CN202585725U - 双极化全向吸顶天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双极化全向吸顶天线，包括底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，所述垂直极化天线包括以尖端相向分别固定在介质件相对的两侧的上锥形振子和下锥形振子，所述水平极化天线包括布设在第一介质基板底面上的环形阵列和顶面上的匹配网络，所述第一介质基板套设于所述下锥形振子周围，所述下锥形振子内部设置第二介质基板，其表面设有功分网络，第二介质基板与第一介质基板之间通过若干贯穿下锥形振子的内部同轴连接器实现所述功分网络与所述环形阵列的电性连接。本实用新型的双极化全向吸顶天线，通过改进其垂直极化天线与水平极化天线之间的组装关系以及附加调节片等手段，达到低驻波比、高隔离度的预期目标。

Description

双极化全向吸顶天线

【技术领域】

本实用新型涉及移动通信覆盖技术，尤指移动通信室内分布系统的MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)相关技术，具体涉及一种双极化全向吸顶天线。

【背景技术】

室内分布系统是当今无线通信系统重要的组成部分，室内分布天线的性能直接影响系统的整体表现。随着移动通信系统的飞速发展，系统的复杂度越来越高，对天线的性能也提出了新的要求与挑战。而且随着用户对天线辐射的防护意识的增强，对室内分布系统的尺寸提出了更严格的要求。因此设计并采用新型小型化高性能的室内分布天线对室内分布系统而言至关重要。

目前室内吸顶天线的实现形式有单椎、单椎加球冠或双锥结构的，但是这些天线都是单极化的，在室内信号覆盖方面存在着固有的盲区和阴影区，而且在当今高效、高质量、高容量、高速率传输数据的情况下，容易产生网络阻塞以致掉话，不能应用于TD-SCDMA、TD-LTE等系统中。

为了提高无线通信系统的频谱利用率，在不增加频谱资源的情况下，尽可能大地提高系统传输数据的能力，则需要采用新型双极化吸顶天线。尤其是在室内多径反射显著的场合中，双极化吸顶天线可以通过极化分集实现信号的良好覆盖，同时可以兼容2G、3G以及TD-LTE等移动通信系统，实现站点共用，节省工程资源。但是要在保证吸顶天线性能的前提下实现双极化，天线的尺寸普遍会变得很大，在使用过程中容易遭到用户的排斥，因此小型化双极化吸顶天线的研制意义重大。

CN101916909A号专利申请揭示的一种双极化全向吸顶天线的技术方案，其利用一上锥形振子与一下锥形振子形成双锥形结构作为垂直极化天线，并在一块介质基板上环形设置若干半波振子以形成水平极化天线，其中的水平极化天线所载的介质基板置于上锥形振子与下锥形振子正中。尽管该技术方案声称其取得较为良好的技术效果，然而，本申请人利用该技术方案所进行的实验表明，该技术方案并不能达到所声称的效果，因此，对该技术方案是否可行存疑。本申请人认为，上锥形振子与下锥形振子对准连接，在两者的对准位置处形成的磁场最强，在该位置处设置水平极化天线，将对垂直极化天线的驻波带来很大程度的干扰，也使吸顶天线无法小型化。而且，吸顶天线应当追求整体技术效果，而针对在吸顶天线中同时设置垂直极化天线和水平极化天线这种情况，该技术方案并未考虑解决由此带来的隔离度高的问题。因而，业内需要一种更具实用性的技术方案替代之。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种能显著改善室内信号覆盖的双极化全向吸顶天线，在保证双极化天线性能的前提下，应用小型化技术使天线尺寸减小同，不仅能替代现网中的吸顶天线，而且能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，实现站点共用，节省工程资源。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的双极化全向吸顶天线，包括底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，底板与天线罩相组装以罩设所述垂直极化天线和水平极化天线，所述垂直极化天线包括以尖端相向分别固定在介质件相对的两侧的上锥形振子和下锥形振子，所述水平极化天线包括布设在第一介质基板一面上的由若干半波振子组成的环形阵列和另一面上的用于对环形阵列进行阻抗匹配的匹配网络，其中，所述第一介质基板套设于所述下锥形振子周围，所述下锥形振子内部设置第二介质基板，其表面设有用于对所述环形阵列进行功率分配的功分网络，第二介质基板与第一介质基板之间通过若干贯穿下锥形振子的内部同轴连接器实现所述功分网络与所述环形阵列的电性连接。

