋要求的方向圖性能是設(shè)計(jì)方案的基本考慮要素。此外，一款優(yōu)秀的產(chǎn)品還會(huì)綜合考慮制造工藝、生產(chǎn)成本等因素。
　　目前市場(chǎng)上有眾多基站天線產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)各不相同，但基站天線的主體結(jié)構(gòu)均由外罩、反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)以及振子組成。手動(dòng)電調(diào)天線/遙控電調(diào)天線（MET/RET）還包括移相器。
　　2 基站天線的結(jié)構(gòu)
　　天線外罩是保護(hù)天線系統(tǒng)免受外部環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)物。它應(yīng)具有良好的電磁輻射透過(guò)性能，且在結(jié)構(gòu)上能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境（如暴風(fēng)雨、冰雪、沙塵以及太陽(yáng)輻射等）的侵襲。使用天線罩可以保證天線系統(tǒng)的工作性能穩(wěn)定可靠，同時(shí)減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長(zhǎng)使用壽命。另外天線外罩可以降低風(fēng)負(fù)荷和風(fēng)力矩，減小轉(zhuǎn)動(dòng)天線的驅(qū)動(dòng)功率，減輕機(jī)械安裝件的重量，減小慣量，提高固有頻率。
　　基站天線使用的外罩材料主要有玻璃鋼、PVC和ASA。GRP外罩強(qiáng)度高，重量重，損耗大，通常用于多頻或大尺寸天線。PVC和ASA外罩強(qiáng)度不如GRP外罩，通常用于單頻或小尺寸天線，損耗小，成本也更低。反射板起著支撐天線各部件的作用，而反射板的形狀主要影響天線的前后比特性及水平面輻射方向圖。反射板的設(shè)計(jì)需依據(jù)振子及饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案而定，目前市場(chǎng)上各品牌天線大相徑庭，主要區(qū)別體現(xiàn)在振子及饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案上。
　　饋電網(wǎng)絡(luò)的作用是將射頻電能按照一定關(guān)系分配到各個(gè)輻射單元，分配的幅度比和相位差決定了輻射方向圖和增益。有基于同軸電纜和基于微帶線的設(shè)計(jì)。振子是基站天線最重要的部件之一，其設(shè)計(jì)方案的好壞直接決定了天線的輻射性能。雖然輻射單元的結(jié)構(gòu)形狀各異，但從輻射原理上可分為微帶貼片和對(duì)稱振子兩種方案。
　　移相器是電調(diào)天線的核心部件，通過(guò)調(diào)節(jié)分配到各輻射單元的相位差實(shí)現(xiàn)下傾角的變化。改變相位差主要有兩種途徑：一是改變饋電點(diǎn)位置；二是使用介質(zhì)移相。
　　3 波爾威天線設(shè)計(jì)方案
　　設(shè)計(jì)獨(dú)特的天線安裝套件不僅可以方便穩(wěn)固地安裝，還可提供精確自由的波束角下傾調(diào)整。波爾威基站天線產(chǎn)品涵蓋了700 MHz、800 MHz、900 MHz、1800/1900 MHz、2100 MHz、2.3 GHz、2.5 GHz、2.6 GHz等各種頻段，具有單頻、雙頻、三頻、雙單頻、雙雙頻等多種模式。波爾威基站天線在增益、方向性、賦型精確度等方面具有良好的表現(xiàn)，而且體積小、重量輕、設(shè)計(jì)細(xì)膩、造型美觀，使用壽命在15年以上，是目前全球著名的、極具影響力的品牌，擁有的天線專利超過(guò)133項(xiàng)。
　　3.1 振子
　　波爾威振子技術(shù)在性能、制造工藝、成本的推動(dòng)下進(jìn)行如下演進(jìn)：
　　●　對(duì)數(shù)周期振子（2G，典型ALP系列）；
　　●　偶極子（2G，典型City、Metro系列）；
　　●　貼片（2 G，典型U r b a n系列）；
　　●　縫隙耦合貼片振子（2G，典型Xurban、Xmetro、ALX系列）；
