CN114421179A - 用于安装5g天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法，属于通信基站技术领域，吸波网结构设置在天线后侧的铁塔上，吸波网结构包括从上至下依次交错布置的多层金属网，金属网为方形结构，金属网的网孔为正方形，利用涡流实现对天线辐射的电磁波的损耗吸收，降低铁塔对电磁波的散射。

Description

用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法

技术领域

本发明涉及通信基站技术领域，特别是涉及一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法。

背景技术

随着移动通信网络对容量和覆盖的要求不断提高，通信基站数量随之也越来越多。于是在现有高压输电线路铁塔上添加通信基站功能的“共享铁塔”正成为一种新的资源共享模式。

“电力塔”“通信塔”开放共享，对于推动电力和通信基础设施协调发展，特别是对于即将到来的5G网络部署，构成巨大“利好”，可谓一举数得：一是将密布城乡和公路铁路沿线的电力杆塔用于通信建设，可以促进电信网络的广覆盖、快覆盖，大大缩短施工周期，提高通信基站建设效率，降低通信基站建设成本，有力支撑“网络强国”战略实施，支撑4G网络深度覆盖和5G网络快速部署；二是推进形成电力和通信企业市场化的共建共享合作模式，可以促进电网企业盘活资源和提高效益，有利于国有资产保值增值和放大功能；三是有效减少新增通信铁塔基站占用土地资源及其对环境的影响，成为践行国家绿色发展、协调发展理念的典范。

天线作为移动通信系统中不可或缺的一个模块，其主要作用是辐射电磁波和接收电磁波，其中机械天线是指机械调整下倾角度的移动天线。机械倾斜意味着天线将围绕一个轴进行物理的旋转，从而改变辐射方向图的形状和偏向。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1°～5°，如调整角度过大，则天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形。机械天线是一种比较普遍的基站天线，因其不能用于大角度下倾，所以一般被用在覆盖面积比较大的农村和郊区地区。

但是由于长期户外悬挂，风吹雨雪等外力环境导致倾角变化会不可避免地发生。这种情况发生后，天线辐射的电磁波会与铁塔的金属体发生散射，而铁塔金属架构对电磁波的折反射会影响天线的辐射场，造成天线图中无规则的旁瓣增多，影响通信质量。目前对此的解决方法是扩大天线下倾角度的变化范围，但是这会造成天线体积增大，尤其是对于成熟产品的改变难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法，利用设置在天线后侧铁塔上的吸波网结构吸收天线辐射的电磁波，降低铁塔对电磁波的散射。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，所述吸波网结构设置在天线后侧的铁塔上，所述吸波网结构包括：从上至下依次交错布置的多层金属网；

所述金属网为方形结构；所述金属网的网孔为正方形。

可选的，所述金属网的边长确定过程为：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断所述最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若所述判断结果表示是，则所述金属网为矩形结构，所述矩形结构的短边边长等于天线架设位置处杆塔的截面边长，所述矩形结构的长边边长等于所述最大值；

若所述判断结果表示否，则所述金属网为正方形结构，所述正方形结构的边长等于所述最大值。

可选的，所述网孔的边长为

a＝n·λ_max

式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。

可选的，所述金属网的层数为

式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

可选的，所述金属网为相对磁导率大于或等于600的铁丝，所述铁丝的半径取值范围为0.1±0.02mm。

可选的，所述金属网表面涂敷绝缘材料，所述绝缘材料的厚度小于或等于0.02mm。

一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，所述确定方法应用于前述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，所述方法包括：

根据天线的最小工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的边长；

根据天线的最大工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长；

根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，确定所述吸波网结构的金属网的层数。

可选的，所述根据天线的最小工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的边长，具体包括：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断所述最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若所述判断结果表示是，则所述金属网为矩形结构，所述矩形结构的短边边长等于天线架设位置处杆塔的截面边长，所述矩形结构的长边边长等于所述最大值；

若所述判断结果表示否，则所述金属网为正方形结构，所述正方形结构的边长等于所述最大值。

可选的，所述根据天线的最大工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长，具体包括：

根据天线的最大工作频率，利用公式a＝n·λ_max，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长；

式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。

可选的，根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，确定所述吸波网结构的金属网的层数，具体包括：

根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，利用公式

确定所述吸波网结构的金属网的层数；

式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法，吸波网结构设置在天线后侧的铁塔上，吸波网结构包括交错布置的多层金属网，金属网为方形结构，金属网的网孔为正方形，利用涡流实现对天线辐射的电磁波的损耗吸收，降低铁塔对电磁波的散射。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的金属网的俯视图；

图2为本发明提供的吸波网结构的俯视图；

图3为本发明提供的于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构及几何尺寸确定方法，利用设置在天线后侧铁塔上的吸波网结构吸收天线辐射的电磁波，降低铁塔对电磁波的散射。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，如图1-2所示，吸波网结构设置在天线后侧的铁塔上，吸波网结构包括：从上至下依次交错布置的多层金属网。

金属网为方形结构；金属网的网孔为正方形。

为了降低铁塔对电磁波的散射，本发明设计的吸波网结构为一种多层网孔结构，固定在天线后侧铁塔外，实现对电磁波的吸收。

金属网的边长确定过程为：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若判断结果表示是，则金属网为矩形结构，矩形结构的短边边长c等于天线架设位置处杆塔的截面边长，矩形结构的长边边长b等于最大值；

若判断结果表示否，则金属网为正方形结构，正方形结构的边长等于最大值。

金属网的网孔的边长为a＝n·λ_max，式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。考虑到风阻，网孔的边长不低于0.5m，各网孔电气连接良好。

