一種多極化扇區陣列天線的製作方法

2024-02-22 23:55:15

專利名稱：一種多極化扇區陣列天線的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於通信天線領域，具體地說是一系列扇區陣列天線，可作為小靈通基站的極化分集天線和扇區覆蓋天線陣。
背景技術：
隨著通信事業的發展，人們對移動通信，特別是PHS小靈通通信系統的質量提出了更高的要求，而通信質量的提高，即信號強度增加的重要手段之一就是增加基站密度。但基站數量的增加，不僅會佔據空間，影響美化環境，而且增加投入。因此，如何利用現有的基站而提高天線本身的性能，就成了解決移動通信質量問題的重要手段。為了克服在移動通信系統和PHS小靈通通信系統中由於多徑傳輸造成的接收信號衰落，通常可採用空間分集或極化分集接收技術。然而，由於建築物和地形起伏等因素的存在，除了多徑傳輸造成的接收信號衰落外，還存在傳播信號極化矢量的不確定性。當接收和發射天線極化相同時，傳輸效率最高。若兩者極化具有一定的夾角時，則存在極化損失。例如，一個垂直極化天線只能接收垂直極化波，不能接收水平極化波；又如用一個45°極化天線接收垂直極化波時，接收功率損失3分貝。為了克服這些損失，需要具有幾種不同極化的多極化天線來接收，並選擇最大的接收信號，獲得最佳的接收效果。目前，主要採用扇區覆蓋的雙極化定向基站天線，實現每個扇區的極化分集，或採用兩面單極化的定向基站天線，實現每個扇區的空間分集。而對於全向覆蓋的全向基站天線而言，在實際工程應用中，主要是採用多付單極化全向天線實現空間分集的結構。為了實現全向覆蓋基站系統的極化分集，在現有技術中已經出現了三扇區±45°雙極化定向天線一體化組合結構，如西安海天天線科技股份有限公司研製的「極化分集的小靈通PHS通信系統全向智能天線」，這種天線就是一體化三扇區±45°雙極化分集全向天線。但是在三扇區組合的各交接區域合成增益較低，達不到一般全向天線為11dB的增益值，使在這些區域的全向覆蓋效果較差，影響了基站的全向覆蓋和全方位的極化分集性能，造成小靈通信號差的不足。在現有技術也有了六扇區四極化全向天線一體化組合結構，如西安海天天線科技股份有限公司開發的「四極化六扇區分集全向天線」，這種天線採用六面扇區雙極化天線組陣形成全向輻射，可以用四種極化方式進行工作，產生四個輸入/輸出埠。現有小靈通基站如UT斯達康公司500mW1C7T，大多是八個天線連接埠，所以如和現有的基站系統進行匹配使用，一個500mW1C7T基站就需要架設兩面「四極化六扇區分集全向天線」，成本比較高。
實用新型的內容本實用新型的目的在於，解決現有四極化六扇區分集全向天線的不足，提供一種多極化扇區陣列天線，使其能夠增大基站全向覆蓋面，更加適合現有基站工作方式，並降低天線的生產和使用成本。
本實用新型的技術方案是採用三面±45°雙極化板狀定向天線和三面0°/90°雙極化板狀定向天線交錯排列在一個六邊形基線上，構成六扇區十二陣列極化分集天線結構。將任意兩種相同極化的定向天線分別進行三路功率合成連接，其餘的兩種極化分別單獨輸出。如將+45°極化和90°極化的定向天線進行三路功率合成連接，另外的-45°極化和0°極化的定向天線分開輸出，這樣天線輸出一個+45°埠、一個90°埠、三個-45°埠和三個0°埠共八根電纜線，與八埠PHS基站連接匹配。所述陣列天線還可用六面具有相同雙極化單元±45°板狀定向天線進行組成，將所述天線的1、3、5三個扇區的+45°極化板狀定向天線和2、4、6三個扇區的-45°極化定向天線分別進行三路功率合成連接，輸出一個+45°埠和一個-45°埠，另外三路+45°極化和三路-45°極化則分別輸出，該天線具有兩種極化的八個輸出埠與基站匹配連接。以實現使用不同的極化方式接收和發射信號。
