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天线作为无线电发射和接收设备，是影响信号强度和质量的重要器件，其在移动通信领域的重要性非常关键。 通过天线选择、天线安装、天线调整，保证基站覆盖区域的信号强度和质量。 掌握它是网络规划和网络优化工程师的基本技能要求之一。 下面重点介绍一下天线需要掌握哪些方面及其原理和作用。

1 什么是天线？

答：如图所示，天线将设备发射的电信号转换成电磁波进行传输。 天线都具有发射和接收功能。 在现场使用中，可能存在某种只用于接收的天线（如广播天线）。

说明：如果电磁波能被看见，它就会是这个样子（美国摄影师的作品）

描述：天线将电场转化为磁场，形成电磁波来传输信号。 反过来，它将磁场转换为电场，然后通过线路传输到设备，从而形成无线信号的传输和接收。

2 移动通信基站使用什么天线？

答案：对称振子天线

讲解：天线是一种将电场转化为电磁波的装置（初中物理）

3 天线知识架构

4 种天线类型

4.1 形状

4.2 频段

注：移动通信频段集中在UHF频段。 每个天线支持的频率范围代表了天线的通用能力，节省了运营商的天线投资。 目前，运营商希望采用宽带天线。

4.3 方向

1）全向：信号辐射方向360度；

注：基站（宏站）使用的全向天线为杆状，如下图所示。 根据场景要求确定选择。 关键参数之一是增益。 （详细信息请参见天线电气性能）

室内帽型天线也是全向天线（一般安装在天花板上）

2）方向性：信号辐射方向有一定的方向限制，集中在某个方向区域。

注：定向天线可以将信号能量集中在某个方向，从而保证某个方向的信号强度增强； 一般情况下，定向天线用于城市地区或环境复杂的地区。

描述：一位美国摄影师对基站无线覆盖范围的视觉呈现。 方向覆盖一目了然。 （屋顶基站天线信号辐射可视化）

注：漏缆信号方向性强，比较均匀，常用于隧道、电梯覆盖。

5 对称振子天线的组成

说明：对称振子天线由三部分组成。 振子是天线信号的辐射器，馈电网络是将设备信号传输到振子的线路。 外壳和配件体现了天线的机械性能。

1) 振动器

注：振荡器有多种形状，不同形状的制造工艺和材料不同，对辐射效率的影响也不同。 因此，不同厂家生产的天线电性能差异很大。

注：上图为板式天线的内部结构。 天线的增益与振荡器的数量有关。 增益越大，天线振荡器的数量就越多（天线越重、越长）。 这就是为什么高增益天线通常更重、更长的原因。 。 （详情请参见电气性能说明：增益）

注：在实际产品设计中，振动器有多种形状；

2）馈电网络

说明：馈电网络是将设备发送的电信号传输到天线振荡器的线路。 一般有微带线、同轴电缆、空气板线三种。 材料的生产工艺和使用对天线的性能影响很大。 除了设计因素外，一般天线的主要区别在于生产工艺和材料的差异。 一般来说，现场很多有问题的天线都是由劣质材料制成的。

3) 外壳

注：天线外壳关系到天线的防护性能，影响天线的使用寿命和性能。 玻璃纤维材质优先，PVC材质容易损坏、老化。

概述：运营商天线采购需求；

注：室外看到的基站天线一般都是板状定向天线，只能看到外壳和连接器。 内部结构不可见，性能体现在天线背面的标签上。 至于天线的性能，只能通过仪器测试或长期使用后的劣化程度来体现。

6 天线性能指标

6.1 机械性能

注：机械性能指标应根据使用场景的自然环境和安装环境来选择。

6.2 电气性能

注：电气性能是反映天线对无线信号影响的关键性能。 网络规划工程师选择天线是网络优化工程师定位天线引起的网络问题的基本要素。 网络优化工程师必须掌握！！！

1）增益

解释: 增益, zhi: 增加, yi: 好处, 好处; 一般增益在电子科学中代表放大的量，但由于天线是无源器件，即没有能量转换，即无法放大信号。 所以这里的增益代表了信号能量集中的程度以及转换的效率。

