CN105811109A - 一种高增益大下倾角电调天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高增益大下倾角电调天线。通过采用合适的移相器、三功分器、二功分器等共同组成一个幅度相位最优的馈电网络，合理设计每个器件的电气特性以及每个器件之间的馈电电缆的尺寸，进而实现一种高增益大下倾角电调天线。具有相位调节精度高，辐射方向图的上副瓣指标优良，且指标的批量一致性好，能够大大减小了移动信号的越区覆盖，可以保证移动通信的优良性能。

Description

一种高增益大下倾角电调天线
技术领域
本发明涉及一种用于移动通信领域的设备，具体的是一种涉及移动通信领域的基站天线，特别是一种高增益大下倾角电调天线。
背景技术
随着我国移动通信行业的不断发展，特别是4G的商用，为了满足市区高话务量和高数据业务的需求，各大运营商的基站站址的间距越来越小，而天线安装位置较高，普通电调天线的波束覆盖范围较大，容易产生越区覆盖，特别是4G的站址很密，越区覆盖问题更为严重，从而造成信号干扰，影响移动通信质量。
目前行业内的天线主要为普通基站天线以及电调基站天线，普通基站天线为了减少越区覆盖实现大下倾角只能通过机械方式调整下倾角，而常规的电调基站天线的下倾角一般只有0-10°的范围，为了减少越区覆盖实现大下倾角，在工程使用过程中只能在辅助使用机械下倾的基础上再使用电调下倾，但一旦使用了机械下倾，方向图的畸变就难以避免，从而也影响到了天线的覆盖质量和效果。
另外电调天线在下倾角越来越大时，会使得天线的馈电网络的线长加长，信号损耗变大，同时相位的控制误差变大，从而导致大下倾角的天线的增益偏低，进而使得天线的覆盖范围减小。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于解决现有技术的不足和缺陷，提供了一种馈电网络线长短，损耗小，相位精度高，实现了大下倾角（电调下倾角范围为15°-25°）的同时保持高增益的天线。
为实现上述目的，本发明提供一种高增益大下倾角电调天线，具体的技术方案如下：
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线包括反射板1、设置于反射板正面的四个双极化振子的阵列，分别为阵列1（2.1）、阵列2（2.2）、阵列3（2.3）、阵列4（2.4）、设置于反射板背面的移相器机构及其传动机构、以及三功分器和二功分器，从而实现天线幅度和相位的分配。
所述移相器机构包括有8个移相器，分别为移相器1(3.1)、移相器2(3.2)、移相器3(3.3)、移相器4(3.4)、移相器5(3.5)、移相器6(3.6)、移相器7(3.7)和移相器8(3.8)；
所述三功分器有4个，分别为三功分器1(5.1)、三功分器2(5.2)、三功分器3(5.3)、三功分器4(5.4)；
所述二功分器有16个，分别为二功分器1(6.1)、二功分器2(6.2)、二功分器3(6.3)、二功分器4(6.4)、二功分器5(6.5)、二功分器6(6.6)、二功分器7(6.7)、二功分器8(6.8)、二功分器9(6.9)、二功分器10(6.10)、二功分器11(6.11)、二功分器12(6.12)、二功分器13(6.13)、二功分器14(6.14)、二功分器15(6.15)、二功分器16(6.16)；
每个阵列的馈电网络均包括2个移相器、1个三功分器、4个二功分器；
阵列1(2.1)由移相器1(3.1)和移相器2(3.2)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列2(2.2)由移相器3(3.3)和移相器4(3.4)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列3(2.3)由移相器5(3.5)和移相器6(3.6)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列4(2.4)由移相器7(3.7)和移相器8(3.8)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，所述传动机构由拉杆1（4.1）、拉杆2（4.2）、拉杆3（4.3）、拉杆4（4.4）以及传动板（4.5）；拉杆1（4.1）、拉杆2（4.2）、拉杆3（4.3）、拉杆4（4.4）分别与传动板（4.5）连接。