專利名稱：雙極化波束賦形基站天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信天線，具體的說是一種雙極化波束賦形基站天線。主要用于蜂窩通信系統，尤其適于在人口密集的城市地區使用。
背景技術：
當前，在移動通信系統中，由于用戶量的迅速增長，通信信道的不足已經成為人口密集地區的嚴重問題，因此強烈地要求使用有效的頻率復用技術已成為當前之急需。雖然，蜂窩系統是一種有利于頻率復用的技術，但是，為了有效地進行頻率重用，必須對蜂窩區進行再分割。而這種再分割的效能主要依賴于基地站天線的輻射方向圖形狀。對于基地站天線來說，它應具有較大的有用信號對無用信號之比，要比它應具有較高的增益更重要。為了保證服務區內的信號增益，一般采用帶有反射板的垂直線陣天線，通過合成合適的陣列天線方向圖來實現對主波束附近旁瓣壓縮，以有效的降低對鄰近小區干擾，減小頻率重用距離。目前，通過天線輻射方向圖來改善頻率復用目的的解決方法主要有主波束傾斜和波束賦形技術，該技術是為了實現頻率復用的目標，要求基地站天線對使用相同頻率的另一蜂窩輻射要有盡可能低的電平，而對其業務區輻射要有盡可能高的電平，即要求賦形垂直面的輻射方向圖。為實現這一要求，現有技術中的雙極化波束陣列天線是采用對等間距陣列，通過預置陣列單元的激勵幅度和相位來實現其賦形垂直面的輻射方向圖，如圖7所示。其中φ1～φ6為每個單元的饋電相位，A1～A6為每個單元的饋電幅度，取第一個單元作為參考單元，則各個單元間距d相等。
這種方案由于采用六個輻射單元之間不同的激勵幅度，需要多端口精確的功率分配器，因而不僅難以實現，而且成本很高；同時由于每個輻射單元設置不同的相位，相位控制參數多，所以天線賦形結果的頻段性能很差。
實用新型內容
本實用新型的目的在于避免上述已有技術的不足，提供一種容易實現、成本低，賦形效果好的雙極化波束賦形基站天線。以對垂直內方向圖進行波束賦形，使其盡量實現余割波束，提高在蜂窩通信中的通話質量、減少盲區和同頻干擾。
實現本實用新型目的的技術關鍵是采用預置單元間距和激勵相位實現波束賦形。整個天線包括多個輻射單元，一個反射板和同軸線，各輻射單元軸向固定在反射板上，并通過兩個獨立的同軸線饋電網絡連接，其中各輻射單元之間采用不等間距排列，每個輻射單元采用等功率和分組相位激勵。
上述雙極化波束賦形基站天線各輻射單元之間的間距分別為d1、d2、d3、d4、d5，各間距的排列關系為d2＞d1＞d5＞d4＞d3。
上述雙極化波束賦形基站天線相位分組激勵，是將輻射單元分為三組，每組相位相同，中間組作為參考相位Φ0＝0，兩邊組相位各為Φ1和Φ2，且Φ1＞Φ2。
上述雙極化波束賦形基站天線的等功率和相位分組激勵是由兩個饋電網絡分別將兩條輸入同軸線各分為三支，再將每個分支分為兩路，最后將每路分為兩個支路分別連接到各輻射單元內對應的平行振子ab與cd上來實現。
本實用新型通過調整兩個板狀輻射體上各輻射單元之間的軸向間距和各個單元的激勵相位，可實現雙極化賦形基站天線波束賦形。與圖8所示的已有雙極化基站天線相比，具有如下優點1.對所有輻射單元設置分組相位激勵，需要控制的參數少，有利于展寬天線的帶寬，利用傳輸線很容易實現；2.對所有輻射單元采用相同的激勵幅度，省掉了代價昂貴的功率分配器，降低了天線的成本；
3.對各輻射單元采用不等間距排列固定，其調整可以在天線制作的同時非常方便地實現。
實測表明，本實用新型具有同良好的頻段特性賦形效果，如圖3～圖7所示。從圖示的各個頻率點可以看出，在整個很寬的頻段上該天線輻射方向圖工作區的第一零點填充可以達到-15dB，而在干擾區的副瓣可壓制到-18dB。解決了一般天線出現的“塔下黑”(盲區)問題；同時可以減小相鄰小區同頻干擾，提高系統容量，改進通信效果。


圖1是本實用新型的整體結構圖圖2是本實用新型的輻射單元示意圖圖3是本實用新型架設和工作情況的示意圖圖4是本實用新型在890MHz頻率點的天線工作性能圖圖5是本實用新型在920MHz頻率點的天線工作性能圖圖6是本實用新型在960MHz頻率點的天線工作性能圖圖7為現有技術的輻射單元示意圖具體實施方式
