CN103247868A - 一种多频段宽频双极化lte全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信系统的全向天线，尤其涉及一种多频段宽频双极化LTE全向天线。一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器、水平极化低频振子单元、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元至少为3片，水平极化低频振子单元、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆与无源功分滤波器连接。依靠无源功分滤波器的合路特性和滤波特性，采用多频组合合路的方向图叠加合成技术整合水平极化低频振子单元、水平极化高频单元的信号，实现水平极化全频段单元的功能，实现水平极化的全频段覆盖。数据吞吐能力大，能满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求，能实现多输入多输出的数据接收与发射。

Description

一种多频段宽频双极化LTE全向天线

技术领域

本发明涉及一种通信系统的全向天线，尤其涉及一种多频段宽频双极化LTE全向天线。 

背景技术

近年来由于信息化的飞速发展，移动终端上网越来越普及。据统计，全国约有6亿的用户使用移动终端进行网络浏览，中国已经成为全球移动终端上网用户最多的国家。 

由于中国移动终端上网用户的迅猛增长，网络数据传输量剧增，运营商的网络承载能力不堪重负。其中，绝大多数移动终端用户通过室内接入网络，室内分布系统的数据吞吐能力是一个关键的问题，但以现今布网的单极化室内分布系统天线而言显然无法满足要求。 

下一代移动通信牌照4G LTE（Long Term Evolution）预计将在2013年度左右下发给各运营商，而各运营商也希冀能够利用LTE频谱带宽去解决现今网络承载能力不足的问题。而现今室内天线的频段只能满足第三代移动通信标准的频率要求，无法满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求，并且现今单天线无法满足多输入多输出的数据接收与发射。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据吞吐能力大的，能满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求，能实现多输入多输出的数据接收与发射的一种多频段宽频双极化LTE全向天线。 

本发明采用以下技术方案实现。 

一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器、水平极化 低频振子单元、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元至少为3片，水平极化低频振子单元、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆与无源功分滤波器连接。 

其中，还包括：垂直极化单元天线，垂直极化单元天线包括片状渐变式单极子。垂直极化单元天线通过第二端口单元馈电同轴电缆与第二标准50Ω接口连接。 

其中，水平极化高频单元具体为：水平极化高频一体式单元；垂直极化单元天线位于水平极化高频一体式单元的上部。 

片状渐变式单极子以水平极化高频一体式单元的金属面作为垂直极化单元天线的大地和反射面，以获得均匀电场效应。 

无源功分滤波器包括：698～960MHz无源功分器与698～2700MHz的无源滤波器。无源功分器的端口由微带线与无源滤波器的低频端口连接。 

其中，还包括：塑料底板；塑料底板上部设置5个水平极化低频振子单元；无源功分滤波器设置A1、A2、A3、A4、A5、A6端口，5个水平极化低频振子单元通过5根等长的单元馈电同轴电缆分别与A1、A2、A3、A4、A5端口连接；依靠无源功分器的合路特性把5个水平极化低频单元组成水平极化低频天线阵的结构排列。水平极化高频一体式单元通过单元馈电同轴电缆与A6端口连接。水平极化低频振子单元、水平极化高频一体式单元通过无源功分滤波器，采用方向图叠加合成技术实现水平极化全频段单元。 

A1、A2、A3、A4、A5、A6端口为不等功分的端口，水平极化低频振子单元的中心频率为1/2λ。 

无源功分滤波器设置A7端口，A7端口通过第一端口单元馈电同轴电缆与第一标准50Ω接口连接。 

本发明的有益效果为：一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器、水平极化低频振子单元、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元至少为3片，水平极化低频振子单元、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆与无源功分滤波器连接。依靠无源功分滤波器的合路特性和滤波特性，采用多频组合合路的方向图叠加合成技术整合水平极化低频振子单元、水平极化高频单元的信号，实现水平极化全频段单元的功能，构成多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口天线，实现水平极化的全频段覆盖。数据吞吐能力大，能满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求，能实现多输入多输出的数据接收与发射。 

附图说明

为了更清楚、有效地说明本发明实施例的技术方案，将实施例中所需要使用的附图作简单介绍，不言自明的是，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来讲，无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图做出其它附图。 

图1是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的主视图。 

图2是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的5个水平极化低频振子单元与无源功分滤波器端口连接俯视图。 

图3是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化高频一体式单元的仰视图。 

图4是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化高频一体式单元的俯视图。 

图5是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的垂直极化单元天线的仰视图。 

图6是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的垂直极化单元天线的俯视图。 

图7是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线在水平极化频率为F=880MHz时，在大型室内微波暗室实际测试结果。 

