CN101212079B - 天线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天线设备，该天线设备消除死方向，并且同时具有用于容易抑制由馈线或者天线罩的效应引起的天线方向性图案改变的抑制装置以及用于简单地改善由反射体或者天线罩的效应引起的VSWR变差的改善装置。该天线设备包括：套筒天线，连接到同轴电缆；反射体，呈锥形，套筒天线包括中心导体和套筒，其中，套筒天线被布置在反射体的凹部，以使中心导体与反射体的中心轴对齐，中心导体的顶端与反射体的顶部分开。

Description

天线设备
技术领域
本发明涉及一种用于移动通信系统的基站的天线，更具体地讲，涉及一种用于适于狭窄服务区的基站的天线设备，或者涉及一种用于死区中的中继站的天线设备。
背景技术
用于移动通信系统的基站的天线被分为用于覆盖大范围区域的基站天线和用于覆盖相对有限的小范围区域的基站天线。用于覆盖小范围区域的天线被用于覆盖所谓的无线死区，所述死区是无线电波被高的建筑物阻挡的建筑物静区(shadow region)。在大城市区域中，由于无线电死区以相对短的距离分布，所以已考虑使用通常所说的多跳(multi-hopping)方法的概念，其中，在每个无线电死区布置一个装配有覆盖小范围区域的天线的中继站，然后这些中继站在彼此之间进行中继以消除死区。
单极天线和偶极天线被用作适于无线电死区或者狭窄服务区域的基站天线。第2005/0156804A1号美国专利公布公开了一种具有有限接地板的单极天线的辐射元件的设计。当例如用于狭窄服务区域的基站或者利用多跳方法的中继站使用这种单极天线时，如果建筑物的墙壁不能用于安装天线，则单极天线需要被设置为独立天线。
图8A和图8B是示出被安装为独立型天线的传统的单极天线及其特性的视图。在图8A中，单极天线92被布置在竖立在接地板90上的独立型天线的天线支撑件的顶端，并且该单极天线92通过来自基站或者中继站(未显示)的馈线(feeding line)93被提供RF功率。由于有限接地板布置在天花板上，所以X-Z平面中的辐射图案具有从水平方向向下指的主瓣(main lobe)的特性，该辐射图案适于朝着建筑物之间的低谷辐射无线电波。图8B显示了示出在安装的单极天线92的X-Y平面中的辐射图案的辐射图案特性。单极天线92显示了圆形全方向(所有方向)的辐射图案，但是支撑件91与无线电波发生干扰，从而在-X方向上出现无线电波的衰减，圆形被扭曲。这种衰减引起通信质量变差或者通信失败，这使得解决所有方向的无线电死区问题变得困难。
发明内容
提出本发明在于解决上述出现在现有技术中的问题，并且本发明提供了这样一种天线设备，该天线设备消除死方向，并且同时具有用于容易抑制由馈线或者天线罩的效应引起的天线方向性图案改变的抑制装置以及用于简单地改善由反射体或者天线罩的效应引起的电压驻波比(VSWR)变差的改善装置。
根据本发明的一方面，提供了这样一种天线设备，该天线设备包括：套筒天线，连接到同轴电缆，套筒天线包括中心导体和套筒；反射体，呈锥形。套筒天线被布置在反射体的凹部，以使中心导体与反射体的中心轴对齐，中心导体的顶端与反射体的顶部分开。
优选地，该天线设备还包括阻抗匹配盘，所述阻抗匹配盘沿着反射体的中心轴布置在套筒天线的中心导体上。
优选地，该天线设备还包括干扰抑制盘，所述干扰抑制盘沿着反射体的中心轴布置在套筒天线的同轴电缆上。
优选地，该天线设备还包括天线罩，所述天线罩由树脂型物质制成并且呈锥形，反射体的端部和天线罩的端部彼此紧密地接近以在二者之间形成壳体空间，并且套筒天线被罩在所述壳体空间中。
优选地，该天线设备还包括天线罩，所述天线罩的侧表面呈圆柱形，顶表面呈锥形，其中，反射体布置在天线罩的顶表面上，套筒天线被罩在所述圆柱形空间中。
优选地，由金属板、金属网或用金属涂覆的电介质材料制成反射体。
附图说明
通过下面参照附图进行的详细描述，本发明的上述和其它方面、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是本发明的天线设备的天线构造的视图；
