CN102709673B - 宽频带双极化全向吸顶天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽频带双极化全向吸顶天线，包括圆形的底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，底板与天线罩相组装以罩设所述垂直极化天线和水平极化天线，其中，所述垂直极化天线包括中部设置有通孔的圆形垂直极化金属板、固定在该通孔上且带有导线孔的金属支撑座、竖立设置在该金属支撑座上的辐射振子；所述水平极化天线设置在圆形的水平极化介质板上；所述水平极化介质板居于所述底板的上方，所述垂直极化金属板居于所述水平极化介质板的上方，若干支撑柱穿过所述水平介质板，分别固定支撑所述垂直极化金属板和底板。按照本发明制造的天线具有较强的环境适用性，驻波比低，隔离度高，天线性能优越，而且结构简单紧凑。

Description

宽频带双极化全向吸顶天线

【技术领域】

本发明涉及移动通信覆盖技术，尤指移动通信室内分布系统的MIMO(MultipleInputMultipleOutput，多输入多输出)相关技术，具体涉及一种宽频带双极化全向吸顶天线。

【背景技术】

室内分布系统是当今无线通信系统重要的组成部分，室内分布天线的性能直接影响系统的整体表现。随着移动通信系统的飞速发展，系统的复杂度越来越高，对天线的性能也提出了新的要求与挑战。而且随着用户对天线辐射的防护意识的增强，对室内分布系统的尺寸提出了更严格的要求。因此设计并采用新型小型化高性能的室内分布天线对室内分布系统而言至关重要。

目前室内吸顶天线的实现形式有单椎、单椎加球冠或双锥结构的，但是这些天线都是单极化的，在室内信号覆盖方面存在着固有的盲区和阴影区，而且在当今高效、高质量、高容量、高速率传输数据的情况下，容易产生网络阻塞以致掉话，不能应用于TD-SCDMA、TD-LTE等系统中。

为了提高无线通信系统的频谱利用率，在不增加频谱资源的情况下，尽可能大地提高系统传输数据的能力，则需要采用新型双极化吸顶天线。尤其是在室内多径反射显著的场合中，双极化吸顶天线可以通过极化分集实现信号的良好覆盖，同时可以兼容2G、3G以及TD-LTE等移动通信系统，实现站点共用，节省工程资源。但是要在保证吸顶天线性能的前提下实现双极化，天线的尺寸普遍会变得很大，在使用过程中容易遭到用户的排斥，因此小型化双极化吸顶天线的研制意义重大。

CN101916909A号专利申请揭示的一种宽频带双极化全向吸顶天线的技术方案，其利用一上锥形振子与一下锥形振子形成双锥形结构作为垂直极化天线，并在一块介质基板上环形设置若干半波振子以形成水平极化天线，其中的水平极化天线所载的介质基板置于上锥形振子与下锥形振子正中。尽管该技术方案声称其取得较为良好的技术效果，然而，本申请人利用该技术方案所进行的实验表明，该技术方案并不能达到所声称的效果，因此，对该技术方案是否可行存疑。本申请人认为，上锥形振子与下锥形振子对准连接，在两者的对准位置处形成的磁场最强，在该位置处设置水平极化天线，将对垂直极化天线的驻波带来很大程度的干扰，也使吸顶天线无法小型化。而且，吸顶天线应当追求整体技术效果，而针对在吸顶天线中同时设置垂直极化天线和水平极化天线这种情况，该技术方案并未考虑解决由此带来的隔离度高的问题。因而，业内需要一种更具实用性的技术方案替代之。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种能显著改善室内信号覆盖的宽频带双极化全向吸顶天线，在保证双极化天线性能的前提下，应用小型化技术使天线尺寸减小同，不仅能替代现网中的吸顶天线，而且能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，实现站点共用，节省工程资源。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的宽频带双极化全向吸顶天线，包括圆形的底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，底板与天线罩相组装以罩设所述垂直极化天线和水平极化天线，其中：

所述垂直极化天线包括中部设置有通孔的圆形垂直极化金属板、固定在该通孔上且带有导线孔的金属支撑座、竖立设置在该金属支撑座上的辐射振子；

所述水平极化天线包括圆形的水平极化介质板、设置在该水平极化介质板底面的由若干对称振子周向排列组成的圆环阵列，以及设置在该水平极化介质板顶面上用于对所述圆环阵列的对称振子进行功率分配馈电的功分网络；

所述水平极化介质板居于所述底板的上方，所述垂直极化金属板居于所述水平极化介质板的上方，若干支撑柱穿过所述水平介质板，分别固定支撑所述垂直极化金属板和底板。

较佳的，所述底板的直径大于或等于垂直极化金属板、水平极化介质板的直径。

进一步，所述垂直极化金属板上，布置有若干调节片，每个调节片一端与垂直极化金属板相固定，另一端与所述辐射振子相固定。

优选的，所述对称振子为半波振子、对数周期振子、Vivaldi振子中任意之一。

进一步，一为垂直极化天线提供信号的第一同轴电缆的内导体经过该导线孔与所述辐射振子相连接，而其外导体在垂直极化金属板上固定并接地；一为水平极化天线提供信号的第二同轴电缆的外导体与对称振子连接，而其内导体与功分网络相连接。所述第一同轴电缆、第二同轴电缆穿过所述底板设置。

