CN102983416A - 室内双极化全向吸顶天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，尺寸小、结构紧凑、隔离度高的室内双极化全向吸顶天线，包括提供有顶部端面的垂直极化天线和水平极化天线，垂直极化天线包括作为辐射振子使用的锥形振子，水平极化天线包括设置在水平极化介质板上的水平辐射振子，水平极化介质板置于垂直极化天线所提供的顶部端面上方，水平辐射振子置于水平极化介质板的顶面与底面之内，水平极化介质板的直径小于或等于垂直极化天线顶部端面的直径。本发明实现了站点共用，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。

Description

室内双极化全向吸顶天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信室内分布天线，尤其涉及一种包括垂直极化天线和水平极化天线的室内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，对天线也提出了新的要求与挑战。因此设计并采用新型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锥、单锥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，在使用过程中容易受到用户的排斥。

2010年7月14日公布的申请公布号为CN 101777704A的中国发明专利申请公开说明书，公开了一种室内全向天线，其包括一垂直极化天线和一水平极化天线，垂直极化天线与水平极化天线之间设有隔板，可提高两个极化天线之间的非相关性（即隔离度），满足LTE系统对室内全向天线双极化的要求。但是该专利中的水平极化天线的带宽有限，而且高频段的辐射方向图圆度特性欠佳，不能满足TD-SCDMA/TD-LTE的带宽要求。

2010年12月15日公布的申请公布号为CN 101916909A的中国发明专利申请公开说明书，公开了一种双极化全向吸顶天线，由水平与垂直两种极化构成，上锥振子、介质基板和下锥振上下依次排列，上锥振子和下锥振子分别与同轴电缆的芯线和外导体连接，构成垂直极化的全向天线；对称振子及寄生单元位于介质基板的背面，馈电巴伦线位于介质基板的正面，同轴电缆的外导体与对称振子相连，同轴电缆的芯线与馈电巴伦相连，4－6个对称振子在介质基板上组成圆环阵列，构成水平极化的全向天线。该双极化室内分布系统天线垂直极化就能够满足GSM系统覆盖需求；LTE系统收发天线由垂直和水平两种极化构成，使得水平和垂直极化能实现MIMO功能，极化复用使LTE室内信号覆盖和利用达到最佳状态。适用于GSM、DCS、TD-SCDMA、TD-LTE、WCDMA、CDMA2000等多制式系统的室内覆盖。但是这种双极化全向吸顶天线尺寸较大，极化隔离度较差，无法满足系统要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，尺寸小、结构紧凑、隔离度高的室内双极化全向吸顶天线，它能显著改善室内信号覆盖，实现站点共用，节省工程资源。

为了解决上述技术问题，本发明室内双极化全向吸顶天线包括提供有顶部端面的垂直极化天线和水平极化天线，所述垂直极化天线包括作为辐射振子使用的锥形振子，所述水平极化天线包括设置在水平极化介质板上的水平辐射振子，所述水平极化介质板置于所述垂直极化天线所提供的顶部端面上方，所述水平辐射振子置于所述水平极化介质板的顶面与底面之内，所述水平极化介质板的直径小于或等于所述垂直极化天线顶部端面的直径。

作为本发明的一种优选方案，锥形振子包括倒圆锥体部；还可以包括圆柱或圆台体部，圆柱或圆台体部位于倒圆锥体部的上方，可以一体成型。

作为本发明的另一种优选方案，锥形振子的倒圆锥体部与一支撑座相连接，支撑座呈圆柱状，中心开有贯通的导线孔，顶部有一倒锥形凹槽，该凹槽与倒圆锥体部端部配合安装。支撑座下方连接具有反射板功能的垂直极化金属板，垂直极化金属板为圆板形，中心开有圆孔，支撑座的导线孔安装在圆孔上，圆孔底部与一提供信号输入的第一同轴电缆的外导体连接以便接地，第一同轴电缆的内导体可穿过圆孔、支撑座的导线孔与锥形振子连接。

作为本发明的又一种优选方案，水平辐射振子包括分别置于水平极化介质板顶面和底面周向均匀分布、呈中心放射状的顶面振子阵列和底面振子阵列。顶面振子阵列和底面振子阵列可以分别由3至6个对数周期振子阵或Vivaldi振子阵构成。底面振子阵列与提供信号输入的第二同轴电缆的外导体连接，顶面振子阵列与提供信号输入的第二同轴电缆的内导体连接。

上述结构设计，将水平极化介质板置于垂直极化辐射振子的上方，其上水平辐射振子的径向尺寸小于或等于垂直极化天线顶部端面的直径，在实现小型化的同时，提高了两个极化之间的隔离度，相对于现有技术的水平辐射振子位于中间的结构来说，隔离度可以提高5-10dB，从而确保驻波比达到较佳效果。经实测，在TD-SCDMA和TD-LTE频段，两个极化的隔离度＜-35dB，交叉极化比＜-20dB。

本发明的产品能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，在保证较好的电气性能的同时，使吸顶天线的整体尺寸变得更为小巧，而结构可靠性提高，造价成本降低；实现站点共用，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。

附图说明

图1是本发明的室内双极化全向吸顶天线的内部透视图（天线罩和第一同轴电缆、第二同轴电缆未示出）；

图2是图1所示的室内双极化全向吸顶天线的俯视图；

图3是垂直极化天线辐射振子的主视图；

图4是垂直极化金属板的主视图和右视图；

图5是调节片的示意图；

图6支撑座的纵剖图；

图7是水平极化介质板的俯视图；

图8是水平极化介质板的仰视图；

图9是室内双极化全向吸顶天线的极化隔离度特性曲线图。

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：

请参阅图1、图2，本发明室内双极化全向吸顶天线包括提供有顶部端面的垂直极化天线和水平极化天线，水平极化天线置于垂直极化天线所提供的顶部端面上方。此外，为了封装垂直极化天线与水平极化天线，还应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。

