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天線的小型化就是在保持原有天線性能不變或在性能略有損失的前提下，在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)原有天線的功能。自基站通信天線及天線罩被發(fā)明以來，小型化就是天線理論的重要研究方向之一，與其相關(guān)的技術(shù)與產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在航空航天、軍事、民用通信等各相關(guān)領(lǐng)域。作為一種被廣泛部署的專業(yè)通信器材，移動(dòng)通信基站天線的小型化研究，在近些年倍受移動(dòng)通訊運(yùn)營商的關(guān)注。
基站天線小型化的重要意義
1. 減少風(fēng)阻，減低建設(shè)成本
作為移動(dòng)通信天饋系統(tǒng)的載體，鐵塔的材料成本占基站總材料成本的50%以上。而對于相同結(jié)構(gòu)的鐵塔，其成本主要由其高度及強(qiáng)度決定。天線小型化通過降低天線設(shè)備的風(fēng)載面積，從而降低對鐵塔的強(qiáng)度要求，進(jìn)而降低鐵塔的建設(shè)成本，同時(shí)相關(guān)的工程費(fèi)用也隨之大幅降低，有效的為移動(dòng)運(yùn)營商節(jié)約建設(shè)成本支出。
2. 利于實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共站
隨著3G網(wǎng)絡(luò)的普及，以及4G網(wǎng)絡(luò)的加快部署，幾乎所有的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都面臨著同時(shí)運(yùn)營多個(gè)不同頻段網(wǎng)絡(luò)的情況，多頻天線是公認(rèn)的有效解決這一問題的方案之一，但其也存在各頻段水平方位角不可獨(dú)立調(diào)節(jié)、頻段間隔離度相對較低、頻段分配存在一定局限性等問題，因此多天線不可避免的被應(yīng)用在一些特定的場景之中，如在原有天線利舊的舊站點(diǎn)改造，或多達(dá)5個(gè)以上頻段系統(tǒng)共站等情況下，都可能會(huì)在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)天線完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。在此前提下，小型化的基站天線在布置空間，風(fēng)載等方面，均具有巨大的優(yōu)勢。
3. 利于實(shí)現(xiàn)微基站、應(yīng)急基站等宏基站以外場景的靈活布置；
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信用戶對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提出了更高的要求--全天候全地形下的高速數(shù)據(jù)接入。傳統(tǒng)的宏基站難以完全滿足以上高標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋要求，隨著微基站、家庭基站的出現(xiàn)，小型化基站天線也正逐漸展現(xiàn)其巨大的市場潛力。而作為突發(fā)情況下的應(yīng)急通信保障設(shè)備，應(yīng)急基站對于天線及天線罩的小型化的要求也是必然趨勢。
4. 便于使用天線罩進(jìn)行天線美化
移動(dòng)通信的快速發(fā)展在為用戶帶來便利的同時(shí)，也一直伴隨著電磁輻射對人體造成危害的質(zhì)疑。盡管對此學(xué)術(shù)界一直沒有正式定論，但是移動(dòng)通信站點(diǎn)在住宅區(qū)部署的難度越來越大是不爭的事實(shí)。目前對此問題最為有效的解決方案是美化天線--通過將基站天線與外界環(huán)境如煙囪、樹木、燈桿等結(jié)合，將其隱蔽以消除人們的恐懼心理。在此過程中，對于天線體積的限制是對天線設(shè)計(jì)人員最大的挑戰(zhàn)。因此，美化天線的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)也離不開天線小型化技術(shù)。
基站天線小型化的實(shí)現(xiàn)方式
1. 輻射單元、饋電網(wǎng)絡(luò)等小型化設(shè)計(jì)
天線小型化研究一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，通過改變天線形式或傳輸線結(jié)構(gòu)（微帶天線），介質(zhì)加載，新天線形式（分形天線）等方法減少天線的物理尺寸，從而實(shí)現(xiàn)天線的小型化。但是對于大部分采用陣列天線的基站天線來說該方法具有一定的局限性，這是因?yàn)殛嚵刑炀€的陣元個(gè)數(shù)和陣元間距是決定其方向圖特性的重要參數(shù)，因此以上方法可以有效的降低基站天線的寬度和厚度，但是對于降低天線長度的貢獻(xiàn)甚微，然而在大部分場景中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者更為關(guān)注天線的長度；
2. 提高天線效率
在無源天線陣列的設(shè)計(jì)過程中是通過增加天線陣元的個(gè)數(shù)以提高天線的方向性，進(jìn)而提高天線增益的，這也是相同頻段相同波束寬度的條件下，天線增益越高則其長度越長的原因。天線的增益G、方向性系數(shù)D和其輻射效率 具有如下關(guān)系：
近些年，出現(xiàn)了很多針對提高天線輻射效率的研究，通過采用新型傳輸線、低損耗介質(zhì)、改變電纜傳輸相速等手段將天線輻射效率提高至90%，可以降低天線陣列的長度至原來的80%左右。然后這一方法也存在一定的局限性，即理想的傳輸效率是100%，而通常的基站天線的輻射效率在70-80%之間。因此可以說70%-80%是通過提高天線輻射效率來降低天線尺寸的極限值；
3. 空間復(fù)用
空間復(fù)用技術(shù)是在多頻天線的設(shè)計(jì)中通過將不同頻段的輻射單元（通常其兩個(gè)工作頻段的中心頻點(diǎn)呈2倍，或接近2倍的關(guān)系）重疊布置，與并排布置輻射單元的天線陣列相比，極大的提高了多頻天線內(nèi)部空間的利用率，以實(shí)現(xiàn)天線的小型化。此外，重疊布置輻射單元的多頻天線還具有水平波束偏移度小，方向圖畸變小等優(yōu)點(diǎn)。但與并排布置方案相比，其設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)難度更高，對于生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力提出了更高的要求。
4. 寬頻段分集復(fù)用
與空間復(fù)用將中心頻率接近2倍關(guān)系的頻段相結(jié)合不同，寬頻段分集復(fù)用是將寬頻帶輻射單元通過濾波器劃分為頻譜較為接近且互相留有間隔的子頻段，進(jìn)而在一個(gè)寬頻帶天線中實(shí)現(xiàn)多個(gè)窄頻段天線的功能，來實(shí)現(xiàn)天線的小型化。如下圖中，利用濾波器將工作在1710-2170MHz頻段的寬頻輻射單元?jiǎng)澐譃榉謩e工作在1710-1880MHz和1920-2170MHz的兩個(gè)子頻段，并分別設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)及移相器，在原有2端口單頻天線的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了GSM1800MHz頻段和UMTS2100MHz頻段的雙頻4端口天線的功能，并可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立下傾角調(diào)節(jié)，將4端口電調(diào)天線的寬度降低了50%。
來源：C114中國通信網(wǎng)
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