CN203707317U - 移动通信天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种移动通信天线，该天线包括用于辐射1.7－2.2GHz范围内的至少一个子频段的信号的单列双极化辐射单元，用于安装所述辐射单元的反射板以及天线罩，所述天线罩具有提供柱形空间以容纳所述反射板和辐射单元的罩体，所述双极化辐射单元的每个极化由一对半波振子组成，该辐射单元在反射板上的投影外轮廓呈圆形，该天线在其所限定的天线边界条件下，通过常规的优化和调试手段，可以实现良好的天线电性能指标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种移动通信天线。
背景技术
随着基站设备的广泛应用，基站和天线等基站设备在城镇区域的很多地方如建筑物楼顶、海滩、公园或者古迹景点随处可见，对城镇环境造成污染。其次当前群众的健康、环保意识普遍有所提高，但是由于对电磁领域的认识不足，容易误认为基站设备体积越大辐射也就越大，所以群众对大型的基站、天线等基站设备产生较大的抵触心理，建站选址阻力大。另外基站设备的体积重量越大，对铁塔或者安装抱杆的强度要求越高，安装难度也就越大。
鉴于上述所存在的情况，为了美化环境、减少建站的阻力和难度，并且由于减少天线风阻负荷可以提升结构可靠性等原因，运营商对基站设备的尺寸提出了更高的期望，甚至不惜牺牲技术指标以要求基站设备达到更小的尺寸。
根据天线的原理可以得知，单阵列的天线长度尺寸是由网络运用所需要的增益决定的，在增益要求确定的情况下，天线长度尺寸基本上没有减少的空间，所以业内主要是从天线的宽度和高度方面着手来改进天线的尺寸。
目前，业内涵盖于WCDMA、PCS1900和GSM1800的1.7～2.2GHz频段天线的宽度尺寸一般大于155mm，高度尺寸一般大于69mm。具体的，从全球主要基站天线厂家的产品目录中可以大致了解到各厂家的产品的宽、高尺寸分别为：155mm×69mm、167mm×89.5mm、160mm×80mm和158mm×73mm，显然这些天线的截面尺寸还是较大，如何进一步减少天线的宽度和高度尺寸成为了业内的一个技术瓶颈。
业内对该特定频段天线的尺寸的设计之所以存在技术瓶颈，主要是因为业内技术人员存在惯性思维，通常是单独考虑一些常用技术手段用来优化的参数，例如，考虑天线反射板的翻边的高度和形状，或者在反射板上表面增设其它改善边界条件的金属部件以降低天线不同极化信号馈入端口之间的电磁场耦合以获得较高的隔离度。京信也曾针对圆形投射面的辐射振子使用如上的常规技术手段进行改进，但发现天线性能指标达不到要求。中国联通也曾成立过一个相关的专项研究课题以试图解决小型化的问题。可见，这是业内长期以来一直想解决但又未能解决的问题，而且企图利用有限次试验手段机械地调整一个或几个设计参数来实现特定频段天线的尺寸的微型化是不科学也是不可行的，因而如需达成目标必须系统考虑天线的整体设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种移动通信天线，用以在1.7-2.2MHz频段内实现与常规大尺寸天线相近或更优的指标。
一种移动通信天线，包括用于辐射1.7－2.2GHz范围内的至少一个子频段的信号的单列双极化辐射单元，用于安装所述辐射单元的反射板以及天线罩，所述天线罩具有提供柱形空间以容纳所述反射板和辐射单元的罩体；
所述双极化辐射单元的每个极化由一对半波振子组成，该辐射单元在反射板上的投影外轮廓呈圆形；
该天线的边界条件被限定为：所述罩体的最大横向宽度被限定为100-145mm，所述罩体与所述反射板之间的最大垂直高度被限定为40-60mm；所述辐射单元的口径面至所述反射板的距离被限定为0.125-0.25λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；同一辐射单元中同一极化的两个半波振子之间的距离为0.5λ；所述反射板在其底面设有一对翻边，所述底面上由所述两侧翻边外侧所限定的宽度为100－120mm。
一种移动通信天线，包括用于辐射1.7－2.2GHz范围内的至少一个子频段的信号的两列并排设置的双极化辐射单元，用于安装所述辐射单元的反射板以及天线罩，所述天线罩具有提供柱形空间以容纳所述反射板和辐射单元的罩体；
所述双极化辐射单元的每个极化由一对半波振子组成，该辐射单元在反射板上的投影外轮廓呈圆形；