注：天线对信号的能量集中是通过增加振荡器的数量来实现的。 振荡器数量越多，能量集中程度越高，增益也越大。 因此，高增益天线一般又长又重。

解释：振荡器数量的增加实现了某一方向能量的积累，从而增加了该范围内的信号能量密度，增强了信号。

注：天线增益Gain的单位为dBi或dBd（参考对象不同）。

解释：从水平面和垂直面两个二维角度来看，垂直面的能量集中在一定的空间高度内，水平面的宽度减小。 小结：天线的增益是天线选型的重要性能指标。 选择合适的增益天线可以保证信号的强度和天线的安装条件。

2) 波瓣宽度

注：波束宽度一般指主瓣的能量宽度（水平半功率角和垂直半功率角）。

说明：波束宽度限制信号能量在水平和垂直方向的覆盖范围，以保证信号强度在范围内。 通常，可以通过添加反射器来进一步达到光束宽度限制。

描述：水平和垂直方向的能量控制如图所示。 一般水平方向称为水平半功率角（常见为60度、65度、90度、105度、120度），垂直方向称为垂直半功率角（6度、7度） 、8度、13度等常见）。

注：通过增加反射板，使水平波束变窄，促进能量集中，保证信号强度（适合铁路、高速公路覆盖等带状覆盖）。

注：带状覆盖需要控制铁路沿线能量，以保证铁路覆盖的距离和信号强度。 总结：波束宽度也是实际天线选择的关键因素。 一般城市水平梁宽度基本为65度，郊区常见120度。 另外，有时有些建筑物不允许建设室内分布系统，需要在室外覆盖高层建筑。 此时，如果高层建筑高度过高，垂直半功率角不足，必须灵活运用。 许多运营商会将天线水平放置。 ，让水平波束充当垂直覆盖，可以满足高层建筑的信号覆盖。

3）前后比

说明：前后比是天线后向波束电平（180°±30°范围内）与前向最大波束电平（信号强度）之差，表示信号能量的分布情况。 一般情况下，前向能量大，后向能量小。

注：前后比也是不同场景下天线选择的关键性能指标。

4) 频段

5）功率耐受性

注：功率容差是指连接到无源器件的信号的最大输入功率。 当超过这个要求时，无源器件可能会被损坏。 例如，天线是一种无源器件。 另外，还会出现拉弧现象（微放电、打火现象），造成信号干扰问题。

注意：现场接入天线的总信号输入功率不能超过天线的功率容限。 因此，当天线在现场接入多个信号时，应注意天线的功率容差是否在允许的范围内。

注：由于天线安装面资源不足，现场天线共享利用。 在接下来的过程中，必须注意共享天线的功率容限是否允许。

6) 互调

解释：互调简单来说就是多个信号通过同一设备或线路。 由于设备或线路的性能问题，信号之间相互作用产生新的信号。 新信号是互调信号。 新信号会再次与原信号相互作用，生成新信号，一阶、二阶、三阶、四阶、五阶等； 其中三阶、五阶影响较大。

注：互调调查是优化保证的关键。 如果产生互调信号，就会对系统内或其他系统的信号产生干扰，影响通信质量。 （移动一般都有专门的优化项目进行排查，比如工程师操作）。

注：GSM网络主要进行五阶互调效应和三阶互调效应。 LTE网络主要受三阶互调和二次谐波的影响。

注：设备和线路互调现场排查一般采用分段排查定位方法，并使用互调表连接天线系统进行互调排查（常用的互调表有紫光互调表和罗森伯格互调表） ）。

说明：某项目互调性能测试结果示例。

注意：一般情况下，新接入网络的天线在安装前必须进行三阶互调性能测试。 只有合格的产品才允许使用。

注意：测试互调时，天线应处于空旷区域，并在头顶连接互调仪进行测试。 检测值必须达到天线标签上标注的性能指标值。

注：线路中的设备也是产生互调信号的重灾区，因此一般天线、馈线、设备都需要进行互调测试。 如图所示，更换有问题的器件后，可以看到干扰信号减少了很多（波峰明显降低）。