优选的，所述垂直极化天线的辐射振子呈锥体、片状或者鞭状。

较佳的，所述垂直极化天线的辐射振子为一体成型件，包括呈圆柱体的上部和呈倒圆锥体的下部，以其下部支撑于所述支撑座上设置。

较佳的，所述水平极化天线的对称振子个数为3-6个。所述支撑座的顶面设有倒锥形凹槽。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、通过为垂直极化天线设置独立的垂直极化金属板，将设有圆环阵列的水平极化介质板沉降到垂直极化金属板下方的位置，提高两个极化之间的隔离度，从而确保驻波比达到较佳效果。

2、通过在垂直极化金属板顶面设置调节片，既解决了垂直极化天线直流接地的功能，又确保了垂直极化天线低驻波比的特性，经实测，在TD-SCDMA和TD-LTE频段，两个极化的隔离度＜-30dB，交叉极化比＜-20dB。

3、本发明的吸顶天线，确保能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，实现站点共用，节省工程资源，有效地代替现网中的吸顶天线；在不增加频谱资源的情况下，极大地增强系统传输数据的能力，提高无线通信系统的频谱利用率；在室内多径反射显著的场合，可以通过极化分集实现室内信号的良好覆盖。

4、本发明的吸顶天线，通过结构上的紧凑型设计，尤其将水平极化天线置于垂直极化金属板下方，能确保电气性能较佳，在这种情况下，进一步将吸顶天线的体积变得更为小巧，而结构可靠性又高，造价成本也比较低。

【附图说明】

图1和图2是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的两个不同视角的整体结构示意图，其中，省略天线罩和第一同轴电缆、第二同轴电缆未示出；

图3是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的剖面结构示意图；

图4是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的垂直极化天线辐射振子结构示意图；

图5是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的垂直极化金属板的结构示意图；

图6是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的调节片的结构示意图；

图7是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的支撑座的纵中剖面示意图；

图8是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的水平极化介质板底面示意图，其上设置由对称振子70组成的圆环阵列；

图9是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的水平极化介质板顶面的示意图，其上设置有功分网络；

图10是本发明的宽频带双极化全向吸顶天线的极化隔离度测试图，示出本发明两个极化端口之间的极化隔离度，其横坐标表示频率，纵坐标表示。

【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：

本发明主要是为了提高无线通信系统的频谱利用率，在不增加频谱资源的情况下，尽可能大地提高系统传输数据的能力，通过极化分集实现信号的良好覆盖，同时可以兼容2G、3G以及TD-LTE等移动通信系统，不仅能替代现网中的吸顶天线，而且创新地解决了TD-LTE与现有室分共天线的问题，通过多频段合路与现有GSM/TD-SCDMA系统合路，通过双极化振子在一副物理天线中实现MIMO，使得TD-LTE的室分建设、改造的工程造价显著下降。

本发明采用的技术方案是在现有垂直极化吸顶天线的基础上，引入一工作于TD-LTE频段的水平极化天线，形成水平、垂直双极化吸顶天线。

请参阅图1、图2以及图3，本发明宽频带双极化全向吸顶天线包括作为辐射振子使用的锥形振子1、调节片2、支撑座3、垂直极化金属板4、支撑柱5、水平极化介质板6、对称振子70及由多个对称振子70周向环形排列组成的圆环阵列7、功分网络8、和天线底板9。此外，为了封装垂直极化天线与水平极化天线，还设置一与所述天线底板相组装的天线罩(未图示)，将垂直极化天线与水平极化天线封装于两者形成的内部空间中。

所述的垂直极化天线包括锥形振子1、调节片2、支撑座3以及垂直极化金属板4。所述锥形振子1如图4所示包括呈圆柱体的上部11和呈倒圆锥体的下部12，上部11与下部12一体成型。所述垂直极化金属板4如图5所示呈圆形，其中部开设有圆孔40，圆孔40底部与一提供信号输入的第一同轴电缆(未图示)的外导体连接以便接地，第一同轴电缆的内导体可穿过该垂直极化金属板4的中心圆孔40与锥形振子1连接。锥形振子1与垂直极化金属板4之间通过3至6个调节片2进行连接，调节片2如图6所示呈曲折状，各调节片2一端紧锁于垂直极化金属板4上，另一端则被紧锁在锥形振子1上，并由各调节片2将锥形振子1支撑起。此外，锥形振子1在其呈倒圆锥体的下部12底方处还连接有一如图7所示的支撑座3，该支撑座3采用金属材质，其高度和直径均可根据天线阻抗匹配的需要进行调节。支撑座3还沿其纵长方向开设有贯通的导线孔30，支撑座安装在所述垂直极化金属板4的圆孔40上，供所述第一同轴电缆的内导体穿过其导线孔30设置，以便该内导体与锥形振子1的下部实现连接，此连接可采用焊接或者螺母紧固的方式实现。支撑座3的顶部设形成一倒锥形凹槽31，以便与所述垂直极化天线的锥形振子1的下部12尖端相配合安装。本实施例以上揭示的所述垂直极化天线的辐射振子的形状为锥体，而在其它未图示的实施例中，所述辐射振子也可以是片状或者鞭状。

