基站建设及基站天线的设计与分析
摘 要：移动基站建设是为人们提供良好通信基础的重要途径，在移动基站建设过程中必须要选择合适的位置，提高基站的维修和运行成本，同时提高运行可靠性和稳定性。文章对通信基站建设以及基站的天线分布进行设计，旨在提高基站的工作效率。
关键词：基站建设；天线设计；稳定性；安全性
随着我国通信网络建设的不断加速，通信网络覆盖面越来越广，基站是通信网络中的重要组成部分，基站建设是通信无线接入系统的重要组成部分，其发展受到很多因素的影响，随着通信覆盖面逐渐扩大，基站的建设也越来越密集，基站布局十分紧凑，随着4G时代的不断发展，运营商建设的基站会越来越多，为了提高基站运行的稳定性，在基站建设过程中必须采用一体化结构，使基站建设更加快捷、方便，而且能够提高通信质量。在基站建设过程中要对天线进行合理设计，天线是接受各种信号的重要元件，双层结构宽频带对称阵子天线在基站建设过程中是一种比较新颖的天线设计方式，可以通过对天线结构的调整，对贴片的形状以及尺寸进行改变，从而实现对原有天线性能的优化。
1 基站的构成
基站是通信网络中的主要部分，主要负责信号的接收和发送，从而达到通信的目的。随着人们的通信要求越来越高、通信网络的发展越来越深入，基站建设越来越密集，基站的基本结构有以下几个部分。
1.1 方舱舱体
舱体是基站的重要组成部分，由方舱主体和其他附件构成，在方舱内部要综合考虑基站系统所有设备的布置与安装、运行和维护管理。基站方舱的舱体一般都采用耐腐蚀、抗氧化的材料，这些材料不会产生灰尘，而且板材一般都采用钢结构，能够通过高强度螺栓进行连接，所有外露的钢构件都可以通过热浸镀锌处理。基站方舱的舱体承重不小于1 200 kg/m2。方舱中的附件主要有防静电底板、室内走线架、PVC走线槽、接地排、接地线和灭火器等，其目的是为了提高各种电子设备的运行环境，使得电子设备可以保持稳定运行。
1.2 动力及环境控制箱
这部分主要包括3个部分，分别是交流配电单元、温度控制单元、环境及动力监控单元，其中交流配电单元主要提供电流，可以连接两路交流输入，并且实现输入与输出的自动切换。温度控制单元主要实现对基站温度的控制，一共包括4个部分，分别是空调器、加热器、温度控制器和智能通风系统，通常来讲，舱体中会配备一套通风系统和两台空调，在通风系统能够满足温度要求的时候通风系统会进行工作；如果不能满足要求，则会启动空调，两台空调会按照规定的时间进行轮换工作；如果一台空调的工作不能满足舱体的温度要求，则会将两台空调一起启动，确保舱体内的温度满足要求。在温度控制单元中还设置了传感器，主要对舱体的温度进行检测，及时感应舱体内温度的变化，一旦出现温度变化，则能及时响应，技术人员会根据控制系统的报警信息对舱体进行查看。
1.3 防护围栏
由于基站是特殊的技术设备，建设在野外，很容易被破坏，为了对基站进行保护，必须要加强防护围栏的设计，防护围栏主要是防止外来人员非正常进入，一般采用专业的钢材压而成，具有防盗功能，对于钢材还要进行防腐处理，防止在户外风吹日晒造成腐蚀。
2 一体化结构基站设计
2.1 一体化结构基站的主要指标
由于基站数量越来越多，为了便于管理，在未来的设计过程中要采用一体化结构基站设计，从而实现对基站的科学管理。一体化结构基站是多个基站的融合，其工作温度要求一般在﹣40～55 ℃，存储温度控制在﹣40～70 ℃之间，相对湿度控制在15%～100%。基站舱体顶部的承重不小于250 kg/m2，抗震性要能达到抗7级以下地震，为了防火，对基站的面板和芯材进行设计的时候要选择具有自熄、阻燃特性，并且离开火焰30秒之内可以自熄的材料。为了便于建设，基站结构的运输方式要灵活，可以采用整装和分装的方式，操作要简单易完成，能够在各种场所中安放。
