CN105703084A - 一种室分天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室分天线，通过在两两相互垂直的第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上各放置两个平行的偶极子，六个偶极子相互正交，形成三极化天线，实现三路数据流，利用室内传播方向复杂特点获得MIMO效果，提高系统的容量、频谱利用率，每个极化方向的偶极子平行设计组成阵列，实现加工工艺的合理设计，同时能够通过相应幅值和相位组合在不改变天线结构的前提下，改变天线电磁场辐射方向，适应不同室内覆盖场景需求，且占用空间较小。所述室分天线，包括：巴伦结构、馈电点、六条馈电连接导体、镜像反射接地板、馈电网络板、第一极化方向上两个平行的偶极子、第二极化方向上两个平行的偶极子和第三极化方向上两个平行的偶极子。

Description

一种室分天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种室分天线。

背景技术

现有应用于室分系统的通信天线是单极化或双极化，单极化或双极化室分天线在频谱利用率上、容量上和天线辐射方向性上都已经不能满足第三代移动通信技术(3rdGeneration，3G)、第四代移动通信技术(4-Generation4G)以及未来网络和业务发展的要求。

目前广泛使用的单极化室分天线组合可以实现系统对天线的高容量要求，但是单极化天线阵列组阵后占用空间较大(相隔5-10工作波长)，这对实际室内分布施工条件要求较高，如何解决好单极化天线实现多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)效果，提高系统频谱利用率，提高容量后占用的空间过大成为问题。

双极化天线方向性过强，多数是壁挂式，不如吸顶式覆盖范围效果好，且仅有两路信号，略显不够，辐射方向不可调整难以适应多场景室内分布应用。而实际中引入第三路信号，天线设计上就会有很大难度，不仅要有辐射稳定的性能、还要有很好的隔离带，并且要解决三个极化的振子如何实现加工工艺上的合理设计。

综上所述，现有的单极化和双极化天线在频谱利用率上、容量上和天线辐射方向性上都已不能满足未来网络和业务的发展要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种室分天线，通过在两两相互垂直的第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上各放置两个平行的偶极子，六个偶极子相互正交，形成三极化天线，实现三路数据流，利用室内传播方向复杂特点获得MIMO效果，提高系统的容量、频谱利用率，满足宽带数据业务要求，而且每个极化方向的偶极子平行设计组成阵列，实现加工工艺的合理设计，同时能够通过相应幅值和相位组合在不改变天线结构的前提下，改变天线电磁场辐射方向，适应不同室内覆盖场景需求，且占用空间较小。

本发明实施例提供的一种室分天线，包括：巴伦结构、馈电点、六条馈电连接导体、镜像反射接地板、馈电网络板、第一极化方向上两个平行的偶极子、第二极化方向上两个平行的偶极子和第三极化方向上两个平行的偶极子；其中，所述第一极化方向、所述第二极化方向和所述第三极化方向两两相互垂直，每两个相互垂直的偶极子形成一个双极化十字结构，每一所述偶极子用于辐射天线信号，由一对偶极子臂组成；每一对所述偶极子臂包括一正臂和一负臂，每一对偶极子臂的正臂和负臂的一端与一个巴伦结构相连接，另一端均设有一个馈电点，每一条馈电连接导体设有相互绝缘的内导体和外导体，每一正臂上的馈电点与一条馈电连接导体的内导体电连接，每一负臂上的馈电点与一条馈电连接导体的外导体电连接，每一条馈电连接导体的内导体与所述馈电网络板相连接，每一条馈电连接导体的外导体与一个巴伦结构相连接，每一巴伦结构固定于所述镜像反射接地板上。

本发明实施例提供的上述室分天线中，通过在两两相互垂直的第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上各放置两个平行的偶极子，六个偶极子相互正交，形成三极化天线，与现有技术中单极化和双极化室分天线相比，实现三路数据流，利用室内传播方向复杂特点获得MIMO效果，提高系统的容量、频谱利用率，满足宽带数据业务要求，而且每个极化方向的偶极子平行设计组成阵列，实现加工工艺的合理设计，同时能够通过相应幅值和相位组合在不改变天线结构的前提下，改变天线电磁场辐射方向，适应不同室内覆盖场景需求，且占用空间较小。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，任意两个偶极子与所述镜像反射接地板的夹角相等。

