專利名稱：移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，尤其涉及移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸 頂天線。
背景技術(shù)：
3G移動通信網(wǎng)絡(luò)良好的室內(nèi)信號越來越重要，室內(nèi)分布系統(tǒng)因此引起廣泛重視。 很多室內(nèi)覆蓋場景，如酒店、辦公樓、隧道、地鐵、長廊等場所，其目標(biāo)覆蓋區(qū)域是線形或雙 向形的，目前一般在天花板等室內(nèi)頂部安裝全向吸頂天線覆蓋，尚無合適天線作針對性 覆蓋?，F(xiàn)有全向吸頂天線技術(shù)規(guī)范要求包括使用頻率范圍為806 960MHz和1710 2500MHz，電壓駐波比(VSffR) < 1. 5，增益在低頻段2dBi，高頻段5dBi。現(xiàn)有全向吸頂天線對線形和雙向形覆蓋區(qū)域存在以下缺陷1、在水平面上天線增益無方向性差異，各方向輻射信號強度是均勻的，用于線性 和雙向形覆蓋時，對目標(biāo)覆蓋區(qū)域和非目標(biāo)覆蓋區(qū)域同等覆蓋，造成信源功率浪費，覆蓋效 率低，還對非目標(biāo)區(qū)域覆蓋形成干擾，影響通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。2、在高頻段電磁波輻射性能向天線正下方集中，隨輻射角度增加快速衰減，實測 表明(如圖Ia和圖lb，其中圖Ia是800MHz頻點E面方向圖，圖Ib是2170MHz頻點E面方 向圖)，子午面內(nèi)最大輻射方向θ ^ 45°，θ =60°時衰減3dB，θ =80°時衰減8dB， θ =85°時衰減約9dB?？梢?，θ >60°時天線增益隨θ角增加快速衰減。一般建筑層高約3m，移動通信終端離地一般大于lm。DCS1800和3G室內(nèi)分布系統(tǒng) 天線覆蓋半徑設(shè)計原則為重要樓宇小于10m，一般樓宇15m，空曠層20m。計算可得，對應(yīng) 天線輻射角θ分別為79°、82°和84°。根據(jù)圖1，在這些角度天線增益衰減7 8dB，按 最大增益5dBi計，這些角度天線增益為-2 -3dBi。而增益較高區(qū)域θ <60° (3dB衰 減處)，對應(yīng)的覆蓋半徑3. 5m (θ =60° )，對應(yīng)覆蓋半徑小于3. 5m。由此可知，現(xiàn)有全向吸頂天線將DCS1800和3G信號主要集中在3. 5m覆蓋半徑范 圍內(nèi)，而在設(shè)計覆蓋半徑的更大區(qū)域內(nèi)天線增益最大衰減達到7 8dB，加上空間路徑損耗 隨頻率增加，所以，在現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)中，DCS18000和3G信號比GSM800信號覆蓋半徑要 小。為獲得良好內(nèi)信號，不得不提高的信源功率或加密天線，由此帶來巨大的室內(nèi)分布系統(tǒng) 改造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種解決上述的技術(shù)問題的移動通信室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向 吸頂天線，其目的在于改善雙向輻射性能，提高雙向覆蓋區(qū)域輻射角θ在60° 85°范 圍的天線增益，從而改善雙向目標(biāo)覆蓋區(qū)域的信號質(zhì)量，降低室內(nèi)分布系統(tǒng)改造和新建成 本。本發(fā)明提供了移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，包括金屬環(huán) 帶、球-圓臺振子和接線柱；金屬環(huán)帶與接線柱一端的外導(dǎo)體連接，球-圓臺振子的圓臺頂面與接線柱一端的內(nèi)導(dǎo)體連接；接線柱的軸心和球-圓臺振子的對稱軸與金屬環(huán)帶的一直 徑位于同一直線上；接線柱另一端與同軸電纜連接。該雙向吸頂天線還包括介質(zhì)盤，接線柱穿過介質(zhì)盤，介質(zhì)盤與金屬環(huán)帶的外圓相 切。球-圓臺振子為一球和與之相切的圓臺組成。金屬環(huán)帶的外圓半徑為65 100mm，金屬環(huán)帶的內(nèi)圓半經(jīng)為30 70mm。球的半徑為15 40mm，圓臺的頂角大于40°，圓臺的頂面半徑為0. 5 5mm。接線柱為同軸線；接線柱的長度為5 30mm，接線柱的內(nèi)導(dǎo)體的半徑為0. 5 1. 5mm，接線柱的外導(dǎo)體的內(nèi)半徑2 6mm。介質(zhì)盤由絕緣材料制成；介質(zhì)盤的半徑50 150mm，介質(zhì)盤的厚度1 5mm。