CN1434547A - 一种无线信号分布系统的室内天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种无线信号分布系统的室内天线阵。该天线阵彻底改变了现有同类产品的结构，不用耦合器、功分器和独立辐射体，直接在数百米长的单根射频同轴电缆的外导体1上开设若干个缝隙2，用每个缝隙完成耦合功分与辐射等功能，并将同轴电缆内导体3的末端加工成振子6，再将该电缆弯曲架设构成天线阵。该缝隙2的形状为螺旋状或斜槽，螺距大于外导体直径的3倍，缝隙宽度为2mm，各缝隙长度不等，且呈非线性递升分布，每缝隙的间距为数十米。具有结构简单，成本低，连接头少，可靠性强等优点。实测表明，当对该天线阵注入GSM基站信号功率为1W时，其覆盖面积可达13500m²，可广泛架设在各类厅堂、大工作间、同层多房间或多层共用。

Description

   一种无线信号分布系统的室内天线阵

技术领域：

本发明涉及天线技术领域，具体的说是一种无线信号分布系统的室内天线阵。该天线吊挂安装，适用于各类厅堂、大工作间、同层多房间使用。

技术背景：

随着移动通信事业的发展，要求尽量减少通信盲区，并对在各种环境和位置上的通信质量提出了更高的要求，特别是在建筑群体内，地下作战室等内部，在保证足够的信号强度下，要尽量减小覆盖域内信号强度的差别，减小微蜂窝基站或直放站的输出功率，例如控制在1w以内，以提高系统的可靠性，降低系统成本。由于1GHz 2W以上的直放站或基站的造价高，可靠性低，输出功率更大，性能与价格比更差，因此，为提高系统的性能与价格比，一般采用2W以下的直放站或基站作为系统的信号源。业内人士周知在相同的覆盖域，如果天线阵的天线数目多，就能使域中分布的信号强度差别减小，则有利于提高通信质量，特别是在用户机(如手机)密度较高的情况下，减小信号强度的差别，以使用户间的压抑效应减轻。

现有的室内无线信号分布系统大都是用多个功率单元相连接构成，如图4所示。每组功率单元由三个吸顶天线7，两个功分器8，一个耦合器9和多根同轴电缆1相连接构成。在有些场合每组功率单元的功分器还可多达三个或四个。即现有的室内天线阵至少需要10～20个功分器，15个吸顶天线，5个耦合器和数根同轴电缆。例如，西安海天天线科技股份有限公司公开的室内分布系统p.9简介中的“典型应用设计举例”就是这种室内天线阵。该天线阵是在一个150×90＝13500(m²)的大厅中布局的天线阵，由五组功率单元串连组成，各功率单元的间距为30m。该天线阵存在如下缺点：

1.结构复杂。由于直放站或基站流向天线时，电缆要往返走向，使用的电缆量大，且布线复杂，每段电缆的长度必须严格计算，特别是在建筑物形状改变时，需布线工程师重新设计，同时由于耦合器有固定的耦合度，是不等间隔步进的，因此在建筑物形状改变时设计难度更大；

2.成本高。天线阵中所使用的吸顶天线、功分器和耦合器购置费超过电缆总采购费的三倍；

3.可靠性差。由于使用的连接头多，每增加一个连接头，系统的可靠性就会有所下降。同时由于在现场架设时需要紧固，密封，防潮等过程，不但架设工作量大，而且对施工人员的技术水平和责任心要求高，操作上的稍微疏忽都将会对系统的可靠性造成影响。

发明的技术内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，可靠性强，成本低，易于架设的室内天线阵。

实现本发明目的的技术方案采用直接在单根射频同轴电缆的外导体上开设若干个缝隙，由单个缝隙承担耦合功分与辐射两种功能，并将同轴电缆的内导体末端设置成匹配振子，再弯曲吊挂架设构成室内天线阵。

上述天线阵的各缝隙形状为螺旋状或斜槽，缝隙长度根据缝隙泄漏功率与该处传输功率的比值来确定，一般以数厘米甚至十几厘米长度计量，远大于商品恒参泄漏电缆上的以毫米计量。缝隙宽度为2mm左右。螺距应大于外导体直径的3倍，以避免破坏同轴线内电磁场的分布。

