CN101465473A - 多系统共体天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多系统共体天线，包括：主天线阵列，包括至少两个用于共同发射和接收第一频段的通信信号的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；至少一个次天线阵列，包括至少一个用于发射和接收不同于所述第一频段的独立频段的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；共用反射板，供所述主天线阵列和次天线阵列设置其上，并作为主天线阵列和次天线阵列的共同反射器；所述主天线阵列的每一天线列元中，其各辐射单元之间呈不等相分布馈电。本发明实现了传统基站天线和TD－SCDMA智能天线的有效集成，同时在保证性能指标的前提下实现天线的紧凑化，从而确保共体天线的安全性和实用性。

Description

多系统共体天线

【技术领域】

本发明涉及无线移动通信天线领域，尤其涉及一种兼容传统基站天线和智能天线的多系统共体天线。

【背景技术】

在无线移动通信高度发展的今天，作为通信系统的收发装置，传统的基站天线获得了长足的发展，得到不断完善和提高。

当前传统基站天线一般有单极化和双极化两种极化方式，其形式包括单纯的垂直极化线阵、单纯的±45°双极化线阵、双频共用形式、多频共用形式、窄波束天线形式和多入多出天线形式等。

传统基站天线系统一般包括至少一个天线列元和一个馈电网络，如图1所示的单列天线系统，只有一个天线列元111和一个馈电网络120，天线列元111由多个辐射单元101线性排列组成，辐射单元101可为单极化振子或双极化振子。馈电网络120接受基站系统的信号输入，经变换后输出至上述列阵111，实现对其各个辐射单元101的并联馈电，以实现预定的辐射方向图。

传统基站天线的这种结构所具有的突出特征在于其横向尺寸一般在150mm～350mm范围内，被广泛应用于无线移动通信系统，例如CDMA800MHz、GSM900MHz、GSM1800MHz、PCS1900MHz、UMTS等，其尺寸的实用性和安全性已得到运营商和公众的广泛认可。

然而，随着3G时代的到来，代表3G主流标准之一的TD-SCDMA正在朝着网络技术应用的规模化高速前进。作为其中重要组成部分的智能天线由于可以利用波束赋形技术，以自适应信号处理算法为基础，优化天线方向图，达到抑制干扰信号、提高抗衰落的能力，同时还能够实现移动台的定位等强大优势，已成为第三代移动通信的关键技术之一。

当前智能天线系统一般包括至少两个天线列元和一个校准网络，如图2所示典型8列智能天线系统，其包括8个天线列元11～18，每个天线列元包括8个辐射单元1，辐射单元1为单极化振子或双极化振子，一个校准网络20。校准网络20接受TD-SCDMA基站系统的信号输入，经变换后并联馈电至上述各个天线列元11至18，以实现目标辐射方向图。

图2中的TD-SCDMA智能天线的一个主要特征在于，在各天线列元的水平方向上，相邻两个天线列元的间距均约为自由空间工作波长的二分之一，一般取75mm，例如典型的8列智能天线横向宽度就超过600mm。如此带来三个问题：其一，其天线横截面积过大，风载荷大，在强风暴下安全性能降低，且增加了安装固定时的施工难度；其二，目前的已有抱杆支架强度不够，导致实用性差，重新规划抱杆则成本上升，运营商不认可；其三，由于天线面积过大，观瞻性不好，与城市景观不和谐，公众误认为辐射大而抵触安装，致使天线选址难度增大。

随着即将展开的TD-SCDMA网络的规模建设，为了优化资源配置，市场迫切需要一种新型的天线系统，能够综合智能天线和传统基站天线的应用功能，实现两种天线系统的集成化，减小网络规划难度并降低成本；同时需要缩小TD-SCDMA智能天线的尺寸达到传统基站天线相当的程度，以提高其安全性能，并易于运营商和公众接受，但简单的缩小尺寸将使得智能天线的电气指标，例如隔离度等，变得不可接受，无法满足TD-SCDMA系统的需求。

【发明内容】

本发明的目的就是提供一种多系统共体天线，在保持较低成本的前提下将传统基站天线与智能天线共体组装且有效集成，并呈现天线整体的小型化，消除由于天线体积较大所带来的安全隐患。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明的多系统共体天线，包括：

主天线阵列，包括至少两个用于共同发射和接收第一频段的通信信号的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；

至少一个次天线阵列，包括至少一个用于发射和接收不同于所述第一频段的独立频段的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；