2.2 基站天线的作用和系统要求
在一体化结构基站的设计过程中，基站天线是一个十分重要的部分，天线主要是用于基站和服务区域内的各种移动站之间的通信，建立一个完整的通信通道，因为在移动用户和固定电话用户之间进行通信的时候，单纯地依靠移动站是无法完成整个通信过程的，必须要有基站收发信机、基站控制器、移动交换中心等加以配合才可以完成整个通信过程。在移动站和基站之间进行通信也必须要借助基站天线，由此可见，天线在基站建设过程中具有十分重要的地位，是移动通信系统中的一个关键部件。由于基站体现工作环境比较复杂，因此在对天线进行设计诶的时候必须要满足相应的指标和要求，如图1所示。
在现代移动通信系统设计过程中，天线的要求很高，这也对天线设计人员提出了十分严峻的挑战，基站天线要朝着小型化、高效传输、稳定性强等多方面发展，因此要研制一些小型化、重量低、低剖面且易于安装的天线，而且基站天线要能满足电性能指标，尤其是带宽指标。同时，基站的天线还应该要具有一定的系统功能，例如具有分集接收能力，能够降低多路径时出现的衰落情况。
3 基站天线设计中几个关键问题
在基站天线结构进行设计的时候，必须要根据基站的规模、基站的信道通信数量进行设计，通常来讲，对于一个常规实用型基站而言，其天线由线阵或面阵天线与反射板组成，采用均匀激励方式进行布设。在基站天线设计过程中需要注意以下几个方面的问题。
3.1 基站天线单元的研制
基站天线研制是基站天线布设的基础，只有设计出满足要求的天线，才能提高基站的工作效率。为了满足现代基站的多频带、多极化要求，在天线设计过程中，为了减少天线之间的干扰，一般会尽可能减少天线的数量，在这种背景下，宽带双频印刷偶极子被选作基站天线的单元，常见的有宽带结构单元和双频结构单元两种基本结构，如图2—3所示。
3.2 反射板的设计
在对基站天线进行设计的时候，水平方向上的辐射方向图要根据基站覆盖的区域以及服务区的形状来确定，一般基站都采用扇区配置，所以在水平方向上设计的时候，具有65°，90°和105°的3 dB波瓣宽度。反射板通常采用角形反射器或矩形平板结构，可以实现扇形波束。
3.3 基站天线的快速精确分析
基站的天线是与常见的其他线路不同，天线反射板的尺寸有限，结构也可能比较复杂，因此在设计天线的时候要对整个基站的天线系统进行全面考虑，对所有的天线进行建模，提高基站天线设计的合理性。在天线建模的时候要考虑到各个单元間的相互影响以及单元之间的耦合，天线的反射板尺寸在10个波长左右，所有对天线的赋形波束进行设计的时候具有一定的困难。可以采用矩量法对一些结构比较复杂而且尺寸较大的天线进行精确分析，从而在节约费用的情况下，合理地对基站的天线进行架设，使得基站天线满足基站通信要求。
另外，由于人们对通信系统的要求，是希望在自己所处的区域范围内可以实现接收和发送信号的通畅性，因此在天线设计的时候就必须要考虑到天线在基站服务区域内的均匀覆盖，能够给区域内的群众提供均等的、稳定的通信服务。
4 结语
综上所述，随着我国通信网络的建设越来越完善，基站作为通信网络中的一个重要组成部分，具有十分重要的作用，在基站建设过程中要对基站位置进行合理选择，并且要对基站的天线进行统一布设，提高天线结构的合理性，确保能覆盖基站的所有服务区域。
作者简介：徐圣坚（1982— ），男，广东珠海，工程师；研究方向：通信工程。
