2.3 辐射参数

2.3.1 天线方向图

天线的本质是辐射和接收电磁波，由于天线的辐射具有方向性，因此，朝着三维空间不同的立体角方向所辐射的场的强度是各不相同的。将这种不同的立体角方向所辐射的场的强度相对关系绘制成图，即得到天线的方向图（角分布）。显然，方向图是三维的立体图，它可以在不同的坐标系内显示出来，比如球坐标系或者直角坐标系，以使用球坐标系居多，如图2-7所示。

功率方向图是指与天线相同距离各点的辐射功率通量密度随空间方向分布的图形。场强方向图是指与天线相同距离各点的电场强度随空间方向分布的图形。

天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面内的方向图来表示，水平面方向图是指与地平面相平行的平面内的方向图，垂直面方向图是指与地平面相垂直的平面内的方向图。

就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分。全向天线，指天线的辐射在水平面上360°均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。典型的全向天线如图2-8所示，其在垂直面上表现为有一定宽度的波束，如图2-9所示。全向天线一般用在话务量低的农村或郊野空旷场合。

定向单极化天线是一种在空间特定方向上比其他方向上能更有效地发射或接收电磁波的天线。典型的宏基站天线三维方向图如图2-10所示。

图2-11（a）和图2-11（b）分别显示了实际测量得到的宏基站天线的水平和垂直面方向图。

天线具有方向性，本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依次类推。对于定向天线，还存在后瓣。

实际的天线方向图千差万别，一般使用类似图2-12所示的极坐标系图形和图2-13所示的直角坐标系图形来描述方向图的普遍结构和若干要素（如主瓣、旁瓣）及其若干参数（如半功率波束宽度、前后比等）。

工程计算使用的简化的基站天线方向图可以参考国际电联ITU-R M.2135报告，比如三维方向图表达式为：

式中，PE是天线方向图的幅度；θ是垂直角，范围是0°～180°（90°对应天线正面）；φ是水平角，范围是-180°～180°；GE, Max是天线方向图上的最大增益，单位为dB；AE, H是方向图的水平函数，如式（2-28）所示。

AE, V是方向图的垂直函数，如式（2-29）所示。

式中φ3dB=65°是水平3dB带宽；Am是天线的前后比，一般取30dB；θ3dB是垂直3dB波束宽度，一般取10°；SLAv是天线的旁瓣抑制比。这个模型的基本思路是删繁就简，将旁瓣、副瓣等简化为一个球面的包络。

2.3.2 增益

增益（Gain），指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用理论上的全向点源天线）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值，用符号G表示。通常，天线增益均指最大辐射方向的增益。

提高天线增益，覆盖的距离增大，但同时会压窄波束宽度，导致覆盖的均匀性变差，如图2-14所示。天线增益的选取应以波束和目标区相配为前提，为了提高增益而过分压窄垂直面波束宽度是不可取的，只有通过优化方案，实现服务区外电平快速下降、压低旁瓣和后瓣，降低交叉极化电平，采用低损耗、低驻波比的馈电网络等途径来提高天线覆盖能力才是正确的。

在工程中，还有一个概念与增益密切相关，即EIRP（等效全向辐射功率），其物理意义如图2-15所示。

基站全向天线增益范围一般在：2～14dBi。

而定向天线的增益范围一般在：3～22dBi。

低增益天线，覆盖范围及干扰可以得到较好的控制。通常与微基站、微蜂窝配合使用，主要用于室内覆盖及室外的补点（补盲），如大厦的背后、新的生活小区、新的专业市场等。这种天线的尺寸较小，便于安装，如在隧道口内侧可以采用八木天线等。这种天线的价格较低廉。

中等增益天线，适合在城区使用，一方面，这种增益天线的体积和尺寸比较适合城区使用；另一方面，在较短的覆盖半径内由于垂直面波束宽度较大使信号更加均匀。中等增益天线在相邻扇区方向比高增益天线覆盖的信号强度更加合理。在建设初期，一般基站覆盖半径较大（1km以上），可以选择采用增益较高的定向天线。随着网络的建设，基站密度变高，覆盖半径变小，此时应该选择增益较低的定向天线，同时考虑预置下倾或电调下倾天线。

