CN111063995A - 应用于隧道的天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于隧道的天线，包括反射板、第一阵列、第二阵列及第三阵列；第一阵列设置于反射板上，第一阵列包括至少两个第一辐射单元；第二阵列设置于反射板上，且第二阵列的中心线与第一阵列的中心线相互平行，第二阵列包括与第一辐射单元一一对称设置的第二辐射单元；第三阵列设置于反射板上，且第三阵列设置于第二阵列与第一阵列之间，第三阵列包括第三辐射单元，第三辐射单元与第一辐射单元及第二辐射单元之间不同行错开设置，且相邻两个第一辐射单元之间设有一个第三辐射单元。该应用于隧道的天线能够抑制水平面副瓣电平，优化轴向交叉极化比，有利于提升隧道环境的信号覆盖质量。

Description

应用于隧道的天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种应用于隧道的天线。

背景技术

我国地形地貌复杂，高速、高铁及地铁线路中隧道数量正在呈井喷式增长，据统计，一些高速及高铁线路隧道占正线比达到50％以上。隧道是一个相对密闭的环境，外部信号很难穿透进入，目前大多数隧道仍处于无线通信信号覆盖的盲区。如何更好地实现隧道全覆盖已成为移动通讯建设无缝覆盖的重要目标。

而常规应用于隧道的天线指标水平面旁瓣电平值较高，轴向交叉极化较差，会形成显著的多经效应，使信号覆盖不均匀，不利于提高隧道内通信质量。

发明内容

基于此，有必要提供一种应用于隧道的天线，能够抑制水平面副瓣电平，优化轴向交叉极化比；应用于隧道，有利于提升隧道环境的信号覆盖质量。

其技术方案如下：

一方面，本申请提供一种应用于隧道的天线，包括反射板、第一阵列、第二阵列及第三阵列；第一阵列设置于反射板上，第一阵列包括至少两个第一辐射单元；第二阵列设置于反射板上，且第二阵列的中心线与第一阵列的中心线相互平行，第二阵列包括与第一辐射单元一一对称设置的第二辐射单元；第三阵列设置于反射板上，且第三阵列设置于第二阵列与第一阵列之间，第三阵列包括第三辐射单元，第三辐射单元与第一辐射单元及第二辐射单元之间不同行错开设置，且相邻两个第一辐射单元之间设有一个第三辐射单元。

如此布置，第三辐射单元能够与相邻的第一辐射单元及第二辐射单元构成阵列单元，该天线由若干个阵列单元在反射板上实现，能够减少反射的电磁波分量又相互叠加，避免因路径损耗偏大而导致信号覆盖不均匀，有利于抑制水平面副瓣电平；同时且相邻两个第一辐射单元之间设有一个第三辐射单元，有利于减少第三阵列的辐射单元的数量，有利于优化轴向交叉极化。该应用于隧道的天线，能够抑制水平面副瓣电平，优化轴向交叉极化比，使得两个方向上的干扰得以消除；应用于隧道，有利于提升隧道环境的信号覆盖质量。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元之间的激励功率比为1:1:2。

在其中一个实施例中，第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元均为高频辐射单元。

在其中一个实施例中，第一阵列与第三阵列之间的水平间距为L1，第二阵列与第三阵列之间的水平间距为L2，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L1＝(0.3～0.7)λ，L2＝(0.3～0.7)λ。

在其中一个实施例中，第三辐射单元在反射板可动设置，使得第三辐射单元与第一辐射单元之间水平间距可调，或使得第三辐射单元与第二辐射单元之间水平间距可调。

在其中一个实施例中，第三辐射单元与相邻的第一辐射单元之间的纵向间距为L3，第三辐射单元与相邻的第二辐射单元之间的纵向间距为L4，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L3＝(0.5～0.7)λ，L4＝(0.5～0.7)λ。

在其中一个实施例中，第一阵列中相邻两个第一辐射单元之间的纵向间距均相等，且相邻两个第三辐射单元之间的间距为L5，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L5＝(1～1.4)λ。

在其中一个实施例中，第三辐射单元与相邻的两个第一辐射单元之间的纵向间距均相等。

在其中一个实施例中，第三辐射单元与相邻的两个第一辐射单元、以及相邻的两个第二辐射单元构成“X”字形的阵列单元，且相邻两个第三辐射单元之间的间距为L6，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L6＝(1.5～2.1)λ。

在其中一个实施例中，反射板包括间隔设置于反射板的两侧的两个第一反射边界、设置于第一阵列与第三阵列之间的第二反射边界、以及设置于第二阵列与第三阵列之间的第三反射边界。

在其中一个实施例中，第一反射边界、第二反射边界及第三反射边界凸出反射板的高度为H，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，H＝(1.5～2.1)λ。

