CN104798253A - 提供有用于延伸用于移动通信基站的波束宽度的装置的天线 - Google Patents
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Abstract
所公开的是一种提供有用于扩展用于移动通信基站的波束宽度的装置的天线。根据本发明的实施例的用于基站的天线包括：反射器板；布置在该反射器板上的发射元件；以及用于扩展波束的宽度的装置，所述装置被固定布置在距该发射元件在其发射方向上的先前设定的距离处并且由薄金属制成。
Description
技术领域
本发明涉及使用在移动通信系统中的基站天线，并且更具体地涉及具有用于扩展包括在天线中的辐射元件的波束宽度的波束宽度扩展装置的基站天线。
背景技术
使用在移动通信系统中的基站以及转发器中的天线可以具有各种形状和结构，并且近年来，基站天线已经一般地通过应用极化分集方法来使用双带双极化天线结构。
双带双极化天线一般具有一种结构，其中处于低频带（例如700MHz的频带）中的第一辐射元件和处于高频带（例如1.9GHz的频带）中的第二辐射元件被适当地布置于在纵向方向上直立的至少一个反射板上。第一和第二辐射元件被用于发射（或接收）以相对于竖直（或水平）的+45°和-45°布置的两个正交线性极化。
这样的双带双极化天线的示例在首次由Kathrein-Verke AG提交的韩国专利申请No. 2000-7010785（题为“双极化多量程天线”）中被公开。
同时，由基站天线的每一个辐射元件（和辐射元件的组合）生成的辐射波束的水平波束宽度是对应天线的非常重要的特性之一。已经进行了对于辐射元件和天线的设计的不断研究以满足对于服务条件和环境而言所要求的波束宽度。在可能的情况下，已经在增加波束宽度的方向上进行了研究以便允许对应天线具有更宽的覆盖范围。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是提供一种包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线，该波束宽度扩展装置可以用比较简单的结构和最小的设备添加来扩展辐射元件的波束宽度而在可能的情况下不影响天线的辐射特性。
技术方案
依照本发明的一个方面，提供了一种包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线。该移动通信基站天线包括：反射板；安装在该反射板上的辐射元件；以及固定安装成从该辐射元件向上分离预设距离并且由薄金属主体构成的波束宽度扩展装置。
有利效果
如以上所描述的，根据本发明的包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线可以用比较简单的结构和最小的设备添加来扩展辐射元件的波束宽度而在可能的情况下不影响天线的辐射特性。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的移动通信基站天线中的波束宽度扩展装置的平面视图；
图2A和2B图示了根据本发明的实施例的安装到移动通信基站天线的每一个辐射元件的波束宽度扩展装置的结构；
图3是在图2A和2B中图示的辐射元件和波束宽度扩展装置的透视图；
图4A和4B图示了根据本发明的实施例的包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线的结构；以及
图5示意性地图示了一种状态，其中波束宽度由根据本发明的实施例的安装到移动通信基站天线的每一个辐射元件的波束宽度扩展装置所扩展。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例。在附图和涉及附图的描述中，在可能的情况下由相同的附图标记指示相同的元件。
图1是根据本发明的实施例的移动通信基站天线中的波束宽度扩展装置的平面视图。图2A和2B是根据本发明的实施例的安装到移动通信基站天线的每一个辐射元件的波束宽度扩展装置的侧视图和平面视图，其中图2A和2B图示了一种状态，其中图1中图示的波束宽度扩展装置被安装到辐射元件。图3是在图2A和2B中图示的辐射元件和波束宽度扩展装置的透视图。