上述天线阵的每个缝隙长度不等，且呈非线性递升分布，即第一个缝隙最短，最后一个缝隙最长，各缝隙间的距离相距数20～30公尺，该缝隙间距远大于商品恒参泄漏电缆上以公分计量的参数。

上述天线阵的各缝隙下方还可固定一个圆形衰减膜罩，中心衰减可达7dB，边缘衰减接近0，以进一步缩小覆盖域的信号分布差别。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于采用在射频同轴电缆上直接开设缝隙构成缝隙天线，摈弃了现有天线阵需要用的耦合器、功分器和独立辐射体，因而结构简单，成本大大降低，所用电缆长度为现有结构的一半以下，整个成本比现有结构可降低75％以下，如果按在国内一年架设二亿平方米估算，每年可节约硬成本9亿元以上。

2.本发明由于采用开有多个缝隙的单根同轴电缆构成，使其架设极为简单容易，架设时只需按图纸弯曲吊装电缆将其固定即可，无需对架设人员进行复杂的架设技术培训，降低了天线阵架设成本。

3.本发明由于只用一个连接过渡头，省去了众多与功分器、耦合器及其他种天线相连接的连接头，极大地提高了可靠性，因而减少了维护人力和其出差费用。

4.本发明由于在单根同轴电缆中采用的缝隙多，一般为11个以上，因而可减少覆盖域中分布的无线射频信号的强弱差别，有利于提高特别是在用户机(如手机)密度较高情况下的通信质量。例如，可使基站发射的800-960MHz射频信号，在建筑物内按要求合理地分布，且各处信号的强度差别在15dB甚至6dB以内。

实测表明，用发明结构在小于422公尺长的单根同轴电缆制作的天线阵，其形状及功率分配可以方便地适应指定的要求，辐射功率的覆盖面积通常可达13500平方公尺，远大于通常建筑物同层的面积(不足1万平方公尺)。因而使用单根多缝隙电缆，至少可覆盖一层路楼的楼面或多层共用，且层上的中继直放机输出功率小于1W，售价仅有数百元。

附图说明：

图1是本发明的室内缝隙天线结构图。

图2是本发明的室内天线阵在矩形大厅或大工作间架设的布局图。

图3是本发明的室内天线阵附加衰减伞膜罩结构图。

图4是现有室内天线阵结构图，其中1是同轴电缆，7是吸顶天线，8是功分器，9是耦合器，10是微蜂窝基站。

具体实施方式：

以下参照附图详细说明本发明的结构。

参照图1，本发明在剥去射频同轴电缆外部保护层后，用刀具直接在其外导体1上开设缝隙2。该缝隙2的形状为螺旋或斜槽，缝隙的长度可根据缝隙泄漏功率与该处传输功率的比值进行初步计算，再通过实验最终确定，缝隙的宽度为2mm，螺距大于外导体直径的3倍，以免严重破坏同轴线内电磁场分布。在外导体上开缝隙后，再将其保护层复原并加密封层后，构成缝隙天线。图1中的3是射频同轴电缆的内导体，4是射频同轴电缆的射频低耗介质。

参照图2，本发明在一根市场很容易采购到的通用射频同轴电缆外导体1上直接开设若干个缝隙2，末端加工成振子6，就形成了一个一字长蛇式天线阵，再将其电缆平行弯曲架设形成按设计要求的覆盖面积、形状及功率分配的天线阵。不再用任何耦合器、功分器及其它种天线，连接过渡头只剩一个。这些缝隙2的个数根据天线间距要求而定，每个缝隙的长度不等，且按非线性递升设置，即始端缝隙最短，末端缝隙最长。该射频同轴电缆的始端输入连接头I接该层的中继直放机。架设时只需按设计吊装固定这根具有许多缝隙及未端自然制作的匹配振子的射频电缆即可。省去了众多的其他天线、功分器、耦合器及其连接头。

根据不同使用面积要求，该单根设有缝隙的同轴电缆长度一般可长达数百公尺，例如422公尺的同轴电缆天线阵，缝隙相距30公尺，在辐射出的功率足以满足GSM手机有较好的接收信号的情况下，该同轴电缆输入端的推动功率在1W以下，覆盖面积可达13500平方公尺。天线阵的架设可以根据不同的空间位置与要求架设成不同的形状。例如，图2(a)所示的是一个按S形曲线架设的同轴电缆室内天线阵，图2(b)是一个按U形曲线架设的同轴电缆室内天线阵。实际中，由于不用功分器和耦合器，因此在一些特殊情况下，天线阵还可蜿蜒布局，走线简明且灵活机动。