共用反射板，供所述主天线阵列和次天线阵列设置其上，并作为主天线阵列和次天线阵列的共同反射器；

所述主天线阵列的每一天线列元中，其各辐射单元之间呈不等相分布馈电。

所述主天线阵列的相邻两个天线列元之间的间距为自由空间工作波长的1/3至1/4。

所述主天线阵列的每一天线列元的各辐射单元之间的不等相分布馈电由第一相位分布部分和第二相位分布部分求和共同组成，第一相位分布部分由众辐射单元的相位依众辐射单元的线性排列方向依次线性滞后或超前所形成，第二相位分布部分由优化微扰所形成。

所述第一相位分布部分中，同一天线列元的相邻两个辐射单元的相位差为15°～75°之间。

较佳的，所述第一相位分布部分中，同一天线列元的相邻两个相位差为33°。

所述共用反射板可呈矩形，主天线阵列与次天线阵列并排装设在共用反射板上。

所述共用反射板也可呈V字形，具有两个臂板，主天线阵列与次天线阵列分别装设在共用反射板的两个臂板上。所述共用反射板的两个臂板之间呈锐角。

所述共用反射板还可呈扇形，主天线阵列与次天线阵列并排装设在共用反射板上。

所述第一频段为TD-SCDMA所使用的频段。

与传统技术相比较，本发明实现了传统基站天线和TD-SCDMA智能天线的有效集成，提高多种通信系统的兼容性，进而减小网络规划难度并降低运营商的建设成本；同时在保证性能指标的前提下实现共体天线的紧凑化，与相同列数的常规TD-SCDMA智能天线相比，将其尺寸减少40％左右，使得智能天线尺寸与传统基站天线的最大尺寸可相比拟，从而确保共体天线的安全性和实用性。

【附图说明】

图1为传统基站天线系统的原理示意图；

图2为传统智能天线系统的原理示意图；

图3为本发明第一实施例的原理示意图；

图4为本发明第二实施例的原理示意图；

图5为本发明第三实施例的原理示意图；

图6为本发明第四实施例的原理示意图；

图7为本发明第五实施例的原理示意图；

图8为本发明第六实施例的原理示意图。

【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3第一实施例，本发明多系统共体天线能同时工作于TD-SCDMA系统和其它传统蜂窝移动系统，由主天线阵列10、次天线阵列100和共用反射板组成。

主天线阵列10为工作于TD-SCDMA系统的智能天线，为便于描述，指定TD-SCDMA系统所使用的频段为第一频段。主天线阵列10包含8个天线列元11～18，每个天线列元有8个辐射单元1，天线列元10的各天线列元11～18，各辐射单元1均进行独立并联馈电，组成一个在电气上独立的天线，用于发射或者接收第一频段的信号。

次天线阵列100为工作于其它系统的传统基站天线，例如CDMA800MHz系统、GSM900MHz系统，包含一个天线列元111，有4个进行并联馈电的辐射单元101，用于发射或接收对应系统的信号。

共用反射板2，作为主天线阵列10的辐射单元1和次天线阵列100的辐射单元101的反射器，供所述辐射单元1和101装设其上，所述辐射单元1和101与共用反射板2采用导电连接或者电容耦合连接。

主天线阵列10和次天线阵列100在图3所示的垂直方向竖直相距一定距离。当然，主天线阵列10和次天线阵列100之间还可以在水平方向上并排相距一定距离。无论是在垂直方向上竖直排布的方式还是在水平方向上的并排方式，此时的共用反射板2均可被设计成矩形，这样便能最大限度的利用共用反射板2的空间。

共用反射板2也可被设计成V字形，此时具有两臂板(未图示)，两臂板之间形成V字形的夹角，主天线阵列10和次天线阵列100分别被装设在两臂板上。

此外，共用反射板2还可被设计成扇形，主天线阵列10和次天线100呈夹角状装设在共用反射板2上，与V字形的情况类似。

共用反射板2的V字形状和扇形状主要体现了共体天线整体的美观，以及便于将其装设在特殊形状的辅助基座(未图示)上。

图3、图4、图5分别揭示了本发明不同的实施例，在这些实施例中，所述辐射单元1和101的极化方式可以自由组合，既可为垂直极化或水平极化的单极化振子，也可为极化方向分别为+45°和-45°的双极化振子，其结构形式可为金属振子、微带结构或贴片结构。不过各系统的馈电形式需根据辐射单元极化方式的不同而相应改变。

在图3至图8所揭示的本发明各实施例中，以图3所示的多系统共体天线为代表，主天线阵列10的相邻两个天线列元11～18在水平方向的并排间距可在平衡尺寸和性能的基础上设为1/3至1/4工作波长，此举在传统智能天线的基础上将其横截面积减少了40％左右，如此使得TD-SCDMA智能天线尺寸与传统基站天线尺寸可相比拟，以获得市场的高度认可，为智能天线的规模应用扫清障碍。