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列1(2.1)的馈电网络包括移相器1(3.1)和移相器2(3.2)以及三功分器1(5.1)和二功分器1(6.1)、二功分器2(6.2)、二功分器3(6.3)、二功分器4(6.4)；拉杆1（4.1）控制阵列1（2.1）。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列2(2.2)的馈电网络包括移相器3(3.3)和移相器4(3.4)以及三功分器2(5.2)和二功分器5(6.5)、二功分器6(6.6)、二功分器7(6.7)、二功分器8(6.8)；拉杆2（4.2）控制阵列2（2.2）。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列3(2.3)的馈电网络包括移相器5(3.5)和移相器6(3.6)以及三功分器3(5.3)和二功分器9(6.9)、二功分器10(6.10)、二功分器11(6.11)、二功分器12(6.12)；拉杆3（4.3）控制阵列3（2.3）。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列4(2.4)的馈电网络包括移相器7(3.7)和移相器8(3.8)以及三功分器4(5.4)和二功分器13(6.13)、二功分器14(6.14)、二功分器15(6.15)、二功分器16(6.16)；拉杆4（4.4）控制阵列4（2.4）。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，移相器1(3.1)、移相器2(3.2)、移相器3(3.3)、移相器4(3.4)、移相器5(3.5)、移相器6(3.6)、移相器7(3.7)、移相器8(3.8)的结构相同，均包括移相器腔体(7)和移相器PCB板(8)、移相器介质板1(9.1)和移相器介质板2(9.2)、移相器1倍移相端口（10.1）、移相器2倍移相端口（10.2）、移相器3倍移相端口（10.3）、移相器输入端口（10.4），且移相器PCB板（8）位于介质板1（9.1）和介质板2（9.2）中间；每个亏电网络中，拉杆与两个介质板连接。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)、阵列4(2.4)均由11个振子等间距的排列组成。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列1(2.1)的振子、阵列2(2.2)的振子、阵列3(2.3)的振子以及阵列4(2.4)的振子采用错位排列。
所述阵列1（2.1）的馈电网络中，
移相器1（3.1）的移相器1倍移相端口（10.1）和二功分器3（6.3）相连，移相器1（3.1）的移相器2倍移相端口（10.2）和振子3（2.1.3）相连，移相器1（3.1）的移相器3倍移相端口（10.3）和二功分器1（6.1）相连；移相器1（3.1）的移相器输入端口（10.4）和三功分器1（5.1）相连；
移相器2（3.2）的移相器1倍移相端口（10.1）和二功分器4（6.4）相连，移相器2（3.2）的移相器2倍移相端口（10.2）和振子10（2.1.10）相连，移相器2（3.2）的移相器3倍移相端口（10.3）和振子11（2.1.11）相连；移相器2（3.2）的移相器输入端口（10.4）和三功分器1（5.1）相连；
所述阵列2（2.2）、阵列3（2.3）、阵列4（2.4）中馈电网络的组阵方式与阵列1（2.1）馈电网络的组阵方式相同。
在下倾角的初始角度2°时：阵列1(2.1)的移相器1(3.1)、阵列2(2.2)的移相器3(3.3)、阵列3(2.3)的移相器5(3.5)、阵列4(2.4)的移相器7(3.7)的初始位置为其对应的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）处于完全进入到移相器腔体（7）中的状态，即处于移相器介质板的最小位移处。
在下倾角的初始角度2°时：阵列1(2.1)的移相器2(3.2)、阵列2(2.2)的移相器4(3.4)、阵列3(2.3)的移相器6(3.6)、阵列4(2.4)的移相器8(3.8)的初始位置为其对应的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）处于完全拉出移相器腔体（7）的状态，即处于移相器介质板的最大位移处。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线中，阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)以及阵列4(2.4)的四个阵列之间的间距为110mm。
