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CN101816099A - 用于多辐射器基站天线的天线配置 - Google Patents

用于多辐射器基站天线的天线配置 Download PDF

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Abstract

一种用于多辐射器基站天线的天线配置，该天线具有基于充气同轴线(15，19)的馈送网络，其中该同轴线是天线反射器(1)的后侧的集成部分，并且其中该同轴线包括外导体(9)和内导体(7，14)。两个平行的辐射器(11)列放置在天线反射器(1)的前侧，从所述馈送网络对辐射器(11)进行馈送。

Description

用于多辐射器基站天线的天线配置
技术领域
本发明涉及一种用于多辐射器基站天线的天线配置，该天线具有基于充气同轴线的馈送网络，其中该同轴线是天线反射器的集成部分。本发明特别涉及一种双极化天线，该双极化天线具有两个平行的双极化辐射器列。
背景技术
如今，例如蜂窝网络的无线通信系统中的天线通常采用多辐射器结构。当天线发射时，这种天线利用内部馈送网络将信号从公共同轴连接器分配到辐射器，当天线接收时，则方向与之相反。辐射器通常位于垂直列中，并且在单极化天线情况下，通过馈送网络从公共连接器对辐射器进行馈送，或在双极化情况下，通过两个馈送网络从两个连接器对辐射器进行馈送。该垂直列配置减小了天线的仰角(elevation)波束宽度，并增加了天线增益。
对于单列天线，通过反射器和辐射器的形状来确定方位角(azimuth)波束宽度。大致地，天线增益与天线波束宽度成反比。为了制造窄方位角波束宽度天线，通常采用两个或更多个辐射器列。典型的应用为公路或铁路站点，或采用六个扇区而不是通常采用三个扇区的站点。对于公路和铁路站点，更高的天线增益使得运营商可以在站点之间采用更大的距离。可采用六扇区站点来提高蜂窝网络的容量，而不必增加站点的数量，或者通过采用由更窄的方位角波束宽度获得的具有更高增益的天线来增加给定站点的区域覆盖范围。
如今，蜂窝天线通常具有在两个正交极化中辐射的辐射器。每个极化与馈送网络相关联。因此，构造了可连接到基站内的分集接收器的两个正交信道。利用分集减少了衰落波谷(fading dip)，因此提高了接收器的灵敏度。为了使分集有效，来自两个信道的信号必须充分不相关。因此必须在两个信道之间保持确定的绝缘。对于分集的目的，20dB的绝缘度是足够的，但是由于基站中的滤波器规格的原因，用户通常要求30dB。
对于两列天线，方位角天线图形主要取决于反射器的宽度和形状、辐射器的辐射图形和辐射器之间的间隔(separation)之间的复杂的相互作用。通常很难将高增益和低方位角旁瓣水平结合起来。低方位角旁瓣水平对于减少来自相邻扇区的干扰来说非常重要。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种新的窄方位角波束双极化天线，其比目前能获得的天线具有更高的增益，并且具有低方位角旁瓣水平和充分的信道间绝缘度。
该目的是通过一种天线实现，其中在反射器前侧具有两个平行的辐射器列，且通过位于反射器后侧的馈送网络对辐射器进行馈送。
本发明涉及一种两列天线，其采用的低损耗馈送网络与申请人先前的申请WO 2005/101566A1相似。图1中示出了具有32个辐射器的两列天线的实施例。为了减少部件的数量，有益地对两个天线列尽可能地采用相同的馈送网络。在该实施例中，只有连接两个成对的辐射器的同轴线是重复的，其他同轴线对于两个天线列是公共的。
天线馈送网络采用多个分离器/合并器(互逆网络)来分离/合并两个或两个以上的信号。为了文字上的简化，只描述分离(发送)功能。分离器/合并器是完全互逆的，这意味着同类型的原理也可应用于合并(接收)功能。
从图1可以看出，信号路径必须互相交叉。传统的两列天线在馈送网络中采用同轴电缆来将信号分配给辐射器。利用同轴电缆，信号相互交叉没有问题，但是实际维度的同轴电缆会在馈送网络中引入很大的损耗。具有如WO 2005/101566A1所描述的空气同轴线的馈送网络基本上布置为二维，这意味着信号不能互相交叉。因此，根据优选的实施例，本新发明也提供对这一问题的解决方案，也就是使信号通过反射器，并沿着在反射器前侧上的微带线分离器/合并器传输，然后通过反射器传回到反射器后侧。
反射器前侧上的微带线可与辐射器和相邻线相相互作用，因此降低了两个信道之间的绝缘度。如今已有各种用于提高绝缘度的装置。典型的解决方案是位于反射器前侧的寄生元件或其他配置，但是这些解决方案引入了额外的制造成本，且可能不能提供所需的绝缘度。针对这一问题的一种新的解决方案是在反射器后侧的信道之间引入受控耦合，从而消除天线前侧的耦合。这一引入的耦合在相位和幅度上必须最优化，从而获得有效的消除。
对于两列天线，方位角天线波束形状主要取决于反射器宽度和形状、辐射器的辐射图形和辐射器之间的间隔之间的复杂的相互作用。降低天线波束宽度会提高天线增益。众所周之，通过设计如图5所示的反射器的外部，可以获得较窄的方位角波束宽度。在本发明中，根据另一优选实施例，还包括新的装置，用于通过在两个天线列之间引入传导脊来降低方位角旁瓣水平。
附图说明
下面将结合附图，根据本发明非限制性的实施例，更详细地描述本发明，其中图1示出了用于新的具有32个辐射器的两列天线的馈送网络，图2示出了具有微带线分离器/合并器的反射器前侧的一部分，图3示出了相同的分离器/合并器的部分的截面图，以及用于将微带线分离器/合并器与反射器后侧的空气同轴线连接的传导间隔器，图4示出了两个空气同轴线，其中在公共外导体结构中具有耦合孔，图5示出了在两个偶极列之间具有脊的反射器的横截面，图6示出了馈送网络，其包括用于具有可变斜仰角的天线的移相器。
具体实施方式
在图2和3中示出了位于天线反射器前侧1上的微带线分离器/合并器配置18，但是也可以采用具有使用了其他类型传输线的微带线的实施例。微带线分离器/合并器包括导体5、介电绝缘体3和接地平面。在该实施例中，反射器1作为接地平面。微带线分离器/合并器18还分离信号，从而使信号能馈送给每个天线列中的辐射器11。信号进入空气同轴线15。然后通过反射器1，该反射器采用了将同轴线15内导体14连接到微带线分离器/合并器导体5的传导间隔器8。然后信号被分离为2个，每个信号再次经其他传导间隔器16通过反射器，到达连接到辐射器11的同轴线19的内导体7。螺钉6和17机械地将传导间隔器8和16固定在同轴线内导体7、14和微带线分离器/合并器导体5之间的位置处。一种方法是将位于反射器1前侧上的微带线分离器/合并器18连接到位于反射器后侧上的同轴线15、19上，但是其他方法也可以。
因为信号现在也在天线反射器前侧上传输，信号将在辐射器11和微带线分离器/合并器18之间耦合。如果介电绝缘体3足够薄，这一耦合在其达到天线图形和增益时是可以忽略的，但是其将会影响两个信道之间的绝缘度。因为两个相邻的微带线分离器/合并器18之间的耦合，绝缘度也会降低。
在所使用的空气同轴线馈送网络中，来自两个信道的信号在平行的同轴线19上传输，这两个平行的同轴线19彼此接近，只通过公共同轴线外导体结构9分隔。通过在该公共外导体结构9中制造小孔10，也可以将信号从一个同轴线耦合到另一个，因此影响两个信道之间的绝缘度。孔10的尺寸将确定耦合信号的幅度，孔的位置将确定信号的相位。因此，可以最优化上面所提到的消除。最主要的优点是，这种类型的消除不需要任何会增加天线的复杂度和成本的额外的部件。这一配置可与已知的用于提高极化绝缘度的方法相结合，例如寄生元件，其优点是获得提高的绝缘度，并且减少了所需的寄生元件的数量。
图5示出了本实施例中采用的天线反射器的形状。该反射器外边缘12向内成角度，从而减小天线波束宽度，并降低方位角旁瓣水平。包含在馈送网络中的开路同轴线15和19以与申请人先前的申请WO2005/101566A1相同的方式与天线反射器1相集成。辐射器11位于反射器1前侧。反射器中还包括传导脊2，位于两列辐射器11之间，并能够降低方位角旁瓣水平。反射器可优选地制作为压铝。
微带线分离器/合并器18不得不通过脊2，从而连接两个天线列。因此必须在微带线分离器/合并器18必经的地方将脊打开。重要的是，这些用于微带线的开口20必须足够小，从而在方位角旁瓣水平上获得希望的效果。由于制造原因，需要将脊2的整个高度打开。这些开口20显著降低了脊的正效应。用过电连接脊2的上部，方位角旁瓣性能将与脊中没有开口时相似。该连接可电流地连接到反射器脊，或通过薄绝缘层电容式地连接到反射器脊。图2示出了该解决方案的实施例，其中具有绝缘黏合剂的金属盘4附着在脊2上。
在图6中的另一实施例中，两列天线馈送网络中包括可变差分移相器21、22、23。图6示出了差分移相器21、22、23可以如何定位在馈送网络中，以得到不同的斜仰角功能。在申请人的另一申请中描述了这些不同的差分移相器的进一步的细节，该申请与本申请同时提交且发明人相同。