图8是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线在水平极化频率为F=2200MHz时，在大型室内微波暗室实际测试结果。 

图9是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的垂直极化端口极化电压驻波比。 

图10是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口极化电压驻波比。 

图11是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的隔离度测试结果。 

图中： 

1-无源功分滤波器；2-单元馈电同轴电缆；4-水平极化低频振子单元；5-塑料底板；71-第一端口馈电同轴电缆；72-第二端口馈电同轴电缆；101-第一标准50Ω接口；102-第二标准50Ω接口；13-垂直极化单元天线；24-水平极化高频一体式单元。 

具体实施方式

本发明提供了一种多频段宽频双极化LTE全向天线，为了使本领域中的技术人员更清楚的理解本发明方案，并使本发明上述的目的、特征、有益效果能够更加明白、易懂，下面结合附图1～11和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

实施例一 

一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器1、水平极 化低频振子单元4、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元4至少为3片，水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆2与无源功分滤波器1连接。 

依靠无源功分滤波器1的合路特性和滤波特性，采用多频组合合路的方向图叠加合成技术整合水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元的信号，实现水平极化全频段单元的功能，构成多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口天线，实现水平极化的全频段覆盖。 

实施例二 

一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器1、水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元4至少为3片，水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆2与无源功分滤波器1连接。 

本实施例中，还包括：垂直极化单元天线13，垂直极化单元天线13包括片状渐变式单极子，片状渐变式单极子可以在最大限度上进行垂直极化信号的收发。垂直极化单元天线13通过第二端口单元馈电同轴电缆72与第二标准50Ω接口102连接。 

水平极化高频一体式单元24，垂直极化单元天线13位于水平极化高频一体式单元24的上部。片状渐变式单极子以水平极化高频一体式单元24的金属面作为垂直极化单元天线13的大地和反射面，能够获得均匀的电场效应。 

无源功分滤波器1设置A7端口，A7端口通过第一端口单元馈电同轴电缆71与第一标准50Ω接口101连接。 

依靠无源功分滤波器1的合路特性和滤波特性，采用多频组合合路的方向图叠加合成技术整合水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元的信号，实现 水平极化全频段单元的功能，构成多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口天线，实现水平极化的全频段覆盖。依靠片状渐变式单极子获得垂直极化的最大范围频段覆盖。水平极化的全频段覆盖和垂直极化的最大范围频段覆盖使得全向天线能够做到数据的多输入多输出，做到数据接收与发射的全向辐射效果，数据吞吐能力大，能满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求。 

实施例三 

一种多频段宽频双极化LTE全向天线，包括：无源功分滤波器1、水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元；水平极化低频振子单元4至少为3片，水平极化低频振子单元4、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆2与无源功分滤波器1连接。 

本实施例中，还包括：垂直极化单元天线13，垂直极化单元天线13包括片状渐变式单极子，片状渐变式单极子可以在最大限度上进行垂直极化信号的收发。垂直极化单元天线13通过第二端口单元馈电同轴电缆72与第二标准50Ω接口102连接。 

水平极化高频一体式单元24，垂直极化单元天线13位于水平极化高频一体式单元24的上部。片状渐变式单极子以水平极化高频一体式单元24的金属面作为垂直极化单元天线13的大地和反射面，能够获得均匀的电场效应。片状渐变式单极子获得垂直极化的最大范围频段覆盖。 

无源功分滤波器1包括：698～960MHz无源功分器与698～2700MHz的无源滤波器。无源功分器的端口由微带线与无源滤波器的低频端口连接。 

本实施例中，还包括：塑料底板5；塑料底板5上部设置5个水平极化低频振子单元4。无源功分滤波器1设置A1、A2、A3、A4、A5、A6端口，5个水平极化低频振子单元4通过5根等长的单元馈电同轴电缆2分别与A1、A2、A3、 A4、A5端口连接，组成水平极化低频天线阵的结构排列。水平极化高频一体式单元24通过单元馈电同轴电缆2与A6端口连接。水平极化低频振子单元4的中心频率为1/2λ。 

无源功分滤波器1设置A7端口，A7端口通过第一端口单元馈电同轴电缆71与第一标准50Ω接口101连接。 

依靠无源功分器的合路特性把5个水平极化低频单元4组阵，再通过无源滤波器的滤波效应滤掉杂波，采用方向图叠加合成技术，实现水平极化高频一体式单元24与水平极化低频振子单元4组合实现水平极化全频段单元，构成多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口天线。这种技术也称为多频组合合路的方向图叠加合成技术。 

