CN101546869B

CN101546869B - 用于td-scdma基站的偶极子阵列天线

Info

Publication number: CN101546869B
Application number: CN200910049891A
Authority: CN
Inventors: 金荣洪; 李忞詝; 徐烨; 耿军平; 陈广哲
Original assignee: Zhejiang Datang Tianlong Communication Equipment Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Zhejiang Datang Tianlong Communication Equipment Co Ltd; Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: CN101546869A

Abstract

一种无线通信技术领域的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，包括若干横向排列的直线阵列，所述的直线阵列包括纵向排列的若干组平板偶极子，所述的平板偶极子包括：非对称平板偶极子、金属反射板、同轴馈线和介质支杆，其中：非对称平板偶极子与金属反射板相平行，同轴馈线和介质支杆同时垂直固定于非对称平板偶极子与金属反射板之间。本发明结构简单，性能稳定，可以方便地组阵，以满足TD-SCDMA标准要求，适合工程应用。

Description

用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的天线装置，具体是一种用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线。

背景技术

随着移动通信的迅猛发展，用户数量高速增加，频段资源日益紧张，传输速率越来越高，第三代移动通信技术势在必行。我国自主提出的3G标准TD-SCDMA也已正式成为国际三大标准之一，在我国的受重视程度及发展前景不言而喻。天线作为无线通信基站最基本、最直接的收发单元，自然也受到了越来越多的关注。近几年来研究人员从理论和工程角度出发，做了不少相关工作，取得了不少成果；相应的行业标准也已出台，对天线性能和结构进行了要求和规范。基站天线一般具有以下特点：首先，增益较高，以抵抗衰减、降低移动终端天线要求，可以通过阵列加反射板以形成定向波束的方式实现；其次，覆盖面积较大，并结合地区特点而定，定向天线可以通过多扇区(一般为三扇区)形式覆盖，全向天线则用在增益要求不高的场合；另外，为了减少对邻区的干扰、改善服务区的通信质量，通常要求天线波束有一定程度的下倾，可以通过机械倾斜或电调倾斜(相位调节)来实现。

国家通信行业标准YD/T 1710.1-2007《TD-SCDMA数字蜂窝移动通信网智能天线第1部分：天线》对天线的阵列排布、极化方式、性能参数等许多细节给出了明确的规定。虽然这些细节在一定程度上限制了选择，但也使天线设计变得相对简单了一些。例如，频带要求为1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz(此频段指标待定)，因此可以用一个频段覆盖1880-2025MHz即可；和多数基站天线一样，该标准要求天线具备水平面宽波束(100°±15°)和垂直面窄波束(≥6.5°)特性，据此可以大致计算出方向性系数并估计实际增益及损耗余量；根据垂直极化的规定及对交叉极化比的较高要求，容易想到利用对称结构及中点馈电(水平方向)以得到较高的极化纯度；而高前后比(＞23dB)的要求可以通过增加反射板的方式加以实现。

经对现有技术的文献检索发现，已申请专利的基站天线主要采用双极化方式。一个重要原因是早先的通信行业标准YD/T 1059-2004《移动通信系统基站天线技术条件》将天线分为全向、定向单极化、定向±45°双极化三类，而其中双极化方式在一定程度上能减小多径衰落的影响。例如，专利名称：双极化基站天线，申请号：99101091.4，公开号：CN1254966，其辐射单元为交叉偶极子对，各偶极子有一印刷电路板平衡-不平衡转换器来实现平衡馈电。双极化能获得分集增益的优势，但同时也不可避免地增加了加工装配、馈电网络以及后级信号处理的复杂度。

