CN200941429Y - 移动通信基站的垂直型空气微带结构智能定向天线 - Google Patents

Abstract

一种移动通信基站的垂直型空气微带结构的智能定向天线，该装置是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列，其中每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在该T型振子臂及其接地面上的多个微带巴伦和微带传输线、以及它们两者之间的间隙所形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成，每个天线单元的T型振子臂与其接地面为同一平面，并垂直于反射面板。该智能定向天线结构新颖、简单，采用空气耦合T型振子收发信号和空气微带传输线来传输信号，零部件的制造和装配简单、方便，并且不需要电缆和焊接，减少人为电焊操作的技术误差，能够提高智能天线的生产效率和保证无源交调合格率。

Description

移动通信基站的垂直型空气微带结构智能定向天线

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信基站的天线，确切地说，涉及一种结构新颖的用于TD-SCDMA/SCDMA移动通信基站的垂直型空气微带结构的智能定向天线，属于移动通信设备中的基站天线技术领域。

背景技术

TD-SCDMA标准是在国家有关部门支持下，信息产业部电信科学技术研究院(现大唐电信集团)经多年研究而提出的具有创新特色的移动通信的系统标准。作为国际第三代移动通信的三大标准之一，TD-SCDMA标准是唯一属于中国知识产权的移动通信行业标准。该标准优越于CDMA的关键是其中的“S”：Space，即空间-码分多址技术。TD-SCDMA技术要实现“S”(空分多址)的关键在于智能天线，因此，智能天线技术就变成TD-SCDMA的核心技术之一。

智能天线的基本概念与原理来自于军事技术中的自适应阵列天线，它主要用于雷达和声纳技术。引入移动通信后的智能天线能够根据每个用户的信号来(达)波方向，由天线阵合成并调整其方向图，以达到跟踪用户及其信号变化的目的。其主要优点包括：自动跟踪用户及其信号，提高信号干扰比和改善通信质量，增加系统容量和提高通信数量，提高频谱利用率(因为引入了空分技术)，扩大通信覆盖区域，降低基站发射功率，节省成本和减少电磁环境污染。虽然上述优点有些是彼此相关的，但是仍然十分诱人，因此，智能天线深受移动通信特别是第三代移动通信的以及未来移动通信体制的青睐和关注。尤其是TD-SCDMA最早提出要正式采用智能天线体制。

TD-SCDMA智能天线要实现两种波束(即广播波束和业务波束)的发送与接收。其中广播波束是在广播时隙形成，要实现对整个小区的同频广播，所以要求波束宽度很宽，尽量做到小区无缝隙覆盖。因此，它与二代GSM或CDMA网的普通天线所实现的小区覆盖没什么差别。业务波束是在搭成具体的通话链路时形成，也就是形成跟踪波束；此时它会针对每个用户形成一个很窄的波束，而且这些波束会紧紧地跟踪用户，真正做到“月亮走、我也走”。由于波束很窄，能量相对比较集中，在相同功率的情况下，智能天线能将有用信号强度增加3～8倍，同时对其它方向的用户的干扰则减小十几倍、甚至几十倍。由于智能天线能很好地集中无线信号，所以基站发射设备可以适当地减小发射功率。也正是因为它能够根据需要形成广播和业务两种波束，而且业务波束还可以自动跟踪和调节发射功率，所以称之为智能天线。智能天线有定向和全向之分。

第三代(3G)移动通信系统为几乎所有的设备都增加宽带数据能力，支持视频、因特网接入及其他高速数据业务，因而对基站天线的无源交调提出极高的要求。现在，为了保证好的交调水平，传统的基站天线都必须采用昂贵的进口电缆，而且对工人的焊接技艺和焊接工艺的一致性也有相当高的要求。

目前的智能天线结构形式主要有两类：(A)馈电网络采用同轴电缆，发射单元采用常规半波振子；(B)馈电网络采用介质微带传输线，发射单元采用印刷偶极子。这两种智能天线的结构和馈电系统都比较复杂，其中许多部件的制造加工和装配的工艺复杂、精度要求高、成本高、成品率低，也不易与其它部件或设备装配、集成为一体；尤其是这两种结构的智能天线都离不开焊接工艺。

为了保证智能天线能够达到较好的交调水平，目前的办法是采用价格昂贵的进口电缆，对工人的焊接技艺、焊点或焊缝的一致性提出了相当高的要求，即使如此，也很难保证智能天线的无源交调。因此，如何改进智能天线的结构，以提高其生产效率和交调水平，就成为业内技术人员关注的一项新课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种移动通信基站的垂直型空气微带结构智能定向天线，该智能定向天线的结构新颖、简单，采用空气耦合T型振子收发信号和空气微带传输线来传输信号，各个零部件的制造和装配简单、方便，并且不需要电缆和焊接，减少人为电焊操作的技术误差，能够提高智能天线的生产效率和保证无源交调合格率。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种移动通信基站的垂直型空气微带结构智能定向天线，其特征在于：所述智能定向天线装置是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列，其中每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在该T型振子臂及其接地面上的多个微带巴伦和微带传输线、以及T型振子臂与微带巴伦之间和振子臂接地面与微带传输线之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成，每个天线单元的T型振子臂与其接地面为同一平面，并垂直于反射面板。