参考图1至3，根据本发明的实施例的将安装到移动通信基站天线的波束宽度扩展装置10被固定安装成在辐射元件的辐射方向上从移动通信基站天线的每一个辐射元件2间隔开适当距离。
波束宽度扩展装置10可以由例如圆形薄金属主体构成。波束宽度扩展装置10可以由导电材料制成的薄金属主体构成。例如，波束宽度扩展装置10可以以其中铜或铝薄金属主体被镀有银的结构来构成。
基于从辐射元件2辐射的波束的中心来将波束宽度扩展装置10布置在辐射元件2上方（即例如，布置成使得波束宽度扩展装置10与辐射元件2共享相同的中心轴）。波束宽度扩展装置10被布置成包括在从辐射元件2在初始阶段辐射的波束的波束宽度内以具有对所辐射波束的图案的直接影响。在这种情况中，全面考虑到来自辐射元件2的初始辐射波束的图案、根据波束宽度扩展装置10的安装的辐射图案中的改变、辐射损失等等来设计波束宽度扩展装置10的总体尺寸和形状以及其安装位置。
图5图示了一种状态，其中当波束宽度扩展装置10被布置在辐射元件2上方时，从辐射元件2辐射的波束的波束宽度进行扩展。图5（a）示意性地图示了在其中未安装波束宽度扩展装置10的一般状态中从辐射元件2辐射的波束的波束宽度，并且图5（b）示意性地图示了在其中安装了根据本发明的实施例的波束宽度扩展装置10的状态中从辐射元件2辐射的波束的波束宽度。如图5中图示的，在一般状态中，从辐射元件2辐射的波束的波束宽度可以是60度，而当安装了本发明的波束宽度扩展装置10时，从对应辐射元件2辐射的波束的波束宽度可以是70到90度。
由于波束宽度扩展装置10所引起的波束宽度的扩展是基于以下原理：当靠近辐射波束的辐射元件2的一部分放置具有介电常数的物体时，波束的辐射图案进行改变。
当然，在该情况中，靠近辐射波束的辐射元件2的该部分放置的波束宽度扩展装置10导致在辐射增益方面的损失，并且因此波束宽度扩展装置10被构造得尽可能薄以便减少这样的损失。在其中将波束宽度扩展装置10构造得足够薄的情况中，即使由于这一点而导致损失，充分满足对于对应辐射元件2而言所要求的辐射特性也是可能的。
波束宽度扩展装置10可以具有如图1中图示的平面圆环形状，并且此外可以具有从圆环形状向内延伸（例如朝向中心）的一个或多个分支部分140。同样地，分支部分140由薄金属片构成。此外，波束宽度扩展装置10可以具有形成在分支部分140和圆环形状中的多个通孔120，其中以下将描述的支撑部分12被插入到通孔120中并且紧固到通孔120。
包括多个分支部分140的波束宽度扩展装置10的详细结构以相同的方式对从辐射元件2辐射的波束的图案具有影响。由于比较小的结构差异也导致波束图案（特别地，波束宽度）中的相当大的变化，因此当添加或修改详细结构时通过在实验上标识对应辐射特性来获取最优结构。
在其中具有这样的配置的波束宽度扩展装置10被布置在辐射元件2上方的情况中，波束宽度扩展装置10通过如图2A中清楚图示的分离支撑部分12紧固到反射板1。支撑部分12可以由诸如塑料之类的合成树脂形成，以在可能的情况下不影响辐射元件2的辐射特性，并且可以包括经由形成在波束宽度扩展装置10中的通孔120耦合的螺丝（由塑料制成）以固定波束宽度扩展装置10。另外，在该情况中，支撑部分12可以以螺丝耦合方式通过预先形成在反射板1中的螺纹孔（未图示）被紧固到反射板1。此时，可以看到支撑部分12被配置和安装成使得每一个支撑部分的一侧耦合到反射板1并且其另一侧耦合到波束宽度扩展装置10。
当然，甚至在该情况中，从辐射元件2辐射的波束的图案被支撑波束宽度扩展装置10的支撑部分12所影响。因此，附加地考虑这一点来设计支撑部分12和波束宽度扩展装置19的详细结构和安装位置。
图4A图4B图示了根据本发明的实施例的包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线的结构，其中图4A图示了侧面结构，并且图4B图示了平面结构。图4A和4B中图示的基站天线具有一种结构，其中处于700MHz的低频带中的第一辐射元件3和处于1.9GHz的高频带中的第二辐射元件2被适当地布置于在纵向方向上直立的反射板1上，其中四个第二辐射元件2被布置在第一辐射元件3的左上和右侧以及左下和右侧上。在该情况中，根据本发明的实施例的波束宽度扩展装置10被布置在每一个第二辐射元件2上方。在图4A和4B中图示的第二辐射元件2和波束宽度扩展装置10可以具有与图1至3中图示的辐射元件2和波束宽度扩展装置10相同的结构。
