波导管定向天线阵列

ABC2019

八木天线振子安装在波导管之中，通过八木天线引导波束方向，波导管约束波束方向，形成定向波束。可以设计不同波束宽度的定向天线。

1G以下频段的定向天线，波导管和天线尺寸都比较大，对波束的引导和约束能力有限，波束宽度较宽。

1~3G频段的向天线，波导管和天线尺寸小一些，波导管直径小一些，在总长度一样的情况下，对波束的引导和约束能力强一些，波束宽度小一些。通过波导管的截止效应，削弱低频段频率信号强度。

3~6G频段的定向天线，波导管和天线尺寸更小，波导管直径更小，在总长度一样的情况下，多波束的引导和约束能力更强。波束更窄。波导管截止频率更高，对低频段信号削弱幅度更大。

一根定向天线阵列，集成若干个高、中、低频段的定向天线，组成定向天线整列，覆盖一定的半径和水平扇区。在这个扇区内，由高中低频段多个波束覆盖。低频段的定向天线和波束少一些（天线大，波束宽），中高频段的定向天线和波束多一些（天线小，波束窄）。每个频段的相邻波束都有重叠覆盖，每个频段的多个波束，在水平和垂直方向上组成波束阵列，对扇区进行连续覆盖。多个频段，对扇区进行重叠覆盖。对于覆盖半径大的，高频段可能不对扇区边缘进行覆盖（距离远衰耗大），距离基站近的区域，多频段重叠覆盖。

重叠覆盖的、通过折射反射信号重叠覆盖某个区域的波束，采用不同的频率避免相互干扰，有丰富多多天线和多径信号，可以做MIMO。没有重叠覆盖相互之间没有多径干扰或干扰非常低的，可以空分复用频率资源。低频段波束少，复用度不高。高频段波束多，可以实现非常高的空分频率复用率。

多根天线阵列，对水平360度进行覆盖，每个覆盖方向，可以根据业务需求，选择合适的定向天线阵列。业务需求大的扇区，选择波束多的天线，成本高；业务需求少的扇区，选择波束少的天线，成本低。

接收天线和发射天线分开，一个扇区，由一根发射天线阵列和一根接收天线阵列覆盖。基站根据上行信号来向，终端反馈的接收到的主要波束（最先到达信号强度最高的一两或者两三个波束）、多径波束（延迟到达信号强度较高的一两个或者两三个反射折射波束），判断终端所处位置。在指向该区域的波束上，发射下行信号。终端移动，接收到的波束发生变化，基站跟着调整发射下行信号的波束，始终在指向终端方位的波束上发射信号。可以在相邻的几个波束、发射折射波束上同时发射下行信号，做MIMO。对于移动速度高的，在相邻几个波束，特别是终端移动方向前方的波束上同时发射信号，保证终端始终能接收到下行信号。

与智能天线相比，这种定向天线阵列，波束是固定不动的。终端移动时，切换发射下行信号的波束，而不是波束跟随终端移动。对波束的配置和控制，要简单得多。定向天线能量集中在波束方向，其他方向上完全没有能量浪费，可以大幅度降低耗电量。智能天线在比较宽的扇区都有信号辐射，波束方向叠加增强，其他方向反相叠加削弱，实际上，貌似信号削弱的方向，也在消耗能量。所以，智能天线耗电量非常大。

天线阵列的每个波束，根据下行数据传输需求，加载载波。覆盖区域没有终端的波束，只采用少量频点发射广播信号，耗电量非常低。覆盖区域终端多的波束，采用较多的频率，发射广播和下行数据信号。耗电量要多一些。通过频率资源的动态调度，频率资源自动向需求大的波束集中，向需求大的基站集中，根据需求变化动态调整。

相邻基站，重叠覆盖同一个区域的波束，错开频率，避免相互干扰。覆盖不同区域的波束，例如覆盖基站近端和远端的波束，覆盖不同方向的波束，可以空分复用频率资源。网络中的相邻基站和不同的波束，自动按干扰最小化、空分复用最大化、满足小区边缘用户需求（调度低频段），满足容量需求（距离基站近的调度高频段频率资源），动态调度和分配频率资源。

运营商划分相对集中到频频率资源，电信联通共建共享划分相邻的频率资源。定向天线阵列集成覆盖移动高中低频段的若干个定向天线，每个扇区只需要一面天线，高中低所有频率全部覆盖（半径大的小区，小区边缘如果高频段信号损耗太大，小区边缘不做高频段覆盖，只有中低频段覆盖）。电信和联通频率资源相邻，共用一套天线。同样是每个扇区一面天线，高中低频段全部覆盖。

覆盖距离近的波束，发射功率低。覆盖距离远的波束，指向房屋和地下停车场的波束，发射功率高，提高覆盖半径和覆盖深度。载波多的波束，功率高。载波少的波束，功率低。

低频段波束传输损耗小，覆盖距离远。高频段波束传输损耗大，但是，波束窄，能量集中，也能覆盖较远距离。