CN2935506Y - 移动通信基站的共面型空气微带结构智能定向天线 - Google Patents

Abstract

一种移动通信基站的共面型空气微带结构的智能定向天线，是横向平行排列的八个天线阵元组成的天线阵列，每个天线阵元由铆固在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在T型振子臂与反射面板上的多个微带巴伦与微带传输线、以及振子臂与微带巴伦之间和微带传输线与反射面板之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成；每个天线单元的T型振子臂是独立零件，藉由其底部接地面铆固在反射面板上，即振子臂的接地面、微带传输线的接地面和反射面板为同一平面。装置结构新颖、简单，采用空气耦合振子和空气微带传输线来收发、传输信号，毋需电缆和焊接，减少人为操作的技术误差，提高智能天线的生产效率，并保证无源交调合格率。

Description

移动通信基站的共面型空气微带结构智能定向天线

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信基站的天线，确切地说，涉及一种结构新颖的用于TD-SCDMA/SCDMA移动通信基站的共面型空气微带结构的智能定向天线，属于移动通信设备中的基站天线技术领域。

背景技术

TD-SCDMA标准是在国家有关部门支持下，中国信息产业部电信科学技术研究院(现大唐电信集团)进行多年研究而提出的具有创新特色的移动通信的系统标准。作为国际第三代移动通信的三大标准之一，TD-SCDMA标准是唯一属于中国知识产权的移动通信行业标准。该标准优越于CDMA的关键是其中的“S”：Space，即空间一码分多址技术。TD-SCDMA技术要实现“S”(空分多址)的关键在于智能天线，因此，智能天线技术就变成TD-SCDMA的核心技术之一。

智能天线的基本概念与原理来自于军事技术中的自适应阵列天线，它主要用于雷达和声纳技术。引入移动通信后的智能天线能够根据每个用户的信号来(达)波方向，由天线阵合成并调整其方向图，以达到跟踪用户及其信号变化的目的。其主要优点包括：自动跟踪用户及其信号，提高信号干扰比和改善通信质量，增加系统容量和提高通信数量，提高频谱利用率(因为引入了空分技术)，扩大通信覆盖区域，降低基站发射功率，节省成本和减少电磁环境污染。虽然上述优点有些是彼此相关的，但是仍然十分诱人，因此，智能天线深受移动通信特别是第三代移动通信的以及未来移动通信体制的青睐和关注。尤其是TD-SCDMA最早提出要正式采用智能天线体制。

TD-SCDMA智能天线要实现两种波束的发送与接收：一种是广播波束，另一种是业务波束。广播波束是在广播时隙形成，要实现对整个小区的同频广播，所以要求波束宽度很宽，尽量做到小区无缝隙覆盖。因此，它与二代GSM或CDMA网的普通天线所实现的小区覆盖没什么差别。业务波束是在搭成具体的通话链路时形成，也就是形成跟踪波束；此时它会针对每个用户形成一个很窄的波束，而且这些波束会紧紧地跟踪用户，真正做到“月亮走、我也走”。由于波束很窄，能量相对比较集中，在相同功率的情况下，智能天线能将有用信号强度增加3～8倍，同时对其它方向的用户的干扰则减小十几倍、甚至几十倍。由于智能天线能很好地集中无线信号，所以基站发射设备可以适当地减小发射功率。也正是因为它能够根据需要形成广播和业务两种波束，而且业务波束还可以自动跟踪和调节发射功率，所以称之为智能天线。智能天线有定向和全向之分。

第三代(3G)移动通信系统为几乎所有的设备都增加宽带数据能力，支持视频、因特网接入及其他高速数据业务，因而对基站天线的无源交调提出极高的要求。现在，为了保证好的交调水平，传统的基站天线都必须采用昂贵的进口电缆，而且对工人的焊接技艺和焊接工艺的一致性也有相当高的要求。

目前的智能天线结构形式主要有两类：(A)馈电网络采用同轴电缆，发射单元采用常规半波振子；(B)馈电网络采用介质微带传输线，发射单元采用印刷偶极子。这两种智能天线的结构和馈电系统都比较复杂，其中许多部件的制造加工和装配的工艺复杂、精度要求高、成本高、成品率低，也不易与其它部件或设备装配、集成为一体；尤其是这两种结构的智能天线都离不开焊接工艺。