該雙向吸頂天線還包括外罩，介質(zhì)盤和外罩將金屬環(huán)帶、球-圓臺振子和接線柱 包封固定；外罩由絕緣材料制成。本發(fā)明優(yōu)點帶來的效益是1、對現(xiàn)有室分3G天饋系統(tǒng)改造，僅通過更換為本發(fā)明提供的天線，在線形和雙向 覆蓋區(qū)域，在低頻段可獲得約3dB的信號增強，在高頻段可獲得6 IOdB信號增強。對2G、 3G網(wǎng)絡(luò)原來信號弱的室分系統(tǒng)或區(qū)域，可以更換天線達到滿意效果，使許多酒店、辦公樓宇 等通過走道覆蓋房間的效率大大提高，減少窗邊切換，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，減低工程改造投入和 物業(yè)協(xié)調(diào)難度。2、對現(xiàn)有室分3G信源改造，因更換為本發(fā)明提供的天線后，達到同樣覆蓋效果信 源所需發(fā)射功率大大降低，因此，對原來需要多個RRU(遠端射頻單元)、直放站或干放才能 滿足功率要求的較大形室分系統(tǒng)，可以用單RRU供給信號，大大降低信號源投資，同時避免 多RRU小區(qū)切換節(jié)帶來的信號質(zhì)量和容量損耗，還節(jié)省用電、降低維護成本。3、對新建3G室分系統(tǒng)，可以根據(jù)本發(fā)明提供的天線，適當(dāng)增加室內(nèi)天線間距，降 低信源功率或增大單RRU的覆蓋范圍，減少室分工程投資。


圖Ia為現(xiàn)有天線在800MHz頻點E面實測方向圖Ib為現(xiàn)有天線在2170MHz頻點E面實測方向圖2為本發(fā)明提供的雙向吸頂天線立體圖3為本發(fā)明雙向吸頂天線正面透視圖4為環(huán)帶振子輻射單元頻率-駐波系數(shù)曲線圖5a為本發(fā)明提供的806MHz頻點三維立體方向圖
圖5b為本發(fā)明提供的806MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ =90°方向圖6a為本發(fā)明提供的880MHz頻點三維立體方向圖
圖6b為本發(fā)明提供的880MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ =90°方向圖7a為本發(fā)明提供的960MHz頻點三維立體方向圖
圖7b為本發(fā)明提供的960MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ =90°方向圖8a為本發(fā)明提供的1710MHz頻點三維立體方向圖8b為本發(fā)明提供的1710MHz頻點子午面Φ = 0°禾口 Φ ==90。方向圖
圖9a為本發(fā)明提供的1880MHz頻點三維立體方向圖；圖9b為本發(fā)明提供的1880MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ = 90°方向圖；圖IOa為本發(fā)明提供的1920MHz頻點三維立體方向圖；圖IOb為本發(fā)明提供的1920MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ= 90°方向圖；圖Ila為本發(fā)明提供的2170MHz頻點三維立體方向圖；圖lib為本發(fā)明提供的2170MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ= 90°方向圖；圖12a為本發(fā)明提供的2300MHz頻點三維立體方向圖；圖1 為本發(fā)明提供的2300MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ= 90°方向圖；圖13a為本發(fā)明提供的MOOMHz頻點三維立體方向圖；圖1 為本發(fā)明提供的MOOMHz頻點子午面Φ = 0°和Φ= 90°方向圖；圖14a為本發(fā)明提供的2500MHz頻點三維立體方向圖；圖14b為本發(fā)明提供的2500MHz頻點子午面Φ = 0°和Φ= 90°方向圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。本發(fā)明針對室分線形和雙向形區(qū)域覆蓋需要和現(xiàn)有全向天線在高頻段輻射過于 集中的缺陷，綜合考慮高低兩個頻段天線增益和方向性，設(shè)計出室分雙向覆蓋吸頂天線， 提高天線前后方向增益，降低左右側(cè)向增益。室內(nèi)吸頂天線最關(guān)注的輻射角度θ大約在 60° 85°之間，對應(yīng)覆蓋半徑從3. 5m到23m的區(qū)域，本發(fā)明中的室內(nèi)雙向吸頂天線設(shè)計 目標(biāo)在前后雙向最大增益方向在θ =70°左右，主輻射角度θ =85°左右(3dB衰減 處)。