本发明实施例提供的上述室分天线中，第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上放置的偶极子与镜像反射接地板的夹角相等，也即三个极化方向与地球表面或室内地平面成相等的球面角，并非简单的垂直向上和水平振荡，有利于利用室内传播环境复杂反射获得MIMO多路径效果，同时三对偶极子阵子天线单独辐射，具有良好的隔离度性能，可以进一步提高通信系统信道容量和频谱利用率。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，每一对偶极子臂均为对称结构。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，每一对偶极子臂中每个子臂的长度大于或等于1/5λ且小于或等于3/4λ，其中，λ为天线波束的波长。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，每一对偶极子臂为良导体偶极子臂。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，每一对偶极子臂中偶极子臂的形状包括以下一种或多种：圆柱形、喇叭形、水滴形。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，所述偶极子臂横截面的直径大于或等于1毫米。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，每一对偶极子臂中每个子臂与所述镜像反射接地板的距离大于或等于1/4λ且小于或等于2λ，其中，λ为天线波束的波长。

在本发明实施例提供的上述室分天线中，通过调整镜像反射接地板与偶极子臂的距离，例如：利用螺扣调节，实现室分天线谐振频段回波损耗性能和增益性能优化，并可以使全向天线的增益方向图下压，提升室分天线的覆盖性能。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，所述镜像反射接地板包括：平面结构、球面结构或锥面结构。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述室分天线中，还包括：外罩，所述外罩与所述镜像反射接地板固定连接。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种室分天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种室分天线偶极子的位置关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种室分天线双极化十字的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的一种室分天线的具体实施方式进行详细地说明。

本发明实施例提供的室分天线，回波损耗低、增益高、互干扰小且具有多输入多输出特性和不同环境下全向辐射和定向辐射切换功能，可按需求灵活锁定全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunication，GSM)网络、码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)网络、宽带码分多址(WidebandCodeDivisionMultipleAccess，WCDMA)网络、CDMA2000、时分同步码分多址(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，TD-SCDMA)网络、分时长期演进(TimeDivisionLongTermEvolution，TD-LTE)网络和无线局域网络(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等频段。

本发明实施例提供的一种室分天线，包括：巴伦结构、馈电点、六条馈电连接导体、镜像反射接地板、馈电网络板、第一极化方向上两个平行的偶极子、第二极化方向上两个平行的偶极子和第三极化方向上两个平行的偶极子；其中，第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向两两相互垂直，每两个相互垂直的偶极子形成一个双极化十字结构，每一偶极子用于辐射天线信号，由一对偶极子臂组成；每一对偶极子臂包括一正臂和一负臂，每一对偶极子臂的正臂和负臂的一端与一个巴伦结构相连接，另一端均设有一个馈电点，每一条馈电连接导体设有相互绝缘的内导体和外导体，每一正臂上的馈电点与一条馈电连接导体的内导体电连接，每一负臂上的馈电点与一条馈电连接导体的外导体电连接，每一条馈电连接导体的内导体与馈电网络板相连接，每一条馈电连接导体的外导体与一个巴伦结构相连接，每一巴伦结构固定于镜像反射接地板上。

本发明实施例提供的室分天线中，通过在两两相互垂直的第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上各放置两个平行的偶极子，六个偶极子相互正交，形成三极化天线，与现有技术中单极化和双极化室分天线相比，实现三路数据流，利用室内传播方向复杂特点获得MIMO效果，提高系统的容量、频谱利用率，满足宽带数据业务要求，而且每个极化方向的偶极子平行设计组成阵列，实现加工工艺的合理设计，同时能够通过相应幅值和相位组合在不改变天线结构的前提下，改变天线电磁场辐射方向，适应不同室内覆盖场景需求，且占用空间较小。

具体实施时，如图1和图2所示，本发明实施例提供的室分天线，包括：第一极化方向上两个平行的偶极子(偶极子臂1与偶极子臂4组成的偶极子、偶极子臂1＇与偶极子臂4＇组成的偶极子)、第二极化方向上两个平行的偶极子(偶极子臂2与偶极子臂3组成的偶极子、偶极子臂2＇与偶极子臂3＇组成的偶极子)、第三极化方向上两个平行的偶极子(偶极子臂5与偶极子臂6组成的偶极子、偶极子臂5＇与偶极子臂6＇组成的偶极子)，巴伦结构7、巴伦结构8、镜像反射接地板9、馈电网络板10以及馈电连接导体11，第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向两两相互垂直，例如：直角坐标系中三个坐标轴的方向，馈电网络板10与镜像反射接地板9重叠，位于镜像反射接地板9的下方。

