專利名稱：四極化六扇區(qū)陣列全向天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信天線領(lǐng)域，具體地說是一種四極化六扇區(qū)陣列全向天線，可作為小靈通基站的極化分集全向天線和移動通信中的全向天線。
背景技術(shù)：
隨著通信事業(yè)的發(fā)展，人們對移動通信，特別是PHS小靈通通信系統(tǒng)的質(zhì)量提出了更高的要求，而通信質(zhì)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(shù)量的增加，不僅會占據(jù)空間，影響美化環(huán)境，而且增加投入。因此，如何利用現(xiàn)有的基站而提高天線本身的性能，就成了解決移動通信質(zhì)量問題的重要手段。為了克服在移動通信系統(tǒng)和PHS小靈通通信系統(tǒng)中由于多徑傳輸造成的接收信號衰落，通?？刹捎每臻g分集或極化分集接收技術(shù)。然而，由于建筑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(dāng)接收和發(fā)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，并選擇最大的接收信號，獲得最佳的接收效果。目前，主要采用扇區(qū)覆蓋的雙極化定向基站天線，實現(xiàn)每個扇區(qū)的極化分集，或采用兩面單極化的定向基站天線，實現(xiàn)每個扇區(qū)的空間分集。而對于全向覆蓋的全向基站天線而言，在實際工程應(yīng)用中，主要是采用多付單極化全向天線實現(xiàn)空間分集的結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)全向覆蓋基站系統(tǒng)的極化分集，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)了三扇區(qū)±45°雙極化定向天線一體化組合結(jié)構(gòu)，如西安海天天線科技股份有限公司研制的“極化分集的小靈通PHS通信系統(tǒng)全向智能天線”，這種天線就是一體化三扇區(qū)±45°雙極化分集全向天線。該天線通過把低噪聲前置放大器直接與天線輸出端相連，使組合全向天線增益遠高于一般全向天線的增益，但是這種天線由于受±45°雙極化天線本身固有特性的限制，在扇區(qū)交接區(qū)域，即單個天線振子波束覆蓋扇區(qū)邊緣交叉極化鑒別率，即交叉極化比較低，通常為10dB左右，因此，使用這種天線時，其全向極化分集效果會受到一定影響。并且由于在三扇區(qū)組合的各交接區(qū)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(qū)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。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有一體化三扇區(qū)組合±45°雙極化全向天線的不足，提供一種能夠增大基站全向覆蓋面和可改善全向性能的四極化六扇區(qū)陣列全向天線。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明采用三面±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，構(gòu)成六扇區(qū)十二陣列±45°和0°/90°四極化分集天線結(jié)構(gòu)，再將每面相同度數(shù)的定向天線進行三路功率合成連接，在天線端口分別輸出+45°、-45°、0°和90°四根電纜線，連接到基站上，以實現(xiàn)使用不同的極化方式接收和發(fā)射信號。其中，每一面±45°雙極化板狀定向天線，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(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；每個0°/90°雙極化板狀定向天線，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(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。組陣時，為了保證每種極化方式的水平全向輻射，要求每個單面板狀天線的輻射方向圖要滿足90度。由于極化方式不同，板狀天線水平面寬度控制方式也有所不同。為此，本發(fā)明對±45度極化和90°垂直極化采用調(diào)整梯形反射板底板寬窄和兩側(cè)邊的高度及底板與側(cè)邊的夾角來控制波束寬度，且每個±45°雙極化振子和90°垂直極化振子的饋電點沿梯形反射板軸向方向依次排列，每個饋電點的饋線長度相同；對于0°水平極化定向天線而言，由于受其梯形反射板底板的影響較小，不能簡單的通過反射板底板寬窄和兩側(cè)邊的高度及底板與側(cè)邊的夾角來控制波束寬度。為此，本發(fā)明又通過改變組成0°水平極化定向天線的各振子結(jié)構(gòu)、排列位置及饋線長度的技術(shù)手段，來達到展寬0°水平極化定向天線的波束寬度并修正水平方向性能。其方案是將0°水平振子設(shè)計為兩個對稱的∏形結(jié)構(gòu)，并將每個水平極化振子的饋電點位置沿梯形反射板軸向方向的左右位置交替排列，且饋電點位于反射板左邊的一組饋線長度與饋電點位于反射板右邊的一組饋線長度相差半個工作波長，以改變饋電點在反射板左側(cè)的一組水平極化振子的電流反向，使每個振子臂上電流方向一致，保證水平面整體方向圖沿中心軸對稱。
