CN2588559Y

CN2588559Y - 一种用于移动通信的室内多波段吸顶天线

Info

Publication number: CN2588559Y
Application number: CN02272381U
Authority: CN
Inventors: 薛锋章
Original assignee: Comba Telecom Systems Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Comba Telecom Systems Guangzhou Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2012-08-09

Abstract

一种用于移动通信的室内多波段吸顶天线，其工作频带可覆盖800～960MHz和1710～2300MHz，可同时用于CDMAone、GSM、DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT－2000等多个波段的移动通信用途。它包括：一个印刷型单极振子辐射单元；一个加载金属片连接到所述的辐射单元的末端，并与所述的辐射单元相互垂直；一块圆形接地金属反射板；一块微波基片组成的微带型阻抗匹配网络平行放置于所述的金属反射板上方；所述的辐射单元垂直置于所述的微带阻抗匹配网络的上方；一个旋转对称的介质天线罩置于所述的金属反射板的上方，将所述的辐射单元、加载金属片、微带阻抗匹配网络封闭于其中。本实用新型具有尺寸小巧、外形美观、便宜和安装使用方便的特点。

Description

一种用于移动通信的室内多波段吸顶天线

技术领域

本实用新型涉及一种多波段吸顶天线，尤指用于移动通信室内覆盖系统的多波段吸顶天线。

背景技术

在今日的信息时代，通信的发展缩短了人与人之间的距离。移动通信的发展更是一日千里，业务量和用户数连年出现爆炸式的增长。就中国移动通信目前的现状来说，其两个最大运营商——中国移动和中国联通根据业务发展的要求，不断地在扩容和增加覆盖的范围。其措施是：一方面增加已有基站的容量和在室外增加基站和直放站的数目，另一方面，加大服务区内“补盲”的力度。服务区内存在许多“盲区”，诸如：宾馆、写字楼、地下商场、停车场、隧道、地铁、车站、码头、机场等等，比比皆是。由于系统容量的不断扩展，在城市中心密集区采用微蜂窝和微微蜂窝技术，使得室内“盲区”的数量大量增加。运营商为改善室内“盲区”的服务质量，通常采用室内覆盖通信系统的形式，投入少，见效快。

“室内天线”是室内覆盖系统的关键部件，具有广阔的应用前景。吸顶天线就是其中的一种，它通常采用常规的垂直极化单极振子辐射单元来实现。

现有技术中，常规的单极振子辐射单元的高度约为最低工作频率的四分之一波长左右，这在类似CDMAone、GSM频段的情况下，其天线的体积和厚度就会显得较大。由于整个室内覆盖通信系统的其它部件对于用户来说是隐蔽的，唯有室内天线是展示在用户的视野内，考虑到许多室内环境空间有限，缩小天线尺寸才能更好地适应各种使用要求。

另外，不同的运营商采用不同的通信频带，同一运营商为增加系统容量和提高服务质量而采用多个通信频带。而现有的天线产品往往只能工作在单一的波段，或者能够兼顾1～2个波段但以牺牲部分性能指标为代价。这样，在需要多个波段同时工作时，规划中将采用多个天线，系统设计将因此变得复杂和使用不便，同时成本上升。

发明内容

为了改进现有技术的缺点，本实用新型的一个目的是提供一种用于移动通信室内覆盖系统的多波段吸顶天线，可同时用于CDMAone、GSM、DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000等多个不同的运营频带的通信用途。

本实用新型的另一个目的是提供一种用于移动通信室内覆盖系统的多波段吸顶天线，其驻波比等指标性能优良、且尺寸小巧，外形美观，便宜和安装使用方便。

为了达到上述目的，本实用新型提供的一种用于移动通信室内覆盖系统的多波段吸顶天线，所述的多波段吸顶天线的工作频带可覆盖800～960MHz的第一频带和1710～2300MHz的第二频带，所述的第一频带包含移动通信CDMAone、GSM等多个波段，所述的第二频带包含移动通信DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000等多个波段，其特征在于由如下各单元组成：

一个印刷型单极振子辐射单元；

一个加载金属片连接到所述的辐射单元的末端，并与所述的辐射单元相互垂直；

一块圆形接地金属反射板；

一块微波基片组成的微带型阻抗匹配网络平行放置于所述的金属反射板上方；

所述的辐射单元垂直置于所述的微带阻抗匹配网络的上方，且所述的辐射单元馈电点与所述的微带阻抗匹配网络的一端相连接；

所述的微带阻抗匹配网络的另一端通过微带至同轴转换连接到同轴电缆上，并通过带同轴接头的同轴电缆与外部通信部件相连；

一个旋转对称的介质天线罩置于所述的金属反射板的上方，将所述的辐射单元、所述的加载金属片、所述的微带阻抗匹配网络封闭于其中。

所述的辐射单元印刷在一厚度相对于工作波长可忽略不计的微波介质基片的一个面上，所述的辐射单元左右方向宽度约为所述的第一频带工作波长的三分之一，且在左右方向为近似对称，在上下方向为上下略窄、中间略宽，所述的辐射单元上下方向高度约为所述的第一频带工作波长的五分之一。