为了保证智能天线能够达到较好的交调水平，目前的办法是采用价格昂贵的进口电缆，对工人的焊接技艺、焊点或焊缝的一致性提出了相当高的要求，即使如此，也很难保证智能天线的无源交调。因此，如何改进智能天线的结构，以提高其生产效率和交调水平，就成为业内技术人员关注的一项新课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种移动通信基站的共面型空气微带结构智能定向天线，该智能定向天线的结构新颖、简单，采用空气耦合T型振子收发信号和空气微带传输线来传输信号，各个零部件的制造和装配简单、方便，并且不需要电缆和焊接，减少人为的技术误差，能够提高智能天线的生产效率和保证无源交调合格率。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种移动通信基站的共面型空气微带结构的智能定向天线，该装置是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列；其特征在于：所述智能定向天线中的每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在该T型振子臂及反射面板上的多个微带巴伦和微带传输线、以及T型振子臂与微带巴伦之间和微带传输线与反射面板之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成，其中每个天线单元的T型振子臂是独立零件，藉由其底部接地面铆接固定在反射面板上，即该T型振子臂的接地面、微带传输线的接地面和反射面板为同一平面。

所述每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即每个天线阵元有8组T型振子臂和微带巴伦组成的8个天线单元，该8个独立的T型振子臂呈一字形均匀排列，其下侧底部一体化的、横截面呈“L”型结构的接地面铆固在反射面板上。

所述每个天线阵元中的微带巴伦的数量、形状和安装位置都与T型振子臂相对应；每个∏形微带巴伦与其底部一体化的、横截面呈“L”型结构的微带传输线通过多个锁固连接组合构件和多个垫块分别支撑定位在T型振子臂及反射面板上，并在微带巴伦与T型振子臂之间和微带传输线与反射面板之间分别形成尺寸精确的间隙，用作空气耦合介质层和空气微带传输层。

所述“L”型结构的T型振子臂和其底部一体化的接地面、8个微带巴伦和其底部一体化的微带传输线和反射面板都是用铝合金板材冲压制成，且其表面设有氧化层。

所述每个天线阵元中将振子臂与微带巴伦进行锁固连接的组合构件是垫套、固定套和固定柱，其中位于外侧的垫套用于在T型振子臂与微带巴伦之间定位形成空气介质层，在该垫套的通孔中穿设有固定套和固定柱。

所述垫套为带有通孔的台阶状垫圈，其中直径小的一端过盈配合插入振子臂的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层间隙尺寸的定位构件放置在振子臂与微带巴伦之间，故每个垫套中直径大的台阶的厚度尺寸要求精确一致，其公差要求在±0.1mm以内；所述固定套是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套先后穿过微带巴伦和垫套的通孔后，伸出于振子臂的定位孔外侧；所述固定柱是带有突台的圆柱形零件，该固定柱伸入固定套的通孔而将该固定套前端的带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。

所述垫块的一端是用于铆固在反射面板上的圆柱通孔，另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪；该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度尺寸相同，其公差要求在±0.1mm以内。

所述垫套、固定套、固定柱和垫块都是采用工程塑料注塑成型。

本实用新型的结构特点是采用多个独立构件的T型振子臂呈一字形均匀排列、定位锁固在该T型振子臂及反射面板上的多个微带巴伦和微带传输线、以及在T型振子臂与微带巴伦两者之间和反射面板与微带传输线两者之间的固定间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成的以空气为耦合介质的天线阵元，再将8个天线阵元横向平行排列和铆接固定在反射面板上构成天线阵列，其中各零部件之间都实现了无焊接的装配连接，很好地解决了原来印刷电路板介质的天线振子对生产工人的焊接技艺和产品焊接一致性的严格要求；并使馈电网络和天线振子一体化，电气性能稳定，能够大大改善和提高天线的交调水平。而且，主要零件采用金属性能优良的铝合金冲压构件，锁固连接构件使用性能优良的工程塑料注塑成型，结构简单、合理，制造、装配容易，生产成本低，尺寸精度高，能够保证零件尺寸和空气微带间隙尺寸的一致性，电气和机械综合性能好，易于批量生产和推广使用。

