CN2561111Y - 单极化波束赋形基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单极化波束赋形基站天线。该天线包括多个辐射单元(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)，反射板(8)和同轴线(10)，各辐射单元采用不等间距排列并轴向固定在反射板上，各辐射单元的激励幅度相等，激励相位不同，并分组设置，同轴线10分别对各组辐射单元馈电。只要预置各辐射单元之间的间距和激励相位就可以实现波束赋形。实测表明，该天线工作在GSM实际工作频段860MHz～960MHz内的各个频率点上，天线辐射方向图工作区的第一零点填充可达到－15dB以上，在干扰区的副瓣可压低到－18dB以下，有效地减少了工作区域内盲区和相邻小区的同频干扰，可广泛用于蜂窝移动通信网。

Description

单极化波束赋形基站天线

技术领域：

本实用新型涉及通信天线，具体的说是一种单极化波束赋形基站天线。该用于蜂窝通信中，可以减少工作区域内盲区，解决一般天线出现的“塔下黑”(盲区)问题；同时可以减小相邻小区同频干扰，提高系统容量，改进通信效果。

背景技术：

在移动通信系统中，由于用户量的迅速增长，通信信道的不足已经成为人口密集地区的严重问题，因此强烈地要求使用有效的频率复用技术已成为当前之急需。虽然，蜂窝系统是一种有利于频率复用的技术，但是，为了有效地进行频率重用，必须对蜂窝区进行再分割。而这种再分割的效能主要依赖于基地站天线的辐射方向图形状。对于基地站天线来说，它应具有较大的有用信号对无用信号之比，要比它应具有较高的天线增益更重要。为了保证服务区内的信号增益，一般采用带有反射板的垂直线阵天线，通过合成合适的阵列天线方向图来实现对主波束附近旁瓣压缩，以有效的降低对邻近小区干扰，减小频率重用距离。目前，通过天线辐射方向图来改善频率复用目的的解决方法主要有主波束倾斜和波束赋形技术，该技术是为了实现频率复用的目标，要求基地站天线对使用相同频率的另一蜂窝辐射要有尽可能低的电平，对其业务区辐射要有尽可能高的电平，即要求赋形垂直面的辐射方向图。为实现这一要求，现有技术中的单极化波束阵列天线是采用对等间距阵列，通过预置阵列单元的激励幅度和相位来实现其赋形垂直面的辐射方向图，如图8所示。其中φ1～φ6为每个单元的馈电相位，A1～A6为每个单元的馈电幅度，取第一个单元作为参考单元。各个单元间距相等为d。

这种方案由于采用六个单元之间不同的激励幅度，需要多端口精确的功率分配器，因而不仅难以实现，而且成本很高；同时由于相位控制参数多，天线赋形结果的频段性能很差。

实用新型内容：

本实用新型的目的是避免上述已有技术的不足，提供一种易实现、成本低，赋形效果好的单极化波束赋形基站天线。以提高在蜂窝通信中的通话质量、减少盲区，减少相邻小区的同频干扰。

实现本实用新型目的技术方案是通过改变现有普通单极化基站天线的结构关系和相位关系，对垂直面内方向图进行波束赋形，使其尽量实现余割波束。整个天线包括多个辐射单元，一个反射板和同轴线，各辐射单元的位置采用不等间距排列轴向固定在反射板上，每个辐射单元采用等功率和分组相位激励。

上述赋形基站天线各辐射单元之间的间距分别为d₁、d₂、d₃、d₄、d₅，各间距的排列关系为d₂＞d₁＞d₃＞d₄＞d₅。

上述赋形基站天线的分组相位激励，是将辐射单元分为三组，每组相位相同，各组相位不同，其中，中间组作为参考相位Φ₀＝0，两边组相位各为Φ₁和Φ₂，且Φ₁＞Φ₂。

上述赋形基站天线的等功率和分组相位激励是将同轴馈电传输线先设为一分三支，再将每支一分二路连接到各辐射单元。调整各辐射单元之间的轴向间距和各个单元的激励相位，就可实现波束赋形。为了配合赋形效果，在安装天线时设置一定的下倾角，如图4所示，则赋形效果更佳。

本实用新型由于采用调整各辐射单元之间的间距位置进行波束赋形，因而，可以在天线制作时非常方便地实现；同时由于采用分组相位激励和等功率分配，减少了控制参数，不仅省去了昂贵的功率分配器装置，降低了成本，而且，有利于展宽天线的带宽，利用同轴传输线很容易实现；此外由于在实际架设时天线设有一倾角，使原本很深的零点(盲点)可以得到填充，减少了盲区的出现，提高了通信质量。实测表明，在整个很宽的频段上天线辐射方向图工作区可将第一零点填充到-15dB以上，在干扰区的副瓣上可压制到-18dB以下，如图3～图7所示。与已有技术相比，本实用新型具有工作频带宽，波束赋形容易实现，即只需预置单元间距和激励相位就可以实现波束赋形，成本低，赋形效果好的优点。

