CN112909582A - 一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法 - Google Patents

一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法，一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线包括底座，所述底座水平放置，还包括用于产生水平方位面全向覆盖信号的水平极化全向天线装置以及用于产生竖直方位面极化信号的竖直极化天线装置，所述水平极化全向天线装置沿水平方向设置，所述竖直极化天线装置沿竖直方向设置，本发明的有益效果是该天线工作频率宽度较宽，且正交双极化的同时方位面全向辐射，保证终端天线不会存在极化完全失配导致信号完全接收不到的情况，对于移动终端性能测试，可实现大规模数量终端同时测试，提升测试效率，信号均匀覆盖，保证每个终端接收的信号强度基本一致，提升终端性能测试结果准确性。

Description

一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法。
背景技术
在现有技术中，随着移动通讯技术的发展，以TD-SCDMA技术为代表的3G技术的发展日新月异。现在移动通讯用户数量不断增加，业务类型也趋于多样化，而频率资源制约着移动通讯的发展，3G智能天线是解决频率资源不足的技术之一。随着CDMA和LTE(Long TermEvolution，长期演进)技术的发展，要求应用于LTE系统的天线满足极化分集，以提高系统容量。而目前市场上的全向天线一般为单极化或竖直水平双极化，不能适应移动通讯对极化分集的要求。特别缺少应用于室内覆盖的±45°双极化全向天线，更是缺少应用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线。
申请号为：200910189202.4的中国发明专利公开了一种正交双极化全向天线，其包括：支撑柱和设于所述支撑柱的至少三个±45°正交双极化单元，所述至少三个±45°正交双极化单元处于同一水平面，所述至少三个±45°正交双极化单元围绕所述支撑柱的轴心等距等夹角分布。所述至少三个±45°正交双极化单元组成一个组合双极化全向辐射单元。然而该种正交双极化全向天线并不适用于移动终端的性能测试，其无法实现大规模数量终端同时测试，其发射天线两个极化出来的信号，由于波束宽度有限，这样导致处于天线方向覆盖波束中间和波束边上的终端接收的信号强度差异很大，从而使每个终端接收的信号强度不一致，会导致终端性能测试的结果不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线及方法。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：
一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，包括底座，所述底座水平放置，还包括用于产生水平方位面全向覆盖信号的水平极化全向天线装置以及用于产生竖直方位面极化信号的竖直极化天线装置，所述水平极化全向天线装置沿水平方向设置，所述竖直极化天线装置沿竖直方向设置。
所述水平极化全向天线装置包括用于提供安装支撑的水平天线罩、用于提高天线电路抗干扰能力的水平天线PCB板以及用于形成水平方位面全向信号的水平极化天线。
所述水平天线罩设置在所述底座上端且与所述底座固定连接，所述水平天线PCB板沿水平方向设置在所述水平天线罩内部且与所述水平天线罩固定连接，水平极化天线位于所述水平天线罩内部且位于所述水平天线PCB板上端，水平极化天线沿水平方向设置。
水平极化天线由若干个定向发射的对数周期天线单元组成，若干个所述对数周期天线单元联合环向设置，所述对数周期天线单元由若干个渐变的天线沿水平方向错位平行设置组成，若干个所述对数周期天线单元组成水平极化天线向水平方位面全向发射均匀覆盖的信号。
