CN108511914A - 介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置及方法，该装置包括接地板；垂向设置在所述接地板顶部的介质基片；固定设置在所述介质基片一侧的印刷偶极子天线；对应于所述印刷偶极子天线馈电点的位置，固定设置在所述介质基片另一侧的馈电巴伦；加载在所述介质基片的正上方即天线辐射方向远场区的介质透镜。本发明通过对介质透镜结构、尺寸、介电常数等多个参数的调整，实现半功率波束任意宽度的收敛性调节。综上，本发明可以与天线单元设计分开进行，在不影响天线原有性能的基础上，可以同时提高天线增益及波束宽度收敛性能，为基站天线蜂窝移动通信组网提供强的稳定性。
Description
技术领域
本发明是关于一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置及方法，涉及移动通信介质加载技术领域。
背景技术
在移动通信网的发展过程中，通信网络不断优化，更大的传输能力即宽带化与多频化是未来通信技术的发展趋势之一，覆盖多频或宽频的基站天线具有十分广阔的技术应用空间和使用价值。基站天线具有抗干扰能力强，覆盖范围广，网络服务质量稳定等优势，是移动通信系统的重要组成部分。天线的方向系数可精确的表示天线的方向性，方向性越强，辐射越集中，在最大辐射方向上会产生更强的场强。基站天线的水平面波束收敛性描述了半功率波束宽度随频率变化所表现出的波动性，波动越小，表明收敛性越好，相邻小区之间重叠干扰越少，网络覆盖性能越稳定。在宽频或多频范围内必须保证天线的波束宽度收敛性，以此减小因波束宽度的过大差异导致系统容量的损失，避免覆盖重叠和覆盖盲区。
目前常用实现天线方向图收敛的方法为：改变介质基片形状来控制天线前后比特性及水平面的辐射方向图，现有技术的缺点是只能在一定程度是提高天线方向性，无法实现基站天线多个频点收敛性。现有技术还有通过改变加载平板透镜的物理结构、尺寸，改变天线辐射半功率波束宽度，实现某一个频点或几个频点的方向性收敛，但是无法使得多个频点同时收敛到一个角度，即基站天线方向图收敛性难以实现。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现半功率波束任意宽度的收敛性调节的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的方法，其特征在于包括以下内容：根据移动通信宽频带需求设置耦合馈电宽带基站天线的介质基片、印刷偶极子天线、馈电巴伦及接地板结构；根据电磁波通过介质透镜会改变电磁波传播方向的原理，确定介质透镜的结构和参数，以实现不同形状的波束赋形以及不同程度的增益提高；根据天线半功率波束宽度及半功率波束宽度目标，选取介质透镜的介电常数材料，制作介质透镜；将制作完成的介质透镜固定放置在天线辐射方向远场区，通过优化介质透镜与印刷偶极子天线结构中介质基片的加载距离，实现半功率波束任意宽度的收敛性调节。
为实现上述目的，本发明还采取以下技术方案：一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于该装置包括：接地板；垂向设置在所述接地板顶部的介质基片；固定设置在所述介质基片一侧的印刷偶极子天线；固定设置在所述介质基片另一侧的馈电巴伦，所述馈电巴伦对应于所述印刷偶极子天线馈电点的位置；加载在所述介质基片正上方即天线辐射方向远场区的介质透镜。
进一步地，所述介质透镜包括基底，所述基底顶部从内到外依次设置若干圈环形介质形成环结构透镜，所述基底和环结构透镜均选取介电常数为2～10的介质。
进一步地，每一圈所述环形介质由等腰三角形、非等腰三角形或圆弧绕所述基底中心旋转而成。
进一步地，所述环结构透镜设置有10圈所述环形介质，最内侧的所述环形介质的直径为10mm，从内向外所述环形介质的直径依次递增10mm，最外圈所述环形介质的直径为100mm。
进一步地，所述介质基片采用大小为77.6mm*55.5mm且介电常数为2.65的聚四氟乙烯。
进一步地，所述接地板采用大小为80mm*80mm铜板或铝板。
进一步地，所述印刷偶极子天线采用Y型铜片制作的基体，所述基体中心纵向开设有前后贯穿所述基体的长方形缝隙。
进一步地，所述馈电巴伦由十字段、直线段和7型弯折段依次连接而成，所述馈电巴伦采用铜片制作。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于单频段宽带基站天线在工作频段内存在辐射方向图半功率波束波动较大的问题，本发明通过在印刷偶极子天线正上方加载介质透镜，能够实现天线半功率波束宽度明显收敛，并能够使得多个频点同时收敛到相同角度。2、本发明通过对介质透镜结构、尺寸、介电常数等多个参数的调整，实现半功率波束任意宽度的收敛性调节。综上，本发明可以与天线单元设计分开进行，在不影响天线原有性能的基础上，可以同时提高天线增益及波束宽度收敛性能，为基站天线蜂窝移动通信组网提供强的稳定性。
附图说明
图1是本发明的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置结构示意图；
图2是本发明的印刷偶极子天线结构示意图；
图3是本发明的馈电巴伦结构示意图；
图4是本发明的加载介质透镜结构示意图，其中，(a)是介质透镜的主视图，(b)是介质透镜的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
介质加载技术可以将电磁辐射汇聚成窄波束，多应用于提高增益，获取更高的输出功率，还可以将辐射能量束缚在所需覆盖区内部，定向地传输电磁波辐射能量，减少消耗和损失功率，改善天线辐射强度、功率，是一种比较有效地提高天线辐射方向性和效率的技术。
