CN100353611C - 高前后比定向基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基站天线，尤其是一种用于蜂窝移动通信系统的高前后比定向基站天线。该高前后比定向基站天线包括金属反射板以及若干辐射单元模块，该辐射单元模块装设在该金属反射板同一侧面上，且在该金属反射板的同一直线方向上呈离散排列，此外，该金属反射板在与所述辐射单元模块排列方向呈相平行的两侧设有翻边。如此，在金属反射板尺寸基本不变的情况下，本发明实现了高前后比的幅射性能，使基站天线的前后比高达35dB以上；同时，新改造的结构也非常简易，方便安装维护，相对于其它改造方法，本发明可使成本大大减少。

Description

高前后比定向基站天线

【技术领域】

本发明涉及一种基站天线，尤其是一种用于蜂窝移动通信系统的高前后比定向基站天线。

【技术背景】

天线是无线电通信系统的关键部件，它将发射机输出的电信号转换为空间电磁波，或者也将空间电磁波接收并转换为电信号进入接收机。没有天线就没有无线通信。

在数字蜂窝移动通信系统中，将整个通信所覆盖的区域划分为若干个蜂窝状小区，每个小区拥有自己的基站天线和使用频率。如此，由于系统的频率资源是一定的，势必导致通信系统容量的下降。为了增加系统的通信容量，必须采用频率复用技术，即在相隔一定距离的两个不同小区采用相同的频率资源。这样的小区相互称为同频小区。同频小区之间显然存在信号的相互干扰，只有当小区间的距离足够远，使同频小区之间的干扰在允许范围内时，这些同频小区才能复用。为了获得一个允许的同频复用系统，设计者必须保证同频小区之间的最小间距。但是减小复用间距并不能用减小基站的发射功率来获得，因为这样会影响对移动台的有效覆盖，特别是当考虑室内覆盖时，就更加需要保证室外有足够强的接收信号。因此，协调好频率复用和覆盖强度的关系是一个令所有运行商都感到棘手的问题。

增加系统通信容量的另一种行之有效的解决办法是采用定向的基站天线，当定向天线的前后比指标达到20dB甚至更高时，可以显著抑制来自天线后向的同频干扰，从而提高系统容量。随着通信系统容量的不断增加、频率资源的日趋紧张、同频小区距离的进一步缩小，对基站天线的前后比指标相应地也提出了更高的要求。当要求基站天线的前后比指标达到28至30dB甚至更高时，常规的设计技术难以胜任。

定向的基站天线通常由无源的金属反射板以及置于该反射板之前方的呈周期性结构排列的若干辐射单元共同组成。为了提高前后比指标，一种办法是不断的加大金属反射板的尺寸。如此，反射板前方的辐射单元所辐射出来的电磁波信号通过反射板边缘绕射至天线后方的能量比例将不断减少，从而提高了前后比指标。这种办法扩大了金属反射板所占的空间范围，显然是不切实际的。另一种办法是在有限的金属反射板情况下，优化设计辐射单元的形式及结构，使其泄漏到后方的能量比例得以降低，以达到提高前后比指标的目的。这样的方法在美国专利US6,243,050中有详细论述。显然，改变辐射单元的结构会使技术繁杂化，不便维护，而且也会提高整副基站天线的造价。

【发明内容】

本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种在一定空间范围内、实现高达35dB高前后比辐射性能、方便维护且造价相对便宜的高前后比定向基站天线线。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：该高前后比定向基站天线包括金属反射板以及若干辐射单元模块，该辐射单元模块装设在该金属反射板同一侧面上，且在该金属反射板的同一直线方向上呈离散排列，此外，该金属反射板在与所述辐射单元模块排列方向呈相平行的两侧设有翻边。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：在金属反射板尺寸基本不变的情况下，实现高前后比的幅射性能，同时，新改造的结构也较为简易，方便安装维护，相对于通过改造幅射单元模块来提高基站天线的前后比，本发明可使成本大大减少。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的立体结构示意图。

