美化天线在移动通信中的应用

1 美化天线的提出

为美化城市视觉环境，消除居民对外露基站天线无线电磁辐射的恐慌和抵触心理，避免因居民和业主的反对导致新站无法建设、原有基站被迫搬迁的情况，根据移动通信基站建设方案，结合环境特点，提出了美化天线解决方案。

美化天线也称为“天线美化”、“伪装天线”，是指在基本不影响天线辐射性能的情况下，通过多种方式对移动通信基站外露天线体、馈线、支撑杆进行伪装和修饰。这样不仅美化城市的环境，也减少居民对无线电磁辐射的恐慌和抵触，为加快网络建设创造良好的外部环境，同时还可以延长天线的使用寿命，保证通信网络质量。

2 行业特点

美化天线从最初“穿衣戴帽”式的简单粗放，经过多年的发展，整个行业发生巨大的转变。

⑴美化需求的转变

最初美化天线是网络工程因为选址难、建站难而不得不进行的、被动的美化处理，但随着时代的发展，运营商从建设和谐社会、绿色环保的角度考虑，也为了进一步提高建站效率，开始主动将美化天线纳入新站建设和旧站改造中。

⑵美化范围的转变

美化天线由过去单纯地针对移动通信天线产品，逐渐发展到涵盖天线、馈线、设备、机房、杆塔等天馈系统的综合美化解决方案。

⑶美化方式的转变

传统的天线美化方式是完全“工程化”的，主要体现一个“遮”字。由于是在天线产品周边再加罩，对网络质量产生不同程度的影响，而“一体化的美化天线”则能够在同样具备美化效果的基础上，很好地避免直接加罩的弊端。

3 设计原则

美化天线达到基站建设与城市环境相协调的目的，减少居民对无线电磁环境的恐慌和抵触。为保证美化天线的伪装效果、网络质量、使用寿命，在美化天线的设计之初应该考虑到以下几个总体原则：

●　具备天线基本辐射性能；

●　具备隐蔽或者美化效果；

●　产品安装、运输便利；

●　产品安全、性能保障。

从两种不同产品性质来看，美化天线有其需要考虑的具体设计条件，故美化天线具有美化外罩产品、一体化美化天线两种典型形式。

3.1 一体化美化天线技术特征

一体化美化天线实质上是一副具有特殊外观的基站天线，因此一体化美化天线包括天线所必备的辐射单元、边界条件、封装防护（天线罩）、安装支架等部件，其中天线罩起到保护天线主体的作用，减缓温湿度变化、雨淋、摄冰、大风、腐蚀等因素对天线主体的影响。

一体化美化天线设计思路如下。

⑴设计要点

●　天线罩直接设计成美化造型，省略二次加罩；

●　美化外罩作为天线的边界条件一体化设计；

●　采用电调控制技术，天线下倾角调节非常方便，还能实现远距离控制；

●　采用专业仿真软件和可靠性实验，保证产品综合性能和安全质量可靠性。

⑵设计理念

●　三维电磁辐射边界进行一体化设计；

●　天线阵列与馈电网络进行一体化设计；

●　辐射单元模块进行一体化设计；

●　辐射参数与电路参数进行一体化设计；

●　电气性能与机械性能进行一体化设计；

●　电气性能与制造容差进行一体化设计；

●　电气性能与工艺要求进行一体化设计。

3.2 美化外罩技术特征

美化外罩产品指为了满足移动通信网络基站建设需要，在标准基站天线外加装的具有一定美化效果的外罩。对美化外罩来讲，第一要关注其电气性能，第二关注其美化效果，第三关注其工程性。

美化外罩设计要素如下。

⑴美化外罩与标准天线间的距离要素

美化外罩在设计时，需要考虑与相应标准天线之间的距离。一般根据电磁波辐射的原理分析，两者之间的距离最好选为半波长的整数倍，尽量保证已发生变化的电磁边界条件与原来的边界形成周期关系，使得电磁波运行过程中变化最小，从而降低美化外罩对标准天线性能的影响。

⑵美化外罩材料要素

美化外罩在设计时，首先必须考虑用什么样的材料，不同的材料对电磁波的影响各不相同。在保证材料介电常数和损耗这两个重要电气特性的基础上，所选材料的机械特性以及物理特性也十分重要：韧性、三大强度（抗拉、抗压和抗弯曲）、耐热性、防水性、耐腐蚀性、加工工艺以及成本都需要全面评估考虑。

