CN102110903A

CN102110903A - 一种宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线

Info

Publication number: CN102110903A
Application number: CN2011100734764A
Authority: CN
Inventors: 彭文峰; 何山红
Original assignee: XINGDONG COMMUNICATION TECHNOLOGY (SUZHOU) Co Ltd
Current assignee: XINGDONG COMMUNICATION TECHNOLOGY (SUZHOU) Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明公开了一种宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线，包括：阵列天线的阵列单元，其特征是：所述阵列单元的激励辐射贴片和寄生辐射贴片均采用中间为矩形、两端为锥形的形状；在激励辐射贴片的下面采用L形激励探针在激励辐射贴片的两端等幅、反相耦合馈电；反射板的纵向的侧边设有金属缝隙折边。本发明具有宽的阻抗特性、低的剖面、可以在宽的工作频带内获得更精确的波束宽度。

Description

一种宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线

技术领域

本发明涉及一种无线通信基站阵列天线。具体说是一种宽频段、低剖面、具有精准的方位面波束宽度的无线通信基站阵列天线。

背景技术

为了适应无线通信网络优化的需要，无线通信基站阵列天线需要满足特定的技术规范、如给定的阻抗带宽、高的天线效率、高的方向图前后比、恒定的方位面波束宽度、低剖面、轻重量等。为适应不同通信系统的需要，许多新颖基站阵列天线相继研制成功并得到了应用。但部分阵列天线无法同时工作在GSM1800(1710～1880MHz)，CDMA1900(1850～1990MHz)and ITU’s IMT-2000(1885～2170MHz)这些无线通信系统；同时由于许多阵列天线不具有对称的馈电结构，天线效率相对比较低下；为了满足给定的方位面波束宽度技术规范要求，人们在阵列单元形式及反射板形状上做了很多研究。但大部分阵列天线只能满足技术规范，而很难在宽的工作频带内获得更精确的波束宽度。

发明内容

本发明所要解决的问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线，具有宽的阻抗特性，可以在宽的工作频带内获得更精确的波束宽度，且剖面较低。

本发明宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线(简称本天线)，包括：阵列天线的阵列单元，其特征是：所述阵列单元的激励辐射贴片和寄生辐射贴片均采用中间为矩形、两端为锥形的形状；在激励辐射贴片的下面采用L形激励探针在激励辐射贴片的两端等幅、反相耦合馈电；反射板的纵向的侧边设有金属缝隙折边。

本发明宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线，包括多个阵列单元，每个阵列单元等幅、同相激励。

本发明具有宽的阻抗特性，可以同时覆盖GSM1800(1710～1880MHz)，CDMA1900(1850～1990MHz)and ITU’s IMT-2000(1885～2170MHz)频段，同时还具有进一步拓展的潜力。其方位面的波束宽度在整个工作频带内可以精确到90±2°(波束宽度为90°的天线的波束宽度标准为90±8°)，可将波束宽度的精准度提高3倍。阵列天线的高度为0.17个中心频率波长，具有相对低的剖面结构，由于采用的是印刷式天线结构，重量轻。方向图的前后比高于25dB，该阵列天线的性能不但完全满足了无线通信基站阵列天线的标准，有些特性，如波束宽度的精确度大大高于目前的规范。利用该阵列天线可以进一步提高整个无线通信系统的性能。

附图说明

图1是本发明的阵列天线的阵元结构图，其中：(a)是阵列单元俯视图，(b)是阵列单元侧视图，(c)是微带线馈电网络。图中1是L形激励探针、2是激励辐射贴片、3是寄生辐射贴片、4是微带线馈电网络。

图2是本发明宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线立体示意图。图中1是L形激励探针、2是激励辐射贴片、3是寄生辐射贴片，5是反射板，6是金属缝隙折边。

图3是测量的阵列天线方位面和附仰面的辐射方向图。其中：(a)是1710MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图，(b)是1940MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图，(c)是2170MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图。