本發(fā)明提供了移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，圖2為本發(fā)明 提供的雙向吸頂天線的立體圖。如圖3所示，本發(fā)明提供的雙向吸頂天線包括一金屬環(huán)帶 1、球-圓臺振子2、接線柱3、介質(zhì)盤4和外罩等組成；金屬環(huán)帶1 一直徑、球-圓臺振子2 對稱軸、接線柱3軸心和介質(zhì)盤4中心位于同一直線上，金屬環(huán)帶1與接線柱外導(dǎo)體兩側(cè)連 接，球-圓臺振子2與接線柱內(nèi)導(dǎo)體一端連接，接線柱3另一端連接同軸電纜，接入移動通 信系統(tǒng)，接線柱3穿過介質(zhì)盤4，介質(zhì)盤4金屬環(huán)帶1的外圓相切，介質(zhì)盤4和外殼將天線輻 射單元包封固定，并便于在天花板等頂面安裝。金屬環(huán)帶1和球-圓臺振子2組成天線輻射單元，球-圓臺振子2為天線輻射振 子，金屬環(huán)帶1起引向作用，使球-圓臺振子2輻射出來的電磁波向環(huán)帶兩側(cè)集中，環(huán)帶寬 度和大小影響天線的增益和方向性，環(huán)帶外圓半徑65 100mm，環(huán)帶內(nèi)圓半經(jīng)30 70mm。球-圓臺振子2為一球和與之相切的圓臺組成，球的半徑、圓臺頂角和球-圓臺高 度與工作波長、帶寬和天線特性阻抗有關(guān)。球的半徑15 40mm，圓臺頂角(是指沿著圓臺 中心剖面形成的等邊梯形的兩條邊延伸之后形成的角)大于40°，圓臺頂面(指半徑較小 的圓面)半徑0. 5 5mm。接線柱3為一段同軸線，同軸線芯線與球-圓臺振子2的圓臺頂面連接，同軸線外 導(dǎo)體圓柱兩側(cè)對稱與金屬環(huán)帶沿經(jīng)線連接，同軸線外導(dǎo)體與芯線之間與聚氯乙烯等絕緣材 料填充。同軸線的另一端與50 Ω同軸電纜連接。接線柱3軸心、球-圓臺振子對稱軸與金 屬環(huán)帶一經(jīng)線重合。接線柱3長度和芯線、外導(dǎo)體半徑大小綜合考慮同軸電纜連接方便和天線阻抗匹配。接線柱長度5 30mm，芯線半徑0.5 1.5mm，外導(dǎo)體內(nèi)半徑2 6mm。介質(zhì)盤4和外罩為聚氯乙烯、玻璃鋼等絕緣材料制成，將金屬環(huán)帶、球-圓臺振子 和接線柱包封固定。外罩同時要考慮外性美觀，盡量減小對室內(nèi)環(huán)境的影響。接線柱從介 質(zhì)盤4中心穿出，以便同軸電纜連接。介質(zhì)盤大小和形狀主要考慮安裝方便和美觀，半徑 50 150mm,厚度 1 5mm。本發(fā)明環(huán)帶振子輻射單元按上述尺寸用Ansoft HFSS仿真結(jié)果如下在806MHz頻點，圖為三維立體方向圖，圖恥為Φ =0°和90°子午面方向圖， Φ =90° 時θ =90° 處增益最大，為 4. 85dBi ； θ =60° 處，增益 2. 67dBi ； θ =85° 處，增益4. 73dBi。在880MHz頻點，圖6a為三維立體方向圖，圖6b為Φ =0°和90°子午面方向圖， Φ =90° 時θ =90° 處增益最大，為 5. ^dBi ； θ =60° 處，增益 2. 98dBi ； θ =85° 處增益5. 14dBi。在960MHz頻點，圖7a為三維立體方向圖，圖7b為Φ =0°和90°子午面方向圖， Φ = 90° 時θ =90° 處增益最大，為 5. 71dBi ； θ =60° 處，增益 3. 41dBi ； θ =85° 處,增益5. 59dBi。在1710MHz頻點，圖8a為三維立體方向圖，圖8b為Φ = 0°和90°子午面方向 圖，Φ = 90° 時θ = 75° 處增益最大，為 7. 25dBi ； θ =60° 處，增益 6. 34dBi ； θ = 85° 處，增益 6. 78dBi。在1880MHz頻點，圖9a為三維立體方向圖，圖9b為Φ = 0°和90°子午面方向 圖，Φ = 90° 時θ =70° 處增益最大，為 8. 38dBi ； θ =60° 處，增益 7. 89dBi ； θ = 85° 處，增益 7. 20dBi。在1920MHz頻點，圖IOa為三維立體方向圖，圖IOb為Φ = 0°和90°子午面方 向圖，Φ =90°時θ =70°處增益最大，為8. 51dBi ； θ =85°處，增益7. 04dBi。在2170MHz頻點，圖Ila為三維立體方向圖，圖lib為Φ = 0°和90°子午面方 向圖，Φ =90°時θ =60°處增益最大，為8. 50dBi ； θ =85°處，增益4. 76dBi。