附图说明

图1为实施例一所示的应用于隧道的天线结构示意图；

图2为图1所示的A的局部放大示意图；

图3为图1所示的应用于隧道的天线水平面指标仿真图；

图4为图1所示的应用于隧道的天线增益指标仿真图；

图5为实施例二所示应用于隧道的天线结构示意图；

图6为图1所示的应用于隧道的天线进行激励后的水平面指标仿真图。

附图标记说明：

100、反射板；110、第一反射边界；120、第二反射边界；130、第三反射边界；200、第一阵列；210、第一辐射单元；300、第二阵列；310、第二辐射单元；400、第三阵列；410、第三辐射单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定传动连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，能够实现动力传递即可，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在现有技术中可以实现，在此不再累赘。当元件与另一个元件相互垂直或近似垂直是指二者的理想状态是垂直，但是因制造及装配的影响，可以存在一定的垂直误差。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中涉及的“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

目前常规的隧道方案有两种，一种为采用同轴馈电室内分布式天线***，该方案设计灵活且覆盖均匀，但造价成本高、施工难度大且不便于工程检修维护；另一种为直放站加常规天线，此种方案结构及施工简单、成本低廉。但上述应用于隧道的天线的水平面旁瓣电平值较高，轴向交叉极化较差，会形成显著的多经效应，使信号覆盖不均匀，严重影响隧道内的通信质量。

基于此，如图1及图2所示，本实施例中，提供一种应用于隧道的天线，包括反射板100、第一阵列200、第二阵列300及第三阵列400；第一阵列200设置于反射板100上，第一阵列200包括至少两个第一辐射单元210；第二阵列300设置于反射板100上，且第二阵列300的中心线与第一阵列200的中心线相互平行，第二阵列300包括与第一辐射单元210一一对称设置的第二辐射单元310；第三阵列400设置于反射板100上，且第三阵列400设置于第二阵列300与第一阵列200之间，第三阵列400包括第三辐射单元410，第三辐射单元410与第一辐射单元210及第二辐射单元310之间不同行错开设置，且相邻两个第一辐射单元210之间设有一个第三辐射单元410。

如图3及图4所示，如此布置，第三辐射单元410能够与相邻的第一辐射单元210及第二辐射单元310构成阵列单元，该天线由若干个阵列单元在反射板100上实现，能够减少反射的电磁波分量又相互叠加，避免因路径损耗偏大而导致信号覆盖不均匀，有利于抑制水平面副瓣电平；同时相邻两个第一辐射单元210之间设有一个第三辐射单元410，有利于减少第三阵列400的辐射单元的数量，降低成本，且能够优化轴向交叉极化。该应用于隧道的天线，能够抑制水平面副瓣电平，优化轴向交叉极化比，使得两个方向上的干扰得以消除；将本方案应用于隧道中，其水平面副瓣抑制可达到-15dB以上，解决了水平面副瓣电平值高对隧道信号覆盖的影响；对比传统的技术方案，本方案能够将轴向交叉极化比优化至15dB以上，使得两个方向上的干扰得以消除，有利于收窄波束，有利于提升隧道环境的信号覆盖质量。

需要说明是的，阵列可以理解为至少两个辐射单元沿同一方向排成一列。“水平间距”可以理解为反射板100的宽度方向上间距，如图1及图5所示。“纵向间距”可以理解为反射板100的长度方向上的、或陈列的长度方向上的间距，如图1及图5所示。

在上述任一实施例的基础上，一实施例中，，第一辐射单元210、第二辐射单元310及第三辐射单元410均为高频辐射单元。如此，第三阵列400与第一阵列200及第二阵列300之间可以进行合成波束，有利于提升隧道环境的信号覆盖质量。

在上述任一实施例的基础上，一实施例中，，第一阵列200与第三阵列400之间的水平间距为L1，第二阵列300与第三阵列400之间的水平间距为L2，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L1＝(0.3～0.7)λ，L2＝(0.3～0.7)λ。有利于进一步抑制水平面副瓣电平，提升了隧道环境的信号覆盖质量。

具体地，L1＝0.3λ、0.4λ、0.5λ、0.6λ或0.7λ，L2＝0.3λ、0.4λ、0.5λ、0.6λ或0.7λ。

在上述实施例的基础上，一实施例中，，第三辐射单元410与相邻的第一辐射单元210之间的纵向间距为L3，第三辐射单元410与相邻的第二辐射单元310之间的纵向间距为L4，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L3＝(0.5～0.7)λ，L4＝(0.5～0.7)λ。如此，有利于进一步提高轴向交叉极化比，不增加成本，解决了常规隧道天线的技术短板。

具体地，L3＝0.5λ、0.6λ或0.7λ，L4＝0.5λ、0.6λ或0.7λ。

在上述实施例的基础上，如图3及图4所示，一实施例中，，第一阵列200中相邻两个第一辐射单元210之间的纵向间距均相等，且相邻两个第三辐射单元410之间的间距为L5，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L5＝(1～1.4)λ。如此，该应用于隧道的天线可增益高达21.5dB，水平面半功率波束宽度27.4°～33.6°，水平面副瓣电平抑制≤-15.8dB，轴向交叉极化比≥24.1dB。