但是，主天线阵列10的天线列元11～18在水平方向的间距在减小的同时会引起互藕的增加，为了减小由于互藕增强而带来的性能恶化，所述主天线阵列10的每个天线列元11～18的辐射单元1之间采用不等相的分布馈电。所述的不等相分布馈电由两部分的求和共同组成，第一相位分布部分为从同一列天线列元中第一个辐射单元到最后一个辐射单元的相位依次滞后或超前，形成线性的相位分布，且相邻两个辐射单元的相位差在15°～75°范围内，例如取33°，所述的第一部分相位分布为不等相分布的主要特征，实现列阵间的高隔离度；第二相位分布部分为一优化微扰的分布，为不等相分布的次要特征，主要用于配合相应幅度分布实现天线的波束赋形；为实现去藕提高天线列元间的隔离度也可以将其天线列元采用交错分布方式摆放，或采用交错分布和平行分布两种方式的混合形式。

图4所示的主天线阵列10采用平行分布方式摆放，而图5所示主天线阵列10则采用交错分布方式摆放。

对于传统的基站天线阵列，可以根据实际的应用需要灵活组阵。

例如图3、图4所示的至少包含有一个辐射单元的的线阵形式。

图6、图7所示的实施例主要改进了次天线阵列，以使其适用于双频共用天线。

图6包含两个次天线阵列111和112，分别包含一个天线列元111，112，一个是由辐射单元101组成的天线列元111，一个是由辐射单元102组成的天线列元112，次天线阵列111和112在平行于阵面的方向上相互有一定的空间位移。

图7所述包含两个次天线阵列111和113，一个是由辐射单元101组成的次天线阵列111，一个是由辐射单元103组成的次天线阵列113，辐射单元103在空间上内含辐射单元101，如此阵列分布可以减小次天线阵列111和113之间占用的空间，从而降低天线成本。据此还可以推广至三频共用，甚至三频以上的多频共用。

所述传统基站天线的次天线阵列还可以为窄波束天线阵列或者多入多出天线阵列等。如图8所示，一个次天线阵列100由两个天线列元111和114组成，每个天线列元111和114包含至少一个辐射单元101。天线列元111和114可以独立工作，则构成多入多出天线阵列；如将列阵111、114通过功分网络组合，则可以根据应用需要构成窄波束天线阵列。

由此可见，本发明提供了将传统基站天线和TD-SCDMA天线共体组装的方案，并提供了多种改进适配方案，以上实施例并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种多系统共体天线，其特征在于包括：

主天线阵列，包括至少两个用于共同发射和接收第一频段的通信信号的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；

至少一个次天线阵列，包括至少一个用于发射和接收不同于所述第一频段的独立频段的天线列元，天线列元由至少两个辐射单元组成；

共用反射板，供所述主天线阵列和次天线阵列设置其上，并作为主天线阵列和次天线阵列的共同反射器；

所述主天线阵列的每一天线列元中，其各辐射单元之间呈不等相分布馈电。

2、根据权利要求1所述的多系统共体天线，其特征在于：所述主天线阵列的相邻两个天线列元之间的间距为自由空间工作波长的1/3至1/4。

3、根据权利要求2所述的多系统共体天线，其特征在于：所述主天线阵列的每一天线列元的各辐射单元之间的不等相分布馈电由第一相位分布部分和第二相位分布部分求和共同组成，第一相位分布部分由众辐射单元的相位依众辐射单元的线性排列方向依次线性滞后或超前所形成，第二相位分布部分由优化微扰所形成。

4、根据权利要求3所述的多系统共体天线，其特征在于：所述第一相位分布部分中，同一天线列元的相邻两个辐射单元的相位差为15°～75°之间。

5、根据权利要求3所述的多系统共体天线，其特征在于：所述第一相位分布部分中，同一天线列元的相邻两个相位差为33°。

6、根据权利要求1至5中任意一项所述的多系统共体天线，其特征在于：所述共用反射板呈矩形，主天线阵列与次天线阵列并排装设在共用反射板上。

7、根据权利要求1至5中任意一项所述的多系统共体天线，其特征在于：所述共用反射板呈V字形，具有两个臂板，主天线阵列与次天线阵列分别装设在共用反射板的两个臂板上。

8、根据权利要求7所述的多系统共体天线，其特征在于：所述共用反射板的两个臂板之间呈锐角。

9、根据权利要求1至5中任意一项所述的多系统共体天线，其特征在于：所述共用反射板呈扇形，主天线阵列与次天线阵列并排装设在共用反射板上。

10、根据权利要求1至5中任意一项所述的多系统共体天线，其特征在于：所述第一频段为TD-SCDMA所使用的频段。

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