CN2703335Y - 一种空气微带耦合馈电贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种空气微带耦合馈电贴片天线。该天线包括反射板1、空气微带馈电网络2、N个辐射单元3、接头4、连接螺母和垫圈5，其特征在于所述的辐射单元包括上层贴片6和下层贴片7，上层贴片和下层贴片通过介质支柱8与反射板1相连接，接头4与空气微带馈电网络2之间通过连接螺母和垫圈5进行机械连接。本实用新型与现有技术相比，有效地降低了天线厚度，减轻了重量，大大提高了三阶互调的一次合格率，成本低，改善了覆盖小区内的信号分布，适合大批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种带波束赋形的双极化贴片天线。
背景技术
随着移动通信用户数量的急剧增长，信道容量的不足已经成为人口密集地区的一个严重问题。改善这种状况的方法之一是将原先的3个120°小区细分为6个60°小区，并通过极化分集减少天线安装数量。为得到较窄的水平面波束宽度，原理上可采用对称振子加反射板方式，但具体实现时会遇到不同的问题，如为得到65°的双极化板状天线，虽然可以通过双排振子的方式将水平面波束宽度压缩到65°，但天线结构复杂，厚度较大，比较笨重，不便于运输和安装。国家知识产权局公开的实用新型专利(申请号02255909.4)，公开了一种双探针扇形波束基站天线采用贴片代替普通振子有效地克服了这一问题的技术方案，由于其馈电网络采用了传统的电缆加功分器馈电方案，需要多处焊接，当射频电流流过不同金属部件的接触点时产生三阶互调产物，焊接点过多会导致上行信号的载噪比和误码率过高，从而使天线覆盖范围减小，一次性合格率偏低。此外，目前的基站系统开始对天线部分提出波束赋形要求：对天线垂直面方向图的上第一副瓣进行抑制，以降低对邻近小区的干扰；对下第一零点进行填充，防止出现覆盖盲区，改善覆盖小区内的信号质量。目前普遍采用的波束赋形方法是不等间距不等相位馈电的方式，如中国专利第02262021.4号所示，这种方式的缺点是天线单元间距互不相等，没有一致性，给设计和生产带来一定的困难。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的基站天线的不足而提供一种结构简单，成本低，覆盖范围广的双极化空气微带耦合馈电贴片天线。
为实现上述目的，本实用新型所述空气微带耦合馈电贴片天线包括：反射板1、空气微带馈电网络2、N个辐射单元3、接头4、连接螺母和垫圈5，其特征在于，所述辐射单元3包括上层贴片6和下层贴片7，上层贴片6和下层贴片7通过介质支柱8与反射板1相连接，接头4与空气微带馈电网络2之间通过连接螺母和垫圈5进行机械连接。从接头4输入的信号传递到空气微带馈电网络2中，并沿着空气微带馈电网络2分成若干路，每一路为一个辐射单元馈电，馈电网络连接线末端折弯成Γ形，将电流耦合到下层贴片7上，下层贴片7与反射板1之间产生辐射，并形成定向波束，同时，上层贴片6与下层贴片7之间存在耦合作用，使得上层贴片6可进一步展宽频带。本实用新型所说的N个辐射单元是指大于或等于1的整数个单元。
由于辐射单元3本身的隔离度指标不好，因此采用了单元间对消的办法来提高隔离度。通过采用同相馈电的单元功率之和与采用反相馈电单元功率之和相等，达到抵消耦合分量的目的。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：1、实现了基站天线的低剖面设计，有效地降低了天线厚度，减轻了天线重量，便于安装；2、大大提高了三阶互调的一次性合格率，通过同相和反相馈电并用的方式改善了辐射单元之间的隔离度，并改善了前后比等关键指标；3、采用波束赋形技术改善了覆盖小区内的信号分布；4、节省了原料成本，缩短了装配周期，非常适合大批量生产。
附图说明
图1是本实用新型天线的结构示意图；
图2是辐射单元的结构示意图；
图3是天线接头与空气微带馈电网络连接处的结构示意图；
图4是测试得到的天线A端口的输入驻波曲线图；
图5是测试得到的天线B端口的输入驻波曲线图；
图6是测试得到的天线两端口间的隔离度曲线图；
图7是测试得到的天线垂直面方向图；
图8是测试得到的天线水平面方向图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步的详细描述：
图1是本实用新型天线的结构示意图，图中表示的为五单元结构。该天线包括反射板1、5个贴片辐射单元3、2条空气微带馈电网络2、连接螺母和垫圈5。辐射单元3-1到3-5由上下两层贴片组成，上层贴片的应用可展宽工作频带和提高方向性。上层贴片和下层贴片均为矩形状。空气微带馈电网络2末端向上折弯成Γ形，从下层贴片7的两个角延伸到其下方位置沿对角线方向进行耦合馈电，给同一贴片进行馈电的两个Γ形折弯互相垂直，从而形成了±45°双极化的辐射单元。两条空气微带馈电网络可以相同也可以不同，这完全是根据需要在设计之初确定的，而且不管采用相同的网络还是不同的网络都不会增加加工生产成本。空气微带的馈电方式可以同时控制各个贴片单元激励的幅度和相位，从而可以很方便地实现天线的电下倾和赋形设计。
