智能配网无线通信天线技术研究

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通信系统是智能配电网的硬件基础和核心技术，无线通信是通信系统重要的一环，实现远程终端的信息传输和快速处理。在设备发射功率一定的情况下，无线天线将直接影响到无线通信的可靠性及稳定性，本文对无线通信天线技术展开讨论，并就无线天线的选择给出具体意见。

1智能配网无线通信技术

无线通信技术具有建设成本低、施工难度小、扩展灵活的特点，相对于有线通信来说有巨大的优势。随着无线通信技术快速发展，以GPRS/CDMA、3G、4G为代表的网络技术已成为智能配电网中主要应用的通信技术，能够满足配网自动化业务在响应时间、传输速率、双向通信等方面的技术要求，随着5G网络的诞生，相信无线通信技术将在智能配电网中会发挥更大的作用。

2智能配网无线通信的天线技术

天线技术是一门属于无线传输范畴的技术含量极高且内容复杂的学科，是无线通信技术的重要组成部分。在智能配电网无线通信设备中，比较常见的是全向天线，如图1所示，即在水平方向表现为水平方向上360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。另外，也会见到少量定向天线，如图2所示，即在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为0或极小的一种天线。图1全向天线图2定向天线表征天线性能的参数非常多，下面仅对天线的谐振频率、增益、带宽、阻抗、方向图等重要参数进行探讨，这些参数对智能配电网无线通信天线的选择关系较大。2.1天线的谐振频率。GPRS/CDMA、3G、4G等网络技术都有固定的工作频率，如2G基站：GSM频率为900/1800MHz，3G基站：WCDMA频率为2100MHz；TD-SCDMA频率为1880～1920、2010～2025、2320～2370MHz；天线为更好地接收和发射信号，在设计上其谐振频率应与工作频率相近。图1全向天线的螺杆直径、长度、螺距的数据决定了天线的谐振频率。工作中应当保证全向天线的螺杆部分不受力弯曲，防止天线的谐振频率发生变化。2.2天线的增益。天线的增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生信号的功率密度之比，单位为dBi。通常，天线增益均指最大辐射方向的增益。天线是无源器件，它本身不能产生能量，只能将能量有效集中向某特定的方向辐射或接收电磁波。天线的增益值可以在辐射方向图上查看。天线的增益选择并不是越高越好，因为在辐射方向图上表现为增益越高波束的宽度越窄，如图3所示。也可以这样理解，增益小的全向天线其波束更像一个正常的苹果，增益大的全向天线就像把苹果拍扁的形状。在基站信号不好的地区，天线增益小会无法收到基站信号；增益选择过大，天线与基站的信号交换也不会好，所以天线的增益大小应根据实际情况合理选择。2.3天线的带宽。天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，天线的性能都差不多，这个范围就是带宽。天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说，振子所用管线越粗，带宽越宽。天线增益越高，带宽越窄，通常全向天线的带宽要好于定向天线的带宽。在选择天线时，应优先选择用料更扎实、做工更好的天线。2.4天线的阻抗。一个谐振回路当然有其阻抗，对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。在实际工作中，不能随意换用阻抗不匹配的馈线，馈线的连接也不可随意连接，应该用专用的端子进行连接，如图4所示。2.5天线的方向图。天线方向图描述了天线在各个方向的辐射特性，包括辐射场在每个方向的强度、特点等。一个天线可以看成是由很多个小的辐射单元构成的，每个辐射单元都向空间辐射电磁波。这些辐射单元辐射的电磁波在有的方向相互叠加，辐射场变强了；有的方向相互抵消，辐射场变弱了。因此，普遍情况是天线在不同方向的辐射场强度都不同。如图5所示，该天线在水平方向的辐射最强，在垂直方向的辐射非常小。

可以看出定向天线的信号辐射方向性非常强。图6定向天线的方向图在实际工作当中，城市基站覆盖较好的地区，应当优先选择全向天线，在农村偏远地区，可以根据基站的位置选择定向天线。不管选择哪种类型的天线，都要注意天线的安装位置及天线的辐射方向角。

3结束语

随着智能配网的普及，使用无线通信技术的设备会越来越多，广大电力工作者有必要掌握更多的无线通信技术，以便更好地开展工作。

作者:王忠阳 单位:国网山东荣成市供电公司