本實用新型由於採用了四極化或雙極化六扇區陣列天線結構，將空間分集接收轉變為極化分集接收，因此，在水平面內具有全向輻射方向圖，與常用水平全向天線比較，最大增益明顯提高，且改善了基站的覆蓋效果，適用於城區內人口密集區，建築物較多的地方，電磁波易產生多徑傳播效應和極化旋轉的區域；同時由於本實用新型的扇區陣天線部件可以分開組裝，所以容易生產調試，批量製作電性能一致性好，且在360度水平面的覆蓋範圍內，極大的改善了蜂窩通信系統天線的利用率；此外由於本實用新型可以與有源功率放大器配合使用，所以可大大增高天線輻射增益，更適用於農村遠距離覆蓋，居民小區，十字街道等360度覆蓋分布區域架設安裝，在GSM、CDMA移動通信頻段及集群、擴頻通信系統中都有廣闊的應用前景。
實測表明，本實用新型同時具備垂直，水平，正45度，負45度四種極化特性或正45度、負45度兩種極化特性，經過三路功率合成連接的極化方式如+45°極化和90°極化，在天線豎直架設的情況下，均具有在水平面內全向輻射的方向圖，且每個極化埠的增益高於13dB，兩埠之間的隔離度低於-28dB。未經過三路功率合成連接的極化方式如-45°極化和0°極化，在天線豎直架設的情況下，均在水平面內形成三個扇區輻射的方向圖，且每個極化埠的增益高於16dB，兩埠之間的隔離度低於-28dB。當四個極化埠同時工作時，最大增益為大於16dB。從天線的結構本身提高了小靈通1C7T普通型500mW基站的覆蓋距離和信號強度。使用中，具有外形簡單、美觀、體積小、架設方便、佔地面積小之優點。


圖1是本實用新型實施例一的整體結構示意圖圖2是本實用新型實施例二的整體結構示意圖圖3是本實用新型的六扇區一體化組合饋電網絡示意圖圖4是本實用新型八埠輸出截面示意圖圖5是本實用新型的0°/90°極化輸出埠實測電壓駐波比曲線圖圖6是本實用新型四個極化輸出埠的合成水平面遠場實測方向圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例進一步詳細說明本實用新型的結構與效果。
實施例一參照圖1，本實用新型的天線由三面六陣列±45°雙極化板狀定向天線和三面六陣列0°/90°雙極化板狀定向天線組成。其中，每一面±45°雙極化板狀定向天線是由梯形反射板A和八個±45°雙極化振子X組成，每一面0°/90°雙極化板狀定向天線是由梯形反射板B和八個0°/90°雙極化振子S組成，將每一面±45°雙極化板狀定向天線和每一面0°/90°雙極化板狀定向天線交錯對稱排列放置，通過連接件9固定，則可形成六邊形基線的反射板腔體結構。由於每一面±45°雙極化板狀定向天線是+45°和-45°兩個陣列，每一面0°/90°雙極化板狀定向天線是0°和90°兩個陣列，因此，可構成四極化六面或六扇區十二陣列天線。所述的每一面±45°雙極化板狀定向天線A，是由軸向固定在梯形反射板上的多個±45°雙極化振子及饋電網絡構成。其中每個+45°極化振子7和-45°極化振子8均設有饋電點，這些饋電點均沿梯形反射板A的軸向方向依次排列而固定，每個饋電點的饋線長度相同。所述的每一面0°/90°雙極化板狀定向天線B，是由軸向固定在梯形反射板上的多個垂直/水平雙極化振子及饋電網絡構成。其中每一個90°的垂直極化振子9和0°的水平極化振子10也設有饋電點，90°的垂直極化振子9的饋電點沿梯形反射板B的軸向方向依次排列而固定，且各饋電點的饋線長度相同；而對於每個0°的水平極化振子10而言，由於要保證天線水平方向圖的對稱性，故採用將饋電點11沿梯形反射板B軸向方向的左右位置交替排列，且饋電點11位於反射板B左邊一組的饋線長度與饋電點11位於反射板B右邊一組的饋線長度相差半個工作波長，以改變由於饋電點交錯分布在反射板B左右兩邊而引起的其中一組電流產生反向的問題，保證每個水平極化振子臂上的電流方向一致。
