CN101246998A - Gsm/td-scdma双模基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GSM与TD－SCDMA的双模宽带基站天线。该天线采用宽带天馈单元与宽带馈电网络相互配合，将TD－SCDMA智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz，并在TD－SCDMA设备(1)的射频输出端与该TD－SCDMA智能天线(9)的输入端之间串接双工器(3)，该双工器的低频输入口(6)与GSM设备(11)的射频输出端连接，双工器的高频输入口(4)与TD－SCDMA设备(1)的输出口连接，双工器的输出口(7)通过射频电缆(8)与TD－SCDMA智能天线(9)的输入端口(12)连接，构成GSM与TD－SCDMA双模制式共用一面TD－SCDMA宽带智能天线结构。本发明不仅减少了基站总数，节省了GSM基站天线和馈线系统费用，而且避免了可能产生的G网与TD网的空间电磁干扰。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体地说是一种涉及GSM与TD-SCDMA两种制式共用的双模宽带基站天线。
背景技术
GSM或CDMA基站天线，是一个单列阵列天线，其频率范围为1710-1860MHz。TD-SCDMA是一种由多个单阵列天线横向排列而成多阵列天线，该天线是国际电联ITU批准的三个3G标准之一，它是百年来中国第一个国际通信标准。TD-SCDMA产业的发展，可以像2G的GSM/CDMA产业那样具有上万亿元人民币的市场规模。现有的TD-SCDMA天线的频段为1800-1920MHz、2010-2025MHz，属于窄带智能天线。
随着通信技术的发展，对天线的频带范围提出了更宽的要求，而频带的扩宽就必须要增加基站的天线数目，例如要实现1880-1920MHz、2010-2025MHz、2300-2400MHz三个频段，就必须要有GSM天线和TD-SCDMA两个天线。而现实中由于城市密集的高大建筑群不断建立，不仅由于多径效应造成信号衰落，使移动通信电波的转播环境变得愈来愈恶劣，而且给基站的设置带来一定的不便，特别是要给基站增加天线更是困难，因为公众原来担心的电磁辐射安全会更加强烈。
发明的内容
本发明的目的是提供一种双模宽带基站天线，以实现在不增加基站天线数量和不降低目前使用的TD-SCDMA窄频1800-1920MHz、2010-2025MHz智能天线主要指标的前提下，用一面宽频智能天线同时支持GSM制式的频段，满足移动通信的要求。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的技术思路是根据GSM制式与TD-SCDMA制式频段不重叠和TD智能天线作为多通道阵列天线的特点，构想用1800GSM与TD-SCDMA宽带智能天线进行共用。其技术方案是采用将TD智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz，并在TD-SCDMA设备的射频输出端与该TD-SCDMA智能天线的输入端之间串接双工器，该双工器同时与GSM设备的射频输出端连接，构成GSM与TD-SCDMA双模制式共用一面TD-SCDMA宽带智能天线结构。
所述的将TD-SCDMA智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz，采用宽带天馈单元与宽带馈电网络相互配合，即将宽带天馈单元与馈电网络的参数按照1710-2400MHz频段优化设计。
本发明由于采用了双工器，可实现GSM与TD两种制式互不干扰，且可共用一个天线；同时由于使用一面TD-SCDMA智能天线，既减少了基站总数，又节省了GSM基站天线和馈线系统费用；此外由于采用了宽带天馈单元，在不增大TD-SCDMA智能天线面积的情况下对其频带的扩展，避免了公众对此的强烈反映。本发明双模宽带基站天线的全频范围可扩展为：1710-1880MHz、1880-1920MHz、2010-2025MHz、2300-2400MHz，且不降低目前使用的窄频智能天线的主要指标要求。在TD-SCDMA发展的初期，采用本发明TD/GSM双模基站天线，实现“一面天线多用途”，不仅可以大大地节省重复建设成本，也免去了今后站址选择的困难；同时也避免了可能产生的G网与TD-SCDMA网的空间电磁干扰。作为承建TD-SCDMA建设任务、同时又有扩容GSM任务、兼营双网的运营商——中国移动来说，无论在降低建设成本还是在统筹TD-SCDMA/GSM网络规划、双网合一管理上，本发明都具有重要的战略意义。
