CN102709712B - 长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，其中垂直极化椎体天线和三元磁环天线安置在底盘上，水平极化缝隙天线呈圆筒状地设置在垂直极化椎体天线的上方；垂直极化椎体天线的极化波采用椎体过渡使主抗渐变到50Ω，实现超宽带，S11<-14dB；水平极化缝隙天线采用纵缝为激励元，四元纵缝等距分布在圆筒面上；三元磁环天线以三环方式等角120°分布，其磁环尺寸l+s+g≈构成谐振状使之有最大激励辐射。本发明用于***移动通信在不增加带宽的情况下提高大流量信号传输效率和频谱利用率。本发明具有双极化、双流化的功能；能产生双极化增益，比单极化天线提高约2dB；改善了室内多径衰落现象；为室内覆盖增加了组网方案。

Description

长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种用于长期演进（LTE）移动通信***中多输入多输出（MIMO）多天线技术的双极化室内全向吸顶天线。

背景技术

在移动通信向4G演进大的背景下，面对频谱资源的严重不足、大流量业务的激增，在天线等配套设备上引入新技术已经被运营商作为重点工程。天线也面临着小型化、双极化、宽带化和电调化的“四化要求”。在后3G时代，在不增加带宽的情况下提高传输效率和频谱利用率，以正交频分复用技术（OFDM）和多输入多输出（MIMO）为核心的技术，获得运营商和产业链的高度重视。研究MIMO多天线技术已成为设备制造商的重要课题。

MIMO多天线技术作为LTE中最关键的技术之一，要求天线间具有足够的非相关性。

传统的单极化室内全向吸顶天线采用圆锥阵子在垂直极化方向进行覆盖。在高频段时，信号向正下方聚集，因此信号分布不均匀且增益不高。

为此，设计一种两个正交极化辐射单元代替传统的室内全向吸顶天线的单极化辐射单元，在功能上能够取代传统的单极化室内全向吸顶天线。它具有超宽带、高隔离、好圆度、小尺寸、高增益的特点，能够满足LTE室内信号覆盖的技术要求。

还有，目前正在使用的垂直极化天线和水平极化天线是共体的，无隔离措施，有互感电流在共体上串流，尽管两电流是正交的，但仍有沿导体表面少部分侧流，这将使其间的隔离度不会很高。

发明内容

本发明的任务是提供一种长期演进（LTE）移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，它具有超宽带、高隔离、好圆度、小尺寸、高增益的特点，提高了LTE双极化室内全向吸顶天线的大流量信号传输效率和频谱利用率，有效地解决了传统单极化室内全向吸顶天线信号分布不均匀和增益不高的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，它包括垂直极化椎体天线、水平极化缝隙天线、三元磁环天线以及底盘，垂直极化椎体天线和三元磁环天线安置在底盘上，水平极化缝隙天线呈圆筒状地设置在垂直极化椎体天线的上方；

所述垂直极化椎体天线的极化波采用椎体过渡使主抗渐变到50Ω，实现超宽带，S11<-14dB；

所述水平极化缝隙天线采用纵缝为激励元，四元纵缝等距分布在圆筒面上；所述垂直极化椎体天线与所述水平极化缝隙天线是两个正交极化辐射单元，为双极化的极化正交；

所述三元磁环天线以三环方式等角120°分布，其磁环尺寸l+s+g≈                                                构成谐振状使之有最大激励辐射；所述三元磁环天线与所述水平极化缝隙天线分体设置，极化隔离度>25dB；

所述底盘取Φ180>，使波束上翘，若在高度上倒置时波束即呈下倾以满足地面通信的实际需要。

所述水平极化缝隙天线的四元纵缝等距分布在Φ100mm、高84mm的圆筒面上，圆筒圆度优于±1.5dB。

所述垂直极化椎体天线与所述水平极化缝隙天线的交叉极化优于15dB。

所述垂直极化椎体天线选锥体张角θ在渐变到馈点50Ω同轴端口，可宽带在50Ω上工作。

所述三元磁环天线的三环等角120°分布使之水平面上方向辐射电平分布的圆度优于±1.5dB。

所述垂直极化椎体天线、水平极化缝隙天线及三元磁环天线的所有接触点为焊接点以改善交调噪声。

本发明的室内全向双极化吸顶天线技术，用于***移动通信在不增加带宽的情况下提高大流量信号传输效率和频谱利用率。应用本发明的技术，可以取代现有的单极化室内全向吸顶天线，满足***移动通信LTE室内信号覆盖技术指标的要求。