还包括功分器，所述功分器设置在所述水平天线PCB板下端且与所述水平天线PCB板固定连接，所述功分器上设有输出端口以及输入端口，所述输出端口对应对数周期天线单元设有若干个，若干个所述输出端口通过线缆与若干个对数周期天线单元连接，所述水平天线罩底部对应所述输入端口设有水平天线接头，所述输入端口通过线缆与所述水平天线接头连接。
所述水平天线PCB板对应若干个对数周期天线单元设置为异形形状，所述水平天线PCB板与对数周期天线单元贴合设置。
所述竖直极化天线装置包括用于提供安装支撑的竖直天线壳体、用于提高天线电路抗干扰能力的竖直天线PCB板以及用于形成竖直方位面全向信号的竖直极化天线。
所述竖直天线壳体设置在水平天线罩上端且与水平天线罩固定连接，所述竖直天线PCB板沿竖直方向设置在所述竖直天线壳体内部且与所述竖直天线壳体固定连接，竖直极化天线位于所述竖直天线壳体内部且位于所述竖直天线PCB板一侧，竖直极化天线沿竖直方向设置。
竖直极化天线由若干个偶极子天线单元组成，若干个偶极子天线单元沿竖直方向并列设置，偶极子天线单元由若干个渐变的偶极子沿竖直方向对称设置组成，若干个偶极子天线单元组成竖直极化天线向竖直方位面全向发射均匀覆盖的信号。
还包括PCB安装孔，所述PCB安装孔设置在所述竖直天线PCB板四角且贯穿所述竖直天线PCB板，所述竖直天线PCB板通过所述PCB安装孔安装在所述竖直天线壳体内部，所述竖直天线壳体上端设有竖直天线接头，所述竖直天线PCB板通过线缆与所述竖直天线接头连接。
一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，还包括PCB安装孔，所述PCB安装孔设置在所述竖直天线PCB板四角且贯穿所述竖直天线PCB板，所述竖直天线PCB板通过所述PCB安装孔安装在所述竖直天线壳体内部，所述竖直天线壳体上端设有竖直天线接头，所述竖直天线PCB板通过线缆与所述竖直天线接头连接。
一种用于终端通信测试的方法，包括如下步骤：
a、在测试暗室中设置一个具有若干层的环形放置架；
b、将正交双极化全向天线放置在环形放置架中心位置；
c、将终端产品置于放置架上；
d、启动正交双极化全向天线，使其在水平方位面以及竖直方位面上全向发射均匀覆盖信号，开启MIMO测试。
环形放置架采用非金属材质。
本发明的有益效果是：
结构简单，该天线工作频率宽度较宽，其宽度为2-6G，覆盖4G通信大部分频段，且正交双极化的同时水平方位面全向辐射，保证终端天线不会存在极化完全失配导致信号完全接收不到的情况，最重要的一点是该天线水平极化和竖直极化都保持水平全向，失圆度小于3dB，对于移动终端性能测试，终端设备可以围绕该天线放置，实现大规模数量终端同时进行测试，提升测试效率，信号均匀覆盖，保证在水平面上的大规模数量终端设备接收到信号差异很小，每个终端接收的信号强度基本一致，提升终端性能测试结果的准确性，实用性强，尺寸较小。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明水平极化全向天线装置结构示意图；
图3是本发明水平极化天线在水平方位面上增益失圆度示意图；
图4是本发明水平天线PCB板与功分器配合示意图；
图5是本发明水平天线接头结构示意图；
图6是本发明竖直极化天线装置结构示意图；
图7是本发明竖直极化天线在竖直方位面上增益失圆度示意图；
图8是本发明正交双极化全向天线与放置架配合俯视图；
图9是本发明正交双极化全向天线与放置架配合剖视图。
图中：1、竖直极化天线装置；2、水平极化全向天线装置；3、底座；4、竖直天线接头；5、竖直天线PCB板；6、竖直天线壳体；7、PCB安装孔；8、水平天线PCB板；9、对数周期天线单元；10、水平天线罩；11、功分器；12、输出端口；13、输入端口；14、水平天线接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，
一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，包括底座3，底座3水平放置，还包括用于产生水平方位面全向覆盖信号的水平极化全向天线装置2以及用于产生竖直方位面极化信号的竖直极化天线装置1，水平极化全向天线装置2沿水平方向设置，竖直极化天线装置1沿竖直方向设置，本发明整体结构示意图如图1所示。