在2300MHz頻點，圖12a為三維立體方向圖，圖12b為Φ = 0°和90°子午面方 向圖，Φ = 90°時θ =處增益最大，為8. 52dBi ； θ =60°處，增益8. 40dBi，θ = 85° 處，增益 4. 32dBi。在MOOMHz頻點，圖13a為三維立體方向圖，圖13b為Φ = 0°和90°子午面方 向圖，Φ = 90°時θ =處增益最大，為8. 34dBi ； θ =60°處，增益8. 23dBi ； θ = 85° 處，增益 5. 16dBi。在2500MHz頻點，圖14a為三維立體方向圖，圖14b為Φ = 0°和90°子午面方 向圖，Φ =90°時θ =60°處增益最大，為8. 54dBi ； θ =85°處，增益5. 98dBi。本發(fā)明天線在800 2500MHz頻段駐波系數(shù)均小于1. 3 (見圖4)。本發(fā)明優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，明顯增強了天線在雙向區(qū)域內(nèi)θ =60° 85° 時雙向輻射的增益，在低頻段(806 960MHz)為天線增益約4. 9 5. 6dBi,比現(xiàn)有全向吸 頂天線高約3dB ；在高頻段(1710 2500MHz)達到天線增益7. 3 8. 5dBi,比現(xiàn)有全向吸頂 天線增加2 3. 5dB，θ =85°方向增益4. 2 7. 3dBi，比現(xiàn)有全向吸頂天線高6 10dB， 大大改善天線的覆蓋效率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還 可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由 權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在于，包括金屬環(huán)帶、 球-圓臺振子和接線柱；金屬環(huán)帶與接線柱一端的外導(dǎo)體連接，球-圓臺振子的圓臺頂面與 接線柱一端的內(nèi)導(dǎo)體連接；接線柱的軸心和球-圓臺振子的對稱軸與金屬環(huán)帶的一直徑位 于同一直線上；接線柱另一端與同軸電纜連接。
2.如權(quán)利要求1所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，該雙向吸頂天線還包括介質(zhì)盤，接線柱穿過介質(zhì)盤，介質(zhì)盤與金屬環(huán)帶的外圓相切。
3.如權(quán)利要求1所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，球-圓臺振子為一球和與之相切的圓臺組成。
4.如權(quán)利要求1所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，金屬環(huán)帶的外圓半徑為65 100mm，金屬環(huán)帶的內(nèi)圓半經(jīng)為30 70mm。
5.如權(quán)利要求3所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，球的半徑為15 40mm，圓臺的頂角大于40°，圓臺頂面的半徑為0. 5 5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，接線柱為同軸線；接線柱的長度為5 30mm，接線柱的內(nèi)導(dǎo)體的半徑為0. 5 1. 5mm，接 線柱的外導(dǎo)體的內(nèi)半徑2 6mm。
7.如權(quán)利要求1所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，介質(zhì)盤由絕緣材料制成；介質(zhì)盤的半徑50 150mm，介質(zhì)盤的厚度1 5mm。
8.如權(quán)利要求2所述的移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，其特征在 于，該雙向吸頂天線還包括外罩，介質(zhì)盤和外罩將金屬環(huán)帶、球-圓臺振子和接線柱包封固 定；外罩由絕緣材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用的雙向吸頂天線，包括金屬環(huán)帶、球-圓臺振子和接線柱；金屬環(huán)帶與接線柱一端的外導(dǎo)體連接，球-圓臺振子的圓臺頂面與接線柱一端的內(nèi)導(dǎo)體連接；接線柱的軸心和球-圓臺振子的對稱軸與金屬環(huán)帶的一直徑位于同一直線上；接線柱另一端與同軸電纜連接。本發(fā)明提供的雙向吸頂天線，在線形和雙向覆蓋區(qū)域，比現(xiàn)有全向吸頂天線，在低頻段可獲得約3dB的信號增強，在高頻段可獲得6～10dB信號增強。
文檔編號H01Q1/36GK102097673SQ20091025428
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者買彥州, 傅強, 彭中峰, 葛慧明, 鄧安民, 陳旭東, 黃曉明 申請人:中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司