本发明的LTE移动通信***的双极化室内全向吸顶天线具有以下特点：

1、具有双极化、双流化的功能。

2、产生双极化增益，比单极化天线提高约2dB，解决了天线覆盖范围小、覆盖能力不强的问题。

3、用极化分集技术代替空间分集技术，有效改善边缘处的接收效果，保证覆盖范围。

4、采用极化隔离措施，使极化隔离度提高到25~34dB以上。

5、很好地改善了室内多径衰落现象。

6、为室内覆盖增加了组网方案。

7、涵盖多个频段，用一副天线实现了多***室内共存的需求，大幅减少了室内覆盖建设的工作量和室内覆盖工程的成本。

附图说明

图1是本发明的一种长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线的结构示意图。

附图标记：

1为垂直极化（V.P.）椎体天线，2为水平极化（H.P.）缝隙天线，3为三元磁环天线，4为底盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

参看图1，本发明提供了一种长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，它主要由垂直极化椎体天线1、水平极化缝隙天线2、三元磁环天线3以及底盘4组成，垂直极化椎体天线1和三元磁环天线3安置在底盘4上，水平极化缝隙天线2呈圆筒状地设置在垂直极化椎体天线1的上方。

垂直极化（V.P.）椎体天线1的极化波采用椎体过渡使主抗渐变到50Ω，实现超宽带，S11<-14dB。垂直极化椎体天线1选锥体张角θ在渐变到馈点50Ω同轴端口，可宽带在50Ω上工作。

水平极化（H.P.）缝隙天线2采用纵缝为激励元，四元纵缝等距分布在圆筒面上。水平极化缝隙天线2的四元纵缝等距分布在Φ100mm、高84mm的圆筒面上，圆筒圆度优于±1.5dB。

垂直极化椎体天线1与水平极化缝隙天线2是两个正交极化辐射单元，为双极化的极化正交。垂直极化椎体天线1与水平极化缝隙天线2的交叉极化优于15dB。

三元磁环天线3以三环方式等角120°分布，其磁环尺寸l+s+g≈构成谐振状使之有最大激励辐射。三元磁环天线3与水平极化缝隙天线2分体设置，极化隔离度>25dB。三元磁环天线3的三环等角120°分布使之水平面上方向辐射电平分布的圆度优于±1.5dB。

底盘4取Φ180>，使波束上翘，若在一定高度上倒置时，波束即呈下倾，可满足地面通信的实际需要。

本发明的垂直极化椎体天线1、水平极化缝隙天线2及三元磁环天线3的所有接触点为焊接点以改善交调噪声。

本发明的水平极化缝隙天线的极化纯度高，且与三元磁环天线分体，极化隔离度>25dB。本发明采用极化正交，圆筒缝隙天线受磁环天线耦合影响很小，但缝隙的馈线电缆必须与磁环等电位，减弱了HP天线对磁环天线的影响。本发明的磁环极化和缝隙的线极化组合，极化隔离度确保>25dB。

本发明为了降低高度，采用三元磁环天线。磁环天线取磁环尺寸l+s+g≈构成谐振状，使之有最大激励辐射。因单环主瓣宽度近乎120°，故采用三环方式等角（120°）分布，使之水平面上方向辐射电平分布的圆度最佳，优于±1.5dB。选锥体张角θ，使之渐变到馈点50Ω同轴端口，可宽带在50Ω上工作。采用足够大的底盘（φ180≥），可使波束上翘。若在一定高度上倒置时，这时波束即呈下倾，可满足地面通信的实际需要。本发明将所有接触点改为焊点，可改善交调噪声。