附图说明：

图1为实用新型的整体结构图，其中1、2、3、4、5、6为辐射单元，8为反射板底版，7为反射板的侧板，9为反射板底板与侧板之间的倾斜角，10为同轴线。

图2为实用新型的辐射单元示意图，其中d₂、d₁、d₃、d₄、d₅表示各辐射单元之间的不同间距，Φ₀、Φ₁和Φ₂，表示三组不同的相位。

图3为本实用新型架设和工作情况的示意图。

图4为本实用新型在960MHz频率点的工作性能图。

图5为本实用新型在915MHz频率点的工作性能图。

图6为本实用新型在890MHz频率点的工作性能图。

图7为本实用新型在860MHz频率点的工作性能图。

图8为现有技术的辐射单元示意图。

具体实施方式：

图1和图2给出了本实用新型的最佳实施例。参照图1和图2，各辐射单元1、2、3、4、5、6轴向固定在水槽形辐射板8上，各辐射单元之间通过同轴线10连接。六个辐射单元呈不等间距排列，他们的激励幅度相等，但是激励相位不同，并采用分组设置。其中辐射单元2与辐射单元1之间的间距为d1，两者为相同的相位激励Φ₁。辐射单元3与辐射单元2之间的间距为d2，辐射单元3的激励相位为Φ₀。辐射单元4与辐射单元3之间的间距为d3，辐射单元4与辐射单元3具有相同的激励相位Φ₀，这里把他们的相位选取为参考相位，即Φ₀＝0。辐射单元5与辐射单元4之间的间距为d4，辐射单元5的激励相位为Φ₂。辐射单元6与辐射单元5之间的间距为d5，辐射单元6的激励相位与辐射单元5的激励相位相同为Φ₂。将辐射单元1与2设为一组，辐射单元3与4设为一组，辐射单元5与6设为一组。各组的间距按d₂＞d₁＞d₃＞d₄＞d₅的关系排列，三组的相位按Φ₀＝0，Φ₁＞Φ₂设置激励。即将同轴线10先设为一分三支，再将每支一分二路连接到各辐射单元。反射板倾斜角9的角度可以在90度到180度之间调节。

参照图3，本实用新型在实际工作架设时要有一定的下倾角，以配合赋形效果。从图3天线工作的实际情况可看出，在90度到120度之间，原本很深的零点得到填充，这些零点代表基站天线工作区域内的盲点。通过对这些零点的填充，减少了盲区的出现，大大提高了通信质量。在60度到90度之间的波瓣为上副瓣，通过对这些区域波瓣的压制可以减少对相邻区域的干扰，并使更多的能量集中在工作区域中，提高了天线的工作性能。

参照图4～图7，给出了该天线工作在GSM(蜂窝移动通信系统)实际工作频段860MHz～960MHz内各个频率点的工作性能，图中横坐标表示角度，纵坐标表示增益方向图。实线为实际测试曲线，带方形标记的曲线是理论计算结果。

从图4可看出天线工作在960MHz频率点时，其填充零点(横坐标90度左右对应的值)达到-15dB，压制上副瓣(110度到150度之间)均小于-19dB；

从图5可看出天线工作在915MHz频率点时，其填充零点达到-14.8dB，压制上副瓣均小于-18dB；

从图6可看出天线工作在890MHz频率点时，其填充零点为-13dB，压制上副瓣小于-20dB；

从图7可看出天线工作在860MHz频率点时，其填充零点为-14dB，压制上副瓣小于-19dB。

从各个频点性能可以看出，在整个很宽的频段上天线辐射方向图工作区的第一零点填充可以达到-15dB以上，而在干扰区的天线朝向同频区的副瓣可压低到-18dB以下。同时通过对比各频率点的计算数据和测试数据两条曲线，可以明显看出在相应的关键区域，两条曲线的差距很小，基本吻合。这些结果表明该天线在整个频段上都有较好的赋形效果和非常好的工作性能，有效的解决了“塔下黑”的问题，减少了工作区中的盲区，减小了相邻区域同频干扰，提高了通话质量。

本实用新型提供了一个包括六个辐射单元的单极化波束赋形基站天线实施例。显然，所述技术领域的技术人员可利用本实用新型的技术构思，作出不仅限于六个辐射单元的同类赋形基站天线。实用中，对于单极化天线可以有90度、65度扇区两种类型，这两种类型的天线形式是一样的，主要差距在于地板的尺寸不同。

Claims (4)

1、一种单极化波束赋形基站天线，包括多个辐射单元，反射板和同轴线，各辐射单元轴向固定在反射板(8)上，并通过同轴线(10)馈电连接，其特征在于各辐射单元之间采用不等间距排列，每个辐射单元采用等功率和分组相位激励。

2、根据权利要求1所述的单极化波束赋形基站天线，其特征在于辐射单元(1)与(2)的间距为d₁，辐射单元(2)与(3)的间距为d₂，辐射单元(3)与(4)的间距为d₃，辐射单元(4)与(5)的间距为d₄，辐射单元(5)与(6)的间距为d₅，各间距的排列关系为d₂＞d₁＞d₃＞d₄＞d₅。

3、根据权利要求1所述的单极化波束赋形基站天线，其特征在于分组相位激励是设置辐射单元(1)、(2)的相位Φ₁相同；辐射单元(5)、(6)的相位Φ₂相同；辐射单元(3)、(4)的相位相同，并作为参考相位Φ₀；各组的相位关系为Φ₀＝0，Φ₁＞Φ₂。

4、根据权利要求1或3所述的单极化波束赋形基站天线，其特征在于等功率和分组相位激励是将同轴馈电传输线(10)先设为一分三支，再将每支一分二路连接到各辐射单元。

Images