CN103367932A

CN103367932A - 一种双波束天线

Info

Publication number: CN103367932A
Application number: CN2013102686092A
Authority: CN
Inventors: 周柱; 孙彦明; 万希; 丁凯; 王青; 田佰文
Original assignee: Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103367932B

Abstract

一种双波束天线，包括多个辐射单元、一个反射板、馈电网络，辐射单元固定在反射板上，所述反射板包括一个水平面以及设置其两侧的折弯平面形成沿中心对称的沟渠型结构，折弯平面同反射板水平面之间设置有角度，在反射板左侧折弯平面和右侧折弯平面沿轴向方向分别固定有一列的多个辐射单元，反射板的水平面上沿轴向方向固定有两列的多个辐射单元，反射板折弯平面上的辐射单元和位于反射板水平面上且与其相邻排列的辐射单元之间呈交叉排列，折弯平面上的辐射单元和位于反射板水平面上且与其不相邻排列的辐射单元之间呈对齐排列，本发明装置整体体积小，迎风面小，能显著减少实际应用风险。

Description

一种双波束天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信室外分布天线，具体涉及一个高增益双波束天线，用于室外移动通信覆盖，本发明属于通信领域。

背景技术

随着移动通信用户的飞速增加，室外通信网络局部区域面临高话务，高负荷的压力。为了增强天线系统容量，帮助运营商摆脱困境，优化现有网络，近几年国内外公司开发了新产品双波束天线，作为新的高端天线产品已经打入市场。

双波束天线又称为劈裂天线，是在一个天线罩实体中集成了两个双极化天线，它采用波束赋形技术，相比于普通双极化天线，双波束天线增益下降更快，双波束天线内两个扇区间的重叠区域更小，有利于减少软切换和更软切换。使用双波束天线组网，对比普通基站天线组网，在不增加安装成本费用的基础上，只需更换三个天线、增加三个射频模块及部分配件，可使网络容量增加60-80%以上。使用双波束天线扩容可实现低成本平滑扩容，具有运用灵活，对网络拓扑结构影响小等优点。

而本发明涉及的高增益双波束天线，应用于室外无线通信广覆盖。应用场景包括高速公路、铁路、隧道、狭长地形等区域。这种天线的水平波瓣宽度一般选 32°或以下，另外这种天线由于振子数量较多而体积较大，整体重量较重。

如附图4A和4B所示，现在技术的普通高增益双波束天线包括天线罩10、反射板20、多个辐射单元30、馈电网络40、支撑架50,辐射单元30为±45°双极化振子；如附图4B所示，在支撑架的左右两侧，放置有2 X n列±45度双极化辐射单元；如图4C所示，左右两侧单元阵列结合馈电网络各组成一个双极化窄波束天线，两列辐射单元阵列纵向方向上等间距轴向放置在反射板上，任意两个辐射单元中心间距为d1。由于双波束天线内部集中了两个双极化天线，为避免相互干扰，必须对两个天线波束进行波束倾斜，波束下倾后的水平面方向图如图5所示。现有技术使用机械下倾技术实现波束下倾，即调整支撑架与水平面夹角角度实现波束机械下倾。当下倾角度过大时，水平方向图变形严重，产生越区覆盖，影响网络通信质量。另从图中可以看出，普通高增益双波束天线整体结构在宽度和高度方向尺寸较大，且天线罩要设计成异形结构，造成普通双波束天线存在体积大、整体重量大、迎风面大等一系列缺点，增加了整体成本，并且由于恶劣天气的增多，增加了实际应用的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种容易实现、低成本、小型化的双波束天线，以满足室外不同应用场合下的覆盖需要。

本发明所采用的技术方案是：

一种双波束天线,包括多个辐射单元、一个反射板、馈电网络，辐射单元固定在反射板上, 辐射单元轴向方向呈等间距排列，所述反射板包括一个水平面以及设置其两侧的折弯平面形成沿中心对称的沟渠型结构，折弯平面同反射板水平面之间设置有角度，在反射板左侧折弯平面和右侧折弯平面沿轴向方向分别固定有一列的多个辐射单元，反射板的水平面上沿轴向方向固定有两列的多个辐射单元，反射板折弯平面上的辐射单元和位于反射板水平面上且与其相邻排列的辐射单元之间呈交叉排列,折弯平面上的辐射单元和位于反射板水平面上且与其不相邻排列的辐射单元之间呈对齐排列，其中：同一纵向阵列上的相邻辐射单元的轴向中心间距小于交叉排列的两列辐射单元之间的轴向中心间距。