如图1所示，基于上述介质加载技术，本发明提供的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，包括介质基片1、印刷偶极子天线2、馈电巴伦3、接地板4和介质透镜5，接地板4顶部垂向固定设置介质基片1，介质基片1的一侧(前表面)固定设置印刷偶极子天线2，对应于印刷偶极子天线馈电点的位置，介质基片1的另一侧(后表面)固定设置馈电巴伦3，位于介质基片1的正上方即天线辐射方向远场区加载有介质透镜5。
在一个优选的实施例中，介质基片1可以采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯，尺寸为77.6mm*55.5mm。
在一个优选的实施例中，接地板4可以采用尺寸为80mm*80mm铜板或铝板。
在一个优选的实施例中，如图2、图3所示，印刷偶极子天线2采用Y型铜片制作的基体21，基体21中心纵向开设有前后贯穿基体的长方形缝隙22，具体尺寸可以根据实际需要进行设置。馈电巴伦3采用铜片制作而成，其包括十字段、直线段和7型弯折段，具体尺寸可以根据实际需要进行设置，本发明的印刷偶极子天线2和馈电巴伦3的具体尺寸参数如表1所示，工作频带为1.7GHz-2.8GHz。
表1
| L | H | B | D | W | Lab | |
| 尺寸mm | 67.95 | 52.2 | 27.6 | 20.55 | 1.95 | 34.8 |
| W1 | W2 | Lb | W3 | La | Lc | |
| 尺寸mm | 2.55 | 4.65 | 28.95 | 5.7 | 22.05 | 4.95 |
在一个优选的实施例中，如图4所示，介质透镜5包括采用厚度为1mm的薄圆柱制作的基底，基底的顶部从内到外依次采用设置若干圈环形介质形成环结构透镜，本实施例环结构透镜设置有10圈环形介质，最内侧的环形介质的直径是10mm，从内向外环形介质的直径依次递增10mm，最外圈环形介质的直径为100mm。每个环形介质可由边长为5mm的等腰三角形、非等腰三角形或圆弧绕薄圆柱轴心旋转得到。介质透镜5可以选取介电常数为2～10的介质。
在一个优选的实施例中，本发明通过优化距离参数，设定介质基片1与介质透镜5之间的距离约为100mm。
本发明还提供介质加载实现宽带基站天线波束收敛的方法，具体内容为：
1、根据移动通信宽频带需求设置耦合馈电宽带基站天线的介质基片1、印刷偶极子天线2、馈电巴伦3及接地板4结构。
2、根据不同频率光线经过光学透镜产生色散的原理，电磁波通过介质透镜时，介质透镜也会改变电磁波传播方向，使电磁波产生汇聚或发散影响天线阵辐射增益与波束宽度，设置介质透镜5的结构并选择相应尺寸参数；
3、与光学色散原理类似，介质透镜5的介电常数越高，电磁波通过介质透镜5发生折射越明显，半功率波束宽度收敛程度也就越大。根据原始天线半功率波束宽度及半功率波束宽度目标，选取介质透镜5的介电常数材料，以实现不同形状的波束赋形以及不同程度的增益提高。
4、将介质透镜5通过外部支撑装置放置在天线辐射方向远场区，并通过仿真优化介质透镜5与介质基片1的加载距离，实现半功率波束任意宽度的收敛性调节。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的方法，其特征在于包括以下内容：
根据移动通信宽频带需求设置耦合馈电宽带基站天线的介质基片、印刷偶极子天线、馈电巴伦及接地板结构；
根据电磁波通过介质透镜会改变电磁波传播方向的原理，确定介质透镜的结构和参数，以实现不同形状的波束赋形以及不同程度的增益提高；根据天线半功率波束宽度及半功率波束宽度目标，选取介质透镜的介电常数材料，制作介质透镜；
将制作完成的介质透镜固定放置在天线辐射方向远场区，通过优化介质透镜与印刷偶极子天线结构中介质基片的加载距离，实现半功率波束任意宽度的收敛性调节。
2.一种介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于该装置包括：
接地板；
垂向设置在所述接地板顶部的介质基片；
固定设置在所述介质基片一侧的印刷偶极子天线；
固定设置在所述介质基片另一侧的馈电巴伦，所述馈电巴伦对应于所述印刷偶极子天线馈电点的位置；
加载在所述介质基片正上方即天线辐射方向远场区的介质透镜。
3.根据权利要求2所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述介质透镜包括基底，所述基底顶部从内到外依次设置若干圈环形介质形成环结构透镜，所述基底和环结构透镜均选取介电常数为2～10的介质。
4.根据权利要求3所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，每一圈所述环形介质由等腰三角形、非等腰三角形或圆弧绕所述基底中心旋转而成。
5.根据权利要求3所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述环结构透镜设置有10圈所述环形介质，最内侧的所述环形介质的直径为10mm，从内向外所述环形介质的直径依次递增10mm，最外圈所述环形介质的直径为100mm。
6.根据权利要求2～5任一项所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述介质基片采用大小为77.6mm*55.5mm且介电常数为2.65的聚四氟乙烯。
7.根据权利要求2～5任一项所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述接地板采用大小为80mm*80mm铜板或铝板。
8.根据权利要求2～5任一项所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述印刷偶极子天线采用Y型铜片制作的基体，所述基体中心纵向开设有前后贯穿所述基体的长方形缝隙。
9.根据权利要求2～5任一项所述的介质加载实现宽带基站天线波束收敛的装置，其特征在于，所述馈电巴伦由十字段、直线段和7型弯折段依次连接而成，所述馈电巴伦采用铜片制作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180907 |