CN101505008A - 一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，所述阵列天线由微带校准网络、微带馈电网络、反射板和多个阵列天线组成，所述阵单元由多个天线单元组成，所述阵列天线由多个交错排列的阵单元构成，所述阵单元由多个天线单元排成直线组成，天线单元间的间距是半个波长与一个波长之间，所述天线单元采用微带馈电网络进行馈电。通过在振子臂的上方添加了一片金属片，在同样天线性能指标情况下缩小了天线单元的尺寸；而且改进后的天线单元结构形式简易，便于生产加工与调试，降低了天线的成本，便于工程化使用。

Description

一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线

技术领域

本发明涉及无线通信系统基站或直放站天线阵列的结构与方法，尤其是一种能覆盖三个频段双极化宽频带阵列智能天线。

背景技术

移动通信和互联网是当今世界电信业发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务。随着第三代移动通信系统(以下简称3G)的启用，3G无线移动通信技术引起人们极大关注。TD-SCDMA移动通信系统是由我国提出的3G国际标准，于2000年被国际电信联盟(ITU)正式采纳，成为全球认可的3G国际标准之一。这是我国首次提出的完整的通信系统标准并被国际认可，是我国通信标准领域的一个突破，填补了我国百年电信史的空白，标志着我国的电信技术水平已进入以自主创新带动产业发展的崭新阶段，对于我国电信业的可持续发展、实现我国由电信大国到电信强国的转变具有十分重要的意义。智能天线技术是TD-SCDMA系统的核心关键技术之一，利用数字信号处理技术，采用了先进的波束转换技术和自适应空间数字处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。它是解决频率资源匮乏的有效途径，同时还可以提高系统容量和通信质量，因此，智能天线技术已成为近年来移动通信领域中的一个研究热点。

在2009年1月中国工业和信息化部颁发了3G移动通信系统的牌照，为TDD和FDD的应用提供了所需的频段，TD网络允许使用的频段有：A段：1880MHz-1920MHz、B段：2010MHz-2025MHz和C段：2300MHz-2400MHz。目前TD网络启用B段，仅有15MHz带宽，该带宽是不能满足拥有13亿人口的中国和4亿移动手机用户的中国移动通信公司对未来移动通信业务的需要，未来必将启用A频段和C频段。

目前研制和使用的智能天线仅能满足A频段和B频段，且多采用单极化的极化方式，或者是1880-1920/2010-2025MHz定向智能天线阵列，或者是1880-1920/2010-2025MHz全向智能天线阵列，上述专利所揭示的智能天线不能覆盖2300-2400MHz频率范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有TD-SCDMA系统基站天线覆盖频率范围上的不足，提供一种结构简单、容易实现、可覆盖TDD方式的三个频带、性能好的TD-SCDMA系统智能阵列天线，以避免未来TD-SCDMA系统主设备频段增加而造成的天线更新换代和重复采购。

为了解决以上技术问题，本发明提供的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，由微带校准网络、微带馈电网络、反射板和多个阵列天线组成，所述阵列天线由多个阵单元构成，阵单元由多个天线单元组成，其创新点在于：所述阵列天线由多个交错排列的阵单元构成，所述阵单元由多个天线单元排成直线组成，天线单元间的间距是半个波长与一个波长之间，所述天线单元采用微带馈电网络进行馈电。进一步地，所述天线阵列的阵单元±45°交错排列形成面阵，阵单元还可以排成圆柱阵、球形阵等。

进一步地，所述阵单元间的间距为72-77mm。

进一步地，所述天线单元由对称振子臂、振子支撑腿一体化呈90°构成振子，两个对称振子支撑腿在底部连接在底座上，金属附片放置在振子臂的上方，通过附片支架固定在底座上，对称振子臂、振子支撑腿、底座、十字形金属附片、附片支架的结合体沿轴向固定在反射板上构成。

进一步地，所述双极化对称振子臂、振子臂支撑腿的横截面呈长方形，还可以呈棱形、方形、圆形、椭圆形。

进一步地，所述金属附片是十字形，还可以是矩形、正方形、圆形、椭圆形等。

本发明的优点及有益效果：本发明的天线单元采用长方形横截面的振子臂，可以使振子的输入阻抗随频率的变化平缓，因而振子天线在较宽的频率范围内幅度衰减较小，进而振子天线可以覆盖较宽的频率范围，而且，本发明中在振子臂的上方添加了一片金属片，通过在振子近场对天线辐射能量的影响，在同样天线性能指标情况下缩小了天线单元的尺寸。经过改变振子臂形状和附加附片使天线单元能够覆盖分配给TDD的三个频段，而且改进后的天线单元结构形式简易，便于生产加工与调试，降低了天线的成本，便于工程化使用。同时，本发明采用对两个对称振子天线进行±45°交叉极化，天线阵列结构紧凑，减小了智能天线阵列的横截面积，进而减小了天线的风载荷，提高了天线的安全等级，并且方便天线的安装，便于天线的隐蔽，通过美化可与城市景观相融洽。