所述每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即每个天线阵元有8组T型振子臂和微带巴伦组成的8个天线单元，且该8个T型振子臂呈一字形均匀排列，其下侧是与其一体化和横截面呈“L”型结构的接地面。

所述每个天线阵元中的微带巴伦的数量、形状和安装位置都与T型振子臂相对应；这些∏形微带巴伦藉由其下侧的微带传输线连接形成一体化结构，通过多个锁固连接组合构件和多个垫块将微带巴伦和其下侧的微带传输线分别支撑定位在T型振子臂及其接地面上，并在微带巴伦与T型振子臂之间和微带传输线与接地面之间分别形成尺寸精确的间隙，用作空气耦合介质层和空气微带传输层。

所述8个T型振子臂和其下侧一体化的接地面、8个微带巴伦和其下侧一体化的微带传输线和反射面板都是用铝合金板材冲压制成，且其表面设有氧化层。

所述每个天线阵元中将振子臂与微带巴伦进行锁固连接的组合构件是垫套、固定套和固定柱，其中位于外侧的垫套用于在T型振子臂与微带巴伦之间定位形成空气介质层，在该垫套的通孔中穿设有固定套和固定柱。

所述垫套为带有通孔的台阶状垫圈，其中直径小的一端过盈配合插入振子臂的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层间隙尺寸的定位构件放置在振子臂与微带巴伦之间，故每个垫套中直径大的台阶的厚度尺寸要求精确一致，其公差要求在±0.1mm以内；所述固定套是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套先后穿过微带巴伦和垫套的通孔后，伸出于振子臂的定位孔外侧；所述固定柱是带有突台的圆柱形零件，该固定柱伸入固定套的通孔而将该固定套前端的带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。

所述垫块的一端是用于铆固在T型振子臂的接地面上的圆柱通孔，另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪；该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度尺寸相同，其公差要求在±0.1mm以内。

所述垫套、固定套、固定柱和垫块都是采用工程塑料注塑成型。

本实用新型的结构特点是采用一体化结构的、设有多个天线单元的T型振子臂、定位锁固在该T型振子臂及其接地面上的多个微带巴伦和微带传输线、以及在T型振子臂与微带巴伦之间和振子臂接地面与微带传输线之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成的以空气为耦合介质的天线阵元，再将8个天线阵元横向平行排列和铆接固定在反射面板上构成天线阵列，其中各零部件之间都实现了无焊接的装配连接，很好地解决了原来印刷电路板介质的天线振子对生产工人的焊接技艺和产品焊接一致性的严格要求；并使馈电网络和天线振子一体化，电气性能稳定，能够大大改善和提高天线的交调水平。而且，主要零件采用金属性能优良的铝合金冲压构件，锁固连接构件使用性能优良的工程塑料注塑成型，结构简单、合理，制造、装配容易，生产成本低，尺寸精度高，能够保证零件尺寸和空气微带间隙尺寸的一致性，电气和机械综合性能好，易于批量生产和推广使用。

本实用新型的另一优点是可以根据智能天线的功率和增益大小对每个天线阵元中的T型振子臂和微带巴伦的数量进行调整和配置，操作使用非常方便。而且，采用铝合金板材冲压制成的零件具有很强的抗蚀性、装饰性及耐磨性。因此，本实用新型有很好的普及推广应用前景。

附图说明

图1是本实用新型移动通信基站的垂直型空气微带结构的智能定向天线立体图。

图2是本实用新型中的T型振子臂及其一体化的接地面的零件立体图。

图3是本实用新型中的微带巴伦及一体化的微带传输线的零件图。

图4(A)、(B)分别是本实用新型中微带巴伦与T型振子臂的连接状态示意图和T型振子臂及其接地面垂直于反射面板的结构特征与耦合原理示意图。

图5是本实用新型中的T型振子臂与微带巴伦锁固连接后形成的空气微带耦合结构和三个锁固零件之间的局部装配关系放大示意图。

图6(A)、(B)、(C)分别是本实用新型的垫块主视图、侧视图和立体图。

图7(A)、(B)分别是本实用新型由T型振子臂与微带巴伦组成的天线阵元与反射板的铆接装配关系的侧视图和正视图(均为局部视图)。

具体实施方式

为使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1和图7，本实用新型是一种空气微带传输线的接地面与整个天线的反射面板形成垂直结构的智能定向天线。该智能定向天线是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列，其中每个天线阵元中有8个天线单元，即每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板1上的8个T型振子臂5、分别定位锁固在该8个T型振子臂5及其接地面8上的8个微带巴伦6和微带传输线9、以及它们两者之间的间隙所形成的空气耦合介质层10(参见图5)和空气微带传输层(图中未示)所组成，每个天线单元的T型振子臂5与其接地面8为同一平面，并垂直于反射面板1(参见图4(B))。