圖1和圖2給出了本實用新型的最佳實施例。參照圖1和圖2，8為水槽形反射板底板，7為水槽形反射板的側板，該側板7與底板8之間設有角度9，該角度可以在90度到180度之間調節。輻射單元1、2、3、4、5、6均為四個對稱振子a、b、c、d組成的菱形結構，各菱形輻射單元中兩種不同方向的振子a、b與c、d采用兩個獨立的同軸線連接網絡(10)饋電，這兩個網絡形式完全相同，且對于各輻射單元內相同方向振子的連接方式也相同(圖中只畫出了一個)。六個輻射單元呈不等間距排列，軸向固定在反射板底板8上，各輻射單元的激勵幅度相等，激勵相位不同，并采用分組設置。其中輻射單元2與輻射單元1之間的間距為d1；輻射單元3與輻射單元2之間的間距為d2；輻射單元4與輻射單元3之間的間距為d3；輻射單元5與輻射單元4之間的間距為d4；輻射單元6與輻射單元5之間的間距為d5；各間距的排列關系為d2＞d1＞d5＞d4＞d3。輻射單元1、2的激勵相位相同，均為Φ1；輻射單元3、4的激勵相位相同，并取其為參考相位，即Φ0＝0；輻射單元5、6的激勵相位相同，均為Φ2。將相同激勵相位的輻射單元1與2，3與4，5與6各設為一組，每組的激勵相位關系為，Φ0＝0，Φ1＞Φ2。該天線對其等功率和分組激勵相位的實現是通過兩個饋電網絡的同軸線分支結構與長度來完成。即兩個饋電網絡分別將兩條輸入同軸線各分為三支，連接到每組的結點上，再將每個分支分為兩路，將每路又分為兩個支路分別連接到各輻射單元內對應的平行振子a、b與c、d上。
參見圖3，本實用新型在實際工作架設時要有一定的下傾角，以配合賦形效果。從圖3天線工作的實際情況可看出，垂直面方向圖在90度到120度之間，原本很深的零點得到填充，這些零點代表基站天線工作區域內的盲點。通過對這些零點的填充，減少了盲區的出現，大大提高了通信質量。垂直面方向圖在60度到90度之間的波瓣為上副瓣，通過對這些區域波瓣的壓制可以減少相鄰區域的干擾，并使更多的能量集中在工作區域中，提高了天線的工作性能。
圖4表明，當天線工作在890MHz的頻點時，其填充零點(圖中100度左右對應的值)可達到-14.94dB，壓制上副瓣(圖中60度到90度之間)均小于-17.56dB；圖5表明，當天線工作在920MHz的頻點時，其填充零點可到-14.74dB，壓制上副瓣均小于-19.13dB；圖6表明，當天線工作在960MHz的頻點時，其填充零點為-15.75dB，壓制上副瓣小于-18.79dB。
從上述圖4～圖6的各頻點性能可以看出，該天線在整個很寬的頻段上，輻射方向圖工作區的第一零點填充可達到-15dB，減少了盲區；在干擾區天線朝向同頻區的副瓣壓制可低到-18dB。該結果證明該天線確有非常好的工作性能，而這些性能現只需預置單元間距和激勵相位就可實現。
本實用新型提供了一個包括六個輻射單元的雙極化波束賦形基站天線實施例，顯然，所述技術領域的技術人員可以不經過任何創造性勞動，而利用本實用新型的技術構思，作出不僅僅限于該六個輻射單元的同類賦形基站天線。
權利要求1.一種雙極化波束賦形基站天線，包括多個輻射單元，一個反射板和同軸線，各輻射單元軸向固定在反射板(8)上，并通過兩個獨立的同軸線饋電網絡(10)連接，其特征在于各輻射單元之間采用不等間距排列，每個輻射單元采用等功率和分組相位激勵。
2.根據權利要求1所述的雙極化波束賦形基站天線，其特征在于輻射單元(1)與(2)的間距為d1，輻射單元(2)與(3)的間距為d2，輻射單元(3)與(4)的間距為d3，輻射單元(4)與(5)的間距為d4，輻射單元(5)與(6)的間距為d5，各間距的排列關系為d2＞d1＞d5＞d4＞d3。
3.根據權利要求1所述的雙極化波束賦形基站天線，其特征在于分組相位激勵是設置輻射單元(1)、(2)的相位Φ1相同；輻射單元(5)、(6)的相位Φ2相同；輻射單元(3)、(4)的相位相同，并作為參考相位Φ0；三組的相位關系為Φ0＝0，Φ1＞Φ2。
4.根據權利要求1或3所述的雙極化波束賦形基站天線，其特征在于等功率和相位分組激勵是由兩個饋電網絡分別將兩條輸入同軸線各分為三支，再將每個分支分為兩路，最后將每路分為兩個支路分別連接到各輻射單元內對應的平行振子a、b與c、d上。
專利摘要本實用新型涉及一種雙極化波束賦形基站天線。該個天線包括多個輻射單元(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)，反射板(8)，兩個獨立的同軸線饋電網絡(10)。各輻射單元之間采用不等間距排列軸向固定在反射板(8)上，各輻射單元的激勵幅度相等，激勵相位設為不同的三組。兩個饋電網絡分別將兩條輸入同軸線各分為三支，再將每個分支分為兩路，最后將每路分為兩個支路分別連接到各輻射單元內對應的平行振子a、b與c、d上。該天線在工作頻段890MHz～960MHz內的各個頻率點上，輻射方向圖工作區的第一零點填充可達到－15dB以上，在干擾區的副瓣可壓低到－18dB以下，有效地減少了工作區域內盲區和相鄰小區的同頻干擾，可用于蜂窩移動通信網。
文檔編號H01Q21/24GK2560107SQ0226202
公開日2003年7月9日 申請日期2002年8月2日 優先權日2002年8月2日
發明者卜安濤, 沈宗珍, 劉 英 申請人:西安海天天線科技股份有限公司