所述反射板折弯平面同反射板水平面之间设置有角度为0度-90度。

所述交叉排列的两列辐射单元之间的轴向中间间距为同一纵向阵列上的相邻辐射的轴向间距的一半。

所述辐射单元为±45°双极化振子。

所述双极化振子的工作频率为806MHz-960MHz 。

所述双极化振子的工作频率为1710MHz-2170MHz 。

所述反射板水平面上的辐射单元采用改变馈电电位电流振幅、相位实现辐射单元波束水平面电下倾。

所述馈电网络连接有移相器。

本发明双波束天线具有以下优点：

1.本发明方案使用同一块反射板集成两个双极化窄波束天线，具有整体结构小等特点，解决了普通双波束天线存在体积大、整体重量大、迎风面大等一系列缺点，能显著减少实际应用风险；

2. 本发明方案可使用相同结构，组成不同频段使用的高增益双波束基站天线以及双波束电调天线，可满足不同通信系统的室外无线覆盖需求；

3.使用机械下倾和电下倾的方法对波束进行赋形，代替现有技术的机械下倾技术，因电下倾天线在性能上远远优于机械下倾天线，可更好的提升网络覆盖性能；

4.由于本发明方案整体结构简单，相对于普通双波束天线，整体成本显著降低；使用本方案进行网络扩容可实现低成本平滑扩容，具有运用灵活、对网络拓扑结构影响小等一系列优点。

附图说明

图1A是本发明装置的结构示意图；

图1B是本发明装置的辐射单元分布图；

图1C是本发明装置的辐射单元示意图；

图2是本发明双波束基站天线的系统示意图；

图3是本发明双波束电调天线的系统示意图；

图4A是现有技术中的普通双波束天线的结构示意图；

图4B是现有技术中的普通双波束天线的辐射单元分布图；

图4C是现有技术中的普通双波束天线辐射单元示意图；

图5是本发明双波束天线水平面方向图；

其中：

10—天线罩；

20—反射板；

30—辐射单元；

40—馈电网络；

50—支撑架；

60—移相器；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于这些实施例。

如图1A、图1B、图1C所示，本发明第一个实施例为双波束基站天线，包括天线罩10、反射板20、辐射单元30和馈电网络40；如图1B所示，反射板20主要结构为沟渠型结构，包括一个水平面以及放置在水平面两侧的折弯平面，折弯平面同反射板水平面之间设置有角度θ，该角度可以在0度到90度之间调节,整体结构沿中心对称；如图1A所示，在反射板20左右两侧折弯平面沿轴向方向各固定有一列多个辐射单元30，反射板水平面上沿轴向方向固定有两列多个辐射单元30；如图1C所示，辐射单元30均为四个对称振子a、b、c、d组成的菱形结构辐射单元，各菱形辐射单元中有两种相同方向的振子a、c与b、d；各菱形辐射单元中相同相同的振子a、c同馈电网络40相连接。辐射单元阵列纵向呈等间距排列，反射板折弯平面上的辐射单元和位于水平面上且与其相邻排列的辐射单元之间呈交叉排列，折弯平面上的辐射单元30和位于反射板水平面上且与其不相邻排列的辐射单元30之间呈对齐排列，其中：同一个纵向阵列上的相邻辐射单元的轴向中心间距小于交叉排列的两列辐射单元之间的轴向中心间距。例如：如图4C所示，普通双波束天线辐射单元中心间距为d1，如图1C所示，本发明中任意一个同纵向阵列上的相邻辐射单元轴向中心间距均为d2，相邻两阵列的辐射单元的轴向中心间距为d3，该间距为同一纵向阵列辐射单元中心间距的一半，即d3= d2／2，此两间距与现有技术中的普通双波束天线辐射单元中心间距d1的关系是d3<d1<d2。

如图1C和图2所示，反射板左侧折弯平面上的辐射单元阵列与水平面右侧固定辐射单元阵列结合馈电网络组成一个窄波束双极化天线；右侧折弯平面上的辐射单元阵列与水平面左侧固定辐射单元阵列结合馈电网络组成另外一个窄波束双极化天线；此两窄波束天线构成本发明双波束天线。

