CN202495575U - 天线系统和通讯基站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线系统和通讯基站，涉及通信领域，使用户终端位于基站天线上空时，也能接收到天线系统辐射的信号，实现用户终端与通讯基站之间的通信。所述天线系统，包括：第一天线单元、第二天线单元和馈电网络；馈电网络用于向第一天线单元和第二天线单元提供激励电流，以使得第一天线单元和第二天线单元被激发向外辐射的信号；第一天线单元用于向天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号；第二天线单元位于第一天线单元的上方，用于向天线系统上方辐射信号；第一天线单元的信号辐射范围和第二天线单元的信号辐射范围覆盖从天线系统的水平方向至天线系统垂直上方的角度。所述天线系统和通讯基站用于改进地空通信系统。

Description

天线系统和通讯基站

技术领域

本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种天线系统和通讯基站。

背景技术

随着公共移动通信技术的发展，用户期望在乘坐航空器时，不再是“与世隔绝”的枯燥旅行，而是能得到语音通话、高速互联网等高质量、高带宽的通信服务。其中一种实现方法是通过安装在航空器上的用户终端与安装在地面上的通信基站建立通信链路，实现地空通信。在地空通信系统中，通讯基站(基站)的天线系统负责将基站信号辐射到空中，并接收来自空中的用户终端信号。

现有天线的辐射主要集中在水平面附近，例如，如图1所示辐射能量集中在水平面上下各14度范围内，当用户终端位于天线的上空时，难以接收到天线信号。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种天线系统和通讯基站，在天线系统上方不存在信号盲区，使用户终端位于天线系统上空时，也能接收到天线系统辐射的信号。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种天线系统，包括：

第一天线单元、第二天线单元和馈电网络；

所述馈电网络用于向所述第一天线单元和所述第二天线单元提供激励电流，以使得所述第一天线单元和所述第二天线单元被激发向外辐射的信号；

所述第一天线单元用于向所述天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号；

所述第二天线单元位于第一天线单元的上方，用于向所述天线系统上方辐射信号；

所述第一天线单元的信号辐射范围和所述第二天线单元的信号辐射范围覆盖从所述天线系统的水平方向至所述天线系统垂直上方的角度。

所述第一天线单元和所述第二天线单元采用并联馈电方式。

所述第二天线单元的最大增益方向为所述天线系统的垂直上方。

所述第一天线单元的最大增益方向与所述水平面成α角，0°≤α≤10°。

所述第一天线单元包括若干个振子，所述若干个振子采用并联馈电方式。

所述第一天线单元的所述振子为对称的偶极子。

所述天线系统，还包括：金属隔板，第一天线单元和第二天线单元通过所述金属隔板隔开。

所述第二天线单元为螺旋天线，或者水平极化天线，或者交叉极化天线。

进一步地，所述天线系统，还包括：

反射板，所述反射板设置在所述第一天线单元的一侧，用于控制所述第一天线单元向指定方向辐射能量。

本实用新型实施例还提供一种通讯基站，包括本实用新型所述的天线系统。

本实用新型实施例中的天线系统和通讯基站，其中第一天线单元用以向水平面附近辐射能量，第二天线单元用以向天线系统上方辐射能量，使天线系统辐射的能量合理分布在从天线系统正前方(水平方向)到天线系统正上方(垂直方向)的角度内，在天线系统上方不存在信号盲区，使航天器上位于空中的用户终端，也可接收到足够强的信号，进而实现用户终端与通讯基站之间的通信。

附图说明

图1为现有技术中天线的垂直面功率增益图；

图2为本实用新型实施例中天线系统的结构示意图一；

图3为本实用新型实施例中天线系统的垂直面功率增益图一；

图4为本实用新型实施例中天线系统的水平面功率增益图一；

图5为本实用新型实施例中天线系统的结构示意图二；

图6为本实用新型实施例中天线系统的结构示意图三；

图7为本实用新型实施例中天线系统的垂直面功率增益图二；

图8为本实用新型实施例中天线系统的水平面功率增益图二。

附图标记说明

11-第一天线单元，12-第二天线单元，13-金属隔板，14-反射板。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种天线系统和通讯基站，在天线系统上方不存在信号盲区，可使用户终端位于天线系统上空时，能接收到足够强的信号，进而实现用户终端与通讯基站之间的通信。