在本发明所述的高增益大下倾角电调天线，其工作频率为F频段（1880-1920MHz）。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的一种高增益大下倾角电调天线，具有可调下倾角范围大（15°-25°），单元的阵列增益高，实现了大下倾角的电调同时保证天线增益指标不下降，同时相位调节精度高，辐射方向图的上副瓣指标优良，大大减小了信号越区覆盖，可以保证移动通信的优良性能。
附图说明
图1高增益大下倾角电调天线反射板正面结构图；
图2高增益大下倾角电调天线反射板背面结构图；
图3高增益大下倾角电调天线的移相器结构图；
图4高增益大下倾角电调天线的移相器介质板最小位移的结构图；
图5高增益大下倾角电调天线的移相器介质板最大位移的结构图；
1、反射板
2.1、阵列1
2.1.1、振子1
2.1.2、振子2
2.1.3、振子3
2.1.4、振子4
2.1.5、振子5
2.1.6、振子6
2.1.7、振子7
2.1.8、振子8
2.1.9、振子9
2.1.10、振子10
2.1.11、振子11
2.2、阵列2
2.3、阵列3
2.4、阵列4
3.1、移相器1
3.2、移相器2
3.3、移相器3
3.4、移相器4
3.5、移相器5
3.6、移相器6
3.7、移相器7
3.8、移相器8
4.1、拉杆1
4.2、拉杆2
4.3、拉杆3
4.4、拉杆4
4.5、传动板
5.1、三功分器1
5.2、三功分器2
5.3、三功分器3
5.4、三功分器4
6.1、二功分器1
6.2、二功分器2
6.3、二功分器3
6.4、二功分器4
6.5、二功分器5
6.6、二功分器6
6.7、二功分器7
6.8、二功分器8
6.9、二功分器9
6.10、二功分器10
6.11、二功分器11
6.12、二功分器12
6.13、二功分器13
6.14、二功分器14
6.15、二功分器15
6.16、二功分器16
7、移相器腔体
8、移相器PCB板
9.1、移相器介质板1
9.2、移相器介质板2
10.1、移相器1倍移相端口
10.2、移相器2倍移相端口
10.3、移相器3倍移相端口
10.4、移相器输入端口。
具体实施方式
本发明采用移相器、三功分器、二功分器共同组成一个幅度相位合适的馈电网络，合理设计每个器件的电气特性以及每个器件之间的馈电电缆的尺寸，进而实现一种高增益大下倾角电调天线。下面结合附图和实例对本发明进行更加详细的描述。
此发明的高增益大下倾角电调天线分为反射板正面的振子面和反射板背面的馈电网络，其中图1为高增益大下倾角电调天线反射板正面结构图，图2为高增益大下倾角电调天线反射板正面结构图，图3为高增益大下倾角电调天线的移相器结构图。
在本优选实施例中，阵列1（2.1）、阵列2（2.2）、阵列3（2.3）、阵列4（2.4）采用阵列间距110mm的方式拉开位移，同时保证每个阵列中的振子与下一个阵列中的振子之间的满足错位排列关系。
在本优选实施例中，阵列1（2.1）、阵列2（2.2）、阵列3（2.3）、阵列4（2.4）的组阵方案和馈电网络保持一致。
具体的以阵列1（2.1）为例，详细描述单个阵列的详细实现方式：
振子1（2.1.1）、振子2（2.1.2）通过二功分器1（6.1）连接到移相器1（3.1）的3倍移相端口(10.3)；振子3（2.1.3）通过馈电线缆连接到移相器1（3.1）的2倍移相端口(10.2)；振子4（2.1.4）、振子5（2.1.5）通过二功分器2（6.2）连接到移相器1（3.1）的1倍移相端口(10.1)。
振子6（2.1.6）、振子7（2.1.7）通过二功分器3（6.3）连接到三功分器1（5.1）的一个端口。
振子8（2.1.8）、振子9（2.1.9）通过二功分器4（6.4）连接到移相器2（3.2）的1倍移相端口(10.1)；振子10（2.1.10）通过馈电线缆连接到移相器2（3.2）的2倍移相端口(10.2)；振子11（2.1.11）通过馈电线缆连接到移相器2（3.2）的3倍移相端口(10.3)。
在天线下倾角度为2°时移相器1（3.1）的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）
的状态为全部进入到移相器腔体7中，介质板1（9.1）和介质板2（9.2）处于最小位移处，具体的见图4。