本发明与现有技术的双波束天线相比有所不同，组成单个双极化天线的一列辐射单元阵列放置在折弯平面，另外一列放置在水平面上，此单个双极化天线为二元天线阵，而根据二元天线阵方向相乘原理，此天线阵的总方向性函数等于单个天线的方向性系数与单个阵因子方向性系数的乘积。通过调整水平面辐射单元阵列馈电电位电流振幅、相位，实现辐射元波束水平面电下倾，结合折弯边机械下倾波束，从而实现此侧双极化天线主波束水平面下倾。本发明通过调整沟渠形反射板水平面与折弯面的夹角以及同列不同辐射单元之间的馈电电位电流振幅、相位，可实现双波束天线的主波束水平面下倾。

由于采用辐射单元阵列交叉方式，本发明双波束天线与普通双波束天线结构相比，整体结构尺寸在宽度和高度方向上都有大幅度降低，整体结构方正，天线罩迎风面积显著减小，天线整体重量有显著降低。

本发明第二个实施例如图3所示，使用图1A、1B以及1C第一个实施例相同结构的反射板和天线罩前提下，在馈电网络中增加移相器，即通过改变耦合位置角度或改变传输线介电常数，改变射频信号输出相位，最终实现主波束垂直面电下倾。即在原结构上在A波束和B波束的馈电网络40中分别增加移相器60可组成两个独立的双极化电调天线，此两个双极化电调天线组成双波束电调天线。电调天线具有更好的改善载干比、改善天线辐射方向图失真以及降低信号RMS（均方根值）延迟范围等一系列优点。还可在双波束电调天线基础上增加电调天线远端控制器组成遥控双波束电调天线，具有随时优化天线实际覆盖形状、提供最小的同信道干扰、对小区边缘提供更好的控制、优化呼叫质量等一系列优点。

采用本发明第一实施例和第二实施例方案，使用±45°低频（工作频段806MHz-960MHz）双极化振子，即可组成工作在CDMA800以及GSM900等不同通信系统中扩容需要的高增益双波束基站以及双波束电调天线，也可使用±45°高频（工作频段1710MHz-2170MHz）双极化振子，可组成工作在GSM1800、WCDMA、CDMA2000等不同通信系统的高增益双波束基站以及双波束电调天线。

以工作频段在806MHz-896MHz、增益18dBi、水平波瓣宽度32°、预置电下倾6°的双波束基站天线为例，本发明反射板上放置有4X5列±45°低频806-960MHz双极化振子，该天线水平面方向图如图5所示，从方向图可以看出，本发明天线确有非常好的工作性能，且天线整体尺寸为1750X575X155mm，较现有技术双波束天线尺寸1460X1010X390mm有显著降低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种双波束天线,包括多个辐射单元（30）、一个反射板（20）、馈电网络（40），辐射单元（30）固定在反射板（20）上, 辐射单元（30）轴向方向呈等间距排列，其特征在于: 所述反射板（20）包括一个水平面以及设置其两侧的折弯平面形成沿中心对称的沟渠型结构，折弯平面同反射板水平面之间设置有角度，在反射板（20）左侧折弯平面和右侧折弯平面沿轴向方向分别固定有一列的多个辐射单元（30），反射板（20）的水平面上沿轴向方向固定有两列的多个辐射单元（30），反射板折弯平面上的辐射单元（30）和位于反射板水平面上且与其相邻排列的辐射单元（30）之间呈交叉排列,折弯平面上的辐射单元（30）和位于反射板水平面上且与其不相邻排列的辐射单元（30）之间呈对齐排列，其中：同一纵向阵列上的相邻辐射单元的轴向中心间距小于交叉排列的两列辐射单元之间的轴向中心间距。

2.如权利要求1所述的一种双波束天线，其特征在于：所述反射板折弯平面同反射板水平面之间设置有角度为0度-90度。

3.如权利要求1或2所述的一种双波束天线，其特征在于：所述交叉排列的两列辐射单元之间的轴向中间间距为同一纵向阵列上的相邻辐射的轴向间距的一半。

4.如权利要求1或2所述的一种双波束天线，其特征在于：所述辐射单元(30)为±45°双极化振子。

5.如权利要求4所述的一种双波束天线，其特征在于：所述双极化振子的工作频率为806MHz-960MHz 。

6.如权利要求4所述的一种双波束天线，其特征在于：所述双极化振子的工作频率为1710MHz-2170MHz 。

7.如权利要求1或2或5或6所述的一种双波束天线，其特征在于：所述反射板（20）水平面上的辐射单元采用改变馈电电位电流振幅、相位实现辐射单元波束水平面电下倾。

8.如权利要求1或2或5或6所述的一种双波束天线，其特征在于：所述馈电网络（40）连接有移相器（60）。