本实用新型的另一优点是可以根据智能天线的功率和增益大小对每个天线阵元中的T型振子臂和微带巴伦的数量进行调整和配置，操作使用非常方便。而且，采用铝合金板材冲压制成的零件具有很强的抗蚀性、装饰性及耐磨性。因此，本实用新型有很好的普及推广应用前景。

附图说明

图1是本实用新型移动通信基站的共面型空气微带结构的智能定向天线立体图。

图2是本实用新型中的T型振子臂和其接地面的零件立体图。

图3(A)、(B)、(C)分别是本实用新型中的微带巴伦及一体化的微带传输线的零件三视图。

图4(A)、(B)分别是本实用新型中的微带巴伦与T型振子臂的连接状态的前后两个方向示意图。

图5是本实用新型的T型振子臂与微带传输线的耦合结构原理示意图。

图6是本实用新型中藉由三个锁固零件将T型振子臂与馈电微带巴伦锁固连接后形成的空气微带介质层的局部装配关系放大示意图。

图7(A)、(B)、(C)分别是本实用新型的垫块主视图、侧视图和立体图。

具体实施方式

为使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1，本实用新型是一种T型振子臂的接地面、空气微带传输线的接地面与整个天线的反射面板共为同一平面结构的共面型智能定向天线。该智能定向天线是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列，其中每个天线阵元中有8个天线单元，每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板1上的8个T型振子臂5、分别定位锁固在该8个T型振子臂5及反射面板1上的8个微带巴伦6和微带传输线9、以及在T型振子臂5与微带巴伦6之间和微带传输线9与反射面板1之间的间隙分别形成的空气耦合介质层10(参见图6)和空气微带传输层(图中未示)所组成，每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即每个天线阵元有8组T型振子臂5和微带巴伦6组成的8个天线单元，该8个独立零件的T型振子臂5呈一字形均匀排列，其下侧底部一体化的、横截面呈“L”型结构的接地面8铆固在反射面板1上(参见图4(B))，使得该T型振子臂5的接地面8与反射面板1为同一平面。由于反射面板1所在平面与T型振子臂的接地面8和空气微带传输线9耦合回路的接地面共面(参见图5)，因此本实用新型被称为共面型空气微带结构智能定向天线。

参见图2和图3的三个视图，每个天线单元的T型振子臂5是独立的薄板型零件，藉由其底部接地面8铆接固定在反射面板1上，每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即由呈一字形均匀排列的8个T型振子臂5、以及与这些T型振子臂5的数量、形状和安装位置相对应的、一体化的∏形微带巴伦6的和位于其底部的微带传输线9的馈电板所组成。并以每个天线阵元中的馈电板拐弯处C为界，馈电板折弯处之上为空气微带巴伦6，折弯处之水平面为空气微带传输线9。

参见图4～图7，微带巴伦6和其底部一体化的、横截面呈“L”型结构的微带传输线9在T型振子臂5及反射面板1上的定位固定是多个由固定柱2、固定套3、垫套4组成的锁固连接组合构件和多个垫块7共同支撑而实现的，并藉此结构在微带巴伦6与T型振子臂5(A是T型振子臂面)之间和微带传输线9与反射面板1之间分别形成尺寸精确的间隙d，用作空气耦合介质层10(参见图6)和空气微带传输层(图中未示)。具体结构是：微带巴伦6藉由其上侧的两个孔和固定柱2、固定套3和垫套4锁固连接在T型振子臂5上，再由垫块7将下侧的微带传输线9支撑固定在接地面9上。其中垫套4是带有通孔的台阶状垫圈，其直径小的一端过盈配合插入振子臂5的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层10间隙尺寸d的定位件放置在振子臂5与微带巴伦6之间，故每个垫套中直径大的台阶厚度尺寸d的精度要求高，公差不超过±0.1mm。固定套3是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套3先后穿过微带巴伦6的通孔61和垫套4通孔后，伸出于振子臂5的定位孔外侧。固定柱2是带有突台的圆柱形零件，其伸入固定套3的通孔而将该固定套3前端带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。垫块7的一端是圆柱通孔，用于穿过铆钉11而铆固在反射面板1上。另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪。该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度的尺寸d相同，其公差要求在±0.1mm以内。