所述的六邊形反射板腔體的上、下兩端分別固定有六邊形金屬板，該上、下板之間通過導線連接。上板的中間固定有避雷針(圖中未畫出)，使天線自身帶有避雷設施，避免了外架設避雷設備的不便問題。不但解決了安裝上的工程問題，減少了人工費用，而且節約了空間，美化了環境。六邊形反射板腔體的外面套有外套，下端引出八根分別為0°水平極化三根電纜、90°垂直極化一根電纜、+45°斜極化三根電纜、-45°斜極化一根電纜的電纜線，安裝時，只要將所述的八根電纜線與基站對應的八個天線接口依次連接即可。
參照圖3，本實用新型的饋電網絡是將每一面梯形反射板上固定的兩個陣列的各自八個振子饋線，在六邊形反射板腔體內均進行三次兩兩連接，即先將第一個振子與第二個振子、第三個振子與第四個振子、第五個振子與第六個振子、第七個振子與第八個振子分別連接，引出四根饋線，再將該四根饋線分別兩兩連接，引出兩根饋線，最後將該兩根饋線再進行連接引出一根饋線，這樣就可從腔體埠共引出六個面的十二根定向陣列天線的饋線，即在每面定向陣列天線的埠引出兩根饋線。將其中+45°極化和90°極化的六根饋線按同類的極化方式再進行三路功率合成器合成，即分別將排列在六邊形反射板腔體結構的1、3、5三個奇數扇區的三路+45°極化板狀定向天線的饋線和2、4、6三個偶數扇區的三路90°極化板狀定向天線的饋線分別通過兩個三路功率合成器合成，分別得到+45°極化天線的輸出和90°極化天線的輸出；再分別將排列在六邊形反射板腔體結構的1、3、5三個奇數扇區的三路-45°極化板狀定向天線的饋線和2、4、6三個偶數扇區的三路0°極化板狀定向天線的饋線各自輸出，得到三個-45°極化天線的輸出和三個0°極化天線的輸出。
參照圖4， 表示90°極化埠； 表示+45°極化埠； 表示0°極化埠； 表示-45°極化埠。將該四種極化方式輸出的I，II，III，IV，V，VI，VII，VIII電纜頭通過電纜線依次連接到基站對應的八個天線連接埠，可進行不同的極化方式接收和發射信號，完成在無源條件下一般500mW基站天線的上行和下行工作。
實施例二參照圖2，本實用新型的另一種設計方式是，用六面相同結構的±45°雙極化板狀定向天線組合成形成六邊形基線板狀定向天線腔體，形成六扇區十二陣列±45°雙極化分集天線結構。其中每一面定向板狀天線由反射板A上八個±45°雙極化振子X軸向排列組成。每個+45°極化振子7和-45°極化振子8均設有饋電點，這些饋電點均沿梯形反射板A的軸向方向依次排列而固定，每個饋電點的饋線長度相同。將排列在六邊形天線腔體的第一、第三、第五這三個奇數基線上的三面±45°雙極化板狀定向天線視為第一組，排列在六邊形天線腔體的第二、第四、第六三個偶數基線上的三面±45°雙極化板狀定向天線視為第二組，按上述的三面±45°雙極化板狀定向天線和三面0°/90°雙極化板狀定向天線的組合方式，即將振子饋線進行三次兩兩連接，將其中+45°和-45°極化的六根饋線按同類的極化方式再進行三路功率合成器合成，即分別將排列在六邊形反射板腔體結構的1、3、5三個奇數扇區的三路+45°極化板狀定向天線的饋線和2、4、6三個偶數扇區的三路-45°極化板狀定向天線的饋線分別通過兩個三路功率合成器合成，分別得到+45°極化天線的輸出和-45°極化天線的輸出；再分別將排列在六邊形反射板腔體結構的1、3、5三個奇數扇區的三路-45°極化板狀定向天線的饋線和2、4、6三個偶數扇區的三路+45°極化板狀定向天線的饋線單獨輸出，可得到三個-45°極化天線的輸出和三個+45°極化天線的輸出。最後也形成八個與PHS基站連接的輸出埠。實施例一和實施例二具有基本相同作用效果。