具体地，L5＝λ、1.1λ、1.2λ、1.3λ或1.3λ。

在上述任一实施例的基础上，一实施例中，，第三辐射单元410与相邻的两个第一辐射单元210之间的纵向间距均相等。

在上述实施例的基础上，如图5及图6所示，另一实施例中，，第三辐射单元410与相邻的两个第一辐射单元210、以及相邻的两个第二辐射单元310构成“X”字形的阵列单元，且相邻两个第三辐射单元410之间的间距为L6，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L6＝(1.5～2.1)λ。该天线拥有若干“X”型排列的阵列单元组成，同样可实现提高轴向交叉极化比，进一步抑制水平面副瓣电平的技术效果。

在上述任一实施例的基础上，如图1及图2所示，一实施例中，，反射板100包括间隔设置于反射板100的两侧的两个第一反射边界110、设置于第一阵列200与第三阵列400之间的第二反射边界120、以及设置于第二阵列300与第三阵列400之间的第三反射边界130。如此，有利于减少干扰，提升该应用于隧道的天线的工作性能。

进一步地，一实施例中，，第一反射边界110、第二反射边界120及第三反射边界130凸出反射板100的高度为H，应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，H＝(1.5～2.1)λ。如此，可以更好地适应应用于隧道的天线的性能优化。

具体地，H＝1.5λ、1.6λ、1.7λ、1.8λ、1.9λ、2λ、2.1λ。

在上述任一实施例的基础上，一实施例中，，第一辐射单元210、第二辐射单元310及第三辐射单元410之间的激励功率比为1:1:2。在保证天线增益的情况下，可进一步提升天线水平副瓣抑制指标。

在上述任一实施例的基础上，一实施例中，，第三辐射单元410在反射板100可动设置，使得第三辐射单元410与第一辐射单元210之间水平间距可调，或使得第三辐射单元410与第二辐射单元310之间水平间距可调。根据具体电气要求，在水平方向进行第三阵列400或部分第三辐射单元410位移，从而改变三列阵列之间的水平间距，进而可以调节天线远场波瓣图的叠加，实现对水平面半功率波束宽度及前后比指标等的优化。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种应用于隧道的天线，其特征在于，包括：

反射板；

第一阵列，所述第一阵列设置于所述反射板上，所述第一阵列包括至少两个第一辐射单元；

第二阵列，所述第二阵列设置于所述反射板上，且所述第二阵列的中心线与所述第一阵列的中心线相互平行，所述第二阵列包括与所述第一辐射单元一一对称设置的第二辐射单元；及

第三阵列，所述第三阵列设置于所述反射板上，且所述第三阵列设置于所述第二阵列与所述第一阵列之间，所述第三阵列包括第三辐射单元，所述第三辐射单元与所述第一辐射单元及所述第二辐射单元之间不同行错开设置，且相邻两个第一辐射单元之间设有一个所述第三辐射单元。

2.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第一辐射单元、所述第二辐射单元及所述第三辐射单元之间的激励功率比为1:1:2。

3.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第一辐射单元、所述第二辐射单元及所述第三辐射单元均为高频辐射单元。

4.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第一阵列与所述第三阵列之间的水平间距为L1，所述第二阵列与所述第三阵列之间的水平间距为L2，所述应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L1＝(0.3～0.7)λ，L2＝(0.3～0.7)λ。

5.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第三辐射单元在所述反射板可动设置，使得所述第三辐射单元与所述第一辐射单元之间水平间距可调，或使得所述第三辐射单元与所述第二辐射单元之间水平间距可调。

6.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第三辐射单元与相邻的所述第一辐射单元之间的纵向间距为L3，所述第三辐射单元与相邻的所述第二辐射单元之间的纵向间距为L4，所述应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L3＝(0.5～0.7)λ，L4＝(0.5～0.7)λ。

7.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第一阵列中相邻两个所述第一辐射单元之间的纵向间距均相等，且相邻两个所述第三辐射单元之间的间距为L5，所述应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L5＝(1～1.4)λ。

8.根据权利要求1所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第三辐射单元与相邻的两个所述第一辐射单元之间的纵向间距均相等。

9.根据权利要求8所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第三辐射单元与相邻的两个所述第一辐射单元、以及相邻的两个所述第二辐射单元构成“X”字形的阵列单元，且相邻两个所述第三辐射单元之间的间距为L6，所述应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，L6＝(1.5～2.1)λ。

10.根据权利要求1至9任一项所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述反射板包括间隔设置于所述反射板的两侧的两个第一反射边界、设置于所述第一阵列与所述第三阵列之间的第二反射边界、以及设置于所述第二阵列与所述第三阵列之间的第三反射边界。

11.根据权利要求10所述的应用于隧道的天线，其特征在于，所述第一反射边界、所述第二反射边界及所述第三反射边界凸出所述反射板的高度为H，所述应用于隧道的天线的工作频段中心频率波长为λ；其中，H＝(1.5～2.1)λ。

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