图2A和图2B是示出本发明的天线设备的内部安装构造的内部安装视图；
图3A和图3B是示出本发明的天线设备的外部安装构造的外部安装视图；
图4是示出在本发明的天线设备的X-Z平面中的方向性图案的方向性图案特性的视图；
图5是根据本发明的天线设备的VSWR特性的视图；
图6是根据本发明的天线设备辐射的无线电波的波动特性(ripplecharacteristic)；
图7是根据本发明另一实施例的天线设备的天线构造的视图；
图8A和图8B是示出传统的单极天线的安装结构及其特性的视图。
具体实施方式
图1是本发明的天线设备的天线构造的视图。套筒天线25包括连接到同轴电缆30上的中心导体10和套筒20，该同轴电缆30被提供辐射无线电波的RF功率。此外，天线设备100包括套筒天线25、呈锥形的反射体40以及呈锥形的树脂型的天线罩70，其中，套筒天线25被罩在由反射体40的端表面和天线罩70的端表面相互紧密接近而形成的壳体空间中。套筒天线25被布置在反射体40的凹部，其布置方式为：中心导体10与锥体的中心轴对齐，并且中心导体10的顶端与锥体的顶点分开。
此外，天线设备100包括在中心导体10的顶端部分的用于改善VSWR变差的阻抗匹配盘50，VSWR变差由在天线罩中产生的反射波的效应引起，特别是由中心导体10接近反射体40而产生的耦合的效应引起。在同轴电缆30上设置干扰抑制盘60，该干扰抑制盘60防止同轴电缆上的泄漏电流流向发射器的连接器(未显示)，抑制无线电波从天线罩70的锥形的顶端直接发射以及大阻抗的产生，并且防止天线支撑件(如果天线支撑件呈管状的形状)用作泄漏波导管。阻抗匹配盘50和干扰抑制盘60允许无线电波沿着图1中的虚线方向有效地辐射，并且允许主瓣从水平方向向下指向。
接下来，将解释天线设备100的设计。圆锥形反射体40的敞开角度是120°，圆锥形反射体40的直径是3.75λ。阻抗匹配盘50的直径大约是1/8λ。此外，干扰抑制盘60的直径大约是1/2λ。套筒天线25的中心导体10的长度和套筒20的长度分别是1/4λ。从套筒20的上端到干扰抑制盘60的距离大约是3/8λ。从套筒20的上端到阻抗匹配盘50的距离大约是1/16λ。从反射体40到阻抗匹配盘50的距离大约是1/6λ。
图2A和图2B是示出本发明的天线设备的内部安装构造的内部安装视图。如图2A所示，连接到同轴电缆30上的套筒天线25、作为匹配装置的阻抗匹配盘50以及干扰抑制盘60被插入到在圆锥形天线罩70的顶端的孔中并且被固定到那。图2B是反射体40的视图。反射体40的端表面和天线罩70的上表面彼此紧密地接近，从而在被安装到天线支撑件80上之前形成天线设备100。
图3A和图3B是示出本发明的天线设备的外部安装构造的外部安装视图。如图3A所示，套筒天线25被罩在由使反射体40的端表面和天线罩70的端表面彼此紧密地接近而形成的壳体空间中，从而形成安装到天线支撑件80上的天线设备100。图3B是天线设备100的透视图。天线设备100被安装成在建筑物的屋顶上或者在地面的特定位置上的独立天线。
图4是示出在本发明的天线设备的X-Z平面中的方向性图案的方向性图案特性的视图。如图4所示，方向性图案特性的主瓣表示了在歪斜的较低的方向具有最大增益的图案。此外，由于在图3A和图3B中所示的本发明的天线设备被布置在天线支撑件80的顶端，所以天线设备不会受到天线支撑件80的影响，并且在X-Y平面中具有全方向图案的方向性图案。从而，由于天线支撑件的遮蔽而产生的无线电死区被消除，继而消除了通信失败的区域。
图5显示了根据本发明的阻抗匹配盘的效应的VSWR特性。在中心导体10的前端，由于在天线罩中产生的反射波的效应以及使中心导体10与反射体40接近而产生的耦合效应，所以VSWR特性变差。图5中的虚线表示没有阻抗匹配盘的情况，图5中的实线表示具有阻抗匹配盘的情况。这里，VSWR被改善到0.5-1.0。此外，因为基站天线或者中继站天线都可以发送相对高功率的无线电波和接收无线电波，所以VSWR最好小于1.3，这可以通过该盘的效应而充分实现。
