专利名称：三棱柱八端口phs基站天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信天线技术，具体的说是一种具有全向覆盖和定向扇区覆盖功能的三棱柱八端口PHS基站天线，可用于PHS个人手持电话——小灵通基站，也可用于GSM或CDMA移动通信高端基站及有类似要求的其它通信系统。
背景技术：
背景技术之一在移动通信系统和PHS个人手持电话——小灵通通信系统中，为了克服多径传输造成的接收信号衰落，通常可采用空间分集或极化分集技术。在PHS个人手持电话中，通常采用多付(例如4×2)相同的垂直极化全向天线，构成上下两层，在水平和垂直方向相隔一定距离，构成空间分集的基站天线(参见图3)。这种形式的基站天线俗称八爪鱼，广泛用于第一代PHS个人手持电话1C7T基站中，在城市的许多建筑物顶随处可见。但这种基站天线的缺点是，其一，由于全向空间分集要求各天线间要保持一定的距离，造成其整体占用的体积大，一般都需要占据约φ2米×3米的几何空间，且八个杆状天线单元均匀分布在直径约为2米的外圆周围，直立向上，占空大、不美观，与周围环境不协调。随着人们生活水平的提高和城市生活环境的美化，这种基站天线越来越受到房屋业主和市容管理者们的抵触。迫切需要研发新型天线取代之。在PHS系统规划和建设中，改造和美化这种基站天线的工作正逐步展开。其二，作为城市通信应用，由于高大建筑物林立，干扰噪声源复杂，单一的垂直极化及全向覆盖，不能适应天线信号传输中，极化矢量的不确定性及抗干扰能力。
背景技术之二西安海天科技股份有限公司研发的“小灵通通信系统全向智能天线”，解决了极化和空间分集全向基站天线一体化的难题。天线结构为三扇区双极化天线与垂直极化全向天线的组合(参见图4)。天线上部为直杆垂直极化全向天线，下部为三棱柱(或圆桶)三扇区双极化天线。这种天线使用三面双极化板状天线，简化了结构缩小了体积、降低了造价，且不影响电性能，具有一定的实用价值。但是这种天线的问题在于①它仅有七个有效的输出端口，不能实现与PHS八端口1C7T基站设备的全匹配连接。②这种天线在顶部，采用了一个约1米多长的杆状垂直极化全向天线，像一根“辫子”，顶在柱状天线的头顶，从美化环境考虑，仍不易被用户接受；③在该天线单独架设时，一般需要在天线本体上直接安装避雷针，此种结构将是难以实现的。由于以上等原因，用户仍希望去掉“辫子”，进行技术改进设计。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种三棱柱八端口PHS基站天线，以进一步完善和改进三扇区一体化组合双极化基站天线。本实用新型的技术解决方案是在一体化三棱柱状天线罩内，将三个双极化定向板状天线的辐射单元，分为上下两组天线，上(或下)一组三扇区±45°双极化天线，通过同种极化的辐射单元的垂直面组阵，及三扇区的三路功率合成器进行功率合成，形成两个±45°双极化的全向辐射方向图，有两个全向波束输出端口；下(或上)一组三扇区的±45°双极化天线，通过同种极化的辐射单元的垂直面组阵，形成三个扇区的±45°双极化的六个独立的定向辐射方向图，每个扇区覆盖120°，有六个定向波束输出端口。总计为八个输出端口，可以实现与PHS增强型1C7T基站的完全匹配连接。此设计思想可推广应用，通过将上、下两组的辐射单元数按适当的比例分配组阵馈电，可以演变出不同的增益系列，以满足不同的增益要求，并使得发射与接收通道增益平衡，扩大基站的覆盖范围。根据用户的需求，只要改变上一组全向辐射天线单元的结构，就可将天线组阵成四极化或双极化结构。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1.采用极化分集与空间分集一体化的设计思想，在全向天线双极化的基础上，通过设置扇区覆盖波束，增加了空间分集功能，既有信令通道所需的全向覆盖波束，又有适合接收链路的扇区覆盖波束。从实测的定向覆盖波束的水平面方向图(图7)和全向天线的水平面方向图(图8)均能有效实现360度覆盖，且改善了信干比，在基站其它设备相同的情况下，采用本实用新型天线可使基站作用距离为全向空间分集天线的基站的2倍；2.通过合理调整上、下两组天线辐射单元数量，能有效地改善和提高极化分集增益，使得发射与接收通道增益平衡。全向增益和定向增益均为大、等于11dBi。而传统的八爪鱼天线，很难作到大于10分贝增益；3.本实用新型可通过改变天线上一组双极化辐射单元的结构，可方便地组合成四极化天线或双极化天线，比专门研发一个四极化天线，简化了结构，可大大降低成本、减小体积和重量；4.本实用新型在同一天线上实现了空间分集和极化分集相结合，不仅使得天线的结构更趋紧凑、体积大大缩小，天线的整体外观是一体化三棱柱状，去掉了头上的“辫子”，并减小了外部连接馈线的射频损耗。
图1是本实用新型天线内部结构示意图，图1a为四极化天线结构，图1b为双极化天线结构图2是本实用新型——三棱柱八端口PHS基站天线样机照片图3是传统的八爪鱼PHS基站天线示意图图4是小灵通通信系统全向智能天线照片图5是本实用新型三棱柱八端口PHS基站天线两种馈电网络的原理框图其中图5a表示上部为0°/90°双极化天线单元组阵的合成全向波束原理图，下部为±45°双极化天线单元组阵的定向波束原理图图5b表示上下部分均为±45°双极化天线单元分别组阵的三扇区合成全向波束原理图，以及三扇区定向波束原理图；图6是是本实用新型八端口天线与1C7T增强型基站连接示意图图7是本实用新型天线三扇区六个定向覆盖波束的实测水平面方向图图8是本实用新型天线三扇区合成全向天线的实测水平面方向图具体实施方式