高增益天线，在进行广覆盖时通常采用此种天线，用于高速公路、铁路、隧道、狭长地形广覆盖。这种天线的波束宽度较窄，零点较深，因此天线挂高较高时要注意选用零点填充或预置电下倾的天线来避免覆盖近端的零陷效应。另外这种天线由于振子数量较多故而体积较大，应注意可安装性，如有的隧道口可能就不宜安装这种天线。还要注意风载荷，在沿海风大的地区更要注意。这种天线的成本相对也较高。

2.3.3 波束宽度

波束宽度（Half Power Beam Width）也是天线的重要指标之一，也称为3dB波束宽度。功率方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向功率通量密度下降到一半处（或小于最大值3dB）的两点之间的夹角称为半功率波束宽度。场强方向图中，在包含主瓣最大辐射方向的某一平面内，把相对最大辐射方向场强下降到0.707倍处的夹角也称为半功率波束宽度。水平面半功率波束宽度是指水平面方向图的半功率波束宽度。垂直面半功率波束宽度的定义类似。工程上也用类似的办法来定义10dB波束宽度，分别如图2-16（a）和图2-16（b）所示。

常用的基站天线水平半功率角有360°、210°、120°、90°、65°、60°、45°、33°等，垂直半功率角有6.5°、13°、25°、78°等。

网络服务区的覆盖性能取决于天线的水平面方向图。如图2-17所示的3扇区的天线的覆盖图，每个扇区的天线覆盖120°角域，其在最大辐射方向偏离±60°时到达覆盖边缘，需要切换到相邻扇区工作。在±60°的切换角域附近，方向图电平下降太多时，容易引起覆盖盲区掉话；电平下降太少时，覆盖产生重叠，导致相邻扇区干扰增加而使接收误比特率上升。理论仿真和实际应用结果表明：在密集建筑的城区，由于多径反射严重，为了减小相邻扇区之间的相互干扰，在±60°的电平下降至-10dB左右为好，反推半功率波束宽度约为65°；而在空旷的郊区，由于多径反射少，为了确保覆盖良好，在±60°的电平下降至-6dB左右为好，反推半功率宽度约为90°。由于色散效应，整个工作频段内，波束宽度是有所变化的。基站天线行业标准（以下简称行标）规定65°天线的水平波束宽度容差为±6°，从实际网络应用的经验看，最低门槛容差可放宽到±8°。

垂直面半功率波束宽度决定了距离覆盖的均匀性。在增益一定的前提下，波束越宽，覆盖越均匀。一般增益15dBi、水平半功率波束宽度65°天线的垂直半功率波束宽度≥7°，从实际网络应用的经验看，最低门槛可放宽到6.5°。

天线是一种能量集中的装置，在某个方向辐射的增强意味着其他方向辐射的减弱。通常可以通过水平面波束宽度的缩减来增强某个方向的辐射强度以提高天线增益。在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功率角成反比，其关系可以表示为：

式（2-30）中增益是线性量纲，水平波束宽度和垂直波束宽度的量纲都是°，当已知某一天线的增益和水平半功率角时，可以估算出其垂直半功率角。例如，某一全向天线，增益为11dBi（12.6），水平半功率角为90°，其垂直半功率角为32600/12.6/90=28.7°。

有一种特殊的天线是扇区分裂电调天线，比如表2-5给出了某扇区分裂电调天线的参数，其水平半功率波束宽度是33°×2，那为什么不直接写成66°呢？其原因如图2-18所示，显然扇区分裂后在水平方向图上形成了两个主瓣，每个主瓣的半功率波束宽度都为33°。