图6显示了被辐射的无线电波的波动特性，该无线电波的波动特性示出了根据本发明的天线设备的干扰抑制盘的效应。当没有设置干扰抑制盘60时，由于泄漏电流在同轴电缆30上流动而在同轴电缆30中产生干扰电波，并且在天线罩70的前端辐射直接无线电波，从而产生大的干扰。此外，如果被连接的天线支撑件80呈管状的形状，则其用作泄漏波导管，从而产生干扰电波。设置干扰抑制盘60来解决这些问题。在图6中，虚线表示没有干扰抑制盘的情况，而实线表示具有干扰抑制盘的情况。对于水平方向(90°)，在小于45°(135°)的方向产生主瓣。此外，在小于70°的方向无线电波快速衰减，在90°的方向(该方向是天线支撑件80的方向)几乎不产生无线电波。纵轴以dBi为刻度表示。由于干扰而产生的波动被干扰抑制盘60抑制，波动特性具有逐渐弯曲的图形。
图7是根据本发明另一实施例的天线设备的构造的视图。如图7所示，根据本发明另一实施例的天线设备包括连接到同轴电缆30上的套筒天线25，作为匹配装置的阻抗匹配盘50、干扰抑制盘60以及天线罩70，该天线罩70的侧表面呈圆柱形，顶表面呈锥形，其中，阻抗匹配盘50和干扰抑制盘60被插入到天线罩70的内部并且固定到那。反射体40被布置在天线罩70的顶表面上。图7中的构造是被安装到天线支撑体80上之前的天线设备100。这种简单结构的天线设备100可以覆盖低风压的室内区域中的死区。此外，图1和图7中的反射体40可以由金属板、金属网或者用金属涂覆的电介质材料操作制成。
根据如上所述的本发明，可以提供这样一种天线设备，该天线设备用天线支撑件抑制干扰，从而消除死区，并且该天线设备具有用于容易抑制由馈线或者天线罩的效应引起的天线方向性图案改变的抑制装置以及用于简单地改善由反射体或者天线罩的效应引起的VSWR变差的改善装置。因此，天线设备可以用作中继站天线，通过在能够避免障碍物的高度安装该中继站天线，该中继站天线朝着所谓的无线电死区沿着歪斜的较低的方向中继无线电波。
虽然参照本发明的特定优选实施例已经显示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本发明的原理和范围的情况下，可以对其进行各种形式和细节上的改变。

Claims (8)

1.一种天线设备，包括：
套筒天线，连接到同轴电缆，套筒天线包括中心导体和套筒；
反射体，呈锥形，
其中，套筒天线被布置在反射体的凹部，中心导体与反射体的中心轴对齐，中心导体的顶端与反射体的顶部分开，
其中，所述天线设备还包括干扰抑制盘，所述干扰抑制盘沿着反射体的中心轴布置在套筒天线的同轴电缆上。
2.如权利要求1所述的天线设备，还包括阻抗匹配盘，所述阻抗匹配盘沿着反射体的中心轴布置在套筒天线的中心导体上。
3.如权利要求1所述的天线设备，还包括天线罩，所述天线罩由树脂型物质制成并且呈锥形，
其中，反射体的端部和天线罩的端部彼此紧密地接近以在二者之间形成壳体空间，并且套筒天线被罩在所述壳体空间中。
4.如权利要求2所述的天线设备，还包括天线罩，所述天线罩由树脂型物质制成并且呈锥形，
其中，反射体的端部和天线罩的端部彼此紧密地接近以在二者之间形成壳体空间，并且套筒天线被罩在所述壳体空间中。
5.如权利要求1所述的天线设备，还包括天线罩，所述天线罩的侧表面呈圆柱形，顶表面呈锥形，
其中，反射体布置在天线罩的顶表面上，套筒天线被罩在所述圆柱形空间中。
6.如权利要求2所述的天线设备，还包括天线罩，所述天线罩的侧表面呈圆柱形，顶表面呈锥形，
其中，反射体布置在天线罩的顶表面上，套筒天线被罩在所述圆柱形空间中。
7.如权利要求1所述的天线设备，其中，从由金属板、金属网和用金属涂覆的电介质材料构成的组中选择的材料制成反射体。
8.如权利要求2所述的天线设备，其中，从由金属板、金属网和用金属涂覆的电介质材料构成的组中选择的材料制成反射体。
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