图2为图1中第一实施例的横截面示意图。

图3为图1中第一实施例实测的水平面主极化方向图。

图4为本发明的第一实施例的一个改型的立体结构示意图。

图5为本发明的第二实施例的立体结构示意。

图6为本发明的第三实施例的立体结构示意图。

图7为本发明的第三实施例的一个改型的立体结构示意图。

图8为本发明的第四实施例的立体结构示意图。

图9为第二实施例实测的水平面主极化方向图。

图10为第三实施例实测的水平面主极化方向图。

图11为第四实施例实测的水平面主极化方向图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请参阅图1和图2，本发明高前后比定向基站天线包括一块金属反射板1a以及四个辐射单元模块2a，四个辐射单元模块2a均装设在金属反射板1a的前向32。

该辐射单元模块2a由极化相互正交的两个对称振子组成；辐射单元模块2a也可以是线极化的对称振子(如图6、图7和图8所示)。辐射单元模块2a沿该金属反射板1a的纵长方向31a呈直线离散排列，从而，辐射单元模块的排列方向31a与金属反射板的纵长方向31a重叠。

多个辐射单元模块2a之间的间隔优化设计为非周期性结构排列。虽然辐射单元模块2a之间的间隔可以呈等间隔周期性排列，这样辐射单元模块2a组成的天线阵列满足相似性叠加原理，可以简化设计上的难度，但实现的前后比指标未能达到最佳。当多个辐射单元模块2a之间的间隔呈非周期性排列时，由于辐射单元模块2a在前向32a的辐射能量继续维持近似的同相叠加。而在与前向32a相背的后向(未图示)辐射的能量由于数量级很低同时由于非周期性的作用可以产生非同相甚至反相的抵消效果，从而实现更高的前后比指标。

该金属反射板1a在其纵长方向31a上的长度延伸与辐射单元模块2a的数目相关，此外，金属反射板1a在与其纵长方向31a呈相平行的两侧设有翻边8a，如图2所示。

图1和图2中，金属反射板1a横截面左右两侧翻边8a朝上，翻边8a在该金属反射板1a的纵长方向31a呈非均匀结构。该翻边8a包括与金属反射板1a的平面紧邻且呈钝角的第一折弯部81a、延伸自第一折弯81a部且垂直于金属反射板1a的平面的第二折弯部82a以及延伸自第二折弯部82a且与金属反射板1a的平面呈锐角的第三折弯部83a。其中，第二折弯部82a包括多种高度的折弯段22a、23a、24a，第三折弯部包括多个折弯段21a，此外，第二折弯部还开设有线性缝隙26。

此外，如图4所示，所述第三折弯段83a与金属反射板11平面还可呈钝角结构。

如此，通过非均匀的翻边8a结构、多段折弯结构的变化、折弯角度的变化、翻边8a高度的不同、以及在翻边a8上开设线性缝隙26a等措施，可以打破辐射单元模块2a在后向(未图示)辐射同相叠加的规律，从而实现更高的前后比指标。按照本实施例设计的基站天线，其主极化方向图在与金属反射板1a的纵长方向31a呈垂直的主平面内的实测结果如图3所示，可以看出，在与前向32a相背的后向(未图示)±30度内的前后比指标达到了35dB左右。

图5为本发明的第二实施例，其与第一实施例的不同在于：该翻边8b不做任何折弯地垂直设置在金属反射板1b纵长方向31b两侧上，其上开设有线性缝隙26b。围绕该辐射单元模块2b设置有矩形半开放式金属腔体4b，该金属腔体4b四个侧边具有不同的高度，通过调整这些高度，以及调整金属腔体4b的矩形尺寸大小，可以产生额外的辐射波，使得在金属反射板1b的后向(未图示)产生与原来的辐射波近似反相的抵消效果，达到改善前后比指标的目的。

按照图本实施例设计的基站天线，其主极化方向图在与该金属反射板1b的纵长方向31b呈垂直的主平面内的实测结果如图9所示，可以看出，在与前向32b相背的后向±30度内的前后比指标优于30dB。