具体的，所述第一介质基板的顶面上，对应在周向上相邻的每两个所述半波振子，在该两个半波振子之间设置一个用于调节垂直极化天线与水平极化天线之间的隔离度的调节片，形成若干调节片绕第一介质基板环形排列设置。较佳的，所述调节片呈L型，具有两侧边，其中一侧边固定在所述第一介质基板上。

所述第一介质基板的径向尺寸大于所述上锥形振子的径向尺寸。

所述介质件包括介质螺母与绝缘片，介质螺母与下锥形振子相固定，绝缘片与上锥形振子相固定，绝缘片与介质螺母相固定。

进一步，所述底板设置第一外部同轴连接器和第二外部同轴连接器，垂直极化天线的上锥形振子与下锥形振子分别与穿过底板的第一外部同轴连接器的内导体和外导体相连接；所述水平极化天线的功分网络与穿过底板的第二外部同轴连接器的内导体和外导体相连接。所述介质件设有通孔，所述第一外部同轴连接器的内导体穿过所述介质件的通孔设置。

所述上锥形振子一体成型，包括呈圆柱体的上部和呈倒锥体的下部，该呈圆柱体的下部的轴向尺寸大于该呈倒锥体的下部的轴向尺寸；所述下锥形振子一体成型，包括呈锥体的上部和呈圆柱体的下部，该呈锥体的上部的轴向尺寸大于该呈圆柱体的下部的轴向尺寸。

较佳的，所述水平极化天线的半波振子个数为3-6个。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

1、通过将设有环形阵列的第一介质基板沉降到与下锥形振子相套设的位置，避开上锥形振子与下锥形振子的对接位置，从而不再对该对接位置处的电流磁场产生干扰，从而确保驻波比达到预期效果。

2、通过在第一介质基板顶面设置调节件，能大大提交垂直极化天线与水平极化天线的隔离度，经实测，在TD-SCDMA和TD-LTE频段，两个极化的隔离度＜-25dB，交叉极化比＜-20dB。

3、本实用新型的吸顶天线，确保能同时工作在2G、3G以及TD-LTE频段，实现站点共用，节省工程资源，有效地代替现网中的吸顶天线；在不增加频谱资源的情况下，极大地增强系统传输数据的能力，提高无线通信系统的频谱利用率；在室内多径反射显著的场合，可以通过极化分集实现室内信号的良好覆盖。

4、本实用新型的吸顶天线，通过结构上的紧凑型设计，尤其是第一介质基板与下锥形振子相嵌套设计，使吸顶天线的体积变得更为小巧，而结构可靠性又高，造价成本也比较低。

【附图说明】

图1是本实用新型的双极化全向吸顶天线的整体结构的示意图，去除外围的天线罩；

图2是本实用新型的双极化全向吸顶天线的内部结构示意图，其中，为便于示出内部结构，天线罩与下锥形振子被局部剖开；

图3是本实用新型的双极化全向吸顶天线的上锥形振子的结构示意图；

图4是本实用新型的双极化全向吸顶天线的下锥形振子的结构示意图；

图5是本实用新型的双极化全向吸顶天线的介质件中介质螺母的结构示意图；

图6是本实用新型的双极化全向吸顶天线的调节片的结构示意图；

图7是本实用新型的双极化全向吸顶天线的第一介质基板底面的半波振子组成的环形阵列示意图；

图8是本实用新型的双极化全向吸顶天线的第一介质基板顶面的匹配网络示意图；

图9是本实用新型的双极化全向吸顶天线的第二介质基板底面的示意图；

图10是本实用新型的双极化全向吸顶天线的第二介质基板顶面的功分网络示意图；

图11是本实用新型的双极化全向吸顶天线的垂直极化天线在806-960MHz频带内的电压驻波比测试图，示出了垂直极化天线在低频段的电路特性，其横轴为频率，纵轴为驻波比；

图12是本实用新型的双极化全向吸顶天线的垂直极化天线在1710-2690MHz频带内的电压驻波比测试图，示出了垂直极化天线在高频段的电路特性，其横轴为频率，纵轴为驻波比；