附图说明
图1是本发明GSM/TD-SCDMA双模基站天线整体结构示意图；
图2是本发明的TD-SCDMA智能天线结构示意图；
图3是本发明TD-SCDMA智能天线的宽带天馈单元结构图；
图4是本发明TD-SCDMA智能天线的一个阵列测试方向图，其中：
(a)是1710MHz水平面和垂直面增益方向图，
(b)是1880MHz水平面和垂直面增益方向图，
(c)是20250MHz水平面和垂直面增益方向图，
(d)是2400MHz水平面和垂直面增益方向图，
图5是本发明TD-SCDMA智能天线的一个阵列实测VSWR～f曲线图；
图6是本发明TD-SCDMA智能天线的广播波束方向图，其中
(a)是1.88G广播波束方向图，
(b)是2.018G广播波束方向图，
(c)是2.4G广播波束方向图。
具体实施方式
由于GSM基站天线，就是一列阵列天线，相当于TD-SCDMA智能天线的一个口。因此可以利用将宽带TD-SCDMA智能天线的频率范围向下扩展到1710MHz，并将其中的一个或数个端口的阵列天线同时作为一面或数面GSM基站天线共用，具体实现可通过双工器进行，结构如图1所示。
参照图1，本发明由TD-SCDMA智能天线9和双工器3串接组成。该TD-SCDMA智能天线9是一个由8列宽带天馈单元组成的宽频板状天线。该双工器的高频1880-2400MHz输入口4与TD-SCDMA设备1的输出口2连接，低频1710-1860MHz输入口6通过射频电缆5与GSM设备11的射频输出端10连接，将射频信号输出至智能天线，双工器的输出口7通过射频电缆8与TD-SCDMA智能天线9的输入端口12连接，并在GSM高频端留出20MHz的隔离带，以使TD-SCDMA和GSM射频信号在通过双工器时，TD-SCDMA分别以最小插损、最大隔离度向智能天线馈送，并确保GSM与TD-SCDMA互不影响、各自独立工作，构成GSM与TD-SCDMA双模制式共用一面TD-SCDMA宽带智能天线结构，实现用一面宽带TD-SCDMA智能天线同时担负一面或数面GSM基站天线任务，免去了另外架设GSM基站天线的负担。
参照图2，本发明的TD-SCDMA智能天线9的面板按等间距横向错位排列成6个阵列，即第一阵列911，第二阵列912，第三阵列913，第四阵列914，第五阵列915和第六阵列916，每一个阵列由八个宽带天馈单元93组成，每一列对应的输入同轴接头依次为921、922、923、924、925和926，在该六个同轴接头的中间设有校准输入同轴接头C，反射板94的下端固定有校准网络板95，完成对智能天线波束的实时相位补偿。馈电网络排列在辐射板94的背面，完成对宽带辐射单元的幅相馈电。
该TD-SCDMA智能天线的宽带天馈单元与馈电网络的参数均按照1710-2400MHz频段优化设计，即通过设计智能天线的宽带天馈单元结构与馈电网络参数调整进行配合，实现将TD-SCDMA智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz。
参照图3，本发明的宽带天馈单元采用申请人已申请的200710017809.5专利结构。该宽带天馈单元由对称振子9314，馈电金属带9319和接地板9326组成，其中对称振子9314由两个对称的左辐射臂9315、右辐射臂9316、左支撑件0317、右支撑件9318构成。左右两个辐射臂对地对称，馈电金属带9319设置在左支撑件9317与右支撑件9318之间。这两个支撑件与接地板9326垂直连接，与馈电金属带9319构成带状线，又构成板式巴伦，抑制电缆外皮电流。该馈电金属带9319的一端与对称振子9314的左或右任意一个辐射臂相连馈电，即馈电金属带的上端折弯与对称振子的右辐射臂9316拉铆固定，也可以与左辐射臂9315拉铆固定。该馈电金属带9319的下端9321用带垫平的铆钉与位于接地板下的与同轴线9322的内导体9323连接，既构成板式巴伦，完成同轴线给对称天线馈电所要求的“不平衡—平衡”变换，又构成带状线，完成向对称振子馈电。同轴线9322的外导体管9324用线卡9325固定在U型接地板9326上。对称振子通过支撑件与U型接地板采用铆钉相连，即将左支撑件9317通过左铆钉9327，右支撑件9318通过右铆钉9328固定在U型接地板上。