所述的六邊形基線是將每一面0°/90°雙極化板狀定向天線的梯形反射板與每一面±45°雙極化板狀定向天線的梯形反射板交錯排列固定，形成六邊形基線板狀定向天線腔體，即0°/90°雙極化板狀定向天線排列在六邊形板狀定向天線腔體的第一、第三、第五這三個奇數(shù)基線上，而±45°雙極化板狀定向天排列在六邊形板狀定向天線的第二、第四、第六這三個偶數(shù)基線上。
本發(fā)明由于采用了四極化六扇區(qū)陣列天線結(jié)構(gòu)，將空間分集接收轉(zhuǎn)變?yōu)闃O化分集接收，因此，在水平面內(nèi)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，適用于城區(qū)內(nèi)人口密集區(qū)，建筑物較多的地方，電磁波易產(chǎn)生多徑傳播效應(yīng)和極化旋轉(zhuǎn)的區(qū)域；同時由于本發(fā)明的扇區(qū)陣天線部件可以分開組裝，所以容易生產(chǎn)調(diào)試，批量制作電性能一致性好，且在360度水平面的覆蓋范圍內(nèi)，極大的改善了蜂窩通信系統(tǒng)天線的利用率；此外由于本發(fā)明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，更適用于農(nóng)村遠距離覆蓋，居民小區(qū)，十字街道等360度覆蓋分布區(qū)域架設(shè)安裝，在GSM、CDMA移動通信頻段及集群、擴頻通信系統(tǒng)中都有廣闊的應(yīng)用前景。
實測表明，本發(fā)明同時具備垂直，水平，正45度，負45度四種極化特性，該四種極化方式在天線豎直架設(shè)的情況下，均具有在水平面內(nèi)全向輻射的方向圖，且每個極化端口的增益高于12.5dB，任何兩端口之間的隔離度低于-25dB。當(dāng)四個極化端口同時工作時，最大增益為13dB，比原來的天線提高了3dB，覆蓋距離增大到原來的1.41倍。從天線的結(jié)構(gòu)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(shè)方便、占地面積小之優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中1、2、3、4、5、6分別代表天線陣的六個扇區(qū)，7為+45°極化振子，8為-45°極化振子，9為垂直極化振子，10為水平極化振子，A為±45°扇區(qū)天線反射板，B為0°/90°扇區(qū)天線反射板，X為±45°極化振子，S為0°/90°極化振子。
圖2是本發(fā)明的橫截面圖，其中L11為±45°扇區(qū)天線反射板的底板，L12為±45°扇區(qū)天線反射板的側(cè)邊，L21為0°/90°扇區(qū)天線反射板的底板，L22為0°/90°扇區(qū)天線反射板的側(cè)邊，12為反射板連接器，θ1為±45°扇區(qū)天線反射板的側(cè)邊與底板之間的夾角，θ2為0°/90°扇區(qū)天線反射板的側(cè)邊與底板之間的夾角。
圖3是本發(fā)明的水平極化振子結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的六扇區(qū)一體化組合饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖。
圖5是本發(fā)明的0°/90°極化輸出端口實測電壓駐波比曲線圖，其中復(fù)合線 表示0°極化端口的實測電壓駐波比曲線，單線—表示90°極化端口的實測電壓駐波比曲線。
圖6是本發(fā)明的±45°極化輸出端口實測電壓駐波比曲線圖，其中復(fù)合線 表示-45°極化端口的實測電壓駐波比曲線，單線—表示+45°極化端口的實測電壓駐波比曲線。
圖7是本發(fā)明的0°極化輸出端口的水平面遠場實測方向圖。
圖8是本發(fā)明的90°極化輸出端口的水平面遠場實測方向圖。
圖9是本發(fā)明的+45°極化輸出端口的水平面遠場實測方向圖。
圖10是本發(fā)明的-45°極化輸出端口的水平面遠場實測方向圖。
圖11是本發(fā)明四個極化輸出端口的合成水平面遠場實測方向圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與效果。
參照圖1和圖2，本發(fā)明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，該梯形反射板的底邊L11與其側(cè)邊L12之間設(shè)有夾角θ1；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，該梯形反射板的底邊L21與其側(cè)邊L22之間設(shè)有夾角θ2。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(jié)構(gòu)。具體地說就是將三面±45°雙極化板狀定向天線分別排列在六邊形反射板腔體結(jié)構(gòu)的1、3、5這三個奇數(shù)扇區(qū)的基線位置，而將三面0°/90°雙極化板狀定向天線分別排列在六邊形反射板腔體結(jié)構(gòu)的2、4、6這三個偶數(shù)扇區(qū)基線位置。由于每一面定向天線是兩個陣列，即每一面±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(gòu)成四極化六面或六扇區(qū)十二陣列天線。