通过将传统基站天线的主波束分裂为两个33°的主波束，提高了系统容量，这种天线的应用场景如图2-19所示。

波束宽窄的选择包括水平半功率角与垂直半功率角的选择，而这两者又是互相关联的。选择的主要依据是具体的覆盖及干扰的控制要求。在市区水平半功率角不宜大于65°，主要着眼点是从干扰控制出发的，90°及90°以上的天线由于其覆盖范围过大而不利于频率复用及干扰的控制。而在郊区，干扰不是主要问题，可以选择水平半功率角为90°以上的天线以增强对周边地区的覆盖。在天线增益及水平半功率角选定后，垂直半功率角一般来说也是确定的。但有时也会从垂直方向的覆盖要求进行考虑，如基站建在山上，而要覆盖的地区在山下的地方，就宜选用垂直波束很宽的天线进行覆盖，如垂直波束宽度在20°左右的天线。垂直波瓣越窄，一般意味着天线增益越高，定向性越好，但同时天线的零陷效应会越明显，可以采取预置下倾或零点填充技术来解决问题。垂直波瓣越窄，也意味着天线越长，重量越重，这时就要考虑可安装性问题，同时价格也会越贵。一般双极化天线水平面内的最大波束宽度不大于90°。

2.3.4 前后抑制比

前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比，天线的后向180°±30°以内的副瓣最大电平与主瓣波束电平dB值之差，用正值表示，如图2-20所示，有时也简称为前后比。一般天线的前后比在18～45dB之间。对于密集市区要积极采用前后比大的天线。

前后比是抑制同频干扰或导频污染的重要指标，通常仅需考察水平面方向图的前后比，并特指后向±30°范围内的最差值。前后比指标越差，后向辐射就越大，对该天线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大。特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，比如基站背向区域有超高层建筑物。此外，在共建共享的场景下，两个频率间隔不大的系统如果如图2-21所示共塔架安装天线，前后比对于系统间干扰和共存性会有较大影响。显然在天线背对背安装的情况下，天线距离较小，较差的前后比意味着较严重的干扰。

前后比的典型值在22dB左右，但有时在规划及优化时这一前后比不能满足要求，而需要具有更高前后比的天线。在频率紧密复用的场合下，后瓣过大容易产生邻频（甚至同频）干扰，从而影响网络质量。前后比大于35dB的天线为高前后比天线，增益、波束宽度的规格与普通定向天线一样，高前后比天线采用对数周期偶极子单元组阵而成，因此从外形上看，这种天线比较厚，但比较窄。这种天线价格稍高，但为了提高网络质量，有时还是有必要使用这种天线的。

天线的前后比在一般情况下当然是越大越好，但是在某些特定的条件下也并不绝对如此，比如，以两扇区的定向站连续覆盖高速公路时，由于大多数用户都是快速移动用户，为保证切换的正常进行，定向天线的前后比不宜太大，否则可能会由于两定向小区交叠深度太小而导致切换不及时造成掉话的情况。

2.3.5 副瓣（旁瓣）抑制

上旁瓣抑制是指天线的最大增益与上旁瓣最大增益的差值。对于小区制蜂窝系统，为了提高频率复用效率，减少对邻区的同频干扰，基站天线波束赋形时应尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高有用和无用信号强度之比。为了减少对临近小区的干扰必须抑制上旁瓣电平，一般要求抑制比大于15dB。

旁瓣抑制是抑制同频干扰或导频污染的辅助指标，能有效降低干扰，改善话音质量，提高系统容量，特别是对于CDMA、WCDMA等自干扰系统尤为有效。

观察图2-22，就一般固定波束的宏基站天线，典型的情况是：如果已知半垂直功率角为θ3dB，则对于等幅馈电的基站天线情况，6dB点的波束宽度约为1.5θ3dB，主波束两个零点之间的角度宽（即一阶零陷宽度，First Null Beam Width，FNBW）约为2θ3dB，两个第一副瓣之间的宽度至少约为3θ3dB。于是，在调整下倾角时，可以进行简单的估算，使主波束的上侧第一零点方向对准天线前方的同频小区，以减少同频干扰。

对于城区建筑物密集的应用场景，一方面因通信容量大要求缩小蜂窝；另一方面因楼房遮挡和多径反射，难以实现大距离覆盖。通常采用增益13～15dBi的低增益天线，大下倾角做微蜂窝覆盖，从而，主波束的上侧第一旁瓣指向天线前方的同频小区可能性很大，如图2-23所示，这就要求在设计天线时，设法对上旁瓣进行抑制。

2.3.6 零点填充

零点填充：基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，当固定在一定高度的天线照射在一有限的水平面区域内，天线的垂直方向图中由于有旁瓣零点的存在，在需要覆盖的区域就有可能产生盲区问题。这样为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零陷。高增益天线由于其垂直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。通常零陷相对于主波束大于-26dB即表示天线有零点填充，有的供应商采用百分比来表示，如某天线零点填充为10%，这两种表示方法的关系为：

