[科普中国]-室内吸顶天线-

室内吸顶天线是移动通信系统天线的一种，主要用于室内信号覆盖。在3G时代室内语音、数据、高速多媒体业务呈现密集分布特征，室内分布系统将在3G网络建设和优化中发挥重要的作用。

作用室外信号覆盖用的都是板状天线，功率大，信号强，覆盖远；相对来讲，室内覆盖，比如会场、宾馆、写字楼、电影院、住宅楼内等，需要采用室内分布式系统来覆盖，就采用吸顶小天线，外形比较美观，不影响室内观瞻，功率小，覆盖一层楼内即可。白色向下的帽就是天线体了，往外辐射信号，那根向上弯曲的绳子就是馈线，把信号从移动基站引入到天线。1

原理吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR≤2 。当然，能达到VSWR≤1.5更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线。

在室内，由于建筑物材料固有的屏蔽作用，增加了无线信号的穿透损耗，影响了网络的信号接收和通话质量。如隔墙的阻挡5~20dB、楼层的阻挡20dB以上、家具及其它障碍物的阻挡2~15dB。

通常，在建筑物的低层，如地下停车场，信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在建筑物中高层，由于基站天线或网络规划原因，产生多个强度相近的导频信号，这些导频相互干扰而产生导频污染，另由于高速大容量数据传输的需要，会使网络产生硬阻塞或软阻塞等。1

室内分布系统在3G时代室内语音、数据、高速多媒体业务呈现密集分布特征，室内分布系统将在3G网络建设和优化中发挥重要的作用。其主要作用表现在：

改善室内信号强度：通过楼宇内分布天线系统，将移动通信信号通过天馈线传输到楼内各个角落，达到解决室内信号强度和质量问题。另外，可通过加装干线放大器，弥补因馈线损耗损失的能量，扩大主机覆盖范围。

解决室内话务量拥塞和干扰问题：在室内利用基站或微蜂窝+室内分布系统可以有效吸收室内话务量，分担室外基站话务负荷；同时对高层乒乓切换、邻频干扰引起的质量问题，可以通过选择性放大，提高信号场强，解决干扰问题。

利用原有2G分布系统升级，降低3G建设投资：采用天彦公司独立总线和共用总线两种组网方式方式，合理接入信号源，增加功率补偿接点；利用现有“分区”结构，减少升级改造难点以及降低3G升级成本。1

新型室分吸顶天线的设计与应用自2013年LTE牌照发放以来，LTE建设已经进入第5年，网络建设从无到有，目前进入深度优化阶段。目前部分室分网络存在LTE弱覆盖问题，LTE与低频网络（如CDMA）不同步覆盖。上述问题的其中一个原因是传统室分吸顶天线高频和低频特性不一致造成，传统室分吸顶天线高频信号能量集中天线下方，而水平信号弱，水平覆盖距离小。LTE新型室内分布吸顶天线的可解决上述问题，使得高频LTE与低频CDMA信号同步覆盖，增加LTE信号的水平覆盖距离，节省综合投资，节能减排。2

1、传统室分吸顶天线存在的问题

对于传统室分吸顶天线的高频段特性，信号向天线正下方集中，绝大部分信号能量都集中在60度辐射角以内，85度辐射方向的衰减高达6dB以上，如图1右边的高频方向图特性，而低频段在85度辐射方向为正增益，高频和低频特性不一致。85度方向是信号往远处辐射的方向由于传统天线在此方向对于高频段有较大衰减，信号增益比低频段低6dB以上，造成了高频段覆盖距离远小于低频段。也就是说，高频信号能量集中天线下方，水平信号弱，水平覆盖距离小，高低频覆盖不同步。

2、设计概要

传统室分吸顶天线采用单锥形结构（如图2右边示意图所示），由于高频和低频共用一套振子，无法兼顾高频和低频的性能。新型室分吸顶天线采用双锥形结构（如图2左边示意图所示），高频和低频使用不同振子对信号进行辐射，这样可以分别优化高频和低频的辐射性能，是的高频与低频的辐射性能相当。在此设计中，低频振子采用锥形振子，高频振子采用自补矩状振子。采用自补矩状振子作为辐射振子，展宽了振子的宽带，提高了辐射角度，降低了驻波比，提高了交调稳定性。

对于低频特性，新型天线和传统天线相当；对于高频特性，在30度方向，新型天线的增益比传统天线降低了10.41dB，在85度方向，新型天线的增益比传统天线增加了4.3dB。也就是说，相对于传统天线，新型天线的高频段信号能量从小方向角度转移至大方向角度，从天线底下转移至周围。2

3、性能指标

新型室内吸顶天线的方向图和电气性能如图3所示。

从图3可知，高频信号特性与低频特性相当，辐射信号能量往水平方向传播，增强了水平覆盖距离。

4、优势

（1）实现2G/3G/4G系统同步覆盖由于新型天线的高频特性与低频特性相当，使得高频段与低频段覆盖范围一致，实现2G/3G/4G系统同步覆盖。

（2）高频覆盖性能增强。

以载频为2100MHz的LTE系统为例，边缘场强=天线口功率+85°天线增益-（空间损耗+遮挡损耗）其中，典型值为：边缘场强为-105dBm，天线口功率为-15dBm（单载波天线口功率15dBm，20M带宽含1200子载波，子载波功率回退30dB），遮挡损耗取值30dB（包括人体损耗、遮挡损耗、工程余量等）。

空间损耗=32.4+20logD+20LogF（D为km、F取2100MHZ）。传统天线85°天线增益= -1.89 dB，新型天线85°天线增益= 2.41dB。由上面的条件计算可得，传统天线的覆盖半径为9.2米，新型天线的覆盖半径为15.1米，新型天线比传统天线覆盖距离增加64%，覆盖面积增加169%。

（3）降低投资，节能减排。

由于新型天线的高频段覆盖性能比传统天线更优，可增加天线间距，因此天线数量减少，整个室分的馈线、无源器件相应减少，可降低投资15-30%。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学