CN2729936Y - 一种多极化扇区阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多极化扇区阵列天线。其技术手段是将三面±45°双极化板状定向天线和三面0°／90°双极化板状定向天线，交错对称排列在一个六边形的基线上，构成六扇区十二阵列±45°和0°／90°四极化天线，或将六面±45°双极化板状天线构成六扇区十二阵列双极化天线。将天线上两种相同极化的定向天线分别进行三路功率合成连接，再将其余的两种极化分别单独输出，形成八个天线端口与基站连，实现用不同极化方式接收和发射信号。该天线在水平面具有全向辐射方向图，每个全向端口增益高于12.5dB，两端口之间隔离度低于－28dB；每扇区天线端口增益高于16dB，任何两端口间的隔离度低于－28dB，极大改善了基站的覆盖功能，提高了覆盖距离。解决了现有技术信号差、覆盖小、成本高的问题。

Description

一种多极化扇区阵列天线

技术领域

本实用新型属于通信天线领域，具体地说是一系列扇区阵列天线，可作为小灵通基站的极化分集天线和扇区覆盖天线阵。

背景技术

随着通信事业的发展，人们对移动通信，特别是PHS小灵通通信***的质量提出了更高的要求，而通信质量的提高，即信号强度增加的重要手段之一就是增加基站密度。但基站数量的增加，不仅会占据空间，影响美化环境，而且增加投入。因此，如何利用现有的基站而提高天线本身的性能，就成了解决移动通信质量问题的重要手段。为了克服在移动通信***和PHS小灵通通信***中由于多径传输造成的接收信号衰落，通常可采用空间分集或极化分集接收技术。然而，由于建筑物和地形起伏等因素的存在，除了多径传输造成的接收信号衰落外，还存在传播信号极化矢量的不确定性。当接收和发射天线极化相同时，传输效率最高。若两者极化具有一定的夹角时，则存在极化损失。例如，一个垂直极化天线只能接收垂直极化波，不能接收水平极化波；又如：用一个45°极化天线接收垂直极化波时，接收功率损失3分贝。为了克服这些损失，需要具有几种不同极化的多极化天线来接收，并选择最大的接收信号，获得最佳的接收效果。目前，主要采用扇区覆盖的双极化定向基站天线，实现每个扇区的极化分集，或采用两面单极化的定向基站天线，实现每个扇区的空间分集。而对于全向覆盖的全向基站天线而言，在实际工程应用中，主要是采用多付单极化全向天线实现空间分集的结构。为了实现全向覆盖基站***的极化分集，在现有技术中已经出现了三扇区±45°双极化定向天线一体化组合结构，如西安海天天线科技股份有限公司研制的“极化分集的小灵通PHS通信***全向智能天线”，这种天线就是一体化三扇区±45°双极化分集全向天线。但是在三扇区组合的各交接区域合成增益较低，达不到一般全向天线为11dB的增益值，使在这些区域的全向覆盖效果较差，影响了基站的全向覆盖和全方位的极化分集性能，造成小灵通信号差的不足。在现有技术也有了六扇区四极化全向天线一体化组合结构，如西安海天天线科技股份有限公司开发的“四极化六扇区分集全向天线”，这种天线采用六面扇区双极化天线组阵形成全向辐射，可以用四种极化方式进行工作，产生四个输入/输出端口。现有小灵通基站如UT斯达康公司500mW1C7T，大多是八个天线连接端口，所以如和现有的基站***进行匹配使用，一个500mW1C7T基站就需要架设两面“四极化六扇区分集全向天线”，成本比较高。

实用新型的内容

本实用新型的目的在于，解决现有四极化六扇区分集全向天线的不足，提供一种多极化扇区阵列天线，使其能够增大基站全向覆盖面，更加适合现有基站工作方式，并降低天线的生产和使用成本。