例如：零点填充10%，即X=10；用dB表示，则Y=20lg（10%/100%）=-20dB。

下零点填充是指天线的最大增益与下零点最大增益dB值的差值，这是在某些特殊场景减少盲点的辅助指标。在天线设计时，对下零点进行适当填充，就可能减少掉话率。但零点填充要适可而止，当对零点填充要求较高时，增益损失较大，得不偿失。对于低增益天线，由于波瓣较宽，应用时通常下倾角较大，下旁瓣不参与覆盖，不需要进行零点填充。

由于多径的影响，导致近距离零点效应不明显或者消失。具有波束赋形功能的智能天线的零陷方向是可调的，这样的设置有利于在避免对邻扇区干扰的同时，增强本小区的覆盖效果。

预置下倾与零点填充都可以用来解决由于天线零点所带来的塔下黑问题。但二者又有所区别，预置下倾的采用会缩小主瓣的覆盖范围，但在下倾角普遍较大的场合可以增大天线下倾角的可调范围。而零点填充作为一种赋形技术，可以获得较好的方向图，此时上副瓣一般得到抑制，因此这种天线不会对别的方面造成什么影响，当然它不能增加天线下倾角的可调范围。某种天线可能同时具备这两种特性，也可能只具备其中的一种，也可以是一种都没有。在规划阶段天线选型时要结合具体的覆盖要求进行选择。

很多场合下天线的高度不是太高（比如不超过50m），即使不采用预置下倾及零点填充技术，天线的零陷效应也是不明显的。这两种技术在广覆盖时用得更多，而这时覆盖范围的增加是更为重要的，天线下倾角的调整范围是次要的，因此建议多采用零点填充天线。而在市区等需要更大下倾角调整范围的场合，天线的零陷效应又不明显，可以不选用零点填充天线，而是着眼于较大下倾角调整范围故而建议选用预置下倾的天线。

比如某高增益赋形全向天线的最大增益为12dBi，该类型天线的零点填充水平为25%（即第一零点的深度为-12dB）、3°固定电下倾。这种天线用于山区、丘陵覆盖比较理想，可以有效解决由于天线挂高太高而出现的塔下黑现象。由于赋形天线只对天线下方第一个零点进行填充，如果天线挂高过高，该天线也将无能为力。因此建议需要有效覆盖的径向距离R与天线挂高H满足以下关系：

中等增益的赋形和普通全向天线更适合用于周边环山（山比基站天线高出较多，天线对山梁的仰角大于4°）场景的覆盖，由于其垂直面的波束较宽，因此指向山上的信号较强。

2.3.7 下倾

天线下倾角，顾名思义，指天线最大辐射方向与水平线之夹角，如图2-24所示。

下倾是常用的一种增强主服务区信号电平、减小对其他小区干扰的技术手段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角的，如图2-25所示。

而电子下倾是通过改变天线振子的相位来控制下倾角的。当然在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一起进行。

电子下倾天线一般倾角固定，即我们通常所说的预置下倾。新的技术是倾角可调的电子下倾天线，为区分前面所说的电子下倾天线，这种天线我们通常称作电调天线。电子下倾角（Electrical Downtilt Angle）指利用电性能使天线垂直波束向下偏移，最大辐射方向与天线法线之间的夹角。

基站天线的俯仰面波束指向需要调整时，如果完全依赖机械调节，当机械调节角度超过垂直面半功率波束宽度时（比如8°），基站天线的水平面波束覆盖将变形，这将影响扇区的覆盖控制。

天线设计时，通过控制辐射单元的幅度和相位（馈电网络枝节的长度和衰减）或者数字移相器，使天线主波束偏离天线阵列单元取向的法线方向一定的角度（如3°、6°、9°等），并与机械下倾配合，可以使天线俯角调节范围达到18°～20°。

基站天线设计时采用可调移相器，可以获得主波束指向连续调节的性能，不包括机械调节，可以达到0°～10°的电调范围。机械下倾和电下倾的方向图如图2-26所示，可见机械下倾的波瓣有一定的变形，即覆盖区域被“拉长”了。

垂直面方向图波束下倾无论采用机械方式还是电调方式，从水平面来看，随着下倾角度的增加，在原来的波束正前方的远端边界，信号电平下降，二者的差别在于：随着下倾角的增大，水平角偏离±60°两侧方向的场强下降方式不同，仿真结果如图2-27（a）和图2-27（b）所示。电调方式的电平同步下降，因此距离覆盖范围虽然变小，但覆盖角域不变。而机械方式的电平没有同步下降，其边缘角域覆盖电平相对增强，造成对相邻扇区的干扰增加。

观察图2-27（a）和图2-27（b）中18dBi的高增益天线，实际使用时的下倾角在0°～3°之内，因此波束畸变都不明显，特殊情况下，下倾角超过5°时，采用电调为好。对于15dBi的中等增益天线，情况类似，此时图2-27（a）和图2-27（b）中的曲线特性保持不变，只不过相对应的下倾角加大了一倍。

所以，下倾角不是很大时，可以采用机械方式，其结构简单、可靠性和增益更高，性价比也高。下倾角过大或者需要对复杂区域进行连续的网络调整优化时，建议采用电调方式。

另外电调下倾与机械下倾在对后瓣的影响方面也不同，电调下倾会使得后瓣的影响得到进一步的控制，而机械下调可能会使后瓣的影响扩大，如图2-28所示。

机械下倾较大时，该天线辐射信号会通过后瓣传播到背面方向的高层建筑物内，从而导致意外的干扰。除此以外，在进行网络优化、管理和维护时，若需要调整天线下倾角度，使用电调天线时整个系统不需要关机，这样就可利用移动通信专用测试设备，监测天线倾角调整，保证天线下倾角度为最佳值。电调天线调整倾角的步进分辨率可以达到0.1°，要比机械天线调整倾角步进分辨率高，因此电调天线的精度高，效果好。

采用远程控制的可调电下倾天线，可以减少选型数量、降低投资管理成本；站点无需停机、无需攀爬站塔，即可调节倾角；可以根据话务量快速调节小区覆盖范围、降低站点维护成本。目前普遍采用的远程控制接口是AISG（Antenna Interface Standard Group）接口，其标志如图2-29所示。

电调天线安装好后，在调整天线倾角时，维护人员不必爬到天线安放处，可以在地面调整天线下倾角度，还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。而调整机械下倾角度时，要关闭该小区，不能在调整天线倾角的同时进行监测，机械下倾角度设置值是通过计算机模拟分析软件计算得来的，同实际最佳下倾角度有一定的偏差。另外，机械下倾角度调整非常麻烦，一般需要维护人员在夜间爬到天线安放处调整，而且有些天线安装后，再进行调整非常困难，如山顶、特殊楼房处。

电调天线的缺点是价格相对昂贵。在一些城市网络频率规划较为紧张时建议推广采用电调天线。预制下倾天线技术成熟可靠，价格也比较合理，但要根据覆盖需要选择合适倾角大小的预制下倾天线。

在市区等话务量高的区域所采用的电调天线，GSM900系统主要以65°15dBi天线为主，可调范围为0°～14°；GSM1800及WCDMA系统主要以65°18dBi天线为主，可调范围为0°～8°。在某些天线挂高较大的站点，为满足控制越区的需要，需增大倾角。

假设所需覆盖半径为D（m），天线高度为H（m），天线下倾角为α，垂直半功率角为β，则天线主瓣波束与地平面的关系如图2-30所示。

则显然有：

但应用式（2-33）时有限制条件：倾角必须大于半功率角之一半；距离D小于无下倾时按公式计算出的距离。网络服务区的距离覆盖性能好坏由天线的垂直面方向图和波束指向下倾角组合决定。波束应该适当下倾，下倾角度最好使得最大辐射指向图2-31（a）中目标服务区的边缘R1。如图2-31（b）所示，如果下倾角过大，不仅向目标区远端的覆盖电平会急剧下降，而且，第一上旁瓣可能指向另一个同频小区造成同频干扰；如果下倾角过小，不仅目标区近端覆盖不均匀度增加，而且主瓣的一部分能量可能覆盖到另一个同频小区造成同频干扰。

对于全向天线来说，不可以调整下倾角，但可选择预置倾角天线。

对定向天线来说，在不同的应用场合，对下倾角的调整范围有不同的要求。对覆盖范围控制要求较严的市区要求下倾角的调整范围较大，一般在X～18°，X可以为0°，也可以是一固定的预置电下倾如3°。而有些机械下倾天线下倾角最大值能达到12°，这对干扰控制是不利的，特别是在频率紧密复用的场合下。因此要根据规划区域的实际情况来选择合理的下倾范围。

而在干扰问题不是主要矛盾的场合，对下倾角的调整范围要求就很小，如在进行广覆盖时，有时就根本不需要考虑下倾角。天线高度35m以下，当小区半径大于500m，或站间距大于750m时，可以通过单纯的机械下倾方式来控制越区覆盖；但当小区半径小于300m，或站间距小于450m时，仅仅依靠天线机械下倾无法保证很好地控制覆盖范围（下倾角已经超过10°，波束将变形），此时只能依靠进一步降低天线高度或更换电子下倾天线来解决越区覆盖问题。

在优化时，如果市区宏蜂窝存在越区覆盖带来的干扰问题，且天线高度超过35m，则优先考虑降低天线高度，其次考虑更换预置下倾角天线。调整下倾角时，不管机械下倾还是电子下倾，都应避免第一副瓣正对水平方向。机械下倾方式还应考虑天线后瓣上翘以后的影响。

当基站距离覆盖目标大于800m时，大面积覆盖仍是最重要的关注点，估算天线下倾角时可以不必考虑垂直半功率角的影响。

由于市区无线传播环境的复杂性，倾角设置还必须考虑附近山体、水面和高大钢筋混凝土墙面的反射，这种反射容易造成意外的与其他基站同邻频干扰甚至本小区的时间色散效应（类似于码间干扰）；也必须考虑楼顶平台、前方密集建筑群、山坡等对电波的阴影效应。但是实际组网中有时也会结合基站周围地理环境利用大楼或山体等的阻挡来控制覆盖范围，此时需要与下倾角综合考虑。

密集市区组网还必须考虑当天线主瓣正对街道而带来的隧道效应和意外越区覆盖。一般情况下，密集市区应避免天线主瓣正对比较宽直、两边建筑物密集的街道。此外，微蜂窝天线一般不需要下倾。

2.3.8 极化方式

第1章曾介绍过电磁波的极化，极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量。

电场矢量在空间的取向在任何时间都保持不变的电磁波叫直线极化波。有时以地面作参考，将电场矢量方向与地面平行的波叫水平极化波，与地面垂直的波叫垂直极化波。电场矢量在空间的取向有的时候并不固定，电场矢量端点描绘的轨迹是圆，称之为圆极化波；若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波。

天线发射的电磁波的主要分量是哪种极化，就说这种极化是天线的极化方式。

不同频段的电磁波适合采用不同的极化方式进行传播，移动通信系统通常采用垂直极化，而广播系统通常采用水平极化，椭圆极化通常用于卫星通信。天线的极化方式有单极化天线、双极化天线两种，其本质都是线极化方式。双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响，提高基站接收信号质量，工程上常用的组合为+45°/-45°双极化天线。需要指出的是，双极化天线一般有两个端口，每个端口对应一个独立的辐射面，相当于两个单极化天线的拼接。

从接收的角度来看，由于单极化天线要用两根天线才能实现分集接收，而双极化天线只要一根就可以实现分集接收，因此单极化天线需要更多的安装空间，且在后续的维护工作量要比双极化天线大。至于空间分集与极化分集增益差别不大，一般空间分集增益在3.5dB左右。从天线尺寸方面来说由于双极化天线中不同极化方向的振子即使交叠在一起也可保证有足够的隔离度，因此双极化天线的尺寸不会比单极化天线更大。