金属网的层数为

式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

金属网层数最小按照以下规则控制：

(1)单层吸收量占入射场强的

(2)天线倾斜后最大散射场占发射场的比例为πtanθ，可近似为πθ(倾角小于15°)；

(3)层数按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制，即：旁瓣影响不超过主瓣的β。

金属网为相对磁导率大于或等于600的铁丝，铁丝的半径取值范围为0.1±0.02mm。

金属网表面涂敷绝缘材料，绝缘材料的厚度小于或等于0.02mm，使得每层之间电气绝缘。

本发明包括两方面设计：

1、吸波材料设计：吸波材料结构以不同网孔结构的铁磁材料为骨架，按照天线工作频率设计不同网孔大小，利用涡流实现对电磁波的损耗吸收。铁磁材料外部涂敷绝缘材料，实现不同层铁磁材料之间的绝缘。

2、吸波材料的布置：为了实现全面覆盖，5G天线装设时布置在铁塔四周，因此为了降低吸波材料装设后对铁塔平衡的影响，分别在铁塔四角装设吸波材料，在吸收电磁波的同时，保证力学结构平衡。

本发明还提供了一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，如图3所示，确定方法应用于前述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，方法包括：

步骤101，根据天线的最小工作频率，确定吸波网结构的金属网的边长。

具体包括：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若判断结果表示是，则金属网为矩形结构，矩形结构的短边边长等于天线架设位置处杆塔的截面边长，矩形结构的长边边长等于最大值；

若判断结果表示否，则金属网为正方形结构，正方形结构的边长等于最大值。

步骤102，根据天线的最大工作频率，确定吸波网结构的金属网的网孔边长。

具体包括：

根据天线的最大工作频率，利用公式a＝n·λ_max，确定吸波网结构的金属网的网孔边长；式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。

步骤103，根据网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，确定吸波网结构的金属网的层数。

具体包括：

根据网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，利用公式

确定吸波网结构的金属网的层数；式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

按照上述确定方法，如果天线工作在3.5GHz，其波长约为8.56cm，则网孔的边长取为0.5m。此时天线的对角线长度一般大于网孔的20倍，因此金属网面积可以为5m×5m，固定在天线后的杆塔上，天线置于金属网中心前方。

考虑环境外力影响，天线最大倾角可达10°(0.1745弧度)。单层金属网吸收效果为：5％。

在控制旁瓣场强不超过主瓣的2％情况下，需要金属网2层。

本发明基于对铁塔进行设计，在天线倾角变化时，电磁波不会发生较强的散射的思想，提出了一种吸波材料，并考虑到天线工作频点少(以5G天线为例，主要工作在2.6G、3.5G、4.9G三个频段)，按照工作频点设计吸波材料结构。同时考虑到吸波材料需要装设在铁塔上，综合考虑悬挂重量和风阻，选择轻便的透风结构，降低了铁塔对电磁波的散射。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述吸波网结构设置在天线后侧的铁塔上，所述吸波网结构包括：从上至下依次交错布置的多层金属网；

所述金属网为方形结构；所述金属网的网孔为正方形。

2.根据权利要求1所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述金属网的边长确定过程为：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断所述最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若所述判断结果表示是，则所述金属网为矩形结构，所述矩形结构的短边边长等于天线架设位置处杆塔的截面边长，所述矩形结构的长边边长等于所述最大值；

若所述判断结果表示否，则所述金属网为正方形结构，所述正方形结构的边长等于所述最大值。

3.根据权利要求1所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述网孔的边长为

a＝n·λ_max

式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。

4.根据权利要求1所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述金属网的层数为

式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

5.根据权利要求1所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述金属网为相对磁导率大于或等于600的铁丝，所述铁丝的半径取值范围为0.1±0.02mm。

6.根据权利要求1所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，其特征在于，所述金属网表面涂敷绝缘材料，所述绝缘材料的厚度小于或等于0.02mm。

7.一种用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，其特征在于，所述确定方法应用于权利要求1-6任一项所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构，所述方法包括：

根据天线的最小工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的边长；

根据天线的最大工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长；

根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，确定所述吸波网结构的金属网的层数。

8.根据权利要求7所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，其特征在于，所述根据天线的最小工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的边长，具体包括：

获取天线最小工作频率对应波长的20倍和天线对角线长度的5倍中的最大值；

判断所述最大值是否大于天线架设位置处杆塔的截面边长，获得判断结果；

若所述判断结果表示是，则所述金属网为矩形结构，所述矩形结构的短边边长等于天线架设位置处杆塔的截面边长，所述矩形结构的长边边长等于所述最大值；

若所述判断结果表示否，则所述金属网为正方形结构，所述正方形结构的边长等于所述最大值。

9.根据权利要求7所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，其特征在于，所述根据天线的最大工作频率，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长，具体包括：

根据天线的最大工作频率，利用公式a＝n·λ_max，确定所述吸波网结构的金属网的网孔边长；

式中，a为网孔的边长，n为系数，λ_max为天线最大工作频率对应的波长。

10.根据权利要求7所述的用于安装5G天线的铁塔吸波网结构的几何尺寸确定方法，其特征在于，根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，确定所述吸波网结构的金属网的层数，具体包括：

根据所述网孔边长，按照散射场最大值不超过发射场最大值的占比为β控制的原则，利用公式

确定所述吸波网结构的金属网的层数；

式中，N为层数，β为散射场最大值占发射场最大值的最大比例，θ为天线最大倾角，λ为天线工作频率对应的波长，πθ为天线倾斜后最大散射场占发射场的比例，a为网孔的边长，ceil()为向上取整函数。

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