所述的辐射单元的馈电点位置在左右方向偏离中心约1～2cm。

所述的加载金属片可为圆形、椭圆形、多边形，其直径或外接圆直径约为所述的第一频带工作波长的四分之一。

所述的接地金属反射板的直径在160～240mm之间，厚度相对于工作波长可忽略不计。

所述的微带阻抗匹配网络从所述的辐射单元的馈电点算起，首先是一段与所述的辐射单元并联的开路微带线，接着是一段与所述的辐射单元串联的开路微带线，然后是一段微带传输线，最后还包括至少2小段并联的开路微带线，所述的2小段并联开路微带线的每一段都由一小段微带传输线将其相互隔开。

与所述的辐射单元并联的开路微带线的长度小于1cm。

与所述的辐射单元串联的开路微带线印刷在所述的辐射单元所在的微波基片的另一面上，其电波长度相对于第一频带的工作波长来说为小于四分之一，而相对于第二频带的工作波长来说为大于四分之一。

所述的一段微带传输线的电波长度相对于第一频带的工作波长来说在四分之一附近，而相对于第二频带的工作波长来说在二分之一附近。

所述的每一小段并联的开路微带线的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一。

所述的每一小段隔开微带传输线的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一。

所述的微带阻抗匹配网络中的各微带传输线、并联开路微带线、串联开路微带线的宽度可以调整和优化，以实现最佳的宽带阻抗匹配效果。

本实用新型提供了一种用于移动通信室内覆盖系统的多波段吸顶天线，可同时用于CDMAone、GSM、DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000等多个不同的运营频带的通信用途，且具有驻波比等指标性能优良，尺寸小巧、外形美观、便宜和安装使用方便的特点。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明：

图面说明

图1为本实用新型的设计电原理图。

图2为本实用新型的三维立体示意图。

图3为本实用新型的天线辐射单元输入阻抗图。

图4为本实用新型的阻抗变换图

图5为本实用新型实测的天线驻波比曲线图。

应注意在附图中使用的相同参照数字和符号表示相同的构成元件。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示，本实用新型的一个优选实施例采用以下步骤予以实现：

辐射天线主体01包含：一个印刷型单极振子辐射单元02；一个加载金属片03；一块圆形接地金属反射板04；一个旋转对称的介质天线罩05。元件02、03、04、05或参与辐射、或影响辐射。

一块印刷在微波基片上的由11、12、13、14、15、16、17、18等元件组成的微带型阻抗匹配网络平行放置于金属反射板04的上方，该阻抗匹配网络完成多个波段的宽带阻抗匹配，从而实现辐射天线01在多个波段同时工作的目的。

加载金属片03连接到辐射单元02的末端，该加载金属片03与辐射单元02相互垂直。辐射单元02垂直置于微带阻抗匹配网络的上方，辐射天线主体01中的辐射单元02的馈电点与微带阻抗匹配网络中的并联开路微带线11的一端相连接。

微带阻抗匹配网络的另一端点18通过微带至同轴转换连接到同轴电缆上，然后通过带同轴接头的同轴电缆与外部通信部件相连。

旋转对称的介质天线罩05置于金属反射板04的上方，将辐射单元02、加载金属片03、微带阻抗匹配网络11～18封闭于其中。

辐射单元02印刷在1mm厚的微波介质基片的一个面上，该辐射单元02在左右方向的宽度为CDMAone工作波长的三分之一，且在左右方向为近似对称，在上下方向为上下略窄、中间略宽，辐射单元02在上下方向的高度为CDMAone工作波长的五分之一左右。

辐射单元02的馈电点位置在左右方向偏离中心1.5cm。

加载金属片03为正八边形铜片，厚度小于1mm，其外接圆直径与辐射单元02的上方末端等宽，约为CDMAone工作波长的四分之一，02与03二者相互垂直焊接。

接地金属反射板04的直径为200mm，厚度为1.5mm。

如此，02、03、04按照以上尺寸或再经过微小调整，则天线在馈电点的输入阻抗如图3所示：其中101a为800～960MHz的第一频带阻抗特性，102a为1710～2300MHz的第二频带阻抗特性。虽然大幅调整02、03、04的尺寸可以在很大范围内改变天线01的阻抗特性，但是结合本优选实施例以下分析可以明了，上述的02、03、04尺寸可以实现多波段的同时匹配。

微带阻抗匹配网络从所述的辐射单元02的馈电点算起，首先是一段与辐射单元02并联的开路微带线11，接着是一段与辐射单元02串联的开路微带线12，然后是一段微带传输线13，最后还依次包括2小段并联的开路微带线14和16，以及2小段用于隔开14和16的微带传输线15。