图1给出了基站天线内部辐射单元结构示意图。它包括本实用新型的两个实施例的图1a和图1b。
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例一，本实用新型的基站天线是将三面板状极化天线通过机械连接结构安装在垂直中心支杆或抱杆上，组合成一个正三棱柱形三扇区极化天线，如图1所示。图1a的上部三扇区4由三面均匀分布的0°/90°双极化辐射单元1垂直组阵，下三扇区3由三面均匀分布的±45°双极化单元2组阵。其中上三扇区4的每三个90°垂直极化振子和每三个0°水平极化振子通过馈电分别与三路功率合成器连接，进行三功率合成后，形成一组90°极化输出，一组0°极化输出，也就是组合成90°极化全向天线和0°极化全向天线。三个90°和0°极化振子分别具有三个120°扇形波束，形成两个具有正交极化的360度全向发射波束。其馈电网络结构参见图5a。下三扇区3每个+45°/-45°定向单元直接馈电，再将每扇区度数相同的极化振子各自连成一路，形成三个极化+45°、三个极化-45°共六个独立的定向波束输出。由于±45°双极化单元每一个波束分别覆盖120度扇区，经合成后，可覆盖360度。其馈电网络原理如图5a所示。
参见图6，图中两端的园柱形杆表示经合成的两个全向天线，全向天线的波束输出口为I、V。三个矩形板表示六个定向扇区天线，其六个定向波束的输出口为II、IV、VII和、III、VI、VIII。上述端口与IC7T基站连接方式为全向天线的任意一个全向波束输出口，如图中的V口与PHS 1C7T增强型基站的信令通道(1C)端口相连(以直线表示)，另一个为I口的与7T之一的端口相连(用斜线表示)。六个定向波束口II、IV、VII和III、VI、VIII分别与7T的其他六个接口连接，图中斜线方向相同者表示相同极化。这样该天线就可以通过一个0°/90°极化全向波束发射(1C)，一个90°/0°极化全向波束，六个三扇区120°覆盖的±45°极化波束(7T)分集接收。实现与原有八个端口的1C7T基站的完全匹配连接。由于上扇区5输出为90°垂直极化和0°水平极化，下扇区3输出+45°与-45°两种极化，图1a所示的天线为四极化三扇区天线。
实施例二，如图1b所示，本实用新型的三棱柱天线的上三扇区4和下三扇区3均由±45°双极化单元2组成。上三扇区4的每三个+45°极化振子和每三个-45°极化振子分别通过馈电，与三路功率合成器连接，进行三功率合成，形成一组+45°极化输出，一组-45°极化输出，分别组合成+45°和-45°极化的两个全向天线。下三扇区3的六个定向天线的形成、波束输出及与IC7T基站的连接关系均与上述实施例一相同。其馈电网络原理如图5b所示。由于图1b的上扇区4全向天线和下扇区3定向天线的极化单元均为±45°，所以图1b所示的天线为双极化三扇区天线。
在上述实施例中，上扇区4和下扇区3的天线辐射单元个数可依据与扇区覆盖增益平衡的原则确定。当上一组采用6个天线辐射单元组阵时，经过三扇区合成全向后，可以得到大于11分贝的全向增益，作为信令控制信道；此时，下一组只需采用2个天线辐射单元，即可获得大于11分贝的定向增益。使得上下链路增益平衡。如图1所示。又如，上、下两组的极化单元数分别为大于8、和大于3时，即可获得上、下链路各为大于13分贝的增益。(图中未表示)根据此方法，可以较方便的实现天线的高增益。但天线增益的大小，应根据用户的需要及天线的使用环境来决定。
为使天线上部0°/90°(或±45°)双极化各定向板状天线单元组合有均匀的全向辐射特性，上部组合馈电网络的三路功率合成器应保持良好的匹配，即驻波比好，各支路应保持均匀的相位迟延；各天线辐射单元到三路功率合成器的馈电网络的电长度相同。
参见图2，本实用新型的天线罩5为正三棱柱壳体，这就从结构上去掉了头上的辫子。使天线外形美观，结构紧凑，体积小。制作的一个全向增益和定向扇区增益均为大、等于11dBi的典型PHS基站天线样机，其机身高仅为1240mm，横截面边长为230mm。在天线罩5的下端盖7上安装有八个N型射频接头6，此八个接头直接与PHS增强型1C7T基站基站连接，减小了较长外部连接馈线的射频损耗。设在天线底部的天线安装杆8可方便地将天线竖直架设。本实用新型完全可替代原有的“八爪鱼”全向天线阵。
图7是对本实用新型下一组天线3三扇区+45°/-45°六个定向覆盖波束的实测水平面方向图，由于每一个波束分别覆盖120度扇区，所以合成后，可实现360度接收覆盖。
图8是对本实用新型上一组天线4三扇区合成全向天线的实测水平面方向图，它由上部双极化辐射单元组阵，经过三扇区馈电网络合成后的实测天线的水平面全向辐射方向图。实现了360度发射覆盖。
从图7和图8天线的实测效果可以看出，由于本实用新型在同一板状天线上实现了定向与全向结合，具有扇区和空间双重分集的功能。因此有效地改善和提高极化分集增益，其电性能优于原有同类用途的垂直极化PHS基站全向天线阵，从而改善PHS基站的覆盖功能，提高基站的覆盖距离。
权利要求1.一种三棱柱八端口PHS基站天线，包括天线、天线罩和馈电网络，天线由三面双极化定向板状天线组合而