CN102231455B - 廊道移动通信覆盖分布系统与超宽频双向辐射天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种廊道移动通信覆盖分布系统，其包括：射频电缆，沿廊道的纵长方向布设，具有若干间隔分布的接入节点；信号源；对应一接入节点设有一本发明的超宽频双向辐射天线；对应一辐射天线设有一耦合器，该耦合器用于经该接入节点实现该相应辐射天线与射频电缆的信号耦合。本发明的超宽频双向辐射天线，包括：金属反射板，具有一底板和于底板相对两侧同向折出的侧板；辐射单元，呈片状，竖立于所述底板上；短路支节，电连接于辐射单元和底板之间实现直流接地。本发明的廊道移动通信覆盖分布系统结构简单、造价低廉、施工方便、性能可靠，其所采用的本发明的超宽频双向辐射单元本身也具有造价低廉、结构简单、易于装配以及带宽较宽等特点。

Description

廊道移动通信覆盖分布系统与超宽频双向辐射天线

【技术领域】

本发明涉及一种移动通信天线，尤其涉及一种超宽频双向辐射天线，进一步还涉及依赖于该辐射天线构建的一种廊道移动通信覆盖分布系统。

【技术背景】

随着移动通信业务量需求的与日俱增，在满足了移动通信系统初期的基本服务要求后，蜂窝移动通信运营商之间的竞争就主要集中于优化和改善服务，这在很大程度上取决于各自网络的覆盖质量。提高覆盖质量或增加覆盖面积可以为每个蜂窝移动通信运营商带来更大的收益。意味着移动运营商需要建设更多的基站和直放站来提高覆盖质量和增加覆盖面积。但是在一些狭长的区域，例如隧道、地铁、街道、公路、铁路、城中村的道路等区域覆盖采用常规定向天线或全向天线就存在很大的困难(主要是不方便安装)，虽然可以采用泄漏电缆来覆盖，但是泄漏电缆的造价太高。会加大运营商的成本。需要一种成本低，尺寸小，能方便安装在两边，辐射范围正好覆盖狭长区域的双向辐射天线。

传统的双向辐射天线采用两个定向天线背靠背安装在一起，然后通过功率分配器分别为其馈电，这样的双向辐射天线的成本大于两个定向天线的成本，而且装配难度大。

2003年7月16日公开的CN2561107号专利中，揭示一种低成本双向辐射天线，遗憾之处在于其带宽偏窄，不能满足移动运营商各自使用频率范围的要求，并且此专利中的辐射单元也没有直流接地装置，在工程使用时会引起基站的接地告警，使基站无法正常工作。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种超宽频双向辐射天线，期望在约束了双向辐射增益和电压驻波比的前提下，其工作频段能得以相对展宽，而且成本相对较低，且易于装配。

在前一目的的基础上，基于相同的思路，达到另一目的而提供一种廊道移动通信覆盖分布系统，为各种狭窄长廊提供更为综合有效的移动通信覆盖方案，整体上改善廊道覆盖工程的覆盖效果、施工难度以及施工成本。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的超宽频双向辐射天线，其包括：金属反射板，具有一底板和于底板相对两侧同向折出的侧板；辐射单元，呈片状，与所述侧板同向竖立于所述底板上，其底部与穿过底板的线缆电性连接；短路支节，电连接于辐射单元与底板之间实现直流接地。

进一步，所述底板在与辐射单元相背向一侧设置连接器，以供所述线缆穿过该连接器和底板与所述辐射单元电性连接。

作为替换手段，所述辐射单元的轮廓构成倒等腰三角形、正菱形、圆锥形中任意一种形状。

根据本发明一实施例所揭示，所述辐射单元包括呈顶角固定在底板上的倒三角部和底边延续自该倒三角部的顶角的相对边的正梯形部。

较佳的，所述金属反射板整体呈中心对称结构，所述辐射单元呈轴对称结构，且固定于金属反射板的底板的几何中心。所述片状的辐射单元形成两个面，分别朝向金属反射板无侧板的两侧。