请继续参阅图1至图3，所述的垂直极化天线下方装设所述水平极化天线，具体包括水平极化介质板6、对称振子70及由多个对称振子70周向环形排列组成的圆环阵列7和用于对圆环阵列7的各个对称振子70进行功率分配馈电的功分网络8。

所述的水平极化介质板6是一种单层双面介质板，呈圆形片状。如图8所示，由3-6个对称振子70环形排列设置组成圆环阵列7，周向等距离地分布于水平极化介质板6的底面上，与提供信号输入的第二同轴电缆(未图示)的外导体连接；如图9所示，所述功分网络8用于为圆环阵列7的各个对称振子70馈电，是一等功分等相位的一进多出的功分器，其输出端通过耦合连接的方式分别对所述的对称振子70馈电，功分网络8位于水平极化介质板6的底面，与第二同轴电缆的内导体连接。所述的对称振子70，以上本发明的实施例中采用半波振子，而其它未图示的实施例中，可以优选为对数周期振子或Vivaldi振子。

所述的第一同轴电缆与第二同轴电缆均穿过所述天线底板9设置，通常，为第一同轴电缆和第二同轴电缆各提供馈电连接器，馈电连接器装设于天线底板的底面上，因常见于公知方案，故不详述。

请参阅图10，所述垂直极化天线与所述水平极化天线在空间上由垂直极化金属板隔开，具有较高的极化隔离度，在TD-SCDMA和TD-LTE频段，极化隔离度＜-30dB，交叉极化比＜-20dB。表现在物理结构上，请再参阅图1至图3，所述水平极化介质板6设有若干通孔60，个数对应的若干支撑柱5对应穿过该水平极化介质板6的若干通孔，并使水平极化介质板6固定在一定的位置。所述若干支撑柱5的两端，一端固定在天线底板9顶面，另一端固定于垂直极化金属板4的底面，由此，各支撑柱5形成了对垂直极化金属板4和天线底板9的支撑。这种结构，使得垂直极化金属板4、水平极化介质板6、天线底板9之间相互隔开一定的距离，所述水平极化介质板6居于所述天线底板9的上方，所述垂直极化金属板4居于所述水平极化介质板6的上方，三者又能将被支撑柱5连接成一体，由此而组成一副完整的宽频带双极化全向吸顶天线。

需要指出的是，为了确保覆盖效果，所述天线底板9的直径应大于或等于所述垂直极化金属板4、水平极化介质板6的直径，而垂直极化金属板4与水平极化介质板6的直径均应小于或等于所述天线底板9的直径。

容易看出，按照本发明制造的天线具有较强的环境适用性，驻波比低，隔离度高，天线性能优越，而且结构简单紧凑、易于制造、价格便宜以及安装使用方便。

概而言之，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 (8)

1.一种宽频带双极化全向吸顶天线，包括圆形的底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，底板与天线罩相组装以罩设所述垂直极化天线和水平极化天线，其特征在于：

所述垂直极化天线包括中部设置有通孔的圆形垂直极化金属板、固定在该通孔上且带有导线孔的金属支撑座、竖立设置在该金属支撑座上的辐射振子；所述垂直极化金属板上，布置有若干调节片，每个调节片一端与垂直极化金属板相固定，另一端与所述辐射振子相固定；

所述水平极化天线包括圆形的水平极化介质板、设置在该水平极化介质板底面的由若干对称振子周向排列组成的圆环阵列，以及设置在该水平极化介质板顶面上用于对所述圆环阵列的对称振子进行功率分配馈电的功分网络；

所述水平极化介质板居于所述底板的上方，所述垂直极化金属板居于所述水平极化介质板的上方，若干支撑柱穿过所述水平介质板，分别固定支撑所述垂直极化金属板和底板；

所述底板的直径大于或等于垂直极化金属板、水平极化介质板的直径。

2.根据权利要求1所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述对称振子为半波振子、对数周期振子、Vivaldi振子中任意之一。

3.根据权利要求1所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，一为垂直极化天线提供信号的第一同轴电缆的内导体经过该导线孔与所述辐射振子相连接，而其外导体在垂直极化金属板上固定并接地；一为水平极化天线提供信号的第二同轴电缆的外导体与对称振子连接，而其内导体与功分网络相连接。

4.根据权利要求3所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述第一同轴电缆、第二同轴电缆穿过所述底板设置。

5.根据权利要求1所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述垂直极化天线的辐射振子呈锥体、片状或者鞭状。

6.根据权利要求1所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述垂直极化天线的辐射振子为一体成型件，包括呈圆柱体的上部和呈倒圆锥体的下部，以其下部支撑于所述支撑座上设置。

7.根据权利要求6所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述支撑座的顶面设有倒锥形凹槽。

8.根据权利要求1所述的宽频带双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述水平极化天线的对称振子个数为3－6个。