CN101005161B - 用于时分系统的超薄智能天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于时分系统的超薄智能天线，包括馈电网络、印刷阵子、校准网络、反射板、天线外罩，其特征在于，印刷振子垂直焊接在有微带电路组成的馈电网络上，组成天线阵列并固定在反射板上，天线阵列通过电缆与校准网络连接，构成天线的主体。所述天线阵列与校准网络连接电缆为两端带有SMA接头的同轴电缆。阵列之间的距离与波长存在一定的比例关系。本发明既解决了长期以来智能天线性能不稳定的问题，又降低了天线的厚度，提高了天线的生产一致性和机械性能，降低了天线成本。

Description

用于时分系统的超薄智能天线

技术领域

本发明涉及通讯天线技术领域，更具体地说是涉及用于第三代移动通信(3G)的时分同步码分多址的智能天线。

背景技术

随着现代科学技术的发展，我们已进入到信息时代。人类对通信的需求越来越高，以光纤通信、地面及卫星通信为代表的新型通信方式及其相关技术正在迅猛发展。在移动通信领域，第三代移动通信系统为满足人类对通信的更高要求应运而生，也因其需要完成的任务艰巨而面临着技术上的巨大挑战。以波束适时赋形技术、分集技术为代表的智能天线技术的突破将为第三代移动通信系统带来革命性的进步。

智能天线是基于自适应天线阵原理，利用天线阵的数字波束形成产生多个独立的波束，并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提高信号干扰噪声比和增加系统容量的目的。智能天线系统由天线阵列、模数转换、波束形成网络以及自适应数字信号处理器组成。智能天线的智能性主要体现在天线波束在一定范围内能够根据用户的需要和天线传播环境的改变而自适应地进行调整，是由以数字信号处理和自适应算法为核心的自适应数字信号处理器和以动态自适应加权网络构成的自适应波束形成网络来完成的。

第三代移动通信的时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统需要新一代的智能天线能产生非固定波束的方向图，并能在一定角度范围内进行波束扫描。在目前的第二代移动通信系统所需要的天线，一副天线只能产生一固定波束的方向图，已不能满足第三代移动通信系统的需求。

为了使天线能够实时地控制方向图，天线的校准技术就显得非常重要。TD-SCDMA智能天线是多通道天线，由于各通道采用的射频器件种类较多，而各器件之间又存在不一致性，多个特性不一致的器件串联在一起会导致各通道之间存在不同的相位和幅度差别。最初的智能天下的校准采用直接测量法，该测试要在现场进行，测试精度不高，并且不能进行实时测试。发展后的智能天线校准技术，一般是在智能天线的中央放置一根校准天线，但是以场耦合为基础的校准方法容易受到天线周围环境如障碍物、地形、天气等影响，校准的可靠性和稳定性不够好。由于圆形智能天线阵具有先天的轴对称性，采用场耦合方法可以利用该对称性，但是对于平板阵，采用场耦合法需要特殊的转化方法才能提取所需的校准信息，增加了算法的复杂性。申请号为01120547.4的中国专利，利用图示描述了采用此方式工作在有障碍物和无障碍物时校准路径的不同，进而证明了该方法势必影响到校准的精度。中国专利99111350.0公布了一种实时校准智能天线的方法，指出了圆形阵可以采用中间加一根校准天线的场校准法，而对于平面阵，则采用耦合器和功分器组成的馈电网络来完成对天线的校准。中国专利200410028003.x公开了一种采用滤波耦合器的方法进行实时校准，不仅可以用到平面阵，也可以应用到圆形阵，但是该方法要求的无源器件太过复杂，工程实施起来有一定的难度。

智能天线作为多通道天线，各相邻通道间的相互干扰应尽量降低，使各通道在天线的不同工作状态下处于独立工作当中，所以对各相邻通道间的隔离度要求较高。中国专利20051005167.2指出了采用在各通道间加整条金属条以形成电壁的方法，虽然该方法能够改进天线的隔离度，加上整条金属条，给天线的驻波的调试增加了困难。

中国专利02265177.2公开了采用微带电路板作为智能天线的辐射单元，并把天线的馈电网络和辐射体印刷在同一块电路板上，虽然增加了一致性和可靠性，但是天线的高度也大幅增加，给天线的机械性能设计增加了困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种高电气性能的用于第三代移动通信(3G)中的TD-SCDMA系统的超薄智能天线，具有生产效率高、机械性能好、成本低等优点。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：该天线由印刷振子阵列、馈电网络、校准网络、反射板、底板以及天线外罩构成；印刷振子与馈电网络垂直焊接构成组成天线阵列，并均匀间隔安装固定在反射板上，天线阵列通过电缆与校准网络连接，底板通过连接件与反射板安装在一起，保护校准网络，然后外加天线罩构成了该天线的整体。