较佳的，所述金属反射板中，底板的纵长方向的尺寸为80～100mm，宽度方向的尺寸为35～45mm，所述侧板与底板相应的高度方向为80～110mm。

本发明的廊道移动通信覆盖分布系统，用于在廊道环境中完成移动通信信号的覆盖，其包括：射频电缆，沿廊道的纵长方向布设，用于传输信号，具有若干间隔分布的接入节点；信号源，用于向射频电缆发送或接收信号；对应一接入节点设有一辐射天线，该辐射天线用于向接入节点所处有限范围的空间发送或接收信号；对应一辐射天线设有一耦合器，该耦合器用于经该接入节点实现该相应辐射天线与射频电缆的信号耦合。

较佳的，所述耦合器为定向耦合器，所述耦合器与辐射单元为一体化集成件。所述信号源为直放站、微基站、射频拉远单元中任意之一。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

首先，本发明的辐射天线由于结构简单，易于实现和装配，相对而言，有利于降低制造和施工成本，在一个实测的实例中，在约束了天线双向辐射增益为5dBi且电压驻波比小于1.5的条件下，辐射天线的相对带宽达到了90％，工作频段可为1.38～3.9GHz，可见，带宽的相对展宽是明显的。

其次，基于辐射天线的宽频带特性，得以进一步在廊道移动通信覆盖分布系统得以发挥更为综合的性能，通过与耦合器的配合，该种系统可以采用射频电缆取代传统的泄漏电缆，在造价上大幅下降，能预期取得商业上的巨大成功。

此外，辐射天线在该分布系统中的应用，由于射频电缆的重量相对泄漏电缆大大减轻，兼可分段接入，更具有便于施工的特点，进一步通过合理设定接入节点的距离，可以使系统的覆盖性能均匀良好。

【附图说明】

图1和图2为本发明廊道移动通信覆盖分布系统的结构示意图，其中图1所揭示耦合器与本发明超宽频双向辐射天线分立的实施例，图2揭示耦合器与超宽频双向辐射天线一体化集成为耦合辐射天线的实施例；

图3为本发明的超宽频双向辐射天线的立体示意图，其左侧同时示出一三维坐标系；

图4为本发明的超宽频双向辐射天线的方向图示意，其中，实线部分表示水平方向图，虚线部分表示垂直方向图；

图5为本发明的超宽频双向辐射天线的电压驻波比曲线示意，其中横轴表示频率，纵轴表示电压驻波比。

【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：

参阅图1，本发明的廊道移动通信覆盖分布系统包括信号源2、射频电缆4、耦合器3以及本发明的超宽频双向辐射天线5(以下简称辐射天线)。

所述的信号源2，为直放站、微基站、射频拉远单元等中继设备中任意一种，用于向射频电缆4发送移动通信系统基站下行的信号，或者经由射频电缆4接收移动台上行的信号并传输给基站处理。

所述的射频电缆4，被分为多段(如41，42......)，在本实施例中被分为等距离的多段，例如每段长250米，段(如41)与段(如42)之间即构成一个接入节点P，其用于传输上行信号或下行信号。

所述的耦合器3，为本领域技术人员所公知，至少具有一个输入端口，一个直通端口以及一个耦合端口，信号经一段射频电缆4传输至一个耦合器3的输入端口，经直通端口输出的信号是直通信号，故从输入端口流入并经直通端口输出的通路称为直通通路，经由输入端口流入并经耦合端口输出的通路称为耦合通路，输入端口与耦合端口之间的信号传输为耦合传输，而非直通传输。

在每一接入节点P处，对应设置有一耦合器3和一辐射天线5，相邻两个分段的射频电缆(如41，42)，其一个分段(41)被接入耦合器3的输入端口，另一分段(42)则被接入耦合器3的输出端口，两个分段的射频电缆(41，42)由此实现直连；而该辐射天线5则接入耦合器3的耦合端口，由此，辐射天线5经过耦合器3与射频电缆4实现电性连接。耦合器3可采用定向耦合器。

移动通信系统的基站的下行信号被信号源2接收后，从信号源2出发，交替经过多段射频电缆(如41，42......)和多个耦合器3，沿整条射频电缆4传输，在每个接入节点P处，耦合器3同时将下行信号耦合至与其相应连接的辐射天线5，然后经该辐射天线5向有限范围内的空间环境中辐射，在廊道中的移动台由此便能接收到下行信号。