图13是本实用新型的双极化全向吸顶天线的水平极化天线在1880-2500MHz频带内的电压驻波比测试图，示出了水平极化天线在TD-LTE频段的电路特性，其横轴为频率，纵轴为驻波比；

图14是本实用新型的双极化全向吸顶天线的两个极化隔离度测试图，其横轴表示频率，纵坐标表示隔离度；

图15是本实用新型的双极化全向吸顶天线的垂直极化天线方向图测试结果，示出了垂直极化天线的辐射特性；

图16是本实用新型的双极化全向吸顶天线的水平极化天线方向图测试结果，示出了水平极化天线的辐射特性。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

本实用新型主要是为了提高无线通信系统的频谱利用率，在不增加频谱资源的情况下，尽可能大地提高系统传输数据的能力，通过极化分集实现信号的良好覆盖，同时可以兼容2G、3G以及TD-LTE等移动通信系统，不仅能替代现网中的吸顶天线，而且创新地解决了TD-LTE与现有室分共天线的问题，通过多频段合路与现有GSM/TD-SCDMA系统合路，通过双极化振子在一副物理天线中实现MIMO，使得TD-LTE的室分建设、改造的工程造价显著下降。同时在保证双极化天线性能的前提下，应用小型化技术使天线尺寸减小。

请参阅图1和图2，本实用新型采用的技术方案是在现有垂直极化吸顶天线的基础上，引入一工作于TD-LTE频段的水平极化天线，形成水平、垂直双极化吸顶天线。通过调整调节片6的尺寸，确保两个极化天线的电性能良好，而嵌套型结构则使得天线的整体尺寸减小，与天线底板14、天线罩1一起构成了双极化全向吸顶天线。

请再参阅图1、图2，本实用新型双极化全向吸顶天线包括天线罩1、上锥形振子2、绝缘片3、介质螺母4、下锥形振子5、调节片6、第一介质基板7、匹配网络8、半波振子组成的环形阵列9、内部同轴连接器10、第二介质基板11、功分网络12、天线底板14以及第一外部同轴连接器15、第二外部同轴连接器16。以上各部件，除天线罩与底部用于封装垂直极化天线和水平极化天线外，另外的构件，其中一部分组成垂直极化天线，另一部分组成水平极化天线，垂直极化天线与水平极化天线的具体构造如下继续揭示。

请进一步结合图3、图4、图5以及图6，所述垂直极化全向天线包括上锥形振子2、绝缘片3、介质螺母4、下锥形振子5、调节片6以及第一外部同轴连接器15，绝缘片3与介质螺母4均设有通孔40，共同构成本实用新型的介质件，其它实施例中，介质件也可仅包括该介质螺母4。所述上锥形振子2包括呈圆柱体的上部21和呈倒圆锥体的下部22，上部21与下部22一体成型，该上部21的轴向尺寸大于该下部22的轴向尺寸。所述下锥形振子5包括呈圆锥体的上部51和呈圆柱体的下部52，下部52的内环直径与上部51的底面直径相同，上部51的轴向尺寸大于下部52的轴向尺寸，上部51与下部52一体成型，上部51的尖端中心(锥顶)开设有一圆孔50，圆孔50下部与第一外部同轴连接器15的外导体连接，由此，第一外部同轴连接器15的外导体可穿过该圆孔50，通过介质螺母4锁紧。所述介质螺母4由聚四氟乙烯材料制成。第一外部同轴连接器15的内导体穿过下锥形振子5的圆孔50上的介质螺母4后，再穿过绝缘片3，与上锥形振子2连接，这一连接关系可用焊接或者螺母紧固的方式实现。第一外部同轴连接器15固定于天线底板底部14并穿过天线底部14设置。可见，上锥形振子2的尖端与下锥形振子5的尖端相对，它们之间设置介质件，介质件以其绝缘片3一面与上锥形振子2的尖端相固定，绝缘片3另一面与介质螺母4相固定，介质螺母4的另一面与下锥形振子5的尖端相固定。所述绝缘片3由环氧树脂板材制作，可耐焊接引起的高温，该绝缘片3的高度可根据天线阻抗匹配的需要进行调节。所述上锥形振子2与下锥形振子5形成不对称双锥，实现了垂直极化天线的超宽带特性。