在天线下倾角度为2°时移相器2（3.2）的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）
的状态为全部拉伸到移相器腔体7外面，介质板1（9.1）和介质板2（9.2）处于最大位移处，具体的见图5。
这样在移相器的传动装置（拉杆）的拉动下，移相器1（3.1）的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）在移相器腔体（7）内部的尺寸会变小；而移相器2（3.2）的介质板1（9.1）和介质板2（9.2）在移相器腔体（7）内部的尺寸会变大；这样最终会使得振子1（2.1.1）、振子2（2.1.2）、振子3（2.1.3）、振子4（2.1.4）、振子5（2.1.5）、振子6（2.1.6）、振子7（2.1.7）、振子8（2.1.8）、振子9（2.1.9）、振子10（2.1.10）、振子11（2.1.11）的相位变化关系变成：3Δφ、3Δφ、2Δφ、Δφ、Δφ、0、0、-Δφ、-Δφ、-2Δφ、-3Δφ，从而实现了天线下倾角的不间断电调，最终实现天线的下倾角达到15-25°的电调下倾范围；Δφ为移相器的相位改变量。
这其中的线缆线长有个预制下倾过程，用一组最优的线缆的相位尺寸关系使得天线在大下倾15-25°的过程中，当达到下倾角的中间度数即下倾20°时满足理论上的相位的等差关系，进而可以保证天线在下倾角变化到15°和25°时的相位畸变最小从而使得天线的方向图的增益最高、上副瓣指标最好；同时通过设计优良的移相器确保了下倾角的精度；进而可以保证天线在整个15-25°下倾过程中方向图的增益、上副瓣指标都在一个优良范围内。
以上所述的实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，对于本领域的普通技术人员来说，通读本说明书后，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：包括反射板(1)，设置于反射板(1)正面的四个双极化振子的阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)、阵列4(2.4)，设置于反射板(1)背面的移相器机构及其传动机构、以及三功分器和二功分器；
所述移相器机构包括有8个移相器，分别为移相器1(3.1)、移相器2(3.2)、移相器3(3.3)、移相器4(3.4)、移相器5(3.5)、移相器6(3.6)、移相器7(3.7)和移相器8(3.8)；
所述三功分器有4个，分别为三功分器1(5.1)、三功分器2(5.2)、三功分器3(5.3)、三功分器4(5.4)；
所述二功分器有16个，分别为二功分器1(6.1)、二功分器2(6.2)、二功分器3(6.3)、二功分器4(6.4)、二功分器5(6.5)、二功分器6(6.6)、二功分器7(6.7)、二功分器8(6.8)、二功分器9(6.9)、二功分器10(6.10)、二功分器11(6.11)、二功分器12(6.12)、二功分器13(6.13)、二功分器14(6.14)、二功分器15(6.15)、二功分器16(6.16)；
每个阵列的馈电网络均包括2个移相器、1个三功分器、4个二功分器；
阵列1(2.1)由移相器1(3.1)和移相器2(3.2)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列2(2.2)由移相器3(3.3)和移相器4(3.4)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列3(2.3)由移相器5(3.5)和移相器6(3.6)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程；阵列4(2.4)由移相器7(3.7)和移相器8(3.8)组成的移相器网络实现其下倾角的电调过程。
2.根据权利要求1所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：
所述传动机构包括拉杆1(4.1)、拉杆2(4.2)、拉杆3(4.3)、拉杆4(4.4)以及传动板(4.5)；拉杆1(4.1)、拉杆2(4.2)、拉杆3(4.3)、拉杆4(4.4)分别与传动板(4.5)连接；
所述阵列1(2.1)的馈电网络包括移相器1(3.1)和移相器2(3.2)以及三功分器1(5.1)和二功分器1(6.1)、二功分器2(6.2)、二功分器3(6.3)、二功分器4(6.4)；拉杆1(4.1)控制阵列1(2.1)；