同理，上行信号自廊道中移动台发射并被辐射天线5接收后，经耦合器3耦合后进入射频电缆4，然后经多段射频电缆4向信号源2继续上行，最终由信号源2将信号传送至移动通信系统的基站进行处理。

考虑到信号在整条射频电缆4中直接传输会出现一定的衰减，故而通过配置各个耦合器3的耦合系数弥补此一不足，具体是在施工时，根据射频电缆4的衰减特性和接入节点P间的距离，测算并设置耦合器3的具体耦合系数，其测算方法为本领域技术人员所公知。一种较佳的实施例中，接入节点P等距设置，也即多段射频电缆4等距设置，如此便可将耦合器3的耦合系数设置成等比关系，由此，进一步可知道耦合系数与耦合器3距信号源2的距离之间为正比关系。

本发明所称的射频电缆4，优选的，可采用同轴电缆，其造价较之泄漏电缆大大降低。

在本发明图2所揭示的实施例中，所述的辐射天线5与耦合器3一体集成，成为独立部件305，并且，在辐射天线5尤其是此种一体化集成的耦合辐射天线305中，设置一些公知的悬挂结构(未图示)，便可以将(耦合)辐射天线5或305更方便地安装在廊道的周壁上。

结合图1和图2，考虑到射频电缆4的有效传输距离，一般而言，本发明的廊道移动通信覆盖分布系统所采用整条射频电缆4的总长度不宜超过500米(参阅图2)，在500米以内设置可以以125米或250米为距设置多个接入节点P。而在图1所示的1000米以内的情况时，则可以进一步在整条射频电缆4的另一端增设信号源2以加强射频电缆4中的信号传输质量。更进一步的，对于两个同类的本发明的分布系统，可以采用合路器(未图示)进行合路。由此种种基于本发明所做出的改进，是本领域技术人员可以依据本发明变通实现的。

上述的廊道移动通信覆盖分布系统中所采用的辐射天线5或者与耦合器一体合成的耦合辐射天线305，均基于本发明下述的超宽频双向辐射天线5实现。

请参阅图3，本发明的辐射天线5包括金属反射板7、辐射单元6、短路支节8以及连接器9。

所述的金属反射板7，呈U字型，成中心对称结构，具有一矩形底板70和两个侧板71，72，两个侧板71，72分别于底板70的纵长方向的相对两侧同一面同向垂直折弯而出，且均与底板70同宽，因此，两个侧板71，72起到底板70的翻边的作用，金属反射板7为一钣金成型件。金属反射板7起到辐射单元6的反射器的作用。在金属反射板7的底板70的几何中心中设置一过孔(未图示)，该过孔可供线缆(未图示)穿越。

所述的辐射单元6，与侧板71，72同向装设在所述底板70一面，呈一薄片状，图3所示实施例中，其具有一倒三角部61和一正梯形部62，倒三角部61与正梯形部62为一体成型件。其中，倒三角部61以其底部顶角装设在金属反射板7的底板70的过孔位置处，以便所述线缆穿过该过孔后能与辐射单元6焊接以实现电性连接，辐射单元6由此得以固定于金属反射板7的几何中心处；所述正梯形部62的底边延伸出该倒三角部61的顶角相对的边，以此，使辐射单元6大致呈扇状。薄片状的辐射单元6具有两个面，该两个面分别朝向底板70未设置侧板71，72的两侧方向(后述Z轴方向)，以便向该两个方向辐射信号。辐射单元6直流接地。

可以看出，辐射单元6基于垂直于该底板70的一条轴呈对称结构，即其自身呈轴对称结构。因此，本领域内技术人员应可知晓，所述辐射单元6的轮廓，不仅可以构成上述由倒三角部61和正梯形部62组成的扇状，还可以构成诸如等腰倒三角形、正菱形、圆锥形以及正多边形中任意一种形状，其要旨便在于其所形成的形状使其自身呈轴对称结构。

在金属反射板7的底板70的另一面，也即与设置辐射单元6的面相对的一面上，对应该过孔的位置，与该底板70相固定设置有一连接器9，该连接器9供所述线缆穿过其中，后经过孔与辐射单元6相连接。因连接器9为电学领域公知常识，故不行赘述。