也有采用单极化的基站天线，例如专利名称：移动通信基站天线使用的宽带天馈单元，申请号：200710017809.5，公开号：CN101051706，其特点是将具有辐射功能的对称振子、扼制不对称传输线外皮电流的巴伦和向对称振子馈电的带状传输线，三功能集于一体构成一个基本天馈单元。其设计巧妙，性能优良，但巴伦的引入毕竟增大了单元体积，使剖面高度无法降低，而其半开放的馈电结构会导致能量侧向耗散，降低了效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，本发明结构简单，性能稳定，可以方便地组阵，以满足满足TD-SCDMA标准要求，适合工程应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线包括若干横向排列的直线阵列，所述的直线阵列包括纵向排列的若干组平板偶极子，所述的平板偶极子包括：非对称平板偶极子、金属反射板、同轴馈线和介质支杆，其中：非对称平板偶极子与金属反射板相平行，同轴馈线和介质支杆同时垂直固定于非对称平板偶极子与金属反射板之间。

所述的同轴馈线包括：内导体和外导体，其中：外导体包覆于内导体外部，内导体与非对称平板偶极子固定连接，外导体与金属反射板固定连接。

所述的非对称平板偶极子包括：一个主辐射单元和一个匹配单元，其中：主辐射单元和匹配单元分别平行设置于金属反射板上方，主辐射单元和匹配单元分别与同轴馈线的内导体和同轴馈线的外导体相连接。

所述的主辐射单元和匹配单元均为椭圆形结构，其中主辐射单元的长轴与匹配单元的长轴相垂直，主辐射单元的长轴指向椭圆偶极子天线的天线极化方向，匹配单元的长轴垂直于椭圆偶极子天线的天线极化方向。

所述的金属反射板的两侧在平行于主辐射单元的长轴的方向上设有高度为12～18mm的折边。

所述的主辐射单元和匹配单元的厚度为0.5～1mm，长轴与短轴之比为1.25∶1～1.5∶1，长轴的长度为36～42mm，该主辐射单元和匹配单元由金属铝制成。

所述的主辐射单元和匹配单元之间的垂直距离为1～2mm，匹配单元和金属反射板之间的垂直距离小于以2GHz为基准波长的六分之一。

所述的主辐射单元背对金属反射板的一侧上设有两条沿主辐射单元中轴相对称的矩形槽，该矩形槽的一端与主辐射单元的外轮廓相交，该矩形槽的另一端且指向主辐射单元的馈点。该矩形槽的宽度为1mm，长度为23～27mm，深度与主辐射单元的厚度相同。

本发明与现有技术相比长度更小，高度更低，结构简明，易于组阵，以具备高增益、宽波束、高前后比、低交叉极化等特性，满足标准要求，适合工程应用。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的平板偶极子立体示意图；

图3是本发明的平板偶极子侧视图；

图4是实施例实测驻波比曲线图；

图5是实施例实测E面方向图；

图6是实施例实测H面方向图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1为单个非对称平板偶极子的实施方式，如图1和图2所示，本实施例涉及的偶极子阵列天线包括6列横向排列的直线阵列1，所述的直线阵列1包括纵向排列的9组平板偶极子2，所述的平板偶极子2包括：主辐射单元3、匹配单元4、金属反射板5、同轴馈线6和三根介质支杆7，其中：主辐射单元3和匹配单元4与金属反射板5相平行，同轴馈线6和三根介质支杆7同时垂直固定于主辐射单元3和匹配单元4与金属反射板之间。

所述的同轴馈线6包括：内导体8和外导体9，其中：外导体9包覆于内导体8外部，主辐射单元3和匹配单元4分别与同轴馈线6的内导体8和同轴馈线6的外导体9相连接。

如图2所示，所述的主辐射单元3和匹配单元4均为椭圆形结构，其中主辐射单元3的长轴与匹配单元4的长轴相垂直，主辐射单元3的长轴指向椭圆偶极子天线的天线极化方向，匹配单元4的长轴垂直于椭圆偶极子天线的天线极化方向，长轴的长度为40mm，短轴的长度为29mm。所述的主辐射单元3上设有两条沿主辐射单元中轴相对称的矩形槽10，该矩形槽10的一端与主辐射单元3的外轮廓相交，该矩形槽的另一端且指向主辐射单元3的馈点。该矩形槽10的宽度为1mm，长度为25mm，深度与主辐射单元的厚度相同。