水平极化全向天线装置2包括用于提供安装支撑的水平天线罩10、用于提高天线电路抗干扰能力的水平天线PCB板8以及用于形成水平方位面全向信号的水平极化天线，其中，水平天线PCB板8起到滤波电感的作用，从而提高天线电路抗干扰能力，本发明水平极化全向天线装置2结构示意图如图2所示。
水平天线罩10设置在底座3上端且与底座3固定连接，水平天线PCB板8沿水平方向设置在水平天线罩10内部且与水平天线罩10固定连接，水平极化天线位于水平天线罩10内部且位于水平天线PCB板8上端，水平极化天线沿水平方向设置，水平极化天线可在水平方位面发出全向覆盖信号，并且保证各个方向的信号强度保持一致。
水平极化天线由四个定向发射的对数周期天线单元9组成，四个对数周期天线单元9联合环向设置，对数周期天线单元9由若干个渐变的天线沿水平方向错位平行设置组成，天线从内至外依次渐变，从而在保证信号强度的前提下，减小天线尺寸，四个对数周期天线单元9组成水平极化天线向水平方位面全向发射均匀覆盖的信号，其中可采用若干个可以环向设置的对数周期天线单元9组成水平极化天线，水平天线PCB板8对应四个对数周期天线单元9设置为异形形状，可以极大的减小天线尺寸，水平天线PCB板8与对数周期天线单元9贴合设置，其中，天线为定向天线，由于四个对数周期天线单元9联合环向设置，形成的水平极化天线，可以保证水平方位面全向覆盖信号的同时保证水平极化，并且此种结构所形成的水平极化天线的天线增益失圆度在3dB以内，本发明水平极化天线在水平方位面上增益失圆度示意图如图3所示。
还包括功分器11，功分器11对应对数周期天线单元9采用一分四功分器，一分四功分器设置在水平天线PCB板8下端且与水平天线PCB板8固定连接，本发明水平天线PCB板8与功分器11配合示意图如图4所示，一分四功分器上设有输出端口12以及输入端口13，输出端口12对应对数周期天线单元9设有四个，四个输出端口12通过线缆与四个对数周期天线单元9连接，水平天线罩10底部对应输入端口13设有水平天线接头14，输入端口13通过线缆与水平天线接头14连接，本发明水平天线接头14结构示意图如图5所示，可根据对数周期天线单元9的数量选择对应的功分器11，其中，输入信号经过一分四功分器分别传向四个对数周期天线单元9，四个定向对数周期天线单元9同时激励，产生一个水平方位面360度全部覆盖的水平极化，从而实现宽带水平极化全向覆盖信号的目的。
竖直极化天线装置1包括用于提供安装支撑的竖直天线壳体6、用于提高天线电路抗干扰能力的竖直天线PCB板5以及用于形成竖直方位面全向信号的竖直极化天线，其中，竖直天线PCB板5起到滤波电感的作用，从而提高天线电路抗干扰能力，本发明竖直极化天线装置1结构示意图如图6所示。
竖直天线壳体6设置在水平天线罩10上端且与水平天线罩10固定连接，竖直天线PCB板5沿竖直方向设置在竖直天线壳体6内部且与竖直天线壳体6固定连接，竖直极化天线位于竖直天线壳体6内部且位于竖直天线PCB板5一侧，竖直极化天线沿竖直方向设置，竖直极化天线可在竖直方位面发出全向覆盖信号，并且保证各个方向的信号强度保持一致。
竖直极化天线由偶极子天线单元组成，偶极子天线单元沿竖直方向并列设置，偶极子天线单元由两个渐变的偶极子沿竖直方向对称设置组成，其中偶极子由外至内渐变，渐变的端部相对设置，偶极子与竖直天线PCB板5贴合设置，可以保证信号强度，偶极子天线单元组成竖直极化天线向竖直方位面全向发射均匀覆盖的信号，其中，竖直极化天线可以保证竖直方位面全向覆盖信号的同时保证竖直极化，并且此种结构所形成的竖直极化天线的天线增益失圆度在3dB以内，本发明竖直极化天线在竖直方位面上增益失圆度示意图如图7所示。
还包括PCB安装孔7，PCB安装孔7设置在竖直天线PCB板5四角且贯穿竖直天线PCB板5，竖直天线PCB板5通过PCB安装孔7配合塑料螺钉安装在竖直天线壳体6内部，竖直天线壳体6上端设有竖直天线接头4，竖直天线PCB板5通过线缆与竖直天线接头4连接。