作为上述方案的进一步说明，所述天线阵列与校准网络连接是通过两端带有SMA接头的同轴电缆连接。

所述的底板与反射板尺寸相当，为四周都有边框的金属板。所述的校准网络为一封闭的无源器件。所述的印刷振子阵列包含4个间距为0.85～0.95个中心频率波长的振子。所述的馈电网络也为印刷电路板，完成振子间的匹配。所述的同轴线为一定长度的两端带有SMA接头的同轴线。

在相邻的天线阵列之间还设置有长度一定的金属条。金属条通过介质固定在反射板上，同时印刷振子利用多条塑料卡条，固定印刷振子。

本发明在TD-SCEDMA系统的工作频段为2010～2025MHz。对于8×8阵列的智能天线与4×8阵列的智能天线(N×M中，N表示天线阵列数，M表示每个阵列包含的辐射单元数目)的各阵列之间的幅相分布各异。通过给定天线各阵列不同的幅相激励信号，产生满足第三代移动通信系统TD-SCDMA所需的各种扇形波束方向图。本发明即解决了长期以来智能天线性能不稳定的问题，又降低了天线的厚度，提高了天线的生产一致性和机械性能，降低了天线成本，为国产TD-SCDMA的商业化提供了进一步的保证。

附图说明

图1为本发明三维立体结构正面示意图；

图2为本发明校准网络结构示意图；

图3为印刷振子和馈电网络组成天线阵列结构示意图；

图4为本发明8×8阵列智能天线单元波束H面方向图；

图5为本发明8×8阵列智能天线单元波束E面方向图；

图6为本发明8×8阵列智能天线0°指向H面方向图；

图7为本发明8×8阵列智能天线55°指向H面方向图；

图8为本发明8×8阵列智能天线在条件4的情况下的赋形方向图。

附图标记说明：1-8输入端口、  9校准端口、  10-17天线阵列、18馈电网络、  19印刷振子、   20金属条、  21反射板、  22校准网络、23同轴电缆、24同轴电缆、25同轴电缆、26外罩

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于时分系统的超薄智能天线由校准网络22、反射板21、天线外罩25、馈电网络18和印刷振子19垂直焊接在有微带电路组成的馈电网络18上，组成天线阵列10、11、12、13、14、15、16、17；天线各阵列均匀间隔安装在反射板21上，天线阵列通过电缆24、25与校准网络22连接，构成天线的主体。同时在相邻的天线阵列之间还设置有长度一定的金属条20，金属条20通过介质固定在反射板21上。该天线还包括一底板，底板与反射板21尺寸相当，为四周都有边框的金属板，底板通过连接件与反射板21安装在一起。所述的印刷振子19阵列包含4个间距为0.85～0.95个中心频率波长的振子。所述印刷振子19通过多条塑料卡条固定。所述的馈电网络18也为印刷电路板，完成振子间的匹配。参照图3，所述天线外罩26的截面为门形结构。

参照图2，给出了校准网络22结构示意图。所述的校准网络22全部集成在一封闭的无源器件内。用8根两端带有SMA接头的同轴电缆23连接天线阵列与校准网络22；用8根同轴电缆24从校准网络22引出天线各阵列的输入端口1、2、3、4、5、6、7、8；端口9为校准端口，用于系统工作时对各阵列通道幅度相位进行实时校准。

图4为本发明8×8阵列智能天线单元波束H面方向图特性；图5为本发明8×8阵列智能天线单元波束E面方向图特性；图6为本发明8×8阵列智能天线0°指向H面方向图特性；图7为本发明8×8阵列智能天线55°指向H面方向图特性；图8为本发明8×8阵列智能天线在条件4的情况下的赋形方向图。本发明8×8阵列智能天线通过给定天线各阵列不同的幅相激励信号，通过不同幅相激励，得到TD-SCDMA系统在给定频段范围内的电性能需要，产生满足第三代移动通信系统时分同步码分多址(TD-SCDMA)所需的各种扇形波束方向图。

Claims (3)

1.一种用于时分系统的超薄智能天线，包括馈电网络、印刷振子、校准网络、反射板、天线外罩，所述的馈电网络为印刷电路板，完成振子间的匹配，印刷振子垂直焊接在由微带电路组成的馈电网络上，组成天线阵列并固定在反射板上，天线阵列通过电缆与校准网络连接，构成天线的主体；其特征在于，所述天线阵列均匀间隔安装固定在反射板上，该天线还包括一底板，底板通过连接件与反射板安装在一起，所述的底板与反射板尺寸相当，为四周都有边框的金属板，所述的校准网络全部集成在一封闭的无源器件内；

所述的天线阵列包含4个间距为0.85～0.95个中心频率波长的振子；所述印刷振子通过多条塑料卡条固定；

在相邻的天线阵列之间还设置有长度一定的金属条隔离条，金属条隔离条通过介质固定在反射板上。

2.根据权利要求1所述的用于时分系统的超薄智能天线，其特征在于，所述天线阵列与校准网络连接电缆为两端带有SMA接头的同轴电缆。

3.根据权利要求1或2所述的用于时分系统的超薄智能天线，其特征在于，所述天线外罩的截面为门形结构。 

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