本实用新型的振子臂5、微带巴伦6两种零件都是从印刷电路型T型振子演变发展而来，其中微带巴伦6充当振子臂5的两臂平衡-不平衡变换器。为了适应气候的多样不定的变化，并保证材料的一致性，这两种零件(振子臂5，微带巴伦6和微带传输线9组成的馈电板)和反射面板1都是采用各项金属性能和耐蚀性能优良的铝合金板材制成。为了保证尺寸公差，易于批量生产和降低成本，保证零件尺寸一致性，采用编程精密数控冲床冲压加工，再经线切割加工自动释放槽，然后使用模具和折弯机折弯成形。为了进一步提高这两个零件的防锈抗蚀性、装饰性与耐磨性，还要对其表面进行导电氧化处理加工。垫套4、固定套3、固定柱2和垫块7都是采用工程塑料注塑成型。

最后，每个天线阵元都采用铆接工艺与反射面板1可靠连接，再将8个这种结构的天线阵元横向平行排列就构成了本实用新型。

本实用新型已经进行了试验实施，试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (8)

1、一种移动通信基站的共面型空气微带结构的智能定向天线，该装置是横向平行排列的八个天线阵元所组成的天线阵列；其特征在于：所述智能定向天线中的每个天线阵元都是由铆接固装在反射面板上的多个天线单元的T型振子臂、分别定位锁固在该T型振子臂及反射面板上的多个微带巴伦和微带传输线、以及T型振子臂与微带巴伦之间和微带传输线与反射面板之间的间隙分别形成的空气耦合介质层和空气微带传输层所组成，其中每个天线单元的T型振子臂是独立零件，藉由其底部接地面铆接固定在反射面板上，即该T型振子臂的接地面、微带传输线的接地面和反射面板为同一平面。

2、根据权利要求1所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中的天线单元的数量为8个，即每个天线阵元有8组T型振子臂和微带巴伦组成的8个天线单元，该8个独立的T型振子臂呈一字形均匀排列，其下侧底部一体化的、横截面呈“L”型结构的接地面铆固在反射面板上。

3、根据权利要求1所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中的微带巴伦的数量、形状和安装位置都与T型振子臂相对应；每个∏形微带巴伦与其底部一体化的、横截面呈“L”型结构的微带传输线通过多个锁固连接组合构件和多个垫块分别支撑定位在T型振子臂及反射面板上，并在微带巴伦与T型振子臂之间和微带传输线与反射面板之间分别形成尺寸精确的间隙，用作空气耦合介质层和空气微带传输层。

4、根据权利要求2或3所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述“L”型结构的T型振子臂和其底部一体化的接地面、8个微带巴伦和其底部一体化的微带传输线和反射面板都是用铝合金板材冲压制成，且其表面设有氧化层。

5、根据权利要求3所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述每个天线阵元中将振子臂与微带巴伦进行锁固连接的组合构件是垫套、固定套和固定柱，其中位于外侧的垫套用于在T型振子臂与微带巴伦之间定位形成空气介质层，在该垫套的通孔中穿设有固定套和固定柱。

6、根据权利要求5所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫套为带有通孔的台阶状垫圈，其中直径小的一端过盈配合插入振子臂的定位孔中，直径大的另一端垫圈则作为空气微带介质层间隙尺寸的定位构件放置在振子臂与微带巴伦之间，故每个垫套中直径大的台阶的厚度尺寸要求精确一致，其公差要求在±0.1mm以内；所述固定套是设有通孔和前端为伞爪凹槽状缺口的套圈，该固定套先后穿过微带巴伦和垫套的通孔后，伸出于振子臂的定位孔外侧；所述固定柱是带有突台的圆柱形零件，该固定柱伸入固定套的通孔而将该固定套前端的带有凹槽状缺口的各个伞爪向外侧顶开，实现自锁。

7、根据权利要求3所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫块的一端是用于铆固在反射面板上的圆柱通孔，另一端是用于定位夹持微带传输线的锥形卡爪；该锥形卡爪的上、下侧截面分别呈三角形、梯形，且下侧卡爪的高度与垫套中直径大的台阶厚度尺寸相同，其公差要求在±0.1mm以内。

8、根据权利要求5或7所述的共面型空气微带结构的智能定向天线，其特征在于：所述垫套、固定套、固定柱和垫块都是采用工程塑料注塑成型。

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