本发明中，固定连接均采用塑料螺钉进行连接，防止金属螺钉对信号造成干扰。
一种用于终端通信测试的方法，包括如下步骤：
a、在测试暗室中设置一个具有若干层的环形放置架；
b、将正交双极化全向天线放置在环形放置架中心位置；
c、将终端产品置于放置架上；
d、启动正交双极化全向天线，使其在水平方位面以及竖直方位面上全向发射均匀覆盖信号，开启MIMO测试。
其中，环形放置架采用非金属材质，例如：木质，另外可根据实际使用需求在环形放置架底端增加万向轮，使环形放置架便于移动，本发明正交双极化全向天线与放置架配合俯视图如图8所示。
其中，本测试方法中的终端产品可为手机或者其它移动终端，而MIMO测试可以极大的减少中断信号接收不一致的问题，由于正交双极化全向天线是水平全向且涵盖两个极化，可以使得放置架上的所有手机或者其它终端产品可以实现同时测试，极大的节省了测试时间，提高了测试效率，并且减少了极化失配的问题，提高了终端产品接收的信号TRP值，意味着手机等终端产品发射的功率变高，基站能接收到手机等终端产品的信号的能力变强，使数据测试结果更为准确，本发明正交双极化全向天线与放置架配合剖视图如图9所示。
测试方法中，提供两个双极化天线，在竖直维度上放置，可以增加被测试手机或者其它终端产品的数量，如果想测试更多的终端产品，只需在天线支架上继续在竖直维度上增加天线的数量即可。
其中，MIMO测试的原理为：
根据不同的传输信道类型，可以在无线系统中使用相应的分集方式，目前，主要的分集方式包括时间分集，即不同的时隙和信道编码、频率分集即不同的信道、扩频和OFDM以及空间分集等，多天线系统利用的就是空间方式，而MIMO作为典型的多天线系统，可以明显提高传输速率，而在实际的无线系统中，可以根据实际情况使用一种或者多种分集方式，典型的MIMO系统包含m个发射天线和n个接收天线。根据无线信道的特性，每个接收天线都会接收到不同发射天线的内容，因此不同收发天线间的信道冲击响应均有不同的表现形式，在MIMO系统中，发射天线的数据被分成几个独立的数据流。数据流M的数目一般小于或等于天线的数目。如果收发天线之间并不相等，那么等于或小于收发端最小的天线数目。例如，4×4的MIMO系统可以用于传送4个或者更少的数据流，而3×2的MIMO系统可以发送两个或者小于两个的数据流。
其中，失圆度也称作椭圆度或不圆度。
工作原理：
正交双极化全向天线通过水平设置的水平极化天线以及竖直设置的竖直极化天线配合，在水平方位面以及竖直方位面上全向发射均匀覆盖的信号，使得大规模终端产品可以实现同时测试，极大的节省了测试时间，提高了测试效率，并且水平极化天线以及竖直极化天线的失圆度小于3dB，减少了极化失配的问题，提高了终端产品接收的信号TRP值，使数据测试结果更为准确。
本发明的有益效果是结构简单，该天线工作频率宽度较宽，其宽度为2-6G，覆盖4G通信大部分频段，且正交双极化的同时水平方位面全向辐射，保证终端天线不会存在极化完全失配导致信号完全接收不到的情况，最重要的一点是该天线水平极化和竖直极化都保持水平全向，失圆度小于3dB，对于移动终端性能测试，终端设备可以围绕该天线放置，实现大规模数量终端同时进行测试，提升测试效率，信号均匀覆盖，保证在水平面上的大规模数量终端设备接收到信号差异很小，每个终端接收的信号强度基本一致，提升终端性能测试结果的准确性，实用性强，尺寸较小。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，包括底座(3)，所述底座(3)水平放置，其特征在于，还包括用于产生水平方位面全向覆盖信号的水平极化全向天线装置(2)以及用于产生竖直方位面极化信号的竖直极化天线装置(1)，所述水平极化全向天线装置(2)沿水平方向设置，所述竖直极化天线装置(1)沿竖直方向设置。
2.如权利要求1所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，所述水平极化全向天线装置(2)包括用于提供安装支撑的水平天线罩(10)、用于提高天线电路抗干扰能力的水平天线PCB板(8)以及用于形成水平方位面全向信号的水平极化天线；