7）极化

注：极化是电磁波在空间传播的方向，一般基于电场的方向。

注：图中为垂直极化，即电场方向垂直于地面。 此时，地面对电磁波的吸收最小。 （一般采用垂直极化天线）。 但由于传播环境的复杂性，在城市中使用垂直极化天线的效果并不好（电磁波和光波的特性一样，都会因环境而产生反射、折射等行为）。 因此，垂直极化天线多用于复杂环境。 ，天线的接收性能将会降低。 这时就必须采用斜极化天线，通常是两个方向（+-45度）的斜极化，从而提高天线的接收性能（基站接收到手机发射的信号，从而提高天线的接收性能）基站接收到的手机信号强度，称为极化分集，实现极化增益。）

注：城市中一般使用的天线基本都是双极化天线，+-45度，提高基站侧的接收性能，实现极化增益。

注：该图显示了复杂环境下无线传播的传播模式。 存在多种传播模式，例如直接辐射、反射和折射。

8）驻波

注：入射信号被反射，入射波和反射波的复合波形称为驻波。 它反映了线路或天线的信号传输性能。 反射波越多，能量输出越少，信号越弱。在现场，入射波和反射波的强度计算一般称为驻波比（新建基站正常驻波比）。

描述：一般驻波比

7 天线安装

注：天线选型满足覆盖场景需求后，关键在于天线的安装。 安装对于信号覆盖至关重要。 一般通过现场网络优化和天馈调整来保证信号覆盖。 最常见的信号覆盖问题是由于安装不合理造成的。 因此，有一种说法叫网络优化“三步走”：移动天线是最常见的步骤之一（调整下倾角）。

1）身高

说明：据说车站的高度就意味着看得见的距离。 同理，如果想要覆盖范围更远，天线也必须抬高。 反之，如果覆盖范围过远，则可能是由于天线高度设计和安装不合理（超高站改造是运营商维护优化中的通病）。 根据覆盖半径要求合理选址，保证天线的安装高度。 但在城市中，有时站点是高层建筑，导致天线高度过高。 优化器必须找到解决方案。

2）方位角

注意：定向天线的朝向应朝向用户聚集区域，如下图布达拉宫广场的覆盖范围。 天线方位角是天线的方位角（从正北顺时针旋转 0-360 度）。 现场使用指南针测量天线方位角是否满足设计要求（天线方位角指南针测量必须掌握，是网络优化的基本技能之一）。

注：图中三叶草为基站示意图（三个方向覆盖）。 天线方位角必须朝向用户聚集区（设计院设计，根据现场调整优化）。

注：哈光出品的地质指南针是网上最常见的指南针。 你可以在淘宝上找到它的说明书。 指南针可以测量方位角和倾角。

说明：大表盘为方位表盘（水平角度表盘），内表盘为垂直刻度表盘（倾斜角度测量）。

注：使用指南针测量天线方位角是网络优化人员必须掌握的基本技能。 详细信息请参见《指南针用户指南》。

3) 下倾角

说明：天线波束的下倾调整起到了控制基站覆盖半径的作用。 下倾角的调整也是网络优化控制信号覆盖距离最常用的方法，所以继续掌握下倾角的调整和计算。 以及机械下倾和电子下倾的区别。