在图1与图2的基础上，请进一步结合图7、图8、图9以及图10，所述的水平极化全向天线包括包括第一介质基板7、印制于第一介质基板7底面的由3-6个半波振子90组成的环形阵列9、印制于第一介质基板7顶面的用于对环形阵列进行阻抗匹配的匹配网络8、第二介质基板11、印制于第二介质基板11顶面的用于对所述环形阵列9的各半波振子90进行功率分配的功分网络12以及内部同轴连接器10、第二外部同轴连接器16。所述第一介质基板7中心开设一圆孔，所述第一介质基板7的径向尺寸大于所述上锥形振子2的径向尺寸，第一介质基板7通过嵌套型的结构套设于垂直极化天线下锥形振子5的周围，套设下锥形振子5的上部51，使其位于所述介质螺母4的下方，避免影响垂直极化天线的上锥形振子2与下锥形振子5的对接位置的电磁场，避免影响垂直极化天线的驻波比，实现了天线的小尺寸化。

如前所述，所述半波振子90组成的环形阵列9由3-6个半波振子90组成，均匀环形地分布于第一介质基板7的边缘，置于第一介质基板7的底层，组成了水平极化天线的辐射单元。所述半波振子90的个数与间距直接影响水平极化天线的全向性。第一介质基板7的顶层与底层相对应，均匀环形地分布着每个半波振子90的匹配网络8，确保了水平极化天线的阻抗特性。所述内部同轴连接器10穿过下锥形振子5预设的通孔58，贯通下锥形振子5的上部51，兼做第一介质基板7与第二介质基板11的支撑件，内部同轴连接器10的一端连接第一介质基板7底面，其中，内部同轴连接器10的外导体焊接第一介质基板7的底层的半波振子90，内导体则与第一介质基板7的顶层的匹配网络8；另一端连接于第二介质基板11顶面。所述第二介质基板11装设于下锥形振子5的内部，第二介质基板11由聚四氟乙烯板材制作，为单层双面板，底层为接地端，顶层是一等功分等相位的一进多出功分网络12，功分网络12的每个输出口与所述的半波振子90对应连接，而且在垂直位置上，刚好由所述内部同轴连接器10的内导体和外导体实现连接。因此，内部同轴连接器10既可以用作信号的传输线，又可以当作第一介质基板7与第二介质基板11的支撑件。所述功分网络12的输入端连接第二外部同轴连接器16，供信号源输入。第二外部同轴连接器16固定于天线底板底部14并穿过天线底部14设置。由此，功分网络的性能对水平极化天线的全向性影响很大。

所述水平极化天线嵌套于垂直极化天线的周围，具体通过所述在所述第一介质基板7上设置通孔，将第一介质基板7套设在下锥形振子5的上部的周围，这样的结合，将使水平极化天线与垂直极化天线之间存在互耦影响，对两天线之间的隔离度以及电性能都影响很大。所述调节片6的作用正是用于解决这一问题的。调节片大致呈L型，其以一侧固定在第一介质基板7顶面设置，对应于第一介质基板7的底面上的环形阵列9的设置，在周向上相邻的每两个半波振子90之间设置一个调节片6。由此多个调节片6均匀且环形地分布在每两个半波振子的中间，调节片6的高度和宽度可根据两个极化天线的阻抗匹配以及极化隔离度的变化进行调整。

所述调节片6确保了两个极化天线之间的隔离度以及电性能良好，而嵌套型结构则使得天线的整体尺寸减小，由相组装的天线底板14、天线罩1将垂直极化天线和水平极化天线封装在一起构成了完整的双极化全向吸顶天线。

容易看出，按照本实用新型制造的双极化全向吸顶天线，其体积小巧，具有较强的环境适用性，天线性能优越，而且结构简单紧凑、易于制造、价格便宜以及安装使用方便。

请参阅图11、图12，本实用新型中采用的垂直极化天线在各个频段的实测下，均能够获得较低的驻波比，同理，图13也揭示了本实用新型中采用的水平极化天线在高频段范围内的驻波比较低，可见，本实用新型双极化全向吸顶天线很好地解决了两个极化天线并存时的驻波比不佳的问题。