所述的每一面±45°雙極化板狀定向天線A的底邊寬度L11、側(cè)邊寬度L12、傾角θ1，與每一面0°/90°雙極化板狀定向天線的梯形反射板B的底邊寬度L21、側(cè)邊L22、傾角θ2不相等，即L1＜L2，θ1＞θ2，因而，在該天線腔體六個棱的連接處形成固定的縫隙。
所述的每個+45°極化振子7和-45°極化振子8均設(shè)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。
所述的每一個90°的垂直極化振子9和0°的水平極化振子10也設(shè)有饋電點，其中，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；而對于每個0°的水平極化振子10而言，由于要保證天線水平方向圖的對稱性，故采用將饋電點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位于反射板B左邊一組的饋線長度與饋電點11位于反射板B右邊一組的饋線長度相差半個工作波長，以改變由于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(chǎn)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(dǎo)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(shè)施，避免了由于沒有自身帶有避雷設(shè)備，而要另外架設(shè)避雷設(shè)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(jié)約了空間，美化了環(huán)境。六邊形反射板腔體的外面套有外套，下端引出四根分別為0°水平極化、90°垂直極化、+45°斜極化、-45°斜極化的電纜線，安裝時，只要將所述的四根電纜線與基站連接即可。
參照圖3，本發(fā)明為了展寬0°水平極化定向天線的波束寬度，將水平極化振子的振子臂10設(shè)計成兩個對稱的∏形結(jié)構(gòu)，該振子臂的橫臂上設(shè)有饋電點11，該饋電點連接有同軸饋線，該∏形振子的內(nèi)豎臂與底座13加工為一體。
參照圖4，本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡(luò)是將每一面悌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(nèi)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，最后將該兩根饋線再進行連接引出一根饋線，這樣就可從腔體端口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端口引出兩根饋線。將該十二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(jié)構(gòu)的1、3、5三個奇數(shù)扇區(qū)的三路+45°極化板狀定向天線的饋線和三路-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(jié)構(gòu)的2、4、6三個偶數(shù)扇區(qū)的三路0°極化板狀定向天線的饋線和三路90°極化板狀定向天線的饋線分別通過另兩個三路功率合成器合成，再得到0°極化天線的輸出和90°極化天線的輸出。將該四種極化方式輸出的四個電纜頭直接連接到基站，可進行不同的極化方式接收和發(fā)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。
如果要將本發(fā)明天線架設(shè)在遠距離覆蓋的農(nóng)村，或居民小區(qū)，或十字街道等360度覆蓋分布區(qū)域，可以與有源功率放大器配合使用，即將四個三路功率合成器的輸出端分別連接到四個有源功率放大器，可大大增高天線的輻射增益。
參照圖5，本發(fā)明的0°/90°極化輸出端口實測電壓駐波比曲線圖中，0°極化的電壓駐波比曲線和90°極化端口的電壓駐波比曲線在1880MHz～1920MHz內(nèi)均小于1.4。
參照圖6，本發(fā)明的±45°極化輸出端口實測電壓駐波比曲線中，-45°極化的電壓駐波比曲線和+45°極化端口的電壓駐波比曲線在1880MHz～1920MHz內(nèi)均小于1.4。
參照圖7和圖8，本發(fā)明的0°極化的水平面遠場實測方向圖和90°極化的水平面遠場實測方向圖中，均有三個最大波瓣和三個次大波瓣，其中三個最大波瓣的方向?qū)?yīng)圖1中2、4、6三個扇區(qū)的方向；三個次大波瓣方向?qū)?yīng)圖1中1、3、5三個扇區(qū)的方向，兩個方向圖的曲線起伏均不大于±4dB，近似形成一個全向輻射的圓形。
參照圖9和圖10，本發(fā)明的+45°極化的水平面遠場實測方向圖和-45°極化的水平面遠場實測方向圖中，同樣也都有三個最大波瓣和三個次大波瓣，三個最大波瓣的方向?qū)?yīng)圖1中1、3、5三個扇區(qū)的方向；三個次大波瓣方向?qū)?yīng)圖1中2、4、6三個扇區(qū)的方向，兩個方向圖的曲線起伏不大于±4dB，近似形成一個全向輻射的圓形。