在室分天线的结构上，每个极化方向上由两个偶极子组成，三个极化方向两两相互垂直，也即每个极化方向上的偶极子分别与另外两个极化方向上的偶极子垂直，则每两个相互垂直的偶极子形成一个双极化十字结构，室分天线由三组双极化十字结构组成(如图1所示)。六个偶极子两两平行，分别与三个极化方向一致，平行的偶极子辐射场在空间叠加，叠加效果相当于在中心位置放置一个偶极子，辐射效果更强，并且解决了馈电点位置难以摆放的难题。

下面结合图3对室分天线偶极子臂、巴伦结构、馈电连接导体的连接关系进行说明。

如图3所示，两个相互垂直的偶极子(包括偶极子臂1、偶极子臂2、偶极子臂3和偶极子臂4)、馈电连接导体11、馈电连接导体12、巴伦结构7和巴伦结构8，每个偶极子由一对偶极子臂组成，每对偶极子臂由一正臂和一负臂组成，例如：偶极子臂1和偶极子臂4为一对偶极子臂，其中，偶极子臂1可以是正臂，偶极子臂4为负臂，当然，偶极子臂1也可以是负臂，则偶极子臂4为正臂。馈电连接导体设有相互绝缘的内导体和外导体，偶极子臂的一段与巴伦结构相连接，另一端设置有馈电点，正臂的馈电点与馈电连接导体的内导体电连接，负臂的馈电点与馈电连接导体的外导体电连接，馈电连接导体的内导体通过馈电网络板与通信系统的信号接收和发射电路相连接，馈电连接导体的外导体与巴伦结构相连接，巴伦结构固定于镜像反射接地板上。

其中，在室分天线结构中，增加巴伦结构，以完善天线辐射的阻抗匹配。六条馈电连接导体两两一组分为三组输入输出，并与天线的馈电网络板相连接，通过更换不同的馈电网络板(或调整馈电网络对应偶极子通路上的绝缘垫片调整相位)，使不同相位、幅值的信号传输到三组馈电连接导体内，分别馈电到六个偶极子上，实现天线辐射方向的调整，实现不同场景下对天线增益性能的要求，单一天线使用时达到智能调节的目的。

与用于通信系统的常规天线相比，本发明实施例提供的室分天线还具有以下突出优点和显著的效果：

本发明实施例提供的室分天线，对单天线工作时通过动态相位调整跟踪终端客户，实现室内三极化智能天线效果。例如：当该天线用于TD-LTE系统中，系统可根据用户终端上传信息在三极化方向偶极子上获得的幅值和相位数值，确定三极化方向偶极子发射信号的幅值和相位数值，获得指向用户终端的天线发射波束，从而提高系统的抗干扰能力。

本发明实施例提供的室分天线，采用三极化理论、镜像反射技术和电调相位技术实现天线设计，该天线频谱利用率高，使得天线系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务，增幅辐射特性好，使用户终端接收到更强的信号，其绝对带宽宽，满足容量要求大、天线回波损耗小、增益覆盖均匀，满足常规通信系统对天线的技术标准要求，实现用户对高速率的数据业务的要求，相比单极化和双极化天线，进一步提高通信系统信道容量和频谱利用率。

本发明实施例提供的室分天线相互正交的三组偶极子在三个极化方向中的摆放方式，使得室分天线占用空间较小、结构简单、成本低、性能好、易于集成和批量生产，其两两组阵方式，使天线加工难度降低，利于实现产品制造。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，任意两个偶极子与所述镜像反射接地板的夹角相等。

本发明实施例提供的室分天线中，第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上放置的偶极子与镜像反射接地板的夹角相等，也即三个极化方向与地球表面或室内地平面成相等的球面角，并非简单的垂直向上和水平振荡，有利于利用室内传播环境复杂反射获得MIMO多路径效果，同时三对偶极子阵子天线单独辐射，具有良好的隔离度性能，可以进一步提高通信系统信道容量和频谱利用率。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，每一对偶极子臂均为对称结构。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，每一对偶极子臂中每个子臂的长度大于或等于1/5λ且小于或等于3/4λ，其中，λ为天线波束的波长。

值得说明的是，偶极子臂的长度大于或等于1/5λ且小于或等于3/4λ，其物理尺寸可以依据覆盖频段的改变而不同。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，每一对偶极子臂为良导体偶极子臂。

