專利名稱：高前后比定向基站天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基站天線，尤其是一種用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的高前后比定向基站天線。
技術(shù)背景天線是無線電通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它將發(fā)射機(jī)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為空間電磁波，或者也將空間電磁波接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)。沒有天線就沒有無線通信。
在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，將整個(gè)通信所覆蓋的區(qū)域劃分為若干個(gè)蜂窩狀小區(qū)，每個(gè)小區(qū)擁有自己的基站天線和使用頻率。如此，由于系統(tǒng)的頻率資源是一定的，勢(shì)必導(dǎo)致通信系統(tǒng)容量的下降。為了增加系統(tǒng)的通信容量，必須采用頻率復(fù)用技術(shù)，即在相隔一定距離的兩個(gè)不同小區(qū)采用相同的頻率資源。這樣的小區(qū)相互稱為同頻小區(qū)。同頻小區(qū)之間顯然存在信號(hào)的相互干擾，只有當(dāng)小區(qū)間的距離足夠遠(yuǎn)，使同頻小區(qū)之間的干擾在允許范圍內(nèi)時(shí)，這些同頻小區(qū)才能復(fù)用。為了獲得一個(gè)允許的同頻復(fù)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者必須保證同頻小區(qū)之間的最小間距。但是減小復(fù)用間距并不能用減小基站的發(fā)射功率來獲得，因?yàn)檫@樣會(huì)影響對(duì)移動(dòng)臺(tái)的有效覆蓋，特別是當(dāng)考慮室內(nèi)覆蓋時(shí)，就更加需要保證室外有足夠強(qiáng)的接收信號(hào)。因此，協(xié)調(diào)好頻率復(fù)用和覆蓋強(qiáng)度的關(guān)系是一個(gè)令所有運(yùn)行商都感到棘手的問題。
增加系統(tǒng)通信容量的另一種行之有效的解決辦法是采用定向的基站天線，當(dāng)定向天線的前后比指標(biāo)達(dá)到20dB甚至更高時(shí)，可以顯著抑制來自天線后向的同頻干擾，從而提高系統(tǒng)容量。隨著通信系統(tǒng)容量的不斷增加、頻率資源的日趨緊張、同頻小區(qū)距離的進(jìn)一步縮小，對(duì)基站天線的前后比指標(biāo)相應(yīng)地也提出了更高的要求。當(dāng)要求基站天線的前后比指標(biāo)達(dá)到28至30dB甚至更高時(shí)，常規(guī)的設(shè)計(jì)技術(shù)難以勝任。
定向的基站天線通常由無源的金屬反射板以及置于該反射板之前方的呈周期性結(jié)構(gòu)排列的若干輻射單元共同組成。為了提高前后比指標(biāo)，一種辦法是不斷的加大金屬反射板的尺寸。如此，反射板前方的輻射單元所輻射出來的電磁波信號(hào)通過反射板邊緣繞射至天線后方的能量比例將不斷減少，從而提高了前后比指標(biāo)。這種辦法擴(kuò)大了金屬反射板所占的空間范圍，顯然是不切實(shí)際的。另一種辦法是在有限的金屬反射板情況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)輻射單元的形式及結(jié)構(gòu)，使其泄漏到后方的能量比例得以降低，以達(dá)到提高前后比指標(biāo)的目的。這樣的方法在美國專利US6,243,050中有詳細(xì)論述。顯然，改變輻射單元的結(jié)構(gòu)會(huì)使技術(shù)繁雜化，不便維護(hù)，而且也會(huì)提高整副基站天線的造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要克服上述不足，提供一種在一定空間范圍內(nèi)、實(shí)現(xiàn)高達(dá)35dB高前后比輻射性能、方便維護(hù)且造價(jià)相對(duì)便宜的高前后比定向基站天線線。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該高前后比定向基站天線包括金屬反射板以及若干輻射單元模塊，該輻射單元模塊裝設(shè)在該金屬反射板同一側(cè)面上，且在該金屬反射板的同一直線方向上呈離散排列，此外，該金屬反射板在與所述輻射單元模塊排列方向呈相平行的兩側(cè)設(shè)有翻邊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在金屬反射板尺寸基本不變的情況下，實(shí)現(xiàn)高前后比的幅射性能，同時(shí)，新改造的結(jié)構(gòu)也較為簡易，方便安裝維護(hù)，相對(duì)于通過改造幅射單元模塊來提高基站天線的前后比，本發(fā)明可使成本大大減少。