该天线的边界条件被限定为：所述罩体的最大横向宽度被限定为200-280mm，所述罩体与所述反射板之间的最大垂直高度被限定为40-60mm；两列所述辐射单元的相位中心的间距为0.93λ；所述辐射单元的口径面至所述反射板的距离被限定为0.25λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；同一辐射单元中同一极化的两个半波振子之间的距离为0.5λ；所述反射板在其底面设有一对翻边，所述底面上由所述两侧翻边外侧所限定的宽度为200－280mm。
本实用新型综合了频段限制、辐射单元的形状、辐射单元口径面与反射板之间距离、天线罩体体积条件等因素，针对特定频段采用特定形状的辐射单元并通过给定尺寸限定辐射单元与反射板之间的相对位置关系，形成使反射板、辐射单元进一步缩小的倒逼机制，辐射单元的口径面的形状以及其与反射板之间的距离促进天线在特定频段范围和特定罩体内的天线性能的改变，在这种情况下，进一步使得天线的体积大大缩小，也即达到不超出罩体所限定的140mm*60MM（不考虑纵长方向的长度）的范围；申请人解决上述技术问题后，经过无数次仿真实验验证了该天线能在1.7-2.2MHz频段中实现良好天线指标的边界条件，有效缩小天线的宽度高度，使天线的整体尺寸下降，从而进一步带来了减少选址难度、降低天线风阻负荷、提升结构可靠性、成本低、以及安装方便的优点。
附图说明
图1为本实用新型单列辐射单元的小尺寸天线的立体图；
图2为本实用新型单列辐射单元的小尺寸天线的结构尺寸示意图；
图3为本实用新型单列辐射单元的小尺寸天线的水平面辐射方向图；
图4为相对较大尺寸的普通天线的水平面辐射方向图；
图5为本实用新型双列辐射单元的小尺寸天线的立体图；
图6为本实用新型双列辐射单元的小尺寸天线的结构尺寸示意图；
图7为本实用新型含隔板和双列辐射单元的小尺寸天线的立体图；
图8为本实用新型含隔板和双列辐射单元的小尺寸天线的结构尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-8对本发明的一种移动通信天线做进一步地说明。
如附图1和附图2所示的一种移动通信天线，该天线的天线罩为类似矩形的腔体状，天线罩具有罩体1，该罩体1提供柱形空间以容纳反射板2、单列双极化辐射单元3和馈电网络（图未示）。辐射单元3安装在反射板2的上表面上，该馈电网络安装在反射板2的下表面上，辐射单元3与馈电网络连接形成具有辐射信号功能的天线。反射板2纵宽方向的两侧一体向上折弯，在反射板2的两侧边沿上形成了相对于反射板2底板的向上垂直的翻边4；同理，该翻边4也可以不垂直于反射板2底板，具体可以根据天线的性能指标而决定；该翻边4可以用于改善边界条件。
辐射单元3包括两对极化正交的半波振子31、环形底座32、以及设置在每个半波振子31和环形底座32之间的平衡器33。由两对极化正交的半波振子31所组成的辐射单元3在反射板2上的投影外轮廓为一规则几何图形，具体的可以如附图1中所示的，每个半波振子31的单元臂为单条直线状，辐射单元3为菱形，此时辐射单元3的口径即同一极化的两个对称的半波振子31的最大距离可以形象地等于菱形的对角线长度；或者每个半波振子31的单元臂也可采用如图5所示的单条弧形状，由两对极化正交的半波振子31所组成的辐射单元3在反射板2上的投影外轮廓为圆形，并且每个半波振子31的单元臂的一端与平衡器33相连接，而其另一端向下弯折，形成相对于单元臂本体垂直向下的加载线34，此时辐射单元3的口径即为圆形直径；或者采用的辐射单元3在反射板2上的投影外轮廓也可以是其他不规则的形状，此时辐射单元3的口径为两个对称的半波振子31之间的最大距离。
该天线的应用频段为1.7GHz到2.2GHz或者在1.7GHz到2.2GHz之间的任一小频段，下面以应用频段为1.7GHz到2.2GHz的范围为例，中心频点1.95GHz为例，该天线的边界条件被限定如下：两个对称的半波振子31之间的最大距离，即辐射单元3的口径为0.5λ，λ为具体工作频段的波长长度，此处为1.7GHz到2.2GHz的波长长度；反射板2宽度W1即其两侧翻边4所限定的宽度为100mm到120mm之间，优选为114mm；辐射单元3的口径面到反射板2，具体到反射板2上表面的距离d1为0.125λ-0.25λ。