图14进一步揭示本实用新型双极化全向吸顶天线的两个极化的端口之间的极化隔离度，可见，该隔离度＜-25dB，较之现有技术有较大的改善。

请参阅图15所示的方向图。由于所述的上锥形振子2与下锥形振子5的尺寸通过一定的比例关系实现垂直极化天线方向图的高性能，改善了传统吸顶天线在高频段主瓣辐射角度小(一般为+45°)的缺陷，将天线主瓣辐射角度提升到+75°至+85°之间。因此，所述的垂直极化天线在高频段+45°辐射方向上的增益较传统天线有明显下降，而在+85°辐射方向上有明显提升，将天线的能量集中在+75°至+85°之间，有效地扩大了水平方向的覆盖范围。而且，在+85°辐射方向上，低频和高频增益基本相当(高频略高0.3dB)，缓解了高低频覆盖不一致的问题，有利于室分2G、3G及WLAN的协同设计，解决了2G、3G室分信号无法同步覆盖的技术难题，改变了“小功率，多天线”的3G室分设计原则，减小了3G室分建设规模，经济和社会效益显著，对3G室分建设将产生重大影响。

同理，参阅图16可知本实用新型的水平极化天线也能获得较佳效果的方向图。因而，对于本实用新型整体的双极化全向吸顶天线而言，其垂直方向图和水平方向图都能获得较佳的效果。

综上所述，本实用新型的双极化全向吸顶天线，通过改进其垂直极化天线与水平极化天线之间的组装关系以及附加调节片等手段，达到低驻波比、高隔离度的预期目标。

概而言之，以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种双极化全向吸顶天线，包括底板、天线罩、垂直极化天线以及水平极化天线，底板与天线罩相组装以罩设所述垂直极化天线和水平极化天线，所述垂直极化天线包括以尖端相向分别固定在介质件相对的两侧的上锥形振子和下锥形振子，所述水平极化天线包括布设在第一介质基板底面上的由若干半波振子组成的环形阵列和顶面上的用于对环形阵列进行阻抗匹配的匹配网络，其特征在于：

所述第一介质基板套设于所述下锥形振子周围，所述下锥形振子内部设置第二介质基板，其表面设有用于对所述环形阵列进行功率分配的功分网络，第二介质基板与第一介质基板之间通过若干贯穿下锥形振子的内部同轴连接器实现所述功分网络与所述环形阵列的电性连接。

2.根据权利要求1所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述第一介质基板的顶面上，对应在周向上相邻的每两个所述半波振子，在该两个半波振子之间设置一个用于调节垂直极化天线与水平极化天线之间的隔离度的调节片，形成若干调节片绕第一介质基板环形排列设置。

3.根据权利要求2所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述调节片呈L型，具有两侧边，其中一侧边固定在所述第一介质基板上。

4.根据权利要求1所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述第一介质基板的径向尺寸大于所述上锥形振子的径向尺寸。

5.根据权利要求1所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述介质件包括介质螺母与绝缘片，介质螺母与下锥形振子相固定，绝缘片与上锥形振子相固定，绝缘片与介质螺母相固定。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述第一介质基板居于所述介质件的下方。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述底板设置第一外部同轴连接器和第二外部同轴连接器，垂直极化天线的上锥形振子与下锥形振子分别与穿过底板的第一外部同轴连接器的内导体和外导体相连接；所述水平极化天线的功分网络与穿过底板的第二外部同轴连接器的内导体和外导体相连接。

8.根据权利要求7所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述介质件设有通孔，所述第一外部同轴连接器的内导体穿过所述介质件的通孔设置。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述上锥形振子一体成型，包括呈圆柱体的上部和呈倒锥体的下部，该呈圆柱体的下部的轴向尺寸大于该呈倒锥体的下部的轴向尺寸；所述下锥形振子一体成型，包括呈锥体的上部和呈圆柱体的下部，该呈锥体的上部的轴向尺寸大于该呈圆柱体的下部的轴向尺寸。

10.根据权利要求1至5中任意一项所述的双极化全向吸顶天线，其特征在于，所述水平极化天线的半波振子个数为3-6个。

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