　　●　縫隙耦合貼片（A C P）振子（2G，雙頻，典型A LXC /A L V C系列）；
　　●　縫隙耦合貼片（3G，雙頻，三頻，寬頻，典型UX、UXM系列）。
　　3.1.1 ACP振子結(jié)構(gòu)
　　波爾威在新型天線的設(shè)計(jì)上全面采用此技術(shù)，這種技術(shù)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于諧振頻率需考慮貼片尺寸、縫隙尺寸、縫隙與貼片間距、饋電波長(zhǎng)等多種因素。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)諸多優(yōu)點(diǎn)，如：優(yōu)異的寬頻及多頻性能；饋電點(diǎn)與貼片無(wú)金屬接觸，降低互調(diào)風(fēng)險(xiǎn)；極化純度提升分集增益；縫隙耦合貼片振子的輻射單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的正方形，可實(shí)現(xiàn)對(duì)稱電流；底板的縫隙開(kāi)槽由高精度的數(shù)控機(jī)床制作（真正意義上的±45°位置），使得RF輻射器不會(huì)在物理結(jié)構(gòu)上發(fā)生偏差，而傳統(tǒng)的偶極子設(shè)計(jì)即使在最佳調(diào)整位置上也存在最多5°的偏離。
　　3.1.2 ACP振子應(yīng)用效果
　　ACP振子結(jié)合對(duì)稱的饋電網(wǎng)絡(luò)以及移相器，使得波爾威天線具有優(yōu)異的性能：
　　●　對(duì)比偶極子縫隙耦合貼片振子提升正交極化比約2~5 dB；
　　●　縫隙耦合貼片振子提升小區(qū)邊緣（±60°）分集增益約1 dB；
　　●　提升水平跟蹤特性（雙極化天線的兩振子分別覆蓋的水平場(chǎng)圖的對(duì)稱性）；
　　●　±45°端口對(duì)稱性；
　　●　實(shí)現(xiàn)不同傾角、頻率及電子下傾角下出色的方向圖性能；
　　●　實(shí)現(xiàn)不同傾角、頻率及電子下傾角下增益的一致性。
　　3.2 饋電網(wǎng)絡(luò)
　　波爾威基站天線完全采取了一體化的設(shè)計(jì)理念，將天線內(nèi)部的輻射源/反射源/分配網(wǎng)絡(luò)/接頭和尾纖全部做在一塊母板上。輻射源饋電采用微帶線結(jié)構(gòu)，最大限度減少焊接點(diǎn)和可動(dòng)部件，確保天線使用壽命超過(guò)15年。
　　波爾威公司天線在全球使用的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，天線因發(fā)生故障需要返修的比例小于0.02%。很多廠商的天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)為獨(dú)立單元構(gòu)成，輻射源饋電采用同軸電纜方式，存在較多的焊接點(diǎn)和可動(dòng)部件，增加了天線發(fā)生故障的可能性。
　　另外，波爾威天線的安裝過(guò)程全部由機(jī)器完成，當(dāng)天線批量生產(chǎn)時(shí)，能夠確保所有天線的電氣性能指標(biāo)完全一致。其他廠商天線的安裝基本由手工制作完成，當(dāng)批量生產(chǎn)時(shí)，無(wú)法保證所有天線的電氣性能指標(biāo)一致，因此經(jīng)常出現(xiàn)同一批天線的驗(yàn)收測(cè)試結(jié)果偏差較大，有時(shí)甚至導(dǎo)致部分天線被退貨。波爾威天線饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)天線產(chǎn)品的比較見(jiàn)表1。
　　
　　3.3 移相器
　　波爾威移相器采用滑動(dòng)介質(zhì)設(shè)計(jì)，基于阿爾貢A E D T技術(shù)，始于1 9 9 6年。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，不含可動(dòng)金屬部件，在最小化互調(diào)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低損耗，可提高單位長(zhǎng)度上天線的增益。