如图1所示，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3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可一体成型。垂直极化锥形振子采用上部圆柱体加下部倒圆锥体，圆锥到圆柱的渐变形式实现了垂直极化天线的超宽带特性，同时也尽可能减小了天线的整体尺寸。

本实施例上部11为一圆柱体，在其他实施例中，也可以圆台体代替本实施例中的呈圆柱体的上部11，还可以省略该上部11。

垂直极化金属板4同时具有反射板的功能，如图4所示为圆板形，中心开有圆孔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5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。通过在垂直极化金属板4顶面设置调节片2，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。

如图6所示，锥形振子1的呈倒圆锥体的下部12与支撑座3相连接，该支撑座3呈圆柱状，可采用金属材质，其高度和直径均可根据天线阻抗匹配的需要进行调节。在支撑座3的中心开有贯通的导线孔30，支撑座3的导线孔30安装在垂直极化金属板4的圆孔40上，第一同轴电缆的内导体穿过圆孔40、导线孔30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的顶部有一倒锥形凹槽31，凹槽31与垂直极化天线的锥形振子1的下部12端部配合安装。

请参阅图1、图2，所述的垂直极化辐射振子1上方装设所述水平极化天线，该水平极化天线包括水平极化介质板6，水平极化介质板6为一种单层双面介质板，呈圆形片状。如图7、图8所示，水平极化介质板6的顶面和底面分别周向均匀分布、呈中心放射状的由3－6个对数周期振子阵环形排列设置组成的顶面圆环振子阵列5和底面圆环振子阵列7。其中，底面圆环振子阵列7与提供信号输入的第二同轴电缆（未图示）的外导体连接，顶面圆环振子阵列5与提供信号输入的第二同轴电缆（未图示）的内导体连接。在本实施例中，顶面圆环振子阵列5和底面圆环振子阵列7均采用对数周期振子阵形式，在其它实施例中，也可以优选为Vivaldi振子阵。

为了确保覆盖效果及极化隔离度要求，水平极化介质板6及其顶面圆环振子阵列5和底面圆环振子阵列7的径向尺寸小于或等于锥形振子1的直径。

第一同轴电缆与第二同轴电缆均穿过垂直极化金属板4（未图示），通常，为第一同轴电缆和第二同轴电缆各提供馈电连接器，馈电连接器装设于垂直极化金属板4的底面上（未图示），此结构为目前的惯用技术手段，故不详述。

图9是本发明的室内双极化全向吸顶天线极化隔离度测试图像，示出了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，纵坐标表示隔离度数值。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辐射振子1隔开，且水平极化介质板6的径向尺寸不超过垂直极化辐射振子1的直径，具有较高的极化隔离度，在TD-SCDMA和TD-LTE频段，极化隔离度＜-35dB，交叉极化比＜-20dB。

使用上述结构的室内双极化全向吸顶天线，天线的整体尺寸进一步减小，无线通信系统的频谱利用率提高，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。该室内双极化全向吸顶天线可以同时兼容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。

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、价格便宜并且安装使用方便。

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，均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之中。

Claims (10)

1.一种室内双极化全向吸顶天线，包括提供有顶部端面的垂直极化天线和水平极化天线，所述垂直极化天线包括作为辐射振子使用的锥形振子，所述水平极化天线包括设置在水平极化介质板上的水平辐射振子，其特征在于：所述水平极化介质板置于所述垂直极化天线所提供的顶部端面上方，所述水平辐射振子置于所述水平极化介质板的顶面与底面之内，所述水平极化介质板的直径小于或等于所述垂直极化天线顶部端面的直径。

2.根据权利要求1所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述锥形振子包括倒圆锥体部。

3.根据权利要求2所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述锥形振子还包括圆柱或圆台体部，所述圆柱或圆台体部位于所述倒圆锥体部底部的上方。

4.根据权利要求3所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述锥形振子一体成型。

5.根据权利要求2、3或4所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述倒圆锥体部与一支撑座相连接，所述支撑座呈圆柱状，中心开有贯通的导线孔，顶部有一倒锥形凹槽，该凹槽与所述倒圆锥体部端部配合安装。

6.根据权利要求5所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述垂直极化天线包括具有反射板功能的垂直极化金属板，所述垂直极化金属板为圆板形，中心开有圆孔，所述支撑座的导线孔安装在所述圆孔上，圆孔底部与一提供信号输入的第一同轴电缆的外导体连接以便接地，第一同轴电缆的内导体可穿过圆孔、支撑座的导线孔与所述锥形振子连接。

7.根据权利要求6所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述锥形振子与所述垂直极化金属板之间通过3至6个调节片支撑连接，所述调节片呈曲折状，一端固定于垂直极化金属板上，另一端固定于锥形振子上。

8.根据权利要求1至4任一项所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述水平辐射振子包括分别置于水平极化介质板顶面和底面周向均匀分布、呈中心放射状的顶面振子阵列和底面振子阵列。

9.根据权利要求8所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述顶面振子阵列和底面振子阵列分别由3至6个对数周期振子阵或Vivaldi振子阵构成。

10.根据权利要求8所述的室内双极化全向吸顶天线，其特征在于：所述底面振子阵列与提供信号输入的第二同轴电缆的外导体连接，所述顶面振子阵列与提供信号输入的第二同轴电缆的内导体连接。

Images