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中第一實(shí)施例的橫截面示意圖。
圖3為圖1中第一實(shí)施例實(shí)測的水平面主極化方向圖。
圖4為本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)改型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意。
圖6為本發(fā)明的第三實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)改型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明的第四實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為第二實(shí)施例實(shí)測的水平面主極化方向圖。
圖10為第三實(shí)施例實(shí)測的水平面主極化方向圖。
圖11為第四實(shí)施例實(shí)測的水平面主極化方向圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明高前后比定向基站天線包括一塊金屬反射板1a以及四個(gè)輻射單元模塊2a，四個(gè)輻射單元模塊2a均裝設(shè)在金屬反射板1a的前向32。
該輻射單元模塊2a由極化相互正交的兩個(gè)對(duì)稱振子組成；輻射單元模塊2a也可以是線極化的對(duì)稱振子(如圖6、圖7和圖8所示)。輻射單元模塊2a沿該金屬反射板1a的縱長方向31a呈直線離散排列，從而，輻射單元模塊的排列方向31a與金屬反射板的縱長方向31a重疊。
多個(gè)輻射單元模塊2a之間的間隔優(yōu)化設(shè)計(jì)為非周期性結(jié)構(gòu)排列。雖然輻射單元模塊2a之間的間隔可以呈等間隔周期性排列，這樣輻射單元模塊2a組成的天線陣列滿足相似性疊加原理，可以簡化設(shè)計(jì)上的難度，但實(shí)現(xiàn)的前后比指標(biāo)未能達(dá)到最佳。當(dāng)多個(gè)輻射單元模塊2a之間的間隔呈非周期性排列時(shí)，由于輻射單元模塊2a在前向32a的輻射能量繼續(xù)維持近似的同相疊加。而在與前向32a相背的后向(未圖示)輻射的能量由于數(shù)量級(jí)很低同時(shí)由于非周期性的作用可以產(chǎn)生非同相甚至反相的抵消效果，從而實(shí)現(xiàn)更高的前后比指標(biāo)。
該金屬反射板1a在其縱長方向31a上的長度延伸與輻射單元模塊2a的數(shù)目相關(guān)，此外，金屬反射板1a在與其縱長方向31a呈相平行的兩側(cè)設(shè)有翻邊8a，如圖2所示。
圖1和圖2中，金屬反射板1a橫截面左右兩側(cè)翻邊8a朝上，翻邊8a在該金屬反射板1a的縱長方向31a呈非均勻結(jié)構(gòu)。該翻邊8a包括與金屬反射板1a的平面緊鄰且呈鈍角的第一折彎部81a、延伸自第一折彎81a部且垂直于金屬反射板1a的平面的第二折彎部82a以及延伸自第二折彎部82a且與金屬反射板1a的平面呈銳角的第三折彎部83a。其中，第二折彎部82a包括多種高度的折彎段22a、23a、24a，第三折彎部包括多個(gè)折彎段21a，此外，第二折彎部還開設(shè)有線性縫隙26。
此外，如圖4所示，所述第三折彎段83a與金屬反射板11平面還可呈鈍角結(jié)構(gòu)。
如此，通過非均勻的翻邊8a結(jié)構(gòu)、多段折彎結(jié)構(gòu)的變化、折彎角度的變化、翻邊8a高度的不同、以及在翻邊a8上開設(shè)線性縫隙26a等措施，可以打破輻射單元模塊2a在后向(未圖示)輻射同相疊加的規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)更高的前后比指標(biāo)。按照本實(shí)施例設(shè)計(jì)的基站天線，其主極化方向圖在與金屬反射板1a的縱長方向31a呈垂直的主平面內(nèi)的實(shí)測結(jié)果如圖3所示，可以看出，在與前向32a相背的后向(未圖示)±30度內(nèi)的前后比指標(biāo)達(dá)到了35dB左右。
圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的不同在于該翻邊8b不做任何折彎地垂直設(shè)置在金屬反射板1b縱長方向31b兩側(cè)上，其上開設(shè)有線性縫隙26b。圍繞該輻射單元模塊2b設(shè)置有矩形半開放式金屬腔體4b，該金屬腔體4b四個(gè)側(cè)邊具有不同的高度，通過調(diào)整這些高度，以及調(diào)整金屬腔體4b的矩形尺寸大小，可以產(chǎn)生額外的輻射波，使得在金屬反射板1b的后向(未圖示)產(chǎn)生與原來的輻射波近似反相的抵消效果，達(dá)到改善前后比指標(biāo)的目的。
按照?qǐng)D本實(shí)施例設(shè)計(jì)的基站天線，其主極化方向圖在與該金屬反射板1b的縱長方向31b呈垂直的主平面內(nèi)的實(shí)測結(jié)果如圖9所示，可以看出，在與前向32b相背的后向±30度內(nèi)的前后比指標(biāo)優(yōu)于30dB。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D6，其為本發(fā)明的第三實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的不同之處在于該輻射單元模塊2c為線極化的對(duì)稱振子。該翻邊8c呈平板狀，不做任何折彎地垂直設(shè)置在金屬反射板1c縱長方向31c兩側(cè)上。兩個(gè)翻邊8c之間縮進(jìn)一個(gè)比例位置設(shè)有朝上的折起屏風(fēng)5c，折起屏風(fēng)5c的高度大于翻邊8的高度。由于翻邊8和折起屏風(fēng)5c的存在，通過調(diào)整折起屏風(fēng)5c與翻邊8c的相對(duì)位置及其高度尺寸，可以產(chǎn)生雙重輻射。折起屏風(fēng)5c的高度可以采用以下方法作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整將輻射單元模塊2c在前向32c的高點(diǎn)以及翻邊8c在前向32c的高點(diǎn)相連成一斜線，折起屏風(fēng)5c垂直裝設(shè)在該金屬反射板1c平面時(shí)，其高度應(yīng)稍微超越該斜線與折起屏風(fēng)5c的交點(diǎn)的高度。左右兩側(cè)折起屏風(fēng)5c之間的間距是左右兩側(cè)翻邊8c之間的間距的三分之二至四分之三范圍。如此，其結(jié)果是在金屬反射板1c的后向產(chǎn)生近似反相的抵消效果，達(dá)到改善前后比指標(biāo)的目的。當(dāng)本實(shí)施例的前后比指標(biāo)可以達(dá)到預(yù)定的要求時(shí)，由于折起屏風(fēng)5c和翻邊8c是均勻的，可以簡化結(jié)構(gòu)，降低加工復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本。
按照?qǐng)D本實(shí)施例3設(shè)計(jì)的基站天線，其主極化方向圖在與金屬反射板1c的縱長方向31c呈垂直的主平面內(nèi)的實(shí)測結(jié)果如圖10所示，可以看出，在與前向32c相背的后向±30度內(nèi)的前后比指標(biāo)優(yōu)于30dB。
此外，如圖7所示，該翻邊8c可調(diào)整為朝向該金屬反射板1c的后向(未圖示)，相應(yīng)地，翻邊8c和折起屏風(fēng)5c之間的相對(duì)位置及其高度尺寸也需要微調(diào)。左右兩側(cè)折起屏風(fēng)5c之間的間距可以比照?qǐng)D6實(shí)施例稍微增加，相應(yīng)地折起屏風(fēng)5c的高度也稍微降低。翻邊8c朝后向(未圖示)的高度可以稍微小于圖6中翻邊8c朝前向32c的高度。如此，同樣可以產(chǎn)生雙重輻射，最終改善前后比指標(biāo)。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D8，其為本發(fā)明的第四實(shí)施例，本實(shí)施例中，包括金屬反射板1d、輻射單元模塊2d和翻邊8d，該翻邊8d與金屬反射板1d相分離，可用非金屬元件(未圖示)支撐，且翻邊8d與金屬反射板1d的縱長方向31d相平行，使翻邊8d形成了無源的散射結(jié)構(gòu)。金屬反射板1d的縱長方向31d兩側(cè)邊緣18d在電氣上并不重要，視機(jī)械強(qiáng)度和金屬反射板1d固定方式需要可以向上翻、向下翻、先向上翻再展平、先向下翻再展平或者取消。通過調(diào)整該散射結(jié)構(gòu)的尺寸和離開金屬反射板1d的高度和橫向位置，可以產(chǎn)生額外的輻射波，使得在金屬反射板1d的后向(未圖示)產(chǎn)生與原來的輻射波呈近似反相的抵消效果，達(dá)到改善前后比指標(biāo)的目的。必要時(shí)，也可以調(diào)整金屬反射板1d的寬度和其邊緣18d的尺寸，以到達(dá)最佳效果。