天线罩的宽度W2根据罩体1的最大横向宽度来决定，在工艺成熟的情况下，罩体1的最大横向宽度基本上可以等于反射板2的优选宽度W1，限定为100-120mm，但一般情况下，反射板2为了安装或拆卸的需要，需要预留一定的安装空间，大约为2mm到3mm之间，再加上罩体1本身的厚度约为2mm到3mm之间，以反射板2的优选宽度W1为114mm为例，可以确定罩体1的最大横向宽度优选为116mm，天线罩的宽度W2为106mm到126mm之间，优选为120mm。
翻边4的顶面到反射板2，具体为到反射板2上表面的高度d2为0.15λ，λ为具体工作频段的波长长度；这样可以在保证天线电性能指标的情况下，缩小天线的宽度；为了进一步达到缩小天线尺寸的目的，在天线最大辐射的法线方向上，反射板2上表面（简化称为反射板2）到罩体顶部的最大垂直高度X1为25mm到38mm之间，优选为38mm，在天线最大辐射的法线方向的-180°方向上，反射板2的下表面（简化称为反射板2）到罩体底部的最大垂直高度X2为10mm到20mm之间，优选为16mm。
辐射单元3两侧的翻边4上设置有若干个凹槽41，该凹槽41为一面开口，三面封闭的形状。该凹槽41对称设置，由于两个相邻的辐射单元3之间是轴对称的，而该凹槽41同时也是设置在两个相邻的并轴对称的辐射单元3的对称轴上，具体在该对称轴与两侧翻边4相交的位置上，为了更好地提升天线的电性能指标的效果，优选该凹槽41的深度为15mm，宽度为0.5λ。
在辐射单元3两侧的翻边4上也设置有若干个缝隙42，该缝隙42为四面封闭，内部中空的形状，该各个缝隙42设置在每个辐射单元3的相位中心两侧的翻边4上，换句话说，如果存在上述凹槽41或者说上述凹槽41的位置确定的情况下，该缝隙42可以视为设置在两个凹槽41的中间。两侧翻边4上的缝隙42对称设置，为了更好地提升天线的电性能指标的效果，优选该缝隙42的深度为15mm，宽度为0.5λ。
在上述所限定的天线尺寸前提下，对该天线使用常规的优化和调试手段进行优化，可以在1.7～2.2GHz频段中实现优越的电性能指标，具体为驻波比＜1.4，隔离度＞30dB，水平面半功率波束宽度65°±3°，其中±60°交叉极化比＞12dB，前后比＞26dB，其中水平面半功率波束宽度和前后比的两个指标可以从图3所示的该天线的水平面辐射方向图看出。由此可见，上述的小尺寸天线在上述所限定的天线的边界条件，缩小了天线宽度和高度尺寸，能起到美化环境、减少建站的阻力和难度，并且由于减少天线风阻负荷可以提升结构可靠性等作用，而且最关键的一点在于在缩小天线尺寸的同时并没有损害天线的电性能指标，相反，在基于该特定的边界条件下，通过常规的优化手段进行优化，可以取得不逊于大尺寸天线的性能效果。如图4所示的相对大尺寸的普通天线的水平面辐射方向图，该普通天线的水平面半功率波束宽度65°±6°，其中±60°交叉极化比＞12dB，前后比＞26dB，其中水平面半功率波束宽度和前后比可以从中得出。可见，相对于相对大尺寸的普通天线而言，本实施例的小尺寸天线在1.7～2.2GHz频段中的电性能指标更加优越。
在另一实施例中的移动通信天线与上一实施例的移动通信天线的不同之处在于：在罩体1内的反射板2上设置有两列双极化辐射单元3，两列辐射单元3并排设置。
每一列辐射单元3可以单独与一馈电网络连接，实现两幅水平面波束宽度中心值为65°的具有辐射信号功能的天线；此处可以根据同样的原理进行扩展，该天线包括N列辐射单元3和N套相互独立的馈电网络，N为正整数，该N列辐射单元3通过与N套馈电网络连接形成水平面波束宽度中心值为65°的具有辐射信号功能的天线。
或者，两列辐射单元3可以与一套馈电网络连接，实现水平面波束宽度中心值为25～38°的具有辐射信号功能的天线；此处可以根据同样的原理进行扩展，该天线包括两列辐射单元3和N套相互独立的馈电网络，N为正整数，该两列辐射单元3通过与N套馈电网络连接形成水平面波束宽度中心值为25～38°N/2列的具有辐射信号功能的天线。
该天线的应用频段为1.7GHz到2.2GHz或者在1.7GHz到2.2GHz之间的任一小频段，下面以应用在1.7-2.2GHz频段，中心频点为1.95GHz为例，两列辐射单元3的相位中心的间距为0.93λ，辐射单元3的口径面到反射板2，具体到反射板2上表面的距离d1为0.25λ，翻边4的顶面到反射板2，具体为到反射板2上表面的高度d2为0.15λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。反射板2宽度W1即其两侧翻边4所限定的宽度200-280mm之间，优选为257mm；在天线最大辐射的法线方向上，反射板2上表面（简化称为反射板2）到罩体顶部的最大垂直高度X1为40-60mm，优选为45mm，在天线最大辐射的法线方向的-180°方向上，反射板2的下表面（简化称为反射板2）到罩体底部的最大垂直高度X2为10-20mm，优选为16mm。