开路微带线11的长度小于1cm，如此，它对第一频带的阻抗特性几乎无影响，但对第二频带高频端的阻抗特性影响可观。

与辐射单元02串联的开路微带线12印刷在辐射单元02所在的垂直微波基片的另一面上，其长度相对于第一频带的工作波长来说小于四分之一，于是在第一频带内呈容抗特性；同时，其长度相对于第二频带的工作波长来说大于四分之一，于是在第二频带内呈感抗特性。如此，辐射单元02的输入阻抗在经过串联的开路微带线12之后，其阻抗特性由图3的101a和102a变换为图4的101b和102b。其中，102b的阻抗特性由于频带太宽而发散，此时，调整上述开路微带线11的长度和宽度，可使102b的阻抗特性重新收缩并且更容易实现匹配。

图4的阻抗特性进一步经过微带传输线13的变换，此时，微带传输线13的长度选择在第一频带的工作波长的四分之一左右，同时，其长度又在第二频带的工作波长的二分之一左右。于是，图4中的第一频带阻抗特性101b将近似旋转180度，到达图4中102b的位置附近；而图4中的第二频带阻抗特性102b将近似旋转360度，位置基本保持不变。其中，宽频带的发散效应会造成101b和102b特性曲线在微带传输线13变换之后的进一步发散，此时，仍然可以调整上述开路微带线11的长度和宽度，可使101b和102b的阻抗特性重新收缩并且更容易实现匹配。

如此，图4的阻抗特性经过微带传输线13的变换之后，每个波段的阻抗实部将在50欧姆附近，而阻抗虚部将大于零，呈感抗。于是，通过并联呈容抗的开路微带线可以抵消其阻抗虚部，从而实现匹配。考虑到多个波段的频带很宽，采用了2段开路微带线14和16的结构，同时，采用短的微带线15和17将14和16予以隔开。

并联的开路微带线14和16的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一，本实施例中选择长度在1～2cm之间，并予以优化调整。

隔开的微带传输线15和17的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一，本实施例中选择长度在1～2cm之间，并予以优化调整。

如此，按照上述设计原则，通过微调微带阻抗匹配网络中的各微带线11、12、13、14、15、16、17的长度和宽度，最终可实现最佳的宽带阻抗匹配效果。图5示出本实施例实测的驻波比随频率变化的曲线，可以看出，该天线的工作频带覆盖了800～960MHz的第一频带和1710～2300MHz的第二频带，其中，第一频带包含了移动通信CDMAone、GSM等多个波段，第二频带包含了移动通信DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000等多个波段。在这些波段内的驻波比指标最大不超过1.3。

由该实施例构成的室内吸顶天线样品，在多个波段内形成全向辐射的方向图特性，其实测增益为2.1dBi，在全空域的覆盖特性很好，同时由于电压驻波比在所述的频带内小于1.3，因此能够很好地满足移动通信系统的要求。

容易看出，按照本实用新型制造的该天线将具有结构简单紧凑和高性能的优点，且易于制造、便宜和方便安装使用。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和描述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制，本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围的前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。所附的权利要求书覆盖了本实用新型精神和范围内的所有这些改变和修改。

Claims

1、一种用于移动通信的室内多波段吸顶天线，其工作频带覆盖800～960MHz的第一频带和1710～2300MHz的第二频带，所述的第一频带包含移动通信CDMAone、GSM等多个波段，所述的第二频带包含移动通信DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000等多个波段，其特征在于由如下各单元组成：

一个印刷型单极振子辐射单元；

一块圆形接地金属反射板；

2、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的辐射单元印刷在一厚度相对于工作波长可忽略不计的微波介质基片的一个面上，所述的辐射单元左右方向宽度约为所述的第一频带工作波长的三分之一，且在左右方向为近似对称，在上下方向为上下略窄、中间略宽，所述的辐射单元上下方向高度约为所述的第一频带工作波长的五分之一。

3、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的辐射单元的馈电点位置在左右方向偏离中心约1～2cm。

4、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的加载金属片可为圆形、椭圆形、多边形，其直径或外接圆直径约为所述的第一频带工作波长的四分之一。

5、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的接地金属反射板的直径在160～240mm之间，厚度相对于工作波长可忽略不计。

6、根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述的微带阻抗匹配网络从所述的辐射单元的馈电点算起，首先是一段与所述的辐射单元并联的开路微带线，接着是一段与所述的辐射单元串联的开路微带线，然后是一段微带传输线，最后还包括至少2小段并联的开路微带线，所述的2小段并联开路微带线的每一段都由一小段微带传输线将其相互隔开。

7、根据权利要求6所述的天线，其特征在于：与所述的辐射单元并联的开路微带线的长度小于1cm。

8、根据权利要求6所述的天线，其特征在于：与所述的辐射单元串联的开路微带线印刷在所述的辐射单元所在的微波基片的另一面上，其电波长度相对于第一频带的工作波长来说为小于四分之一，而相对于第二频带的工作波长来说为大于四分之一。

9、根据权利要求6所述的天线，其特征在于：所述的一段微带传输线的电波长度相对于第一频带的工作波长来说在四分之一附近，而相对于第二频带的工作波长来说在二分之一附近。

10、根据权利要求6所述的天线，其特征在于：所述的每一小段并联的开路微带线的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一。

11、根据权利要求6所述的天线，其特征在于：所述的每一小段隔开微带传输线的电波长度相对于第二频带的工作波长来说小于四分之一。