按照?qǐng)D8實(shí)施例4設(shè)計(jì)的基站天線，其主極化方向圖在與金屬反射板1d的縱長方向31d呈垂直的主平面內(nèi)的實(shí)測結(jié)果如圖11所示，可以看出，在與前向32d相背的后向±30度內(nèi)的前后比指標(biāo)優(yōu)于30dB。
上述實(shí)施例構(gòu)成的基站天線，不僅前后比指標(biāo)優(yōu)良，而且其它各項(xiàng)輻射參數(shù)指標(biāo)和電路等效參數(shù)指標(biāo)也同樣滿足使用要求，能夠很好地應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的各種場合。
按照本發(fā)明制造的天線不但具有高性能的優(yōu)點(diǎn)，且易于制造、具有更高的性能價(jià)格比以及方便安裝使用。
權(quán)利要求
1.一種高前后比定向基站天線，包括金屬反射板以及若干輻射單元模塊，該輻射單元模塊裝設(shè)在該金屬反射板的前向上，且在該金屬反射板的同一直線方向上呈離散排列，其特征在于該金屬反射板在與所述輻射單元模塊排列方向呈相平行的兩側(cè)設(shè)有翻邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述的輻射單元模塊呈不等間隔非周期性排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊朝上，其包括與金屬反射板的平面緊鄰且呈鈍角的第一折彎部、延伸自第一折彎部且垂直于金屬反射板的第二折彎部以及延伸自第二折彎部且與金屬反射板的平面呈銳角的第三折彎部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊朝上，其包括與金屬反射板的平面緊鄰且呈鈍角的第一折彎部、延伸自第一折彎部且垂直于金屬反射板的第二折彎部以及延伸自第二折彎部且與金屬反射板的平面呈鈍角的第三折彎部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述部分第二折彎部上開設(shè)有線性縫隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)中所述的高前后比定向基站天線，其特征在于圍繞所述輻射單元設(shè)有矩形半開放式金屬腔體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高前后比定向基站天線，其特征在于圍繞所述輻射單元設(shè)有矩形半開放式金屬腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊垂直金屬反射板朝上且在所述的輻射單元模塊排列方向呈均勻結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊垂直金屬反射板朝下且在所述的輻射單元模塊排列方向呈均勻結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊之間朝上設(shè)有折起屏風(fēng)且折起屏風(fēng)的高度大于所述翻邊的高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高前后比定向基站天線，其特征在于所述翻邊用非金屬元件支撐設(shè)置在金屬反射板上方輻射單元模塊兩側(cè)，且翻邊與輻射單元模塊的排列方向相平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基站天線，尤其是一種用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的高前后比定向基站天線。該高前后比定向基站天線包括金屬反射板以及若干輻射單元模塊，該輻射單元模塊裝設(shè)在該金屬反射板同一側(cè)面上，且在該金屬反射板的同一直線方向上呈離散排列，此外，該金屬反射板在與所述輻射單元模塊排列方向呈相平行的兩側(cè)設(shè)有翻邊。如此，在金屬反射板尺寸基本不變的情況下，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高前后比的輻射性能，使基站天線的前后比高達(dá)35dB以上；同時(shí)，新改造的結(jié)構(gòu)也非常簡易，方便安裝維護(hù)，相對(duì)于其它改造方法，本發(fā)明可使成本大大減少。
文檔編號(hào)H01Q11/10GK1624978SQ20041005236
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者卜斌龍, 歐陽杰, 謝國慶, 馮春海, 譚杰洪 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(廣州)有限公司