如果要將本實用新型天線架設在遠距離覆蓋的農村，或居民小區，或十字街道等360度覆蓋分布區域，可以與有源功率放大器配合使用，即將兩個三路功率合成器的輸出端分別連接到兩個有源功率放大器，可大大增高天線的輻射增益。
參照圖5，本實用新型的+45°/90°極化輸出埠實測電壓駐波比曲線圖中+45°極化的電壓駐波比曲線和90°極化埠的電壓駐波比曲線在1880MHz～1920MHz內均小於1.4。
參照圖6，當四個極化埠同時工作時，就形成了圓形包絡線內的區域，該包絡線內的合成水平面遠場實測方向圖起伏小於±1.5dB，區域的最大增益為13dB，包絡線的不圓度小於±1dB，增益比原來的天線要提高了3dB，覆蓋距離增大到原來的1.41倍，完全滿足全向天線的指標要求。
通常小靈通1C7T普通型500mW基站的工作模式是時分多址的方式，即發射信號和接收信號是在不同的時隙。基站共有八個發射/接收埠，當基站進行信號接受時，八個埠同時工作，基站系統將接收的八路信號進行選擇處理，同時判斷出哪一個埠接收的信號最強，然後將最強的這一路作為下一時隙的發射埠。例如，接收埠在2扇區接收的信號最強，對應天線就是垂直/水平扇區天線最大波瓣覆蓋方向，經過判斷後，基站就會選用垂直或水平埠進行發射下行信號。本實用新型從天線角度增加了小靈通1C7T普通型500mW基站的覆蓋距離，在一定程度上解決小靈通基站信號差，覆蓋小的問題。
權利要求1.一種多極化扇區陣列天線，採用三面±45°雙極化板狀定向天線和三面0°/90°雙極化板狀定向天線，交錯對稱排列在一個六邊形的基線上，形成六扇區十二陣列四極化結構，其特徵在於將所述陣列天線的任意兩種相同極化定向天線各自進行三路功率合成連接，輸出兩個埠，另外兩種極化則單獨輸出，形成四種極化輸出的八個埠與PHS基站匹配連接。
2.根據權利要求1所述多極化扇區陣列天線，其特徵要於所述陣列天線採用+45°極化和90°極化定向天線分別進行三路功率合成連接，輸出一個+45°埠和一個90°埠，另外三路-45°極化和三路0°極化則分別輸出，該天線具有四種極化八個輸出埠。
3.根據權利要求1所述的多極化扇區陣列天線，其特徵在於所述陣列天線可用六面具有相同雙極化單元±45°板狀定向天線組成，將所述天線的1、3、5三個扇區的+45°極化板狀定向天線和2、4、6三個扇區的-45°極化定向天線分別進行三路功率合成連接，輸出一個+45°埠和一個-45°埠，另外三路+45°極化和三路-45°極化則分別輸出，該天線具有兩種極化的八個輸出埠。
專利摘要本實用新型涉及一種多極化扇區陣列天線。其技術手段是將三面±45°雙極化板狀定向天線和三面0°／90°雙極化板狀定向天線，交錯對稱排列在一個六邊形的基線上，構成六扇區十二陣列±45°和0°／90°四極化天線，或將六面±45°雙極化板狀天線構成六扇區十二陣列雙極化天線。將天線上兩種相同極化的定向天線分別進行三路功率合成連接，再將其餘的兩種極化分別單獨輸出，形成八個天線埠與基站連，實現用不同極化方式接收和發射信號。該天線在水平面具有全向輻射方向圖，每個全向埠增益高於12.5dB，兩埠之間隔離度低於－28dB；每扇區天線埠增益高於16dB，任何兩埠間的隔離度低於－28dB，極大改善了基站的覆蓋功能，提高了覆蓋距離。解決了現有技術信號差、覆蓋小、成本高的問題。
文檔編號H01Q21/24GK2729936SQ20042008599
公開日2005年9月28日 申請日期2004年9月23日 優先權日2004年9月23日
發明者蔣興勇, 劉桂現 申請人:西安海天天線科技股份有限公司