机械下倾

注：机械下倾是通过调整天线安装角度来实现的。

注：网络规划人员或网络优化人员给出调整程度，塔工（有爬升证、有天线安装调整经验的工人）上塔调整； （使用坡度计调整机械下倾角）。

注：指南针还可以测量天线下倾角。

电子下倾角

注：电子下倾是指在不调整天线臂的情况下，通过改变天线内部移相器来实现波束下倾（如下图）。 分为手动调节和远程电动调节。

说明：移相器通过调节馈电网络的长度来改变振荡器的馈电相位，从而改变天线波束的下倾角。

注：上图为电子下倾天线的手动调节。 图中白色刻度杆为调节杆，需要手动拧紧（杆上有度数）。

注：电动下倾远程调节是目前的趋势，通过RCU远程控制来实现。 这减少了调整劳动力和其他成本并提高了效率。

总结：由于机械下倾很容易造成波束覆盖形状的扭曲，因此引入了电子下倾。 但电子下倾的可调度次数一般受到技术的限制（14度以内）。 因此，在现场，由于城市地区站距过大，最近需要严格控制覆盖范围，所以现在基本都是机械下倾调节+电子下倾调节来控制信号覆盖半径。

注：在天线背面照片中，可以看到天线是否支持电下倾等电性能指标。 （在工勘过程中，需要记录现场天线的标签，为后期优化提供支撑数据）。

另外，天线波束下倾角的计算一般都是利用工具来实现，不需要死记公式计算； （下倾相关因素：天线高度、覆盖距离要求、波束垂直半功率角）只需掌握几个常用工具的使用即可。

注：一般现场工程师都会有Excel宏工具或者其他工具来计算下倾角。 作为调整的理论参考数据。

4）隔离

注：同一安装平台上可以同时安装多个通信系统天线。 由于信号强度和频率接近，很容易造成相互干扰。 因此，必须控制好它们之间的距离，以减少干扰的影响（距离会促进信号强度的衰减。隔离度是对信号衰减程度的要求；实际施工中体现在天线的水平和垂直距离上）安装）。 不同的通信系统安装距离不同（具体参见具体网络标准要求）

水平隔离

注：同一平面安装的天线不能互相碰撞，且水平间距足够（详细要求请查表）。

垂直隔离

注意：两天线垂直间隔距离不够（垂直隔离要求），一般至少50cm以上。

综上所述，由于目前同一平台安装的天线数量过多，保证水平隔离度和垂直隔离度是保证相互信号干扰控制的基础。 如果干扰太强，信号质量就会变差（网络优化人员的基本技能，就去网站看看安装是否合理）。

注：一般现场优化工程师都会有Excel编辑宏工具；

5) 净空高度

注：为了保证天线的信号传播能够满足规划设计要求，在实际安装中首先要保证天线的传播方向在一定范围内无障碍。 这个范围称为间隙要求。 一般要求天线比周围建筑平均高度至少高5米，且50-100米范围内不能有障碍物。

注：如图所示，该天线辐射信号被严重遮挡，导致信号强度差或覆盖方向出现盲点。

注：信号在传播过程中能量最集中的空间范围称为菲涅尔区，特别是靠近发射端的空间范围称为第一菲涅尔区。 如果这个区域被遮挡，信号基本上就无法保证有效的覆盖半径。

实验时，拿一个手电筒并将其打开，然后将一根手指放在它前面，看看手指之间的距离所造成的效果差异。 基本上，距离越近，拥有的方块就越多。

因此，在现场勘察过程中，必须对天线的无线传播环境进行拍照（顺时针开始，每隔30度或45度拍照，记录无线传播环境）。 另外，如果基站处信号很差或者没有信号，但基站侧没有任何报警且数据配置正常、状态正常，建议去基站处查看检查天线前方是否有严重障碍物。 网络优化时常出现天线安装位置不合理、高度不合理，造成严重阻塞问题的情况。

6)其他

安装与紧固

注意：天线必须安装牢固，不能因安装问题而使天线的方位角或下倾角发生较大变化。

注意：天线安装时杆体倾斜。

安装防雷装置

注意：防雷不到位，天线被雷击，造成设备损坏等问题。 天线必须位于避雷针的保护范围内。

天线接头防水处理

注意：如果防水质量不到位，很容易导致水侵入，造成驻波比过大。

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