美化外罩材料的性质分为三大特性：电气特性、机械特性、物理特性。

●　材料电气特性对美化外罩产品的电路参数和辐射参数有重大影响；

●　材料机械特性和物理特性与美化外罩产品的结构、工艺外观、产品质量安全和可靠性有密切关系。

⑶美化外罩形状要素

美化外罩设计时，不同的外形、尺寸会是不同电磁边界，都会对产品性能产生一定的影响。

⑷美化外罩综合选型要素

美化外罩产品在应用时，不同的场景要选择不同外形和颜色的产品，以达到美化的效果，也能与周围环境更加和谐；不同的安装界面，要选择便于安装施工的产品，以保证施工过程顺利进行；不同高度的站点，要选择安全可靠性能更高的产品，甚至是不同厂家的标准天线也要选择与之合适的外罩产品。

⑸美化外罩工程施工要素

美化外罩产品在工程安装时需要考虑安装位置的准确性，合理性；以保证得到最佳的辐射效果。

4 常用美化天线及其应用

根据应用场景的不同，美化天线可分为基站覆盖类、小区覆盖类和室内分布类。

⑴宏基站覆盖，依托建筑物形式根据宏基站美化天线的结构特点和安装位置，常用的美化方式有以下几种。

●　外墙安装

主要是通过颜色、图案伪装使天线与周围环境融为一体，减少视觉差异，分为天线直接涂伪装色和加外罩涂伪装色两种，一般用于安装在建筑物外墙面的天线美化。产品系列有：排水管、壁挂/变色龙天线等。

●　楼面安装

通过将美化外罩设计成一些楼顶常见物体的外形，将天线隐藏其中，从而达到美化天线的目的。常见的造型有烟囱、方柱、圆柱、空调室外机、水箱、广告牌、徽标等，适用于各种楼顶安装的天线。

⑵宏基站覆盖依托支撑杆塔形式

产品落地安装，可选择的美化产品包括景观塔、高杆灯、仿生树等。

⑶分布系统覆盖，室外小区分布形式

天线安装在小区地面，向上覆盖底层住户；或者天线安装在对面住宅楼顶或外墙，向下覆盖高层住户。

●　草坪常见物体，如草坪灯、蘑菇、假山石等。

●　道路两旁常见物体，如路灯杆、广告箱、指示牌、垃圾桶等。

⑷分布系统覆盖，室内分布形式

产品依托室内天花安装或依托室内墙面安装。高档写字楼、宾馆、酒店内部信号较弱，但传统天线外露的分布系统无法被业主接受，如果采用天线暗装的方式信号衰减较大，无法达到覆盖效果。通过对室内分布系统的吸顶天线、板状天线进行伪装，既可美化环境，满足业主要求，又不影响网络质量。目前常用的室内美化产品有吸顶灯型、壁画型、排气扇型、烟感型等。

5 美化天线技术发展方向

随着移动通信的进一步发展，城市景观要求逐步提高，再加上居民个人健康意识的提升，美化天线必将得到更广泛的应用。美化天线的应用必须满足4个统一：城市景观与通信需求的和谐统一，外罩材质与射频性能的和谐统一，结构设计和安全维护的和谐统一，建设成本和美化效果的和谐统一。为让美化天线更好地服务移动通信，各移动运营商和美化天线生产厂家在不断探索实践。今后美化天线可能有以下几个发展方向。

●　小型化：为降低美化难度，改善美化效果，在满足覆盖效果的前提下，美化天线和美化天线外罩将越来越小。

●　有源无源一体化：基站机房的选址、馈线的走线是城区建站的难点，将天线、美化外罩、功率放大器融为一体形成有源天线。基站近端与远端分离，只需要一根光电复合电缆即可实现远端所有射频功能，无需拉远基站、传输设备，建站难度将大大降低。

●　天馈一体化：在一些特殊场景，如马路边，将天线、馈线、路灯杆融为一体，形成天馈一体化路灯杆，可达到最佳美化效果。天馈一体化设计可同样应用于监控杆、旗杆等。

●　造型多样化：现有美化天线虽然品种不少，但大多形式单一，并已应用较长时间，居民很容易识别这类美化产品，美化效果越来越差。为达到理想的美化效果，必须对美化产品和美化方案不断创新，美化天线要贴近生活、形式多样。

●　实用性：目前的美化产品均是仿造各种景观外形，并没有实际功效，时间一久难免会让人生疑。让美化体具有实物的功能，可加强美化效果，保证长久的伪装性。

●　信息化：建立完善的美化天线库对于整个美化天线建设有着极其重要的作用，对美化天线的设计具有指导意义。各移动运营商应建立规范的美化天线方案库，制定合理的建设流程，并不断完善优化。