本实用新型的技术方案是采用三面±45°双极化板状定向天线和三面0°/90°双极化板状定向天线交错排列在一个六边形基线上，构成六扇区十二阵列极化分集天线结构。将任意两种相同极化的定向天线分别进行三路功率合成连接，其余的两种极化分别单独输出。如将+45°极化和90°极化的定向天线进行三路功率合成连接，另外的-45°极化和0°极化的定向天线分开输出，这样天线输出一个+45°端口、一个90°端口、三个-45°端口和三个0°端口共八根电缆线，与八端口PHS基站连接匹配。所述阵列天线还可用六面具有相同双极化单元±45°板状定向天线进行组成，将所述天线的1、3、5三个扇区的+45°极化板状定向天线和2、4、6三个扇区的-45°极化定向天线分别进行三路功率合成连接，输出一个+45°端口和一个-45°端口，另外三路+45°极化和三路-45°极化则分别输出，该天线具有两种极化的八个输出端口与基站匹配连接。以实现使用不同的极化方式接收和发射信号。

本实用新型由于采用了四极化或双极化六扇区阵列天线结构，将空间分集接收转变为极化分集接收，因此，在水平面内具有全向辐射方向图，与常用水平全向天线比较，最大增益明显提高，且改善了基站的覆盖效果，适用于城区内人口密集区，建筑物较多的地方，电磁波易产生多径传播效应和极化旋转的区域；同时由于本实用新型的扇区阵天线部件可以分开组装，所以容易生产调试，批量制作电性能一致性好，且在360度水平面的覆盖范围内，极大的改善了蜂窝通信***天线的利用率；此外由于本实用新型可以与有源功率放大器配合使用，所以可大大增高天线辐射增益，更适用于农村远距离覆盖，居民小区，十字街道等360度覆盖分布区域架设安装，在GSM、CDMA移动通信频段及集群、扩频通信***中都有广阔的应用前景。

实测表明，本实用新型同时具备垂直，水平，正45度，负45度四种极化特性或正45度、负45度两种极化特性，经过三路功率合成连接的极化方式如+45°极化和90°极化，在天线竖直架设的情况下，均具有在水平面内全向辐射的方向图，且每个极化端口的增益高于13dB，两端口之间的隔离度低于-28dB。未经过三路功率合成连接的极化方式如-45°极化和0°极化，在天线竖直架设的情况下，均在水平面内形成三个扇区辐射的方向图，且每个极化端口的增益高于16dB，两端口之间的隔离度低于-28dB。当四个极化端口同时工作时，最大增益为大于16dB。从天线的结构本身提高了小灵通1C7T普通型500mW基站的覆盖距离和信号强度。使用中，具有外形简单、美观、体积小、架设方便、占地面积小之优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的整体结构示意图