附图说明

图1是天线单元结构示意图；

图2a智能天线阵列正面示意图；

图2b天线阵单元反面的馈电网络图；

图3是天线单元的驻波比仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本技术方案的方法进一步说明。

参看图1，天线单元由对称振子臂1、振子支撑腿2、底座3、十字形金属附片4、附片支架5和反射板6组成，用于影响振子的辐射频率范围。所述双极化对称振子臂1、振子臂支撑腿2的横截面可以为长方形，还可以呈棱形、方形、圆形、椭圆形。所述金属附片4的形状可以为十字形，还可以是矩形、正方形、圆形、椭圆形等。上述组件的具体结构如下：对称振子臂1、振子支撑腿2是一体化构件，对称振子臂2的横截面呈长方形，对称振子臂1与对称振子支撑腿2间约呈90°，两个对称振子支撑腿2在底部连接在底座3上，金属附片4放置在振子臂1的上方，通过附片支架5固定在底座3上，对称振子臂1、振子支撑腿2、底座3、十字形金属附片4、附片支架5的结合体沿轴向固定在反射板6上。上述的振子臂1上方的附片4尺寸的改变和附片4与振子臂1间距离的改变会影响天线振子臂1的辐射频率范围，附片4的尺寸和它与振子臂1间距离均通过对天线结构的优化过程决定，从上述内容可见，改变附片4的大小和附片4与振子臂1间距离可以调整天线覆盖的频率范围。

参看图2a、2b，智能天线阵列由微带校准网络11、阵单元12和微带馈电网络14组成，每个阵单元12由排成直线的相距半个波长的天线单元13组成，阵单元12在±45°的幅度内交叉错排组成面阵，阵单元12间的间距为75mm，天线单元13通过同轴线连接阵单元12反面的微带馈电网络15的馈电点18。微带馈电网络15印刷在介质基板上，由同极化或异极化馈电结构16和异极化或同极化馈电结构19组成，天线阵列中所有天线单元13的同极化对称振子将采用阵单元12的馈电结构16或馈电结构19馈电，天线阵列中所有天线单元13的异极化对称振子将采用阵单元12的馈电结构19或馈电结构16馈电。微带校准网络11中天线电源馈入点14通过同轴线与微带馈电网络的电源馈入点17相接，从上述内容可见，赋给每个天线单元13的激励的幅度与相位是通过馈电网络微带线的宽度与长度决定，改变连接每个天线单元的馈电微带线的宽度与长度可以改变辐射波束下倾角。因此，该结构中，所述天线阵列的阵单元交错排列除了形成面阵，阵单元还可以排成圆柱阵、球形阵等。

参看图3，图中曲线表示用电磁仿真软件仿真时得到的天线单元驻波比随频率变化的情况，从图中可以看出，天线单元在1880～1920MHz频率范围时驻波比的曲线a为1.22～1.36，在2010～2025MHz频率范围时驻波比的曲线b为1.04～1.05，在2300～2400MHz频率范围时驻波比的曲线c为1.11～1.24，即，天线单元在以上三个频段的驻波比均小于1.45，均能满足移动通信天线规范要求。

Claims (6)

1.一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，所述阵列天线由微带校准网络、微带馈电网络、反射板和多个阵列天线组成，所述阵单元由多个天线单元组成，其特征在于：所述阵列天线由多个交错排列的阵单元构成，所述阵单元由多个天线单元排成直线组成，天线单元间的间距是半个波长与一个波长之间，所述天线单元采用微带馈电网络进行馈电。

2.根据权利要求1所述的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，其特征在于：所述天线阵列的阵单元±45°交错排列形成面阵，阵单元还可以排成圆柱阵、球形阵。

3.根据权利要求2所述的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，其特征在于：所述阵单元间的间距为72-77mm。

4.根据权利要求1所述的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，其特征在于：所述天线单元由对称振子臂、振子支撑腿一体化呈90°构成振子，两个对称振子支撑腿在底部连接在底座上，金属附片放置在振子臂的上方，通过附片支架固定在底座上，对称振子臂、振子支撑腿、底座、十字形金属附片、附片支架的结合体沿轴向固定在反射板上构成。

5.根据权利要求3所述的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，其特征在于：所述双极化对称振子臂、振子臂支撑腿的横截面呈长方形，还可以呈棱形、方形、圆形、椭圆形。

6.根据权利要求3所述的一种能覆盖三个频段的双极化宽频带阵列智能天线，其特征在于：所述金属附片是十字形，还可以是矩形、正方形、圆形、椭圆形。

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