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

本实施例提供一种天线系统，如图2所示，包括：第一天线单元11、第二天线单元12和馈电网络；

馈电网络用于向第一天线单元11和第二天线单元12提供激励电流，以使得第一天线单元11和第二天线单元12被激发向外辐射的信号；

第一天线单元11用于向天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号；

第二天线单元12位于第一天线单元11的上方，用于向天线系统上方辐射信号；

第一天线单元11的信号辐射范围和第二天线单元12的信号辐射范围覆盖从天线系统的水平方向至天线系统垂直上方的角度。

图2所示仅为符合本实施例所述天线系统的一个较佳设计方案，并不用于限制本实用新型实施例。

第一天线单元11向天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号，信号辐射方向可通过最大增益方向(即辐射能量最大的方向)来衡量，所述第一天线单元的最大增益方向设置为沿水平面或与水平面成成α角，α角取值范围为0°≤α≤10°。优选地，具体实施中所述第一天线单元的最大增益方向一般设置为与水平面成5度角。

第一天线单元11的极化方式一般为线极化，在轴向上(图2所示天线系统的上方)存在信号盲区，第一天线单元11的信号只能覆盖在天线的水平方向及水平以上一定角度内的范围，具体信号覆盖范围及所述角度的取值与第一天线单元11本身的结构及激励电流有关。具体设计时参照第二天线单元12的信号覆盖范围，使第一天线单元11和第二天线单元12叠加后的辐射场，能覆盖从天线系统的水平方向至垂直上方的角度。

优选地，第一天线单元11包括若干个振子，所述若干个振子采用并联馈电方式，以独立设置每个所述振子的激励电流的幅度和相位。因为并联馈电方式，较易对每个振子激励电流的幅度和相位进行独立的优化设置，以达到特定的方向性，使第一天线单元11向天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号，以便天线系统实现对水平面附近指定区域的信号覆盖。

可选地，第一天线单元11的所述振子为对称的偶极子。一种具体的实施方式中，第一天线单元11采用12个对称偶极子，如图2所示，这12个对称偶极子在空间上竖向线性排列，采用并联馈电方式，独立设置每个振子的激励电流的幅度和相位，以使辐射能量合理分布在天线系统的水平方向及水平以上的范围内。

第一天线单元11的信号只能覆盖在天线的水平方向及水平以上的一定角度内，在轴向上(天线系统的上方)存在信号盲区，第二天线单元12负责向天线系统上方辐射能量，以填充第一天线单元11在轴向上的信号盲区。馈电网络向第一天线单元11和第二天线单元12提供激励电流，第一天线单11元和第二天线单元12被激发向外辐射相同的信号，第一天线单元11向天线系统的水平方向，或水平以上一定角度内辐射信号，第二天线单元12向天线系统上方辐射信号，第一天线单元11的信号辐射范围和第二天线单元12的信号辐射范围覆盖从天线系统的水平方向至正上方的角度。

使用本实用新型实施例中的天线系统，在天线系统信号覆盖区域，用户终端位于空中时，同样可接收到足够强的信号，进而实现用户终端与通讯基站之间的通信。

优选地，第一天线单元11和第二天线单元12采用并联方式馈电，馈电网络分别向第一天线单元11和第二天线单元12提供激励电流，便于调节每个天线单元的激励电流。

优选地，所述第二天线单元的最大增益方向为所述天线系统的垂直上方，便于第二天线单元对空实现信号覆盖。

天线系统的第一天线单元负责实现对水平面的信号覆盖，最大增益方向设置成与水平面成5度角，天线系统的第二天线单元的最大增益方向设置为天线系统的正上方，所述天线系统垂直面(从天线系统的侧面向对面看，以下简称：垂直面)和水平面(从天线系统的正上方向下看，以下简称：水平面)功率增益图如图3和图4所示。图中的坐标中心为所述天线系统所在位置，从图3可看出，若使用本实施例中的天线系统，天线系统辐射的能量可合理分布在从天线系统水平方向到天线系统正上方的所有角度内，在天线系统上空不存在信号盲区，航空器无论从哪个角度进入天线系统的信号覆盖区域，都可以接收到满足服务要求的信号。