参考图4A和4B，可以看到，波束宽度扩展装置10被布置在第二辐射元件2上方以扩展第二辐射元件2的波束宽度。在该情况中，考虑到靠近波束宽度扩展装置的第一辐射元件3，波束宽度扩展装置10的安装高度和尺寸被设计成在可能的情况下不导致对第一辐射元件3的辐射特性的严重破坏。
此外，如图4A和4B中图示的，由与反射板1相同的材料制成的辅助侧壁4被附加地安装在第二辐射元件2的相对侧上以便扩展第二辐射元件2的波束宽度。这样的辅助侧壁4可以被附加地用于扩展第二辐射元件2的波束宽度，在这种情况中第二辐射元件2的波束宽度可以通过适当设计辅助侧壁4的高度来优化。
为了扩展第二辐射元件2的波束宽度，可以附加地考虑增加第二辐射元件2的高度。然而，将第二辐射元件2的高度增加至适当值或更大可能使电压驻波比（VSWR）特性降级并且影响靠近第二辐射元件2布置的第一辐射元件3的辐射特性。
此外，可以考虑用于通过减小反射板1的宽度扩展辐射元件的波束宽度的方法。然而，当反射板1的宽度被减小到适当值或更小时，天线的前后比（FBR）由于接地接触面积中的不足而被降级。
因此，为了扩展第二辐射元件2的波束宽度，适当地设计辅助侧壁4、第二辐射元件2的高度和反射板1的宽度。这帮助第二辐射元件2的波束宽度在满足对于整个天线而言所要求的辐射特性的范围中被尽可能宽地形成。此外，可以附加地提供根据本发明的波束宽度扩展装置10，从而加倍波束宽度扩展效果。
而且，根据本发明的波束宽度扩展装置可以以比较简单的方式被附加地安装而没有现有天线的辐射元件结构中的任何改变，从而扩展对应天线的辐射元件的波束宽度。
可以如以上所描述的那样进行根据本发明的实施例的包括波束宽度扩展装置的移动通信基站天线的配置和操作，并且尽管上文已经描述了本发明的具体实施例，但是可以做出各种修改而不脱离于本发明的范围。
在以上描述的实施例中，已经说明了波束宽度扩展装置具有带有向内延伸的多个分支部分的圆形互连环形状。然而，波束宽度扩展装置可以具有非互连结构，或者可以具有矩形形状或者包括向外而不是向内延伸的分支部分。
在以上描述的实施例中，已经说明了支撑部分通过使用在波束宽度扩展装置中形成的通孔来固定波束宽度扩展装置。然而，支撑部分可以具有各种结构，诸如以使用夹具结构来支持波束宽度扩展装置的一部分的这样的方式来固定波束宽度扩展装置。
在以上描述的实施例中，已经说明了第一辐射元件和第二辐射元件被布置在如图4A和4B中图示的特定结构中。然而，第一辐射元件和第二辐射元件可以具有各种布置结构。此外，天线可以仅由特定结构中的第二辐射元件来实现，在这种情况中，本发明的波束宽度扩展装置可以被安装于此。另外，尽管在以上实施例中已经说明了仅将波束宽度扩展装置安装到第二辐射元件，但是本发明的波束宽度扩展装置还可以被实现在第一辐射元件中。
Claims (7)
1. 一种具有波束宽度扩展装置的移动通信基站天线，包括：
反射板；
辐射元件，其被安装在所述反射板上；以及
波束宽度扩展装置，其被固定安装成在辐射方向上从所述辐射元件间隔开预设距离并且由薄金属主体构成。
2. 权利要求1的移动通信基站天线，其中所述波束宽度扩展装置是由导电材料制成的薄金属主体。
3. 权利要求1的移动通信基站天线，其中所述波束宽度扩展装置具有圆环形状并且包括朝向圆环的中心延伸的分支部分。
4. 权利要求1的移动通信基站天线，其中所述波束宽度扩展装置通过分离的支撑部分被固定安装到所述反射板。
5. 权利要求1的移动通信基站天线，其中由与所述反射板相同的材料制成的辅助侧壁被附加地安装在所述辐射元件的相对侧上。
6. 权利要求1的移动通信基站天线，其中所述波束宽度扩展装置与所述辐射元件共享相同的中心轴。
7. 权利要求4的移动通信基站天线，其中所述支撑部分具有耦合到所述反射板的一侧和耦合到所述波束宽度扩展装置的另一侧并且由合成树脂形成。
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