对称振子的每个辐射臂的宽度为W1和每个支撑件的宽度W2及馈电金属带的宽度W3，以及对称振子的左辐射臂9315与右辐射臂9316之间的距离间隔均可调节，调整对称振子的间隙及馈电金属带的宽窄，可以实现宽带阻抗匹配。对称振子9314的两臂长度2L近似为0.5λ，离地板的高度H近似为0.25λ0，λ0为中心频率所对应的波长。对称振子的每个辐射臂的宽度W1和每个支撑件的宽度W2相同，一般为：W1＝W2＝0.06-0.08λ0，W1与W2也可以不同，即W2≠W3。馈电金属带19的宽度W3一般与W1、W2相同即W1＝W2＝W3，也可以不同，即W1≠W2≠W3。
本发明的效果可通图4、图5、图6进一步说明。
如图4，本发明TD-SCDMA智能天线的一个阵列分别在1710MHz、1880MHz、2025MHz、2400MHz频率点测试了水平面和垂直面增益方向图，这些方向图的测试数据如表1。
表1本发明TD-SCDMA智能天线单阵列方向图测试数据
| 频率 | 1710MHz | 1880MHz | 2025MHz | 2400MHz |
| 增益 | 15.81 | 15.95 | 16.02 | 15.89 |
| 水平方向图瓣宽 | 71.47° | 68.17° | 68.70° | 73.50° |
| 垂直方向图瓣宽 | 9.86° | 9.51° | 8.44° | 7.73° |
由附图4和表1可见，本发明TD-SCDMA向下扩展频率至1710MHz完全可以同时作为1800MHz频段的GSM基站天线共用。向上还可扩展至2400MHz，于是同时覆盖了TD-SCDMA的宽频范围，即1880～2025MHz，2300～2400MHz。
图5显示了本发明TD智能天线单阵列的实测驻波比VSWR曲线，可见在1710～2500MHz范围内，全频段驻波比VSWR＜1.5，使用频段90％驻波比VSWR≤1.4。
图6a、6b、6c显示了本发明TD智能天线在广播波束频率扩展到2400MHz时，仍然满足水平方向图65度的原指标要求。相应的功率比及相位权值如表2。
表2广播波束频率方向图
用同样的技术方案可将TD宽频智能天线的高频端2400MHz再扩至2600MHz，就可以实现与WiMax共用，这样就构成TD/GSM/WiMax共用的三模基站天线。
本发明TD-SCDMA宽频智能天线还可以使用其他结构的宽带天馈单元，因此，宽带天馈单元的结构并不构成对本发明的具体限制，只要按照本发明的设计思想将原来窄带的TD-SCDMA智能天线扩展为TD-SCDMA宽频智能天线，并利用一面TD-SCDMA宽频智能天线作为GSM/TD双模宽带基站天线，均属本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种双模宽带基站天线，采用将TD-SCDMA智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz，并在TD-SCDMA设备(1)的射频输出端与该TD-SCDMA智能天线(9)的输入端之间串接双工器(3)，该双工器同时与GSM设备(11)的射频输出端连接，构成GSM与TD-SCDMA双模制式共用一面TD-SCDMA宽带智能天线结构。
2.根据权利要求1所述的双模宽带基站天线，其特征在于TD-SCDMA设备(1)的输出口(2)连接在双工器(3)的高频输入口(4)。
3.根据权利要求1所述的双模宽带基站天线，其特征在于GSM设备(11)的射频输出端(10)通过射频电缆(5)连接在双工器的低频输入口(6)，双工器的输出口(7)通过射频电缆(8)与TD-SCDMA智能天线(9)的输入端口(12)连接。
4.根据权利要求1所述的双模宽带基站天线，其特征在于将TD-SCDMA智能天线的频段从原来的低频端1880MHz向下扩展至1710MHz，采用宽带天馈单元与宽带馈电网络相互配合，即将宽带天馈单元与馈电网络的参数按照1710-2400MHz频段优化设计。
5.根据权利要求1或4所述的双模宽带基站天线，其特征在于TD-SCDMA智能天线(9)的反射板上将宽带天馈单元按等间距横向错位排列成阵列，每一列对应有输入同轴接头，在这些同轴接头的中间设有校准输入同轴接头(C)，反射板(94)的下端固定有校准网络板(95)，完成对智能天线波束的实时相位补偿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |