CN203013940U - 双极化室内分布天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极化室内分布天线，包括反射底板、上下依次设置在反射底板上的水平极化天线与垂直极化天线、以及分别连接水平极化天线与垂直极化天线的第一馈线与第二馈线；水平极化天线包括数个呈均匀圆环阵列排列的水平极化辐射单元、及与水平极化辐射单元连接的相平行的第一路线与第二路线，第一馈线的内导体与第一路线连接，第一馈线的外导体与第二路线连接。本实用新型采用平行双线并联方式，有效地降低了平行双线的高阻抗，实现与馈电同轴电缆的阻抗匹配，具有易加工、结构简单紧凑、成本低、重量轻、一致性好、装配效率高及极化隔离效果好等优点，可有效用于室内分布系统中作为MIMO天线，提高数据传输速率。

Description

双极化室内分布天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双极化室内分布天线。

背景技术

随着在高级国际移动通信(IMT-Advanced)系统中，时分双工(Time DivisionDuplexing，TDD)和频分双工(Frequency Division Duplexing，FDD)两大技术阵营都用到了多输入多输出(Multi-input-multi-output，MIMO)天线技术。MIMO天线技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，无线电波信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量(误比特率或数据速率)。MIMO天线系统对于传统的单输入单输出(Single-input-single-output，SISO)天线系统来说，能够提高频谱利用率，使得天线系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。

MIMO天线阵列根据MIMO天线系统的需要有2入2出、4入4出等多种形式，可以采用单极化天线或双极化天线作为MIMO天线系统的阵列单元。双极化天线是指天线内部振子有两个不同方向的排列，从两个不同的方向接收无线电波信号。双极化天线的两个内部振子之间可以采用不同的极化方式，如一个振子采用水平极化(水平极化天线)，另一个振子采用垂直极化(垂直极化天线)。当前MIMO天线系统的设计主要针对室外环境，现有的针对室内环境的MIMO天线系统的设计中，MIMO天线系统一般包括多个采用垂直极化方式的单极化全向天线。

在目前采用单极化全向天线为阵列单元的室内MIMO天线系统中，由于单极化全线天线的频谱利用率低，导致数据传输速率较低；另外，为了保证室内MIMO天线系统的高容量，需要设置数量较多的单极化全向天线，导致室内MIMO天线系统占用的空间过大。因此需要一种能够提高频谱利用率以及占用较小空间的全向天线作为室内MIMO天线系统的阵列单元。

对此，考虑到双极化全向天线相对于单极化全向天线可以使重叠的频谱分开，提高频谱利用率，因此，提出了采用双极化全向天线作为室内MIMO天线系统的阵列单元的技术，在占用较少空间的情况下提高频谱利用率。如中国专利CN201859942 U公开一种双极化全向吸顶天线，其上锥振子和下锥振子分别与馈电同轴电缆的内导体和外导体连接构成垂直极化的全向天线，而水平极化全向天线是由对称振子在水平介质基板上组成均匀的圆环阵列而构成，由于阻抗匹配需要，各对称振子分别通过同轴馈电电缆和微带线功分板连接，这种结构装配上比较自由方便，但对于性能指标的一致性及批量装配的便利性来讲稍显复杂，并且需要增加功分器的成本。

从市场需求方面，对于室内分布系统来说，无线局域网(Wireless Local AreaNetworks；WLAN)相对于传统的双绞铜线所构成的网络系统具有巨大的便利性，对于城市现代化和信息化来说，由室内WLAN扩展到的无线城市的无线延伸计划也是衡量城市运行效率、信息化程度以及竞争水平的重要标志。另外，对于个人用户来说，越来越多的智能电子产品与掌上型电脑通过WLAN进行无线宽带高速上网，WLAN天线存在广大的市场需求空间。

目前，市内覆盖的天线仍然采用单极化天线，但是由于WLAN系统的频率较高，采用单通道模式的单极化天线覆盖距离大大缩短，只能采用成倍增加天线的方式来弥补覆盖距离的不足。而采用双通道模式的双极化全向天线利用极化分集的极化增益效应，在同样天线数量的情况下，能获得更好的覆盖效果。因此，需要寻找一种工作于WLAN的双极化室内分布天线，从而在占用空间较少的情况下，提高双极化全向天线的数据传输速率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有相关技术中存在的缺陷，提供一种双极化室内分布天线。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双极化室内分布天线，包括反射底板、上下依次设置在所述反射底板上的水平极化天线与垂直极化天线、以及分别连接所述水平极化天线与垂直极化天线的第一馈线与第二馈线；

所述水平极化天线包括数个呈均匀圆环阵列排列的水平极化辐射单元、及与所述水平极化辐射单元连接的相平行的第一路线与第二路线，所述第一馈线的内导体与所述第一路线连接，所述第一馈线的外导体与所述第二路线连接。

所述水平极化天线还包括与所述反射底板相平行设置的水平介质基板，所述数个水平极化辐射单元印刷在所述水平介质基板上，每一所述水平极化辐射单元均包括分别设于所述水平介质基板上下表面的主折合振子与寄生耦合折合振子，所述第一路线与所述第二路线分别与所述主折合振子连接。

所述水平介质基板的中心处上下表面分别设有内导体焊盘及外导体焊盘；所述第一馈线的内导体自所述水平介质基板下表面穿过，通过所述内导体焊盘与所述第一路线相接，所述第一馈线的外导体于所述水平介质基板下表面通过所述外导体焊盘与所述第二路线相接。

所述第一路线一端连接所述主折合振子，另一端延伸至所述水平介质基板的中心并连接在所述内导体焊盘上，所述第一馈线的内导体自所述水平介质基板下表面穿过而与所述内导体焊盘连接；所述第二路线一端连接所述主折合振子，另一端延伸至所述水平介质基板的中心附近并穿过所述水平介质基板而连接在所述外导体焊盘上，所述第一馈线的外导体于所述水平介质基板下表面与所述外导体焊盘连接。

所述主折合振子包括呈弧形的第一振臂及第二振臂，所述第一振臂靠近所述水平介质基板边缘设置，所述第二振臂平行位于所述第一振臂内侧，所述第一、第二振臂的两端折合连接；所述第二振臂的中部设有一断口以连接所述第一路线及第二路线。

所述水平极化天线通过介质支撑柱固定在所述反射底板上。

所述介质支撑柱的下端固定在所述反射底板上，其上端形成有螺栓，所述水平介质基板设有过孔供所述螺栓穿过，并通过塑料螺母螺接在所述螺栓上将所述水平介质基板固定在所述介质支撑柱上方。

所述垂直极化天线包括与所述反射底板相垂直设置的垂直介质基板及印刷在所述垂直介质基板上的垂直极化辐射单元；一金属螺母通过压铆方式铆接在所述反射底板的中心处；所述第二馈线的内导体穿过所述反射底板及所述金属螺母而与所述垂直极化辐射单元相接，其外导体穿过所述反射底板而与所述金属螺母连接。

所述反射底板上对应所述垂直介质基板设有插槽，所述垂直介质基板通过其底部两端与所述插槽配合插接在所述反射底板上。

所述水平极化天线与所述垂直极化天线采用共轴设置。

本实用新型采用平行双线并联方式，有效地降低了平行双线的高阻抗，实现与馈电同轴电缆的阻抗匹配，具有易加工、结构简单紧凑、成本低、重量轻、一致性好、装配效率高及极化隔离效果好等优点，可以有效地用于室内分布系统中作为MIMO天线，提高数据传输速率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的双极化室内分布天线的结构示意图；

图2是图1所示的双极化室内分布天线的侧视图；

图3是图1所示的双极化室内分布天线的俯视图；

图4是图1所示双极化室内分布天线的水平极化天线的结构示意图；

图5是图4所示水平极化天线的底部结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型的双极化室内分布天线，适用于室内分布系统，其包括反射底板1、水平极化天线2、垂直极化天线3、第一馈线4及第二馈线5，水平极化天线2与垂直极化天线3上下依次设置在反射底板1上，第一馈线4与第二馈线5分别连接水平极化天线2与垂直极化天线3，该第一馈线4与第二馈线5均可为馈电同轴电缆组件，其均自反射底板1下方穿过而分别与水平极化天线2及垂直极化天线3连接。

反射底板1用于提高天线的方向性及减少后向辐射，其可为圆形、矩形或其他形状的平面板。反射底板1为金属导体，材质可以为铜金属、铝金属板或表面镀上金属膜的非金属板。在本实施例中，反射底板1为圆形铝材板，其直径为55mm，如图3所示，在反射底板1上距离其圆心40mm处开设有供第一馈线4穿过的第一出线孔10。

参考图2及图3所示，水平极化天线2包括水平介质基板21、数个呈均匀圆环阵列排列的水平极化辐射单元22、及与水平极化辐射单元22连接的第一路线23与第二路线24，每一水平极化辐射单元22均连接有第一路线23与第二路线24，第一、第二路线23、24平行设置形成平行双线。第一馈线4的内导体（即芯线）与第一路线23连接，第一馈线4的外导体与第二路线24连接。

水平介质基板21与反射底板1相平行设置，可通过介质支撑柱6固定在反射底板1上。介质支撑柱6的下端固定在反射底板1上，其上端形成有如M3的螺栓，水平介质基板21设有过孔210供螺栓穿过，并通过塑料螺母螺接在螺栓上将水平介质基板21固定在介质支撑柱6上方。该水平介质基板21的形状可为但不限于圆形、矩形或多边形，本实施例中，水平介质基板21为圆形，直径为28mm。该介质支撑柱6采用绝缘材料制成，其除了支撑水平介质基板21外，通过对介质支撑柱6的高度调整还可以用于调整驻波和极化隔离度，起到展宽天线的频率带宽及改善极化隔离度的作用。在本实施例中，介质支撑柱6为高40mm、直径5mm的圆柱体。

数个水平极化辐射单元22呈均匀圆环阵列排列印刷在水平介质基板21上，实现了水平面内水平极化波的全向辐射。水平极化辐射单元22的数量可为4-6个，本实施例中，采用4个水平极化辐射单元22。相邻水平极化辐射单元22的间距对应的圆心角为9°，以提高水平极化方向图的圆度（在近圆形的方向图平面上的最大增益方向与最小增益方向的增益差值）。

参考图3至图5所示，每一水平极化辐射单元22均包括分别设于水平介质基板21上下表面的主折合振子221与寄生耦合折合振子222，第一路线23与第二路线24分别与主折合振子221连接。其中，水平介质基板21的中心处上下表面分别设有内导体焊盘211及外导体焊盘212，第一馈线4的内导体自水平介质基板21下表面穿过，通过内导体焊盘211与第一路线23相接，第一馈线4的外导体于水平介质基板21下表面通过外导体焊盘212与第二路线24相接。具体的，第一路线23一端连接主折合振子221，另一端延伸至水平介质基板21的中心并连接在内导体焊盘211上，第一馈线4的内导体自水平介质基板21下表面穿过而与内导体焊盘211连接，水平介质基板21设有供该第一馈线4的内导体穿过的馈电孔214；第二路线24一端连接主折合振子221，另一端延伸至水平介质基板21的中心附近，并穿过水平介质基板21而连接在外导体焊盘212上，第一馈线4的外导体于水平介质基板21下表面与所述外导体焊盘212连接，从而构成水平极化的全向天线。水平介质基板21的中心附近设有供第二路线24穿过的金属化过孔213。第一馈线4与内导体焊盘211、外导体焊盘212之间优选采用焊接方式进行连接。

为了保证天线覆盖的平衡度，一般要求天线的圆度小于3dB，在本实施例中，为了提高天线的圆度，将主折合振子221的振臂设计为弧形。如图4所示，该主折合振子221可包括呈弧形的第一振臂2211及第二振臂2212，第一振臂2211靠近水平介质基板21边缘设置，第二振臂2212平行位于第一振臂2211内侧，且第一、第二振臂2211、2212的两端折合连接。第二振臂2212的中部设有一断口2213以连接第一路线23及第二路线24，第一路线23与第二路线24的一端分别连接在断口2213的相对两端处。在本实施例中，第一振臂2211与第二振臂2212的宽度均为1.75mm，第一、第二振臂2211、2212之间的间距为2.75mm，该第一、第二振臂2211、2212相对于水平介质基板21中心的圆心角为81°，此时所对应的第一、第二振臂2211、2212的弧长约为二分之一介质波长。第二振臂2212的断口2213宽度为1.5mm，与所连接的第一路线23及第二路线24的总宽度一致，微调该断口2213宽度可以改变平行双线的特性阻抗，以与主折合振子221之间实现更良好的匹配。

主折合振子221的阻抗大小随着其振臂的面积大小改变而改变，因此，通过调节振臂的面积大小可以调节主折合振子221的阻抗值。根据主折合振子221的大阻抗特性，在水平极化天线2包括多个水平极化辐射单元22时，可以通过将多个水平极化辐射单元22并联的方式使水平极化天线2的阻抗与馈电阻抗匹配，降低双极化室内分布天线的驻波比，简化了馈电结构及减少设计功分器的成本。如图5所示，寄生耦合折合振子222可以与主折合振子221相同形状设置，其功能是展宽天线的带宽。

如图1及图2所示，所述垂直极化天线3包括与反射底板1相垂直设置的垂直介质基板31及印刷在垂直介质基板31上的垂直极化辐射单元32，垂直极化辐射单元32具体为印刷在垂直介质基板31上的印刷单极子。垂直介质基板31可采用插接的方式固定在反射底板1上，其中，反射底板1上对应垂直介质基板31设有插槽（未标示），垂直介质基板31通过其底部两端与插槽配合插接在反射底板1上。一金属螺母33通过压铆方式铆接在所述反射底板1的中心处，垂直极化辐射单元32与反射底板1组成单极天线，实现了水平面内垂直极化波的全向辐射。第二馈线5的内导体穿过反射底板1及金属螺母33而与垂直极化辐射单元32相接，其外导体穿过反射底板1而与金属螺母33连接，连接方式优选焊接。

为了降低水平极化天线2与垂直极化天线3之间的干扰，提高双极化室内分布天线的极化隔离效果，该水平极化天线2与垂直极化天线3可以采用共轴设置。为了减少水平极化天线2与垂直极化天线3之间的耦合，该水平极化天线2的水平介质基板21的下表面与垂直极化天线3之间的垂直距离可以设置为10mm。

综上所述，本实用新型的双极化室内分布天线可以在WLAN系统中作为MIMO天线使用，其中的垂直极化天线3相当于传统的单极化全向天线，其与水平极化天线2可以共同组成双通道天线，用于接收和发射无线电波。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种双极化室内分布天线，其特征在于，包括反射底板（1）、上下依次设置在所述反射底板（1）上的水平极化天线（2）与垂直极化天线（3）、以及分别连接所述水平极化天线（2）与垂直极化天线（3）的第一馈线（4）与第二馈线（5）；

所述水平极化天线（2）包括数个呈均匀圆环阵列排列的水平极化辐射单元（22）、及与所述水平极化辐射单元（22）连接的相平行的第一路线（23）与第二路线（24），所述第一馈线（4）的内导体与所述第一路线（23）连接，所述第一馈线（4）的外导体与所述第二路线（24）连接。

2.根据权利要求1所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述水平极化天线（2）还包括与所述反射底板（1）相平行设置的水平介质基板（21），所述数个水平极化辐射单元（22）印刷在所述水平介质基板（21）上，每一所述水平极化辐射单元（22）均包括分别设于所述水平介质基板（21）上下表面的主折合振子（221）与寄生耦合折合振子（222），所述第一路线（23）与所述第二路线（24）分别与所述主折合振子（221）连接。

3.根据权利要求2所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述水平介质基板（21）的中心处上下表面分别设有内导体焊盘（211）及外导体焊盘（212）；所述第一馈线（4）的内导体自所述水平介质基板（21）下表面穿过，通过所述内导体焊盘（211）与所述第一路线（23）相接，所述第一馈线（4）的外导体于所述水平介质基板（21）下表面通过所述外导体焊盘（212）与所述第二路线（24）相接。

4.根据权利要求3所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述第一路线（23）一端连接所述主折合振子（221），另一端延伸至所述水平介质基板（21）的中心并连接在所述内导体焊盘（211）上，所述第一馈线（4）的内导体自所述水平介质基板（21）下表面穿过而与所述内导体焊盘（211）连接；所述第二路线（24）一端连接所述主折合振子（221），另一端延伸至所述水平介质基板（21）的中心附近并穿过所述水平介质基板（21）而连接在所述外导体焊盘（212）上，所述第一馈线（4）的外导体于所述水平介质基板（21）下表面与所述外导体焊盘（212）连接。

5.根据权利要求4所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述主折合振子（221）包括呈弧形的第一振臂（2211）及第二振臂（2212），所述第一振臂（2211）靠近所述水平介质基板（21）边缘设置，所述第二振臂（2212）平行位于所述第一振臂（2211）内侧，所述第一、第二振臂（2211、2212）的两端折合连接；所述第二振臂（2212）的中部设有一断口（2213）以连接所述第一路线（23）及第二路线（24）。

6.根据权利要求1所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述水平极化天线（2）通过介质支撑柱（6）固定在所述反射底板（1）上。

7.根据权利要求6所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述介质支撑柱（6）的下端固定在所述反射底板（1）上，其上端形成有螺栓，所述水平介质基板（21）设有过孔（210）供所述螺栓穿过，并通过塑料螺母螺接在所述螺栓上将所述水平介质基板（21）固定在所述介质支撑柱（6）上方。

8.根据权利要求1所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述垂直极化天线（3）包括与所述反射底板（1）相垂直设置的垂直介质基板（31）及印刷在所述垂直介质基板（31）上的垂直极化辐射单元（32）；一金属螺母（33）通过压铆方式铆接在所述反射底板（1）的中心处；所述第二馈线（5）的内导体穿过所述反射底板（1）及所述金属螺母（33）而与所述垂直极化辐射单元（32）相接，其外导体穿过所述反射底板（1）而与所述金属螺母（33）连接。

9.根据权利要求8所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述反射底板（1）上对应所述垂直介质基板（31）设有插槽，所述垂直介质基板（31）通过其底部两端与所述插槽配合插接在所述反射底板（1）上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的双极化室内分布天线，其特征在于，所述水平极化天线（2）与所述垂直极化天线（3）采用共轴设置。

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