天线罩的宽度W2根据罩体1的最大横向宽度来决定，在工艺成熟的情况下，罩体1的最大横向宽度基本上可以等于反射板2的优选宽度W1，限定为200-280mm，但一般情况下，反射板2为了安装或拆卸的需要，需要预留一定的安装空间，大约为2mm到3mm之间，再加上罩体1本身的厚度约为2mm到3mm之间，以反射板2的优选宽度W1为257mm为例，可以确定罩体1的最大横向宽度优选为260mm，天线罩的宽度W2为206mm到288mm之间，优选为265mm。
翻边4上设置有若干个凹槽41和/或缝隙42，该凹槽41设置在相邻并且成轴对称的两个所述辐射单元的对称轴，且与两侧所述翻边相交的位置上；该凹槽的宽度优选为15mm，其长度优选为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
该缝隙42设置在每个辐射单元的两侧的翻边上。在上述凹槽41存在并且位置可确定的情况下，该缝隙42的可以视为被设置在两个凹槽41的中间位置上。该缝隙的宽度优选为15mm，其长度优选为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
如图7所示，可以在两列辐射单元3之间设置有隔板5，该隔板5由反射板2一体折弯所形成，隔板5的宽度W3为0.2λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。这能避免两列辐射单元3相互干扰，提高辐射单元3之间的隔离度。当存在隔板5时，天线罩的宽度W2也会相应有所增加。
在两列辐射单元3可以分别通过与两套独立馈电网络连接，实现水平面波束宽度中心值为65°的具有辐射信号功能的天线的情况，为了实现该天线在1.7-2.2GHz频段的良好效果，申请人反复经过多次仿真试验，发现将该天线在上述所限定的边界条件下使用常规的优化和调试手段，可以达到：驻波比＜1.4，隔离度＞30dB，水平面半功率波束宽度65°±3°，其中±60°交叉极化比＞12dB，前后比＞26dB等的良好效果。由此可见，该天线虽然限定了天线的边界条件，缩小天线宽度和高度尺寸，能起到美化环境、减少建站的阻力和难度，并且由于减少天线风阻负荷可以提升结构可靠性等作用，而且相对于相对大尺寸的普通天线而言，最重要的一点是该天线在上述特定的天线边界条件下可以在1.7～2.2GHz频段中实现更加优越的电性能指标，能够满足移动通信系统的要求。
在两列辐射单元3可以通过与一套馈电网络连接，实现水平面波束宽度中心值为25～38°的具有辐射信号功能的天线的情况，可以在1.7～2.2GHz频段中实现优越的电性能指标，具体为驻波比＜1.4，隔离度＞30dB，水平面半功率波束宽度32°±3°，其中±20°交叉极化比＞12dB，前后比＞28dB。由此可见，本实施例在特定的天线边界条件下，通过常规的优化和调试手段，可以达到天线驻波比＜1.4，隔离度＞30dB，水平面半功率波束宽度65°±3°，其中±60°交叉极化比＞12dB，前后比＞26dB等效果。可见在上述天线的边界条件下，虽然缩小天线宽度和高度尺寸，但其性能并没有因此而被损害，相反相对于相对大尺寸的普通天线而言，本实施例在1.7～2.2GHz频段中的电性能指标更加优越，能够满足移动通信系统的要求。
综上所述，本发明的各个实施例通过优化边界条件，能在1.7～2.2GHz频段或者其中的任一小频段中达到优越电性能指标，能同时用于DCS1800、PCS1900和IMT-2000等频段；另外，也由于体积相对较小的原因，也相应具有减少选址难度、降低天线风阻负荷、提升结构可靠性、成本低、以及安装方便等优点。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种移动通信天线，包括用于辐射1.7－2.2GHz范围内的至少一个子频段的信号的单列双极化辐射单元，用于安装所述辐射单元的反射板以及天线罩，所述天线罩具有提供柱形空间以容纳所述反射板和辐射单元的罩体，其特征在于：
所述双极化辐射单元的每个极化由一对半波振子组成，该辐射单元在反射板上的投影外轮廓呈圆形；