参见图2和图3，每个天线阵元中的8个T型振子臂5是一体化、并呈一字形均匀排列的薄板型构件，其下侧是横截面呈“L”型结构的一体化的接地面8，11是振子臂5的接地面8底部与反射面板1的铆接点。每个馈电板上的微带巴伦6的数量、形状和安装位置都与T型振子臂5的数量、形状和安装位置相对应；这些∏形微带巴伦6藉由其下侧的微带传输线9连接形成一体化结构。并以每个天线阵元中的天线振子臂5与其接地面8之间的交接面(参见图4(A)中所示的粗黑线所在的平面A)作为分界面，其上方为空气微带巴伦6，下方为空气微带传输线9。图3局部放大图中的A是垫块7夹持微带传输线9的地方。

参见图4～图7，微带巴伦6和其下侧的微带传输线9在T型振子臂5(B是T型振子臂5的工作面)及其接地面8上的定位支撑固定是多个由固定柱2、固定套3、垫套4组成的锁固连接组合构件和多个垫块7共同支撑而实现的，并藉此结构在微带巴伦6与T型振子臂5之间和微带传输线9与接地面8之间分别形成尺寸精确的间隙d，用作空气耦合介质层10和空气微带传输层(图中未示)。具体结构是：微带巴伦6藉由其上侧的两个孔61和固定柱2、固定套3和垫套4锁固连接在T型振子臂5上，再由垫块7将下侧的微带传输线9支撑固定在接地面9上。其中垫套4是带有通孔的台阶状垫圈，其直径小的一端过盈配合插入振子臂5的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层10间隙尺寸的定位件放置在振子臂5与微带巴伦6之间，故每个垫套中直径大的台阶厚度尺寸d精度要求高，公差不超过±0.1mm。固定套3是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套3先后穿过微带巴伦6的通孔61和垫套4通孔后，伸出于振子臂5的定位孔外侧。固定柱2是带有突台的圆柱形零件，其伸入固定套3的通孔而将该固定套3前端带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。垫块7的一端是用于铆固在反射板上的圆柱通孔，另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪。该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度的尺寸d相同，其公差要求在±0.1mm以内。

本实用新型的振子臂5和下侧一体化的接地面8、微带巴伦6和下侧一体化的微带传输线9和反射面板1都是用铝合金板材冲压制成，且表面进行了氧化处理。垫套4、固定套3、固定柱2和垫块7都是采用工程塑料注塑成型。

最后，每个天线阵元采用铆接工艺与反射面板1可靠连接，再将八个这种结构的天线阵元横向平行排列就构成了本实用新型。

本实用新型已经进行了试验实施，试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (8)

1、一种移动通信基站的垂直型空气微带结构的智能定向天线，该装置是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列；其特征在于：所述智能定向天线中的每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在该T型振子臂及其接地面上的多个微带巴伦和微带传输线、以及T型振子臂与微带巴伦之间和振子臂接地面与微带传输线之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成，每个天线单元的T型振子臂与其接地面为同一平面，并垂直于反射面板。

2、根据权利要求1所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即每个天线阵元有8组T型振子臂和微带巴伦组成的8个天线单元，且该8个T型振子臂呈一字形均匀排列，其下侧是与其一体化和横截面呈“L”型结构的接地面。

3、根据权利要求1所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中的微带巴伦的数量、形状和安装位置都与T型振子臂相对应；这些П形微带巴伦藉由其下侧的微带传输线连接形成一体化结构，通过多个锁固连接组合构件和多个垫块将微带巴伦和其下侧的微带传输线分别支撑定位在T型振子臂及其接地面上，并在微带巴伦与T型振子臂之间和微带传输线与接地面之间分别形成尺寸精确的间隙，用作空气耦合介质层和空气微带传输层。

4、根据权利要求2或3所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述8个T型振子臂和其下侧一体化的接地面、8个微带巴伦和其下侧一体化的微带传输线和反射面板都是用铝合金板材冲压制成，且其表面设有氧化层。

5、根据权利要求3所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中将振子臂与微带巴伦进行锁固连接的组合构件是垫套、固定套和固定柱，其中位于外侧的垫套用于在T型振子臂与微带巴伦之间定位形成空气介质层，在该垫套的通孔中穿设有固定套和固定柱。

6、根据权利要求5所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫套为带有通孔的台阶状垫圈，其中直径小的一端过盈配合插入振子臂的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层间隙尺寸的定位构件放置在振子臂与微带巴伦之间，故每个垫套中直径大的台阶的厚度尺寸要求精确一致，其公差要求在±0.1mm以内；所述固定套是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套先后穿过微带巴伦和垫套的通孔后，伸出于振子臂的定位孔外侧；所述固定柱是带有突台的圆柱形零件，该固定柱伸入固定套的通孔而将该固定套前端的带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。

7、根据权利要求3所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫块的一端是用于铆固在T型振子臂的接地面上的圆柱通孔，另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪；该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度尺寸相同，其公差要求在±0.1mm以内。

8、根据权利要求5或7所述的垂直型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫套、固定套、固定柱和垫块都是采用工程塑料注塑成型。

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