若缝隙间相距20公尺的射频同轴电缆天线阵，要求始端输入功率维持在1W以下，电缆长度为402公尺，则天线阵覆盖面积将减少为140×60＝8400m²，在此情况下天线阵将由20个缝隙加一个未端振子组成。

参照图3，本发明为了减小覆盖域的信号分布差别，在缝隙2的下方倒挂一个衰减膜罩5，该衰减膜罩形状与灯罩相似，可使覆盖域内信号分布差别进一步缩小。图3(a)是在缝隙的下方倒挂一个衰减膜罩5的外部形状，图3(b)是衰减膜罩5捆系在同轴电缆缝隙下的平面形状。

实施例1：

本发明在SYWV-50-12型号，全长为422公尺的50(Ω)射频同轴电缆上开设十四个缝隙加一个振子组成天线阵。该缝隙开设成螺旋状，最长的缝隙可达二个多螺旋，螺距为3倍的外导体直径，每个缝隙辐射功率差别在0.7dB以内，每个缝隙间距30公尺。将该电缆按图2(a)的S形布局架设，可覆盖150×90＝13500平方公尺的大厅。若每个天线(无论缝隙或振子)辐射功率为-15dBm的GSM基站信号功率，除在金属大件附近外，一般可测得GSM手机的接收功率在-87dBm至-72dBm之间，达到了优良通讯的效果。在此情况下，该422公尺的射频同轴电缆本身与其开缝所造成的附加损耗总衰减小于44dB，而输入的GSM微基站信号功率每一个载频均小于1W。

本实施例中的电缆长度为图4所示现有室内天线阵电缆长度的45％，在维持基站功率为1W的情况下，若将GSM手机测得的接收功率最小值提高到-78dBm，可将SYWV-50-12电缆的长度减小90米，所开缝隙减为11个，末端振子仍为一个，所覆盖面积缩小为120×90＝10800(m²)，能使手机的通信质量进一步提高，处处都能达到优质通信。如果要求覆盖的面积确实要求很大，可以用一个中继直放站连接两根电缆天线阵。

实施例2：

本发明在402公尺长，型号为SYWN-50-12的单根射频同轴电缆上，开设了缝隙间距为20公尺的20个螺旋缝隙，再加一个未端振子。每个缝隙及阵子的下方倒挂一个直径小于40cm衰减膜罩，该衰减膜罩的中心衰减大为7 dB，边缘衰减近于0，可以使覆盖域的信号差别缩小到6dB以内。将该电缆按图2(a)所示的S形曲线布局架设，构成的室内天线阵，其覆盖面积为140×60＝8400平方公尺。

实施例3：

本发明采用外导体内直径为7.8mm的SYWV-50-8型号的射频电缆做原体。由于该电缆的内损耗比SYWV-50-12型号的内损耗要大1.53倍，所以电缆的长度不超过280公尺，相应覆盖面缩小。即在缝隙相距同为30公尺情况下覆盖面积缩为9000平方公尺。其电缆始端输入功率及每缝隙辐射功率与实例1所述相同，只是缝隙数要减为9个。

Claims (5)

1.一种无线信号分布系统的室内天线阵，其特征在于采用在单根射频同轴电缆的外导体(1)上开设若干个缝隙(2)，用每个缝隙完成耦合功分器与辐射两种功能，并将同轴电缆内导体(3)的末端设置成匹配振子(6)，再将该电缆弯曲或直形吊挂架设而构成。

2.根据权利要求1所述的室内天线阵，其特征在于缝隙(2)的形状为螺旋状或斜槽，螺距大于外导体直径的3倍。

3.根据权利要求1所述的室内天线阵，其特征在于缝隙(2)的长度根据缝隙泄漏功率与该处传输功率的比值来确定，且每个缝隙的长度不等，呈非线性递升分布。

4.根据权利要求1所述的室内天线阵，其特征在于缝隙(2)的个数根据天线间距要求而定，各缝隙的间距一般为20～30米，特殊情况可减为数米。

5.根据权利要求1所述的室内天线阵，其特征在于各缝隙(2)与振子(6)的下方分别固定一个衰减膜罩(5)，以进一步缩小覆盖域的信号分布差别。

Images