本实用新型实施例中的天线系统包括至少一副天线。可选地，如图2所示，第一天线单元11和第二天线单元12可设置在同一副天线上，组合封装在一个物理外罩内。可选地，第一天线单元11和第二天线单元12也可设置在不同副天线上，构成天线系统。例如，第一天线单元11和第二天线单元12可以以两幅天线的形态组合使用。

可选地，如图5所示，所述的天线系统，还可包括：金属隔板13，第一天线单元11和第二天线单元12通过金属隔板13隔开，以避免第一天线单元11和第二天线单元12相互干扰。金属隔板13的具体数目、具体设置位置可通过试验进行优化，在此不作限定。

第一天线单元11负责将能量辐射到水平面附近，第一天线单元11的具体实现形态包括但不限于垂直极化天线、水平极化天线和交叉极化天线。无论第一天线单元11为何种具体实现形态，只要能将能量向水平方向或水平以上一定角度内辐射，覆盖指定区域即可，而指定区域的大小、具体形状等需在通信系统设计时结合第二天线单元12进行整体设计，同时也要考虑通信需求、基站布局等具体情况。

第二天线单元12负责向天线系统上方辐射能量，以填充第一天线单元11在轴向上的信号盲区。第二天线单元12的振子的极化方式为圆极化或线极化。

可选地，第二天线单元12为螺旋天线，或者水平极化天线，或者交叉极化天线。图2所示的第二天线单元12为螺旋天线，无论第二天线单元12为何种具体实现形态，只要能将能量辐射到天线系统上空的指定区域即可，而指定区域的大小、具体形状等同样要考虑第一天线单元11的信号覆盖区域。另外还与通信需求的具体情况有关，例如航空器的航线、基站的分布情况等等。

进一步地，如图6所示，本实用新型实施例中的天线系统，还可包括：

反射板14，反射板14设置在第一天线单元11的一侧，用于控制第一天线单元11向指定方向辐射能量。

图7和图8分别为该种带有反射板的天线系统在垂直面和水平面的功率增益图。与图3和图4相对比可知，通过设置反射板14控制第一天线单元11，使其向指定方向辐射能量，可使有限的辐射功率集中在指定区域，有利于控制覆盖区域。本实施例所述反射板的具体形状，以及具体安装位置可根据通信需求，如需要基站信号覆盖的具体区域等进行设计。任何熟悉本技术领域的技术人员都可完成该种设计，在此不再详述。

本实施例所述设置有反射板的天线系统，可使辐射功率集中在指定区域，控制信号覆盖区域，满足设计需求，防止信号干扰。

本实用新型实施例所述的天线系统，在天线系统附近不存在信号盲区，航空器无论从哪个角度进入基站覆盖区域，都可以接收到满足服务要求的信号，实现用户终端与通讯基站之间的通信。

本实用新型实施例还提供一种通讯基站，包括本实用新型实施例中所述的任一天线系统。

本实施例中的通讯基站，由于使用了本实用新型实施例所述的天线系统，使得通讯基站上空不存在信号盲区，航空器无论从哪个角度进入基站信号覆盖区域，都可以接收到满足服务要求的信号。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：

第一天线单元、第二天线单元和馈电网络；

所述馈电网络用于向所述第一天线单元和所述第二天线单元提供激励电流，以使得所述第一天线单元和所述第二天线单元被激发向外辐射的信号；

所述第一天线单元用于向所述天线系统的水平方向，或水平方向以上一定角度内辐射信号；

所述第二天线单元位于第一天线单元的上方，用于向所述天线系统上方辐射信号；

所述第一天线单元的信号辐射范围和所述第二天线单元的信号辐射范围覆盖从所述天线系统的水平方向至所述天线系统垂直上方的角度。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第一天线单元和所述第二天线单元采用并联馈电方式。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第二天线单元的最大增益方向为所述天线系统的垂直上方。

4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第一天线单元的最大增益方向与所述水平面成α角，0°≤α≤10°。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第一天线单元包括若干个振子，所述若干个振子采用并联馈电方式。

6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

所述第一天线单元的所述振子为对称的偶极子。

7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，还包括：金属隔板，第一天线单元和第二天线单元通过所述金属隔板隔开。

8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第二天线单元为螺旋天线，或者水平极化天线，或者交叉极化天线。

9.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，还包括：

反射板，所述反射板设置在所述第一天线单元的一侧，用于控制所述第一天线单元向指定方向辐射能量。

10.一种通讯基站，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的天线系统。

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