一种调整塔上天线搭建方式以使无源干扰最小化的方法与流程

本发明属于移动通信技术领域，涉及在电力杆塔上挂载5g天线的方法，为一种调整塔上天线搭建方式以使无源干扰最小化的方法。

技术背景

随着5g技术的迅速发展，大量的5g基站正在被建设已被投入使用。5g技术所需的基站密度也相对较高，因此对于大多数正在大力建设5g的地市，5g基站站址紧缺是一共同痛点。应对此问题，在电力杆塔上挂载通信设备成为了一种有效的解决方案。对于挂载在电力杆塔上的5g天线，其辐射的电磁波会被周围环境二次辐射，干扰其辐射能量，也就是无源干扰。对电力杆塔上挂载的5g天线而言，主要的无源干扰来自与辐射覆盖范围内的电力杆塔以及电力传输线。在天线选址和搭建的过程中需要考虑到辐射范围内的无源干扰，选择无源干扰最小化的设计方案，国内目前关于电力杆塔上挂载的5g天线无源干扰的建模和研究是相对比较空白的。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：现有技术未对电力杆塔上挂载的5g天线无源干扰问题进行研究分析及优化，有待改进。本发明就此分别考虑到输电导线和铁塔对塔上5g天线辐射的无源干扰，分别建立分析模型，并提出了调整优化方案。

本发明的技术方案为：一种调整塔上天线搭建方式以使无源干扰最小化的方法，对电力杆塔上挂载的5g天线进行无源干扰分析建模，调整天线搭建方式以使无源干扰最小，包括如下步骤：

1)初步确定天线辐射主波瓣方向，并分析天线辐射可能覆盖范围内的物理环境，确定会产生无源干扰的金属干扰物，所述金属干扰物包括输电线路好电力杆塔，测量好天线及金属干扰物的高度和距离参数；

2)根据天线位置与输电线路的相对位置之间的关系得到挂高分析模型，求解输电线路对天线的影响；首先通过矢量法电积分方程的计算求解得到输电线路上的电流分布，然后根据感应电流求出输电导线二次辐射强度，再与源场叠加，分析干扰强度，拟定出合适的挂高点范围；

3)根据电力杆塔产生的无源干扰分析模型，确定铁塔间距d1，通过公式计算出目标覆盖距离d2，判断d1和d2之间的关系，若d1>d2，则不再考虑铁塔产生的无源干扰，直接进入步骤5),若d2>d1，则进入步骤4)；

4)在满足天线覆盖要求的前提下，结合天线方向角和下倾角的二元调整，调整天线的方向角，使得产生无源干扰的铁塔在调整后天线辐射水平波瓣角外；或通过调整下倾角来实现减小d2，使得电力杆塔产生的无源干扰最小化；

5)根据步骤2)得到的挂高范围和步骤4)得到的天线角度范围，确定天线搭建方式，在满足覆盖范围的情况下让金属体干扰物边缘化，使得无源干扰值最小化。

进一步的，步骤2)具体为获取天线挂高h和输电线路挂高hn，n为该输电线路的编号，判断h和hn之间的关系，建立模型，其中对于天线挂高高于所有输电线路的情况不予考虑；将输电线路看成金属体障碍物，其对天线的影响为高压输电线路二次辐射场强，首先根据波克林顿积分方程求解得输电线路上的电流分布，进而采用矩量法计算出由于感应电流产生的二次辐射强度矢量，根据下式求得无源干扰强水平：

比较计算结果，得到塔上天线合适的挂高。

进一步的，步骤4)中，调节天线的方向角度需考虑的具体天线的水平波瓣角，计算如下：

式中adt为天线的下倾角，abw为天线的波瓣宽度角，ht和hr分别为发射端和接收端的高度，发射端指天线挂载处，接收端高度则指在目标杆塔处天线所辐射的高度，rin和rout分别为辐射的内径和外径；通过调节天线方向角，使天线主波瓣和两铁塔之间连线的夹角a大于一半的水平波瓣角a1，即：

a≥a1/2

如满足此条件，即可规避目标杆塔对与天线覆盖范围内的无源干扰。

本发明分别考虑到了输电导线和铁塔对塔上5g天线辐射的无源干扰，根据两种无源干扰综合决定塔上天线的最优搭建方式，使得天线所受无源干扰最小化。本发明方法可应用在诸多正在搭建的上塔5g天线设计，以及对已经挂设的塔上天线进行调整，以减少无源干扰，保证更高的辐射效率。

附图说明

图1是天线挂高模型示意图。

图2是本发明分析的塔上天线辐射目标杆塔的模型示意图。

图3是本发明分析的水平波瓣角与方向角的关系俯视图。

图4是本发明实施方式流程图。

具体实施方式

本发明提出一种调整塔上天线搭建方式以使无源干扰最小化的方法，对电力杆塔上挂载的5g天线进行无源干扰分析建模，调整天线搭建方式以使无源干扰最小。天线辐射覆盖范围内的金属干扰物会对天线产生无源干扰，对于本发明研究场合而言，金属干扰物就是输电线路和电力杆塔。因此本发明首先分别建立了输电导线和铁塔对塔上5g天线辐射的无源干扰分析模型。