所述阵列2(2.2)的馈电网络包括移相器3(3.3)和移相器4(3.4)以及三功分器2(5.2)和二功分器5(6.5)、二功分器6(6.6)、二功分器7(6.7)、二功分器8(6.8)；拉杆2(4.2)控制阵列2(2.2)；
所述阵列3(2.3)的馈电网络包括移相器5(3.5)和移相器6(3.6)以及三功分器3(5.3)和二功分器9(6.9)、二功分器10(6.10)、二功分器11(6.11)、二功分器12(6.12)；拉杆3(4.3)控制阵列3(2.3)；
所述阵列4(2.4)的馈电网络包括移相器7(3.7)和移相器8(3.8)以及三功分器4(5.4)和二功分器13(6.13)、二功分器14(6.14)、二功分器15(6.15)、二功分器16(6.16)；拉杆4(4.4)控制阵列4(2.4)。
3.根据权利要求2所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：所述的8个移相器的结构相同，均包括金属移相器腔体(7)和介质板1(9.1)和介质板2(9.2)以及移相器PCB板(8)、移相器1倍移相端口(10.1)、移相器2倍移相端口(10.2)、移相器3倍移相端口(10.3)、移相器输入端口(10.4)，且移相器PCB板(8)位于介质板1(9.1)和介质板2(9.2)中间；每个馈电网络中，拉杆与两个介质板连接。
4.根据权利要求3所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：所述阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)、阵列4(2.4)的每列均由11个振子等间距的排列组成。
5.根据权利要求4所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：所述阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)、阵列4(2.4)每个阵列中的振子与下一个阵列中的振子之间为错位排列。
6.根据权利要求5所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：
所述阵列1(2.1)的馈电网络中，
移相器1(3.1)的移相器1倍移相端口(10.1)和二功分器3(6.3)相连，移相器1(3.1)的移相器2倍移相端口(10.2)和振子3(2.1.3)相连，移相器1(3.1)的移相器3倍移相端口(10.3)和二功分器1(6.1)相连；移相器1(3.1)的移相器输入端口(10.4)和三功分器1(5.1)相连；
移相器2(3.2)的移相器1倍移相端口(10.1)和二功分器4(6.4)相连，移相器2(3.2)的移相器2倍移相端口(10.2)和振子10(2.1.10)相连，移相器2(3.2)的移相器3倍移相端口(10.3)和振子11(2.1.11)相连；移相器2(3.2)的移相器输入端口(10.4)和三功分器1(5.1)相连；
所述阵列2(2.2)、阵列3(2.3)、阵列4(2.4)中馈电网络的组阵方式与阵列1(2.1)馈电网络的组阵方式相同。
7.根据权利要求6所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：在下倾角的初始角度2°时：阵列1(2.1)的移相器1(3.1)、阵列2(2.2)的移相器3(3.3)、阵列3(2.3)的移相器5(3.5)、阵列4(2.4)的移相器7(3.7)的初始位置为其对应的介质板1(9.1)和介质板2(9.2)处于完全进入到移相器腔体(7)中的状态，即处于移相器介质板的最小位移处。
8.根据权利要求6所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：在下倾角的初始角度2°时：阵列1(2.1)的移相器2(3.2)、阵列2(2.2)的移相器4(3.4)、阵列3(2.3)的移相器6(3.6)、阵列4(2.4)的移相器8(3.8)的初始位置为其对应的介质板1(9.1)和介质板2(9.2)处于完全拉出移相器腔体(7)的状态，即处于移相器介质板的最大位移处。
9.根据权利要求1-8所述的一种高增益大下倾角电调天线，其特征在于：
所述阵列1(2.1)、阵列2(2.2)、阵列3(2.3)以及阵列4(2.4)的四个阵列之间的间距为110mm。
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