作为较为优选的实施方式，偶极子臂可以使用紫铜材质。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，每一对偶极子臂中偶极子臂的形状包括以下一种或多种：圆柱形、喇叭形、水滴形。

具体实施时，偶极子臂的形状可以有多种，例如：圆柱形、喇叭形或水滴形，实现天线频带拓宽；也可以通过分析递归技术实现天线的小型化设计。当然，本领域技术人员应当理解的是，在本发明其它实施例中，偶极子臂的形状还可以有其它形状，此处并不用于具体限定。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，偶极子臂横截面的直径大于或等于1毫米。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，每一对偶极子臂中每个子臂与所述镜像反射接地板的距离大于或等于1/4λ且小于或等于2λ，其中，λ为天线波束的波长。

在本发明实施例提供的室分天线中，通过调整镜像反射接地板与偶极子臂的距离，例如：利用螺扣调节，实现室分天线谐振频段回波损耗性能和增益性能优化，并可以使全向天线的增益方向图下压，提升室分天线的覆盖性能。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，镜像反射接地板包括：平面结构、球面结构或锥面结构。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的室分天线中，还包括：外罩，所述外罩与所述镜像反射接地板固定连接。

在本发明实施例提供的室分天线中，馈电连接导体可以使用国标同轴电缆，馈电连接导体的内导体为同轴电缆的芯线，外导体为同轴电缆的金属屏蔽套；镜像反射接地板可以采用铜或铝反射板，镜像反射接地板连接到天线外罩固定于室内的吊顶上；馈电网络板可以采用覆铜板或漆包延长线方式制作，相对延长某一路的传输相位和相对幅值。

综上所述，本发明实施例提供的一种室分天线，通过在两两相互垂直的第一极化方向、第二极化方向和第三极化方向上各放置两个平行的偶极子，六个偶极子相互正交，形成三极化天线，实现三路数据流，利用室内传播方向复杂特点获得MIMO效果，提高系统的容量、频谱利用率，满足宽带数据业务要求，而且每个极化方向的偶极子平行设计组成阵列，实现加工工艺的合理设计，同时能够通过相应幅值和相位组合在不改变天线结构的前提下，改变天线电磁场辐射方向，适应不同室内覆盖场景需求，且占用空间较小。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种室分天线，其特征在于，包括：

巴伦结构、馈电点、六条馈电连接导体、镜像反射接地板、馈电网络板、第一极化方向上两个平行的偶极子、第二极化方向上两个平行的偶极子和第三极化方向上两个平行的偶极子；

其中，所述第一极化方向、所述第二极化方向和所述第三极化方向两两相互垂直，每两个相互垂直的偶极子形成一个双极化十字结构，每一所述偶极子用于辐射天线信号，由一对偶极子臂组成；

每一对所述偶极子臂包括一正臂和一负臂，每一对偶极子臂的正臂和负臂的一端与一个巴伦结构相连接，另一端均设有一个馈电点，每一条馈电连接导体设有相互绝缘的内导体和外导体，每一正臂上的馈电点与一条馈电连接导体的内导体电连接，每一负臂上的馈电点与一条馈电连接导体的外导体电连接，每一条馈电连接导体的内导体与所述馈电网络板相连接，每一条馈电连接导体的外导体与一个巴伦结构相连接，每一巴伦结构固定于所述镜像反射接地板上。

2.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，任意两个偶极子与所述镜像反射接地板的夹角相等。

3.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，每一对偶极子臂均为对称结构。

4.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，每一对偶极子臂中每个子臂的长度大于或等于1/5λ且小于或等于3/4λ，其中，λ为天线波束的波长。

5.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，每一对偶极子臂为良导体偶极子臂。

6.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，每一对偶极子臂中偶极子臂的形状包括以下一种或多种：圆柱形、喇叭形、水滴形。

7.根据权利要求6所述的室分天线，其特征在于，所述偶极子臂横截面的直径大于或等于1毫米。

8.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，每一对偶极子臂中每个子臂与所述镜像反射接地板的距离大于或等于1/4λ且小于或等于2λ，其中，λ为天线波束的波长。

9.根据权利要求1所述的室分天线，其特征在于，所述镜像反射接地板包括：平面结构、球面结构或锥面结构。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的室分天线，其特征在于，还包括：

外罩，所述外罩与所述镜像反射接地板固定连接。