水平极化的全频段覆盖和垂直极化的最大范围频段覆盖使得全向天线能够做到数据的多输入多输出，做到数据接收与发射的全向辐射效果，数据吞吐能力大，能满足第四代移动通信标准4G LTE的频率覆盖要求。能够满足现今单极化天线无法满足多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO）的数据接收与发射，实现MIMO天线的技术特征，并且获得较好的全向方向图效果。 

本发明实施例子为5个水平极化低频单元组阵的主要技术指标如下: 

频率范围：2×（698～960/1710～2700MHz）；增益dBi：垂直极化2/5，水平极化2/5；不圆度值-dB:±2.5；隔离度-dB:≥25；电压驻波比：垂直极化≤1.5，水平极化≤2.0；极化方式：垂直极化、水平极化。 

垂直极化单元天线13通过第二端口单元馈电同轴电缆72与第二标准50Ω接口102连接。 

图7是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线在水平极化频率为F=880MHz时，在大型室内微波暗室实际测试结果。从图7显示的测试结果可 知，此天线在频率为F=880MHz的360度辐射方向图圆度值能够达到较好的±2.5dB，垂直面半功率波束宽度85°，方向图有一定的下倾角度，满足室内覆盖天线的安装要求。 

图8是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线在水平极化频率为F=2200MHz时，在大型室内微波暗室实际测试结果。从图7显示的测试结果可知，此天线在频率为F=2200MHz的360度辐射方向图圆度值能够达到较好的±2.5dB，垂直面半功率波束宽度65°，方向图有一定的下倾角度，满足室内覆盖天线的安装要求。 

图9是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的垂直极化端口极化电压驻波比。从图9中可以看出，垂直极化端口极化电压驻波比获得了很好的效果。图10是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的水平极化端口极化电压驻波比。从图10中可以看出，水平极化端口极化电压驻波比获得了很好的效果。图11是本发明一种多频段宽频双极化LTE全向天线的隔离度测试结果。从图11中可以看出，隔离度获得了很好的效果。结合图9-11可知，垂直极化天线与水平极化天线的电压驻波比分别满足≤1.5与≤2.0的指标要求；隔离度为同频异极化≥25dB。 

本发明的提供的多频段宽频双极化LTE全向天线，垂直极化单元天线13、水平极化低频振子单元4、水平极化高频一体式单元24等部件的尺寸和参数是经先进的计算机模拟技术优化设计而成，辐射效果更佳，覆盖范围更广，数据承载能力更强。 

本发明的提供的多频段宽频双极化LTE全向天线，结构新颖、容易实现宽频带工作，双端口多输入多输出接收与发射信号；能够满足第四代移动通信标准4G LTE室内覆盖频率的要求。可以解决现今运营商布网所需要的天线需求， 达到室内覆盖大数据承载能力的性能需要。 

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，包括：无源功分滤波器（1）、水平极化低频振子单元（4）、水平极化高频单元；所述水平极化低频振子单元（4）至少为3片，所述水平极化低频振子单元（4）、水平极化高频单元通过单元馈电同轴电缆（2）与无源功分滤波器（1）连接。

2.如权利要求1所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，还包括：垂直极化单元天线（13）；所述垂直极化单元天线（13）包括片状渐变式单极子。

3.如权利要求2所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述垂直极化单元天线（13）通过第二端口单元馈电同轴电缆（72）与第二标准50Ω接口（102）连接。

4.如权利要求3所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述水平极化高频单元具体为：水平极化高频一体式单元（24），所述垂直极化单元天线（13）位于水平极化高频一体式单元（24）的上部。

5.如权利要求4所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述片状渐变式单极子以水平极化高频一体式单元（24）的金属面作所述垂直极化单元天线（13）的大地/反射面。

6.如权利要求1所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述无源功分滤波器（1）包括：698～960MHz无源功分器与698～2700MHz的无源滤波器。

7.如权利要求6所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述无源功分器的端口由微带线与无源滤波器的低频端口连接。

8.如权利要求1所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，还包括：塑料底板（5）；所述塑料底板（5）上部设置5个水平极化低频振子单元（4）；所述无源功分滤波器（1）设置A1、A2、A3、A4、A5、A6端口，所述5个水平极化低频振子单元（4）通过5根等长的单元馈电同轴电缆（2）分别与A1、A2、A3、A4、A5端口连接；所述水平极化高频一体式单元（24）通过单元馈电同轴电缆（2）与A6端口连接。

9.如权利要求8所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述水平极化低频振子单元（4）的中心频率为1/2λ。

10.如权利要求9所述一种多频段宽频双极化LTE全向天线，其特征在于，所述无源功分滤波器（1）设置A7端口，A7端口通过第一端口单元馈电同轴电缆（71）与第一标准50Ω接口（101）连接。

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