所述水平天线罩(10)设置在所述底座(3)上端且与所述底座(3)固定连接，所述水平天线PCB板(8)沿水平方向设置在所述水平天线罩(10)内部且与所述水平天线罩(10)固定连接，水平极化天线位于所述水平天线罩(10)内部且位于所述水平天线PCB板(8)上端，水平极化天线沿水平方向设置。
3.如权利要求2所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，水平极化天线由若干个定向发射的对数周期天线单元(9)组成，若干个所述对数周期天线单元(9)联合环向设置，所述对数周期天线单元(9)由若干个渐变的天线沿水平方向错位平行设置组成，若干个所述对数周期天线单元(9)组成水平极化天线向水平方位面全向发射均匀覆盖的信号。
4.如权利要求2所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，还包括功分器(11)，所述功分器(11)设置在所述水平天线PCB板(8)下端且与所述水平天线PCB板(8)固定连接，所述功分器(11)上设有输出端口(12)以及输入端口(13)，所述输出端口(12)对应对数周期天线单元(9)设有若干个，若干个所述输出端口(12)通过线缆与若干个对数周期天线单元(9)连接，所述水平天线罩(10)底部对应所述输入端口(13)设有水平天线接头(14)，所述输入端口(13)通过线缆与所述水平天线接头(14)连接。
5.如权利要求2所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，所述水平天线PCB板(8)对应若干个对数周期天线单元(9)设置为异形形状，所述水平天线PCB板(8)与对数周期天线单元(9)贴合设置。
6.如权利要求1所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，所述竖直极化天线装置(1)包括用于提供安装支撑的竖直天线壳体(6)、用于提高天线电路抗干扰能力的竖直天线PCB板(5)以及用于形成竖直方位面全向信号的竖直极化天线；
所述竖直天线壳体(6)设置在水平天线罩(10)上端且与水平天线罩(10)固定连接，所述竖直天线PCB板(5)沿竖直方向设置在所述竖直天线壳体(6)内部且与所述竖直天线壳体(6)固定连接，竖直极化天线位于所述竖直天线壳体(6)内部且位于所述竖直天线PCB板(5)一侧，竖直极化天线沿竖直方向设置。
7.如权利要求6所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，竖直极化天线由若干个偶极子天线单元组成，若干个偶极子天线单元沿竖直方向并列设置，偶极子天线单元由若干个渐变的偶极子沿竖直方向对称设置组成，若干个偶极子天线单元组成竖直极化天线向竖直方位面全向发射均匀覆盖的信号。
8.如权利要求6所述的一种用于终端通信测试的宽带正交双极化全向天线，其特征在于，还包括PCB安装孔(7)，所述PCB安装孔(7)设置在所述竖直天线PCB板(5)四角且贯穿所述竖直天线PCB板(5)，所述竖直天线PCB板(5)通过所述PCB安装孔(7)安装在所述竖直天线壳体(6)内部，所述竖直天线壳体(6)上端设有竖直天线接头(4)，所述竖直天线PCB板(5)通过线缆与所述竖直天线接头(4)连接。
9.一种用于终端通信测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、在测试暗室中设置一个具有若干层的环形放置架；
b、将正交双极化全向天线放置在环形放置架中心位置；
c、将终端产品置于放置架上；
d、启动正交双极化全向天线，使其在水平方位面以及竖直方位面上全向发射均匀覆盖信号，开启MIMO测试。
10.如权利要求9所述的一种用于终端通信测试的方法，其特征在于，环形放置架采用非金属材质。
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