该天线的边界条件被限定为：所述罩体的最大横向宽度被限定为100-145mm，所述罩体与所述反射板之间的最大垂直高度被限定为40-60mm；所述辐射单元的口径面至所述反射板的距离被限定为0.125-0.25λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；同一辐射单元中同一极化的两个半波振子之间的距离为0.5λ；所述反射板在其底面设有一对翻边，所述底面上由所述两侧翻边外侧所限定的宽度为100－120mm。
2.根据权利要求1所述的移动通信天线，其特征在于，所述半波振子设有一对振子臂，该对振子臂构成圆形投影外轮廓的一个局部线段，两对所述半波振子的振子臂共同构成圆形的投影外轮廓。
3.根据权利要求2所述的移动通信天线，其特征在于，所述辐射单元的振子臂为单条弧线状，分别被一由馈电支撑件提供的馈电臂所支撑。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的移动通信天线，其特征在于，所述反射板的纵宽两侧被折弯形成用于改善天线边界条件的翻边，所述翻边顶面到所述反射板的高度被限定为0.15λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
5.根据权利要求4所述的移动通信天线，其特征在于，相邻并且成轴对称的两个所述辐射单元的对称轴，与两侧所述翻边相交的位置上设置有若干个凹槽；
所述凹槽的宽度被限定为15mm，其长度被限定为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；
和/或，在每个所述辐射单元相位中心两侧的所述翻边上设置有若干个缝隙；
所述缝隙的宽度被限定为15mm，其长度被限定为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
6.一种移动通信天线，包括用于辐射1.7－2.2GHz范围内的至少一个子频段的信号的两列并排设置的双极化辐射单元，用于安装所述辐射单元的反射板以及天线罩，所述天线罩具有提供柱形空间以容纳所述反射板和辐射单元的罩体，其特征在于：
所述双极化辐射单元的每个极化由一对半波振子组成，该辐射单元在反射板上的投影外轮廓呈圆形；
该天线的边界条件被限定为：所述罩体的最大横向宽度被限定为200-280mm，所述罩体与所述反射板之间的最大垂直高度被限定为40-60mm；两列所述辐射单元的相位中心的间距为0.93λ；所述辐射单元的口径面至所述反射板的距离被限定为0.25λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；同一辐射单元中同一极化的两个半波振子之间的距离为0.5λ；所述反射板在其底面设有一对翻边，所述底面上由所述两侧翻边外侧所限定的宽度为200－280mm。
7.根据权利要求6所述的移动通信天线，其特征在于，所述半波振子设有一对振子臂，该对振子臂构成圆形投影外轮廓的一个局部线段，两对所述半波振子的振子臂共同构成圆形的投影外轮廓。
8.根据权利要求7所述的移动通信天线，其特征在于，所述辐射单元的振子臂为单条弧线状，分别被一由馈电支撑件提供的馈电臂所支撑。
9.根据权利要求6所述的移动通信天线，其特征在于：每一列所述辐射单元对应设置一馈电网络；
或者，两列所述辐射单元与一馈电网络对应设置。
10.根据权利要求6所述的移动通信天线，其特征在于：所述反射板的纵宽两侧被折弯形成用于改善天线边界条件的翻边，所述翻边顶面到所述反射板的高度被限定为0.15λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
11.根据权利要求6至10中任意一项所述的移动通信天线，其特征在于，相邻并且成轴对称的两个所述辐射单元的对称轴，与两侧所述翻边相交的位置上设置有若干个凹槽；
所述凹槽的宽度被限定为15mm，其长度被限定为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长；
和/或，在每个所述辐射单元相位中心两侧的所述翻边上设置有若干个缝隙；
所述缝隙的宽度被限定为15mm，其长度被限定为0.5λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
12.根据权利要求11所述的移动通信天线，其特征在于，两列所述辐射单元之间设置有一由所述反射板一体折弯所形成的隔板，所述隔板的宽度被限定为0.2λ，其中λ为该天线的具体工作频段的波长。
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