图2是本实用新型实施例二的整体结构示意图

图3是本实用新型的六扇区一体化组合馈电网络示意图

图4是本实用新型八端口输出截面示意图

图5是本实用新型的0°/90°极化输出端口实测电压驻波比曲线图

图6是本实用新型四个极化输出端口的合成水平面远场实测方向图

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型的结构与效果。

实施例一：

参照图1，本实用新型的天线由三面六阵列±45°双极化板状定向天线和三面六阵列0°/90°双极化板状定向天线组成。其中，每一面±45°双极化板状定向天线是由梯形反射板A和八个±45°双极化振子X组成，每一面0°/90°双极化板状定向天线是由梯形反射板B和八个0°/90°双极化振子S组成，将每一面±45°双极化板状定向天线和每一面0°/90°双极化板状定向天线交错对称排列放置，通过连接件9固定，则可形成六边形基线的反射板腔体结构。由于每一面±45°双极化板状定向天线是+45°和-45°两个阵列，每一面0°/90°双极化板状定向天线是0°和90°两个阵列，因此，可构成四极化六面或六扇区十二阵列天线。所述的每一面±45°双极化板状定向天线A，是由轴向固定在梯形反射板上的多个±45°双极化振子及馈电网络构成。其中每个+45°极化振子7和-45°极化振子8均设有馈电点，这些馈电点均沿梯形反射板A的轴向方向依次排列而固定，每个馈电点的馈线长度相同。所述的每一面0°/90°双极化板状定向天线B，是由轴向固定在梯形反射板上的多个垂直/水平双极化振子及馈电网络构成。其中每一个90°的垂直极化振子9和0°的水平极化振子10也设有馈电点，90°的垂直极化振子9的馈电点沿梯形反射板B的轴向方向依次排列而固定，且各馈电点的馈线长度相同；而对于每个0°的水平极化振子10而言，由于要保证天线水平方向图的对称性，故采用将馈电点11沿梯形反射板B轴向方向的左右位置交替排列，且馈电点11位于反射板B左边一组的馈线长度与馈电点11位于反射板B右边一组的馈线长度相差半个工作波长，以改变由于馈电点交错分布在反射板B左右两边而引起的其中一组电流产生反向的问题，保证每个水平极化振子臂上的电流方向一致。

所述的六边形反射板腔体的上、下两端分别固定有六边形金属板，该上、下板之间通过导线连接。上板的中间固定有避雷针(图中未画出)，使天线自身带有避雷设施，避免了外架设避雷设备的不便问题。不但解决了安装上的工程问题，减少了人工费用，而且节约了空间，美化了环境。六边形反射板腔体的外面套有外套，下端引出八根分别为0°水平极化三根电缆、90°垂直极化一根电缆、+45°斜极化三根电缆、-45°斜极化一根电缆的电缆线，安装时，只要将所述的八根电缆线与基站对应的八个天线接口依次连接即可。

参照图3，本实用新型的馈电网络是将每一面梯形反射板上固定的两个阵列的各自八个振子馈线，在六边形反射板腔体内均进行三次两两连接，即先将第一个振子与第二个振子、第三个振子与第四个振子、第五个振子与第六个振子、第七个振子与第八个振子分别连接，引出四根馈线，再将该四根馈线分别两两连接，引出两根馈线，最后将该两根馈线再进行连接引出一根馈线，这样就可从腔体端口共引出六个面的十二根定向阵列天线的馈线，即在每面定向阵列天线的端口引出两根馈线。将其中+45°极化和90°极化的六根馈线按同类的极化方式再进行三路功率合成器合成，即分别将排列在六边形反射板腔体结构的1、3、5三个奇数扇区的三路+45°极化板状定向天线的馈线和2、4、6三个偶数扇区的三路90°极化板状定向天线的馈线分别通过两个三路功率合成器合成，分别得到+45°极化天线的输出和90°极化天线的输出；再分别将排列在六边形反射板腔体结构的1、3、5三个奇数扇区的三路-45°极化板状定向天线的馈线和2、4、6三个偶数扇区的三路0°极化板状定向天线的馈线各自输出，得到三个-45°极化天线的输出和三个0°极化天线的输出。

参照图4， 表示90°极化端口； 表示+45°极化端口；

表示0°极化端口；

表示-45°极化端口。将该四种极化方式输出的I，II，III，IV，V，VI，VII，VIII电缆头通过电缆线依次连接到基站对应的八个天线连接端口，可进行不同的极化方式接收和发射信号，完成在无源条件下一般500mW基站天线的上行和下行工作。