1、输电导线产生的无源干扰分析模型。

输电导线产生的无源干扰分析模型为基于塔上挂载天线挂高的分析模型，分析塔上天线位置与输电线路的相对位置之间的关系，如图1所示，基于天线挂高h和输电线挂高h之间的关系，计算并对比输电导线对所研究天线的无源干扰。其中，需首先排除天线的挂高高于所有输电线路挂高的情况，因为挂高天线整体辐射有一个向下的倾角，挂高高于所有输电回路会增加输电线路产生的无源干扰值，这类情况是直接不考虑采用的。另一方面，天线与导线之间的距离也会对无源干扰值产生一定的影响，因此需要进行考虑。

2、电力杆塔产生的无源干扰分析模型。

针对电力杆塔，本发明提出了基于电力杆塔间距离和天线方向角度的分析模型。首先计算出天线的目标覆盖距离，对于电力杆塔间距离d1和目标覆盖距离d2之间进行比较，初步判断目标杆塔是否在所研究的5g天线目标覆盖范围之内，这里的目标杆塔就是可能产生干扰的金属干扰物。如若比较结果d1>d2，则可认为目标杆塔不对所研究的5g天线产生无源干扰，若比较结果反之，则调节方向角，下倾角等参数，使目标杆塔在天线辐射主波瓣范围外，从而达到此铁塔对天线所产生的无源干扰最小化的目标。

根据上述两种分析模型，决定塔上天线的最优搭建方式，使得天线所受无源干扰最小化。

下面介绍本发明的具体实施。

首先对输电导线对塔上5g天线产生的无源干扰进行分析，设置两个高度参数：天线挂高h和输电线挂高hn，n为该输电回路的编号。判断h和hn之间的关系，即塔上天线和输电线路各回路的相对位置，其中，对于天线挂高高于所有回路的情况直接排除，建立挂高分析模型。

输电线路可看成金属体干扰物，其对天线(发射源)的影响可采用矩量法计算高压输电线路二次辐射场强，根据波克林顿积分方程求解得输电线路上得电流分布，进而计算出由于感应电流产生的二次辐射强度矢量，根据下式求得无源干扰强水平：

式中e1为存在输电线路时观测点的电场强度，e0则是不存在输电线路时观测点的电场强度，观测点即天线挂载处，计算结果s则是评价无源干扰水平的标准，进而比较计算结果，得到塔上天线合适的挂高。

继续对目标覆盖方向上的电力杆塔产生的无源干扰进行分析，首先计算目标覆盖距离d2，可用凯瑟琳计算工具实现，若d1>d2，则可认为目标杆塔不对所研究的5g天线产生无源干扰；若d2>d1，则需调整天线的方向角，使得产生无源干扰的铁塔，在调整后天线辐射水平波瓣角外；或通过调整下倾角来实现减小d2。将这两种调节方式结合起来可以更好的适应不同案例下的塔上天线搭设。

其中，调节天线的方向角度需考虑的具体天线的水平波瓣角；计算公式给出：

式中adt为天线的下倾角，abw为天线的波瓣宽度角，ht和hr分别为发射端和接收端的高度，rin和rout分别为辐射的内径和外径，d1为发射铁塔和目标杆塔之间的水平距离。图3为俯视图，其中o点为电力杆塔所在处，通过调节天线方向角，使天线主波瓣和两电力杆塔之间连线的夹角a大于一半的水平波瓣角a1，即：

a≥a1/2

如满足此条件，即可规避目标杆塔对与天线主要覆盖范围内的无源干扰。

另一种方案则是通过调节天线的下倾角可以做到改变辐射外径rout，即d2，通过调节下倾角使辐射外径小于塔间距离，实现d1>d2，使目标杆塔在主要辐射范围之外。

上述两种调整方式，具体考虑到实际所需覆盖范围，在满足覆盖范围的情况下做到让金属体障碍物边缘化，让无源干扰值最小化。

方案例举：

假设在一三回路交流输电线路中，在杆塔上挂载5g天线，建立天线挂高模型，天线挂高可选在导线下或者导线中。挂高点选则40米处。已知天线垂直波瓣角为30°，下倾角为8°，方向角为零度。铁塔间距离d1为250m，根据公式计算得出d2为284.61m，d2>d1。需进行下倾角和天线方向角的二元调整，将方向角调整为30°后，目标杆塔已不在主要辐射范围内。或根据计算下调下倾角至9.11°，使得目标覆盖距离小于铁塔间距离，也可以实现无源干扰最小化。