Claims (10)

1.一种用于多辐射器基站天线的天线配置，该天线具有基于充气同轴线(15，19)的馈送网络，其中所述同轴线是天线反射器(1)的后侧的集成部分，并且其中所述同轴线包括外导体(9)和内导体(7，14)，其特征在于，两个平行的辐射器(11)列被放置在天线反射器(1)的前侧，从所述馈送网络对辐射器(11)进行馈送。
2.根据权利要求1所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，所述辐射器(11)是双极化的。
3.根据权利要求1或2所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，同轴线的外导体(9)具有纵向狭槽。
4.根据权利要求3所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，用于辐射器(11)的馈送网络包括位于反射器(1)前侧上的微带线(18)。
5.根据权利要求4所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，所述微带线(18)用作分离器/合并器。
6.根据权利要求4或5所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，在同轴线外导体结构(9)中形成孔(10)。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，天线反射器(1)具有位于两个辐射列之间的纵向脊(2)。
8.根据权利要求7所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，在辐射器脊(2)上设置开口(20)，电流地连接到该脊(2)的传导盘(4)跨接该辐射器脊(2)。
9.根据权利要求7所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，在辐射器脊(2)上设置开口(20)，电容地连接到该脊(2)的传导盘(4)跨接该辐射器脊(2)。
10.根据前述任意一项权利要求所述的用于多辐射器基站天线的天线配置，其特征在于，在天线中设置至少一个采用介电部件的可调节的移相器(21)，以及其中该介电部件相对于至少一个同轴线(15)可纵向移动。
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