+45°/-45°双极化天线与水平/垂直双极化天线的比较：在理想的自由空间中假定手机接收天线是垂直极化，那么基站天线采用水平极化就会造成极化失配，采用垂直极化振子进行发射时要比采用+45°/-45°发射时的覆盖能力强3dB左右。但在实际应用环境中，考虑到多径传播的存在，在接收点，各种多径信号经统计平均，上述差别基本消失。但在空旷平坦的平原，上述差异或许还存在，具体是多少，还有待进一步实验证明。此外，移动互联网业务兴起后，移动终端天线的极化方向在各种应用中是不同的，横竖都有，特别是在在线视频业务中，手机横置的情况较多，之前语音业务中考虑的“手机竖立打电话”的场景所占比重在下降。综上所述，在实际应用中，两种双极化方式组合的差别应该不大，目前市场上±45°正交极化天线比较常见，一般来讲在振子数量、振子长度相同的情况下，水平/垂直双极化天线内部采用“十”字形交叉，+45°/-45°双极化天线内部采用“X”形交叉，后者占用面积会更小一些。

2.3.9 交叉极化比

交叉极化比是针对单极化天线或者双极化天线的一个“单极化部分”，而不是针对双极化天线。要理解这个概念，首先要了解一种现象：任何一个单极化天线，都不存在纯粹的极化特性，而只存在占主导的极化特性（如+45°极化），而在主导极化的正交方向上（比如-45°极化方向），也存在少量的辐射。比如作者曾用计算电磁学的方法仿真一只+45°极化的基站天线，两个极化方向上的方向图仿真结果如图2-32（a）和图2-32（b）所示。

显然，+45°单极化天线在+45°极化方向和-45°极化方向都有辐射，只是+45°极化分量占主导，-45°极化分量非常轻微，占次要地位。简单地说，这种轻微的交叉极化分量与主导极化分量之间的比值，就是交叉极化比，但是工程上交叉极化比的定义，肯定要有一定空间角度范围的，如表2-6所示。

典型的主极化方向图和交叉极化方向图如图2-33所示。可以看出，所有的辐射参数都能够从方向图上反映出来，比如主极化、方向性系数、增益、半功率波束宽度、主瓣、前后比、交叉极化比等。从图2-33可以看出，主极化方向图具有更高的方向性，占据了主要的辐射能量；交叉极化方向图占据了次要的辐射能量。

对于城区建筑物密集的应用场景，由于建筑物的多径反射复杂，于是采用±45°极化接收，总有一个极化可获得较高的接收电平，但由于多径问题的复杂性和衰落的存在，并不能预知哪一个极化的接收电平较高，有可能在不同的时间段内高接收电平在两个极化之间切换。要求系统把两个±45°极化的天线连接到一个多输入的接收机中，通过合适的矢量运算，选择出最好的接收信号或合成信号，多数场合能使接收增益提高3～5dB，从而达到极化分集并对抗多径衰落的目的。

依据天线的互易原理，天线的发射极化特性和接收极化特性是相同的。为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在±60°的服务区内，交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平低很多，交叉极化比在最大辐射方向应大于15dB，在±60°内应大于10dB，最低门槛也应该大于7dB。如此，才可以认为两个极化分量接收到的信号互不相关而起到分集的作用。

2.3.10 其他辐射参数

除上述辐射参数外，还有其他的若干辐射参数。

（1）方向图圆度（Roundness/Circularity）：全向天线的方向图圆度是指在水平面方向图中，其最大或最小电平值与平均值的偏差。

（2）±60°边缘功率下降（±60 degree azimuth beam roll-off）：对于3扇区覆盖天线，天线主瓣的法线方向左右各60°的电平（dB）下降值。

（3）主方向倾斜度（波束偏移）：最大辐射方向偏离天线法线方向的角度。建议以波束宽度的10%为指标。如对于65°天线，波束偏移指标为≤6.5°。

（4）方向图一致性：表征双极化天线±45°极化方向图的偏差程度。建议考察±60°边缘的场强偏差（5B为指标）或者3dB点的角度差，如图2-34所示。

综上所述，合适的水平面波束宽度、垂直面波束宽度选择及下倾角设置，是天线波束与覆盖目标区匹配程度的重要指标，高前后比和设置合适的下倾角是抑制同频干扰的基本手段，足够的增益指标是覆盖距离的基本保证，提高增益必须以规定的波束宽度指标为前提。网络的基本覆盖性能要靠这几个指标来保障，如表2-7所示。