參照圖11，本發(fā)明四個極化的合成水平面遠場實測方向圖起伏小于±1.5dB，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(fā)射信號和接收信號是在不同的時隙?；竟灿邪藗€發(fā)射/接收端口，當(dāng)基站進行信號接受時，八個端口同時工作，基站系統(tǒng)將接收的八路信號進行選擇處理，同時判斷出哪一個端口接收的信號最強，然后將最強的這一路作為下一時隙的發(fā)射端口。例如，接收端口在2扇區(qū)接收的信號最強，對應(yīng)天線就是垂直/水平扇區(qū)天線最大波瓣覆蓋方向，經(jīng)過判斷后，基站就會選用垂直或水平端口進行發(fā)射下行信號。
當(dāng)四個極化端口同時工作時，就形成了圖11的包絡(luò)線內(nèi)的區(qū)域，區(qū)域的最大增益為13dB，包絡(luò)線的不圓度小于±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。本發(fā)明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(quán)利要求
1.一種四極化六扇區(qū)陣列全向天線，其特征在于采用三面±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(qū)十二陣列四極化結(jié)構(gòu)；每面相同度數(shù)的定向天線再進行三路功率合成連接，分別輸出+45°、-45°、0°和90°四個端口與基站連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列全向天線，其特證在于每個+45°雙極化板狀定向天線，是由軸向固定在梯形反射板(A)上的多個+45°雙極化振子(X)及饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；每個0°/90°雙極化板狀定向天線，是由軸向固定在梯形反射板B上的多個水平極化振子和多個垂直極化振子(S)及饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所述的每個水平極化振子的饋電點位置沿梯形反射板(B)軸向方向的左右位置交替排列，每個垂直極化振子的饋電點沿軸向方向依次排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陣列全向天線，其特證在于三面±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，是將三面0°/90°雙極化板狀定向天線和三面±45°雙極化板狀定向天線的梯形反射板交錯排列固定，形成六邊形板狀定向天線腔體，即0°/90°雙極化板狀定向天線排列在該腔體的第一、第三、第五這三個奇數(shù)位置上，±45°雙極化板狀定向天線排列在該腔體的第二、第四、第六這三個偶數(shù)位置上，通過連接件(9)固定為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陣列全向天線，其特證在于固定0°/90°雙極化振子的每個梯形反射板B的底邊寬度L1及底邊與側(cè)邊夾角θ1，與固定±45°極化振子的每個偶數(shù)梯形反射板A的底邊寬度L2及底邊與側(cè)邊夾角θ2不等，即L1＜L2，θ1＞θ2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陣列全向天線，其特證在于0°水平極化振子的饋線長度在饋電點位于反射板左邊的一組與饋電點位于反射板右邊的一組相差半個工作波長，以實現(xiàn)水平極化水平面方向圖的對稱性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陣列全向天線，其特證在于0°水平極化振子采用兩個對稱的Π形結(jié)構(gòu)，以展寬水平極化振子的水平面輻射波瓣寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小靈通基站的極化陣列全向天線。主要解決現(xiàn)有三扇區(qū)極化分集全向天線在小靈通基站信號差，覆蓋小的問題。其技術(shù)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(gòu)成六扇區(qū)十二陣列±45°和0°/90°四極化分集天線結(jié)構(gòu)；將每面相同度數(shù)的定向天線再進行三路功率合成連接，在六扇區(qū)天線端口分別輸出+45°、－45°、0°和90°四根電纜線，直接連接到基站上，以實現(xiàn)使用不同的極化方式接收和發(fā)射信號。該天線在水平面內(nèi)具有全向輻射方向圖，與常用水平全向天線比較，每個極化端口的增益高于12.5dB，任何兩端口之間的隔離度低于－25dB，極大的改善了全向基站的覆蓋功能，提高了基站的覆蓋距離。
文檔編號H01Q21/00GK1599138SQ20041002637
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者蔣興勇, 沈宗珍, 趙恩惠, 劉桂現(xiàn), 徐玉華, 馬軍紅, 王晨, 陳常杰 申請人:西安海天天線科技股份有限公司