本设计采用的是两条不同的空气微带馈电网络，各个贴片单元采用了等间距的排布(这样有利于各种天线型号结构的统一)，各个贴片单元激励的幅度、相位各不相同。设各个贴片单元的幅度和相位依次为：A1、φ1，A2、φ2，A3、φ3，A4、φ4，A5，φ5，其中3-2和3-5两个贴片单元采用180度反向馈电，且功率之和约等于3-1、3-3、3-4三个单元的功率和。用公式表示就是：φ1＝φ3＝φ4，φ2＝φ5＝φ1+180°，P2+P5＝P1+P3+P4。这样从3-2、3-5回来的耦合信号与3-1、3-3、3-4的耦合信号相位相差180度，幅度相同，在主馈线上正好抵消，从而大大提高了两个端口的隔离度。同时还避免了通常的波束赋形方法所带来的增益的明显降低，比如若利用Chebyshev分布将天线垂直面副瓣压低到-20dB的话，增益将会下降0.4dB，而且还无法填充下零点。我们在计算幅度和相位分配的时候，保证在满足优化目标的前提下，增益最高，这样设计出来的天线在进行波束赋形后，增益下降仅有0.15dB。
图2是辐射单元的结构示意图，辐射单元包括上层贴片6和下层贴片7，空气微带馈电网络2的连接线末端向上折起并从下层贴片7的一角延伸到其下方位置，以将电流耦合到下层贴片7上。上层贴片6和下层贴片7通过介质支柱8固定到反射板1上，上层贴片6可以起到展宽频带和提高方向性的作用。为了确保空气微带馈电网络2和下层贴片7之间的耦合间距，还安装了介质支柱9。馈电网络2连接线的末端固定在介质支柱9上，介质支柱9的顶端与下层贴片7紧密接触。
图3是天线接头4与空气微带馈电网络2连接处的结构示意图，整部天线只有这一处需要机械连接，通过连接螺母和垫圈5将馈电网络2和接头4连接在一起，避免了因焊接点过多导致上行信号的载噪比和误码率过高，从而使天线覆盖范围减小，一次性合格率偏低等问题。
图4和图5分别是该天线端口A和B的驻波测试曲线。从图中可以看出，在宽频带824-960MHz内，输入驻波比均保持在1.3以下，说明此种结构具有宽频带特性，可以有效适用于CDMA和GSM两个频段。
图6是测试得到的天线两端口间的隔离度曲线，从图中可以看出，两个天线端口隔离度在824-960MHz内大于33dB，验证了单元间耦合对消的效果，此指标也满足CDMA和GSM两个频段的要求。
图7是该天线的垂直面方向图，从图中可以看出，本实用新型所述天线方向图中上副瓣均压低到-20dB以下，下零点填充到-15dB以上，取得了理想的效果。
图8是该天线的水平面方向图，由于馈电网络和贴片单元都位于反射板正面，所以该天线的前后比很好，大于30dB。
当架设天线要求有一定下倾角的情况下，天线的上第一副瓣可能会对邻近小区造成干扰。采用本方案设计的贴片天线能够很方便的对天线的上旁瓣进行抑制并对下零点加以填充，从而实现天线的赋形，有利于减少邻近小区内天线彼此间的干扰，提高通话质量，优化小区覆盖。
Claims (6)
1、一种空气微带耦合馈电贴片天线，包括反射板(1)、空气微带馈电网络(2)、N个辐射单元(3)、接头(4)、连接螺母和垫圈(5)，其特征在于，所述的辐射单元(3)包括上层贴片(6)和下层贴片(7)，上层贴片(6)和下层贴片(7)通过介质支柱(8)与反射板(1)相连接，接头(4)与空气微带馈电网络(2)之间通过连接螺母和垫圈(5)进行机械连接。
2、根据权利要求1所述的一种空气微带耦合馈电贴片天线，其特征在于空气微带馈电网络(2)的连接线末端向上折弯成Γ形，从下层贴片(7)的两个角延伸到其下方位置沿对角线方向进行耦合馈电，给同一贴片进行馈电的两个Γ形折弯互相垂直。
3、根据权利要求1所述的一种空气微带耦合馈电贴片天线，其特征在于所说的N个辐射单元(3)是指大于或等于1的整数个辐射单元。
4、根据权利要求1所述的一种空气微带耦合馈电贴片天线，其特征在于，所述N个辐射单元中采用同相馈电的单元的功率之和与采用反相馈电的单元的功率之和相等。
5、根据权利要求1所述的一种空气微带耦合贴片天线，其特征在于反射板(1)上装有保证馈电网络(2)和下层贴片(7)之间的耦合间距的介质支柱(9)，馈电网络连接线的末端固定在介质支柱(9)上，介质支柱(9)的顶端与下层贴片(7)紧密接触。
6、根据权利要求1所述的一种空气微带耦合馈电贴片天线，其特征在于上层贴片(6)和下层贴片(7)均为矩形状。
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