如图2和图3所示，所述的主辐射单元3和匹配单元4的厚度为0.8mm，两者之间的垂直距离为1.5mm，匹配单元4和金属反射板5之间的垂直距离为20mm。

如图2和图3所示，所述的金属反射板5的两侧在平行于主辐射单元3的长轴的方向上设有高度为15mm的折边11。

如图4、图5和图6所示，对本实施例涉及的六列偶极子阵列天线中的第2列为例进行驻波比测试，得到的驻波比测试曲线及E面、H面的方向图。

如图4所示，所述的六列偶极子阵列天线在所需频带18802025MHz及其附近较宽频段内有着良好的匹配特性，实测驻波比低于1.4。

如图5所示，所述的六列偶极子阵列天线的E面方向图显示天线有着准确的电下倾角度，即预设为6°；半功率波束宽度大于6.5°，前后比大于25dB。

如图6所示，所述的六列偶极子阵列天线的H面方向图显示天线有较宽的覆盖区域，半功率波束宽度大于85°。

本实施例采用椭圆形状的主辐射单元3和匹配单元4，其弯曲的平滑外沿在增长电流路径的同时也利于阻抗匹配，而相互垂直设定的主辐射单元3和匹配单元4以及通过同轴馈线6的外导体9接地的匹配单元4，或视为宽带单极子天线中的小型地板，从而缩短了天线长度，改善了接触式背馈带宽较窄的问题。通过在主辐射臂1的椭圆面上对称地斜向开出矩形槽10，改善了其电流分布，使原本较弱的中间区域电流得到加强，进一步提高了增益；省去了巴伦转换器，简化结构的同时也使得天线轮廓得以降低；同时本实施例具有交叉极化抑制好，前后比高的优点。

Claims

1.一种用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，包括若干横向排列的直线阵列，直线阵列包括纵向排列的若干组平板偶极子，其特征在于：所述的平板偶极子包括：非对称平板偶极子、金属反射板、同轴馈线和介质支杆，其中：非对称平板偶极子与金属反射板相平行，同轴馈线和介质支杆同时垂直固定于非对称平板偶极子与金属反射板之间；

所述的非对称平板偶极子包括：一个主辐射单元和一个匹配单元，其中：主辐射单元和匹配单元分别平行设置于金属反射板上方，主辐射单元和匹配单元分别与同轴馈线相连接。

2.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的同轴馈线包括：内导体和外导体，其中：外导体包覆于内导体外部，内导体与非对称平板偶极子固定连接，外导体与金属反射板固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的主辐射单元和匹配单元分别与同轴馈线的内导体和同轴馈线的外导体相连接。

4.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的主辐射单元和匹配单元均为椭圆形结构，其中主辐射单元的长轴与匹配单元的长轴相垂直，主辐射单元的长轴指向椭圆形结构的所述主辐射单元的极化方向，匹配单元的长轴垂直于椭圆形结构的所述匹配单元的极化方向。

5.根据权利要求4所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的主辐射单元和匹配单元的厚度为0.5～1mm，长轴与短轴之比为1.25∶1～1.5∶1，长轴的长度为36～42mm。

6.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的主辐射单元和匹配单元之间的垂直距离为1～2mm，匹配单元和金属反射板之间的垂直距离小于以相对于2GHz的波长的六分之一。

7.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的主辐射单元背对金属反射板的一侧上设有两条沿主辐射单元中轴相对称的矩形槽，该矩形槽的一端与主辐射单元的外轮廓相交，该矩形槽的另一端指向主辐射单元的馈点。

8.根据权利要求7所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的矩形槽的宽度为1mm，长度为23～27mm。

9.根据权利要求1所述的用于TD-SCDMA基站的偶极子阵列天线，其特征是，所述的金属反射板的两侧在平行于主辐射单元的长轴的方向上设有高度为12～18mm的折边。