所述辐射单元6的倒三角部61靠近其顶角处，即靠近底板70处，甚至于其与线缆焊接的馈电点处，与所述短路支节8的一端焊接以与辐射单元6并联。所述短路支节8呈矩形片状，其前述一端与辐射单元6电性连接，另一端则被与底板70焊接，由此，短路支节8在辐射单元6与金属反射板7间实现直流接地，利用短路支节8达到辐射单元6直流接地的目的。

由金属反射板7、辐射单元6、短路支节8以及连接器9组装而成的本发明的超宽频双向辐射天线5，金属反射板7、辐射单元6的长、宽、高等相应的几何尺寸可以适应不同参数做适应性改变，本领域内技术人员结合本发明后，可以通过常规手段予以实施。

图3同时示出一坐标系，其中X轴方向指示金属反射板7的底板70的纵长方向；Y轴方向指示金属反射板7的侧板71，72的纵长方向，也即相对底板70而言，为底板70的高度方向；Z轴方向则指示金属反射板7的底板70的宽度方向，是相对于底板70的纵长方向而言的。本实施例中，所述金属反射板7，其X轴(纵长)方向的尺寸为80～100mm，其Z轴(宽度)方向的尺寸为35～45mm，而其Y轴(高度)方向为80～110mm。

由上述揭示的本发明的超宽频双向辐射天线5的实施例可测得如图4所示的方向图和图5所示的电压驻波比曲线。从图4和图5可以看出，在本发明的辐射天线5的辐射增益为5dBi，电压驻波比(VSWR)小于1.5时，相对带宽可以达到90％，其具体工作频段为1.38～3.9GHz。

前述的耦合辐射天线305，只需在上述辐射天线5的具体结构的基础上，增设耦合器与之实现一体化即可。本发明的辐射天线5安装在廊道移动通信覆盖系统上时，将其辐射单元6的两面朝向廊道的纵长方向，以使信号得到更好的辐射效果。

综上所述，本发明的廊道移动通信覆盖分布系统结构简单、造价低廉、施工方便、性能可靠，其所采用的本发明的超宽频双向辐射单元6本身也具有造价低廉、结构简单、易于装配以及带宽较宽等特点。

以上实施例仅用以说明本发明而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，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而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 (11)

1.一种廊道移动通信覆盖分布系统，用于在廊道环境中完成移动通信信号的覆盖，其特征在于，其包括：

射频电缆，沿廊道的纵长方向布设，用于传输信号，具有若干间隔分布的接入节点；

信号源，用于向射频电缆发送或接收信号；

对应一接入节点设有一辐射天线，该辐射天线用于向接入节点所处有限范围的空间发送或接收信号；

对应一辐射天线设有一耦合器，该耦合器用于经该接入节点实现该相应辐射单元与射频电缆的信号耦合；

所述辐射天线包括：

金属反射板，具有一底板和于底板相对两侧同向折出的侧板；

辐射单元，呈片状，与所述侧板同向竖立于所述底板上，其底部与穿过底板的线缆电性连接；

短路支节，电连接于辐射单元与底板之间实现直流接地。

2.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述底板在与辐射单元相背向一侧设置连接器，以供所述线缆穿过该连接器和底板与所述辐射单元电性连接。

3.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述辐射单元的轮廓构成倒等腰三角形、正菱形、圆锥形中任意一种形状。

4.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述辐射单元包括呈顶角固定在底板上的倒三角部和底边延续自该倒三角部的顶角的相对边的正梯形部。

5.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述金属反射板整体呈中心对称结构。

6.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述辐射单元呈轴对称结构，且固定于金属反射板的底板的几何中心。

7.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述片状的辐射单元形成两个面，分别朝向金属反射板无侧板的两侧。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于，所述金属反射板中，底板的纵长方向的尺寸为80～100mm，宽度方向的尺寸为35～45mm，所述侧板与底板相应的高度方向为80～110mm。

9.根据权利要求1所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于：所述耦合器为定向耦合器。

10.根据权利要求1或9所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于：所述耦合器与辐射天线为一体化集成件。

11.根据权利要求1或9所述的廊道移动通信覆盖分布系统，其特征在于：所述信号源为直放站、微基站、射频拉远单元中任意之一。

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