请再参阅图6，其为本发明的第三实施例，其与第一实施例的不同之处在于：该辐射单元模块2c为线极化的对称振子。该翻边8c呈平板状，不做任何折弯地垂直设置在金属反射板1c纵长方向31c两侧上。两个翻边8c之间缩进一个比例位置设有朝上的折起屏风5c，折起屏风5c的高度大于翻边8的高度。由于翻边8和折起屏风5c的存在，通过调整折起屏风5c与翻边8c的相对位置及其高度尺寸，可以产生双重辐射。折起屏风5c的高度可以采用以下方法作为标准进行调整：将辐射单元模块2c在前向32c的高点以及翻边8c在前向32c的高点相连成一斜线，折起屏风5c垂直装设在该金属反射板1c平面时，其高度应稍微超越该斜线与折起屏风5c的交点的高度。左右两侧折起屏风5c之间的间距是左右两侧翻边8c之间的间距的三分之二至四分之三范围。如此，其结果是在金属反射板1c的后向产生近似反相的抵消效果，达到改善前后比指标的目的。当本实施例的前后比指标可以达到预定的要求时，由于折起屏风5c和翻边8c是均匀的，可以简化结构，降低加工复杂程度和生产成本。

按照图本实施例3设计的基站天线，其主极化方向图在与金属反射板1c的纵长方向31c呈垂直的主平面内的实测结果如图10所示，可以看出，在与前向32c相背的后向±30度内的前后比指标优于30dB。

此外，如图7所示，该翻边8c可调整为朝向该金属反射板1c的后向(未图示)，相应地，翻边8c和折起屏风5c之间的相对位置及其高度尺寸也需要微调。左右两侧折起屏风5c之间的间距可以比照图6实施例稍微增加，相应地折起屏风5c的高度也稍微降低。翻边8c朝后向(未图示)的高度可以稍微小于图6中翻边8c朝前向32c的高度。如此，同样可以产生双重辐射，最终改善前后比指标。

请再参阅图8，其为本发明的第四实施例，本实施例中，包括金属反射板1d、辐射单元模块2d和翻边8d，该翻边8d与金属反射板1d相分离，可用非金属元件(未图示)支撑，且翻边8d与金属反射板1d的纵长方向31d相平行，使翻边8d形成了无源的散射结构。金属反射板1d的纵长方向31d两侧边缘18d在电气上并不重要，视机械强度和金属反射板1d固定方式需要可以向上翻、向下翻、先向上翻再展平、先向下翻再展平或者取消。通过调整该散射结构的尺寸和离开金属反射板1d的高度和横向位置，可以产生额外的辐射波，使得在金属反射板1d的后向(未图示)产生与原来的辐射波呈近似反相的抵消效果，达到改善前后比指标的目的。必要时，也可以调整金属反射板1d的宽度和其边缘18d的尺寸，以到达最佳效果。

按照图8实施例4设计的基站天线，其主极化方向图在与金属反射板1d的纵长方向31d呈垂直的主平面内的实测结果如图11所示，可以看出，在与前向32d相背的后向±30度内的前后比指标优于30dB。

上述实施例构成的基站天线，不仅前后比指标优良，而且其它各项辐射参数指标和电路等效参数指标也同样满足使用要求，能够很好地应用于移动通信系统的各种场合。

按照本发明制造的天线不但具有高性能的优点，且易于制造、具有更高的性能价格比以及方便安装使用。

Claims (3)

1、一种高前后比定向基站天线，包括金属反射板以及若干辐射单元模块，该辐射单元模块装设在该金属反射板的前向上，且在该金属反射板的同一直线方向上呈离散排列，其特征在于：该金属反射板在与所述辐射单元模块排列方向呈相平行的两侧设有翻边，所述翻边朝着该金属反射板的前向，其包括与金属反射板构成钝角紧邻设置的第一折弯部、延伸自第一折弯部且垂直于金属反射板的第二折弯部以及延伸自第二折弯部且与金属反射板的平面呈锐/钝角的第三折弯部。

2、根据权利要求1所述的高前后比定向基站天线，其特征在于：所述第二折弯部上开设有线性缝隙。

3、根据权利要求1或2所述的高前后比定向基站天线，其特征在于：围绕所述辐射单元模块设有矩形半开放式金属腔体。

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