实施例二：

参照图2，本实用新型的另一种设计方式是，用六面相同结构的±45°双极化板状定向天线组合成形成六边形基线板状定向天线腔体，形成六扇区十二阵列±45°双极化分集天线结构。其中每一面定向板状天线由反射板A上八个±45°双极化振子X轴向排列组成。每个+45°极化振子7和-45°极化振子8均设有馈电点，这些馈电点均沿梯形反射板A的轴向方向依次排列而固定，每个馈电点的馈线长度相同。将排列在六边形天线腔体的第一、第三、第五这三个奇数基线上的三面±45°双极化板状定向天线视为第一组，排列在六边形天线腔体的第二、第四、第六三个偶数基线上的三面±45°双极化板状定向天线视为第二组，按上述的三面±45°双极化板状定向天线和三面0°/90°双极化板状定向天线的组合方式，即将振子馈线进行三次两两连接，将其中+45°和-45°极化的六根馈线按同类的极化方式再进行三路功率合成器合成，即分别将排列在六边形反射板腔体结构的1、3、5三个奇数扇区的三路+45°极化板状定向天线的馈线和2、4、6三个偶数扇区的三路-45°极化板状定向天线的馈线分别通过两个三路功率合成器合成，分别得到+45°极化天线的输出和-45°极化天线的输出；再分别将排列在六边形反射板腔体结构的1、3、5三个奇数扇区的三路-45°极化板状定向天线的馈线和2、4、6三个偶数扇区的三路+45°极化板状定向天线的馈线单独输出，可得到三个-45°极化天线的输出和三个+45°极化天线的输出。最后也形成八个与PHS基站连接的输出端口。实施例一和实施例二具有基本相同作用效果。

如果要将本实用新型天线架设在远距离覆盖的农村，或居民小区，或十字街道等360度覆盖分布区域，可以与有源功率放大器配合使用，即将两个三路功率合成器的输出端分别连接到两个有源功率放大器，可大大增高天线的辐射增益。

参照图5，本实用新型的+45°/90°极化输出端口实测电压驻波比曲线图中+45°极化的电压驻波比曲线和90°极化端口的电压驻波比曲线在1880MHz～1920MHz内均小于1.4。

参照图6，当四个极化端口同时工作时，就形成了圆形包络线内的区域，该包络线内的合成水平面远场实测方向图起伏小于±1.5dB，区域的最大增益为13dB，包络线的不圆度小于±1dB，增益比原来的天线要提高了3dB，覆盖距离增大到原来的1.41倍，完全满足全向天线的指标要求。

通常小灵通1C7T普通型500mW基站的工作模式是时分多址的方式，即发射信号和接收信号是在不同的时隙。基站共有八个发射/接收端口，当基站进行信号接受时，八个端口同时工作，基站***将接收的八路信号进行选择处理，同时判断出哪一个端口接收的信号最强，然后将最强的这一路作为下一时隙的发射端口。例如，接收端口在2扇区接收的信号最强，对应天线就是垂直/水平扇区天线最大波瓣覆盖方向，经过判断后，基站就会选用垂直或水平端口进行发射下行信号。本实用新型从天线角度增加了小灵通1C7T普通型500mW基站的覆盖距离，在一定程度上解决小灵通基站信号差，覆盖小的问题。

Claims (3)

1.一种多极化扇区阵列天线，采用三面±45°双极化板状定向天线和三面0°/90°双极化板状定向天线，交错对称排列在一个六边形的基线上，形成六扇区十二阵列四极化结构，其特征在于将所述阵列天线的任意两种相同极化定向天线各自进行三路功率合成连接，输出两个端口，另外两种极化则单独输出，形成四种极化输出的八个端口与PHS基站匹配连接。

2.根据权利要求1所述多极化扇区阵列天线，其特征要于所述阵列天线采用+45°极化和90°极化定向天线分别进行三路功率合成连接，输出一个+45°端口和一个90°端口，另外三路-45°极化和三路0°极化则分别输出，该天线具有四种极化八个输出端口。

3.根据权利要求1所述的多极化扇区阵列天线，其特征在于所述阵列天线可用六面具有相同双极化单元±45°板状定向天线组成，将所述天线的1、3、5三个扇区的+45°极化板状定向天线和2、4、6三个扇区的-45°极化定向天线分别进行三路功率合成连接，输出一个+45°端口和一个-45°端口，另外三路+45°极化和三路-45°极化则分别输出，该天线具有两种极化的八个输出端口。

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