本发明的主要设计体现在以下几个方面：

1、V.P.天线设计

V.P.极化波采用椎体过渡使主抗渐变到50Ω，可实现超宽带，S11<-14dB。并使l+s+g≈，使天线最佳谐振激励。采用三环可使波束在水平面上辐射电平分布的圆度优于±1.5dB。底盘取Φ180>，可使波束下倾。其单元增益至少在4dBi以上，将不需要的空间电波约束到所需的空间中。因缝隙天线极化纯度高，且磁环天线线极化纯度优于振子天线，两者组合则其间的极化隔离度优于25dB。

2、H.P.天线设计

H.P.极化波采用纵缝为激励元，四元纵缝等距分布在Φ100mm、高84mm的圆筒面上，其馈电网络集成在同一圆环面上，并联式馈电网可宽带工作。该天线增益至少在4dBi以上，将不需要空间电波约束到所需的空间，交叉极化优于15dB，极化隔离度优于25dB，优化圆筒直径（Φ100）使圆度优于±1.5dB，S11<-14dB。

3、隔离度设计

V.P.磁环三元阵面与H.P.缝隙四元阵面呈分隔状，使互耦电流很弱，且弱感应电流是正交的，是很难再激励缝隙的。这样可确保V.P.磁环天线和H.P.缝隙天线之间隔离度较高，它比目前正在使用的天线要高。因为目前正在使用的天线是共体的，它们的互耦/感应电流互有影响，故不可能极化隔离得很好。

磁偶极子的线极化比电振子纯度高，前者极化分量很低，两者组合后其隔离度较高。由于目前正在使用的V.P.天线和H.P.天线是共体的，无隔离措施，有互感电流在共体上串流，尽管两电流是正交的，但仍有沿导体表面少部分侧流，这将使其间的隔离度不会很高。而本发明的天线采用极化隔离措施，使极化隔离度提高到25~34dB以上。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，其特征在于：它包括垂直极化椎体天线、水平极化缝隙天线、三元磁环天线以及底盘，垂直极化椎体天线和三元磁环天线安置在底盘上，水平极化缝隙天线呈圆筒状地设置在垂直极化椎体天线的上方；

所述垂直极化椎体天线的极化波采用椎体过渡使主抗渐变到50Ω，实现超宽带，S11<-14dB；

所述水平极化缝隙天线采用纵缝为激励元，四元纵缝等距分布在圆筒面上；所述垂直极化椎体天线与所述水平极化缝隙天线是两个正交极化辐射单元，为双极化的极化正交，圆筒缝隙天线受磁环天线耦合影响很小；

所述三元磁环天线以三环方式等角120°分布，其磁环尺寸l+s+g≈                                               构成谐振状使之有最大激励辐射；所述三元磁环天线与所述水平极化缝隙天线分体设置，磁环极化和缝隙的线极化组合，极化隔离度>25dB；

所述底盘取Φ180>，使波束上翘，若在高度上倒置时波束即呈下倾以满足地面通信的实际需要；

所述水平极化缝隙天线的四元纵缝等距分布在Φ100mm、高84mm的圆筒面上，圆筒圆度优于±1.5dB；

所述垂直极化椎体天线与所述水平极化缝隙天线的交叉极化优于15dB；

磁环天线三元阵面与缝隙天线四元阵面呈分隔状，使互耦电流很弱，且弱感应电流是正交的，是很难再激励缝隙的，这样可确保磁环天线和缝隙天线之间隔离度较高；

所述垂直极化椎体天线选锥体张角θ在渐变到馈点50Ω同轴端口，可宽带在50Ω上工作；

所述三元磁环天线的三环等角120°分布使之水平面上方向辐射电平分布的圆度优于±1.5dB。

2.根据权利要求1所述的长期演进移动通信***的双极化室内全向吸顶天线，其特征在于：所述垂直极化椎体天线、水平极化缝隙天线及三元磁环天线的所有接触点为焊接点以改善交调噪声。