具体实施方式

下面通过附图1及图2对本发明及其优点作进一步说明。

对照图1，本阵列天线的阵列单元为L形激励探针馈电的辐射贴片(包括激励辐射贴片和寄生辐射贴片)，辐射贴片中间为矩形，两端为锥形渐变结构。在激励辐射贴片的下面利用2个L形激励探针在激励辐射贴片的两端进行耦合馈电。L形激励探针和位于接地面上的微带线馈电网络相连接。微带线馈电网络的板材选用介电常数ε_r＝2.65，厚度为1mm的聚四氟乙烯板材。微带线馈电网络两个输出端口的信号幅度相等、相位相反。利用双L形激励探针等幅、反相激励方法可以使激励辐射贴片和寄生辐射贴片上的电流分布的更加均匀，使E面方向图更加对称，从而进一步提高天线增益。在激励辐射贴片的上面加有同样两端也为锥形的寄生辐射贴片。考虑到方位面方向图的波束宽度、前后比等特性，激励辐射贴片的宽度、长度和离地高度分别设计为0.243λ₀，0.496λ₀and0.096λ₀，寄生辐射贴片的宽度、长度和离地高度分别为0.198λ₀，0.425λ₀and0.17λ₀，λ₀为中心频率对应的自由空间波长。本发明采用的辐射贴片比常规辐射贴片要长，因此本发明辐射贴片的增益比常规辐射贴片要高。将辐射贴片的两端改成锥形，在增加天线增益的同时也更便于阻抗匹配。寄生辐射贴片的尺寸比激励辐射贴片的尺寸相对要小一些，寄生辐射贴片不仅具有阻抗调节的作用，同时也具有改善辐射方向图的功能。

对照图2，本天线包括6个阵列单元，每个阵列单元等幅、同相激励。阵列间距取0.82λ₀，若将反射板宽度设计为0.55λ₀，周边加有2块高度为0.128λ₀的金属折边，经过计算，其方位面的波束宽度在整个频带内接近78°，约小于规范中的值90±8°，更不可能实现更精确的波束宽度90±2°。此时如果将反射板的宽度变窄，可以使波束宽度加宽，朝接近规范中规定的波束宽度方向发展，但是此时阵列天线的驻波比、前后比也将发生变化，朝偏离规范中规定的值的方向发展。为了即拓宽波束宽度，又保持其他特性不变，本发明采用了带有缝隙金属折边的反射板。缝隙金属折边的宽度为0.031λ₀，缝间距为0.069λ₀，缝的高度为0.128λ₀，缝隙相当于是一个利用激励辐射贴片和寄生辐射贴片再次激励的附加辐射器。远区观察点的电场为缝隙的辐射场和辐射贴片的辐射场矢量叠加。由于辐射贴片和缝隙的输入阻抗不相同，由辐射贴片和缝隙产生的原始电场的相位也不同，同时远区观察点到辐射贴片和缝隙的路程差也不相同，导致由于路程差造成的相位差也不相同。这样一来远区观察点的场由阵列单元形状及反射板(含缝隙折边)形状决定。在其他特性已经满足技术规范的条件下，通过改变缝隙金属折边的形状可以在小范围内调节波束宽度，使其具有更加精准的波束宽度，而其他特性几乎保持不变。

整个天线(包括微带线馈电网络)测量的驻波比在整个频带内小于1.5，一幅天线可以同时覆盖GSM1800(1710～1880MHz)，CDMA1900(1850～1990MHz)and ITU’s IMT-2000(1885～2170MHz)频段，简化了通信系统的组成、降低了成本、增加了系统的可靠性。测量的辐射方向图如图3所示。从中可以看出其副瓣电平小于-10dB，方位面的波束宽度在整个频带内是92±2°，远远好于无线通信基站天线技术规范中规定的值92±8°。方向图的前后比电平为25dB，满足无线通信基站天线的技术规范。阵列天线的净增益(扣除馈线损耗)后的天线增益在整个频带内为15.0dBi。上述测试结果说明了阵列天线设计的有效性。

Claims

1.一种宽频段低剖面恒波束无线通信基站阵列天线，包括：阵列天线的阵列单元，其特征是：所述阵列单元的激励辐射贴片和寄生辐射贴片均采用中间为矩形、两端为锥形的形状；在激励辐射贴片的下面采用L形激励探针在激励辐射贴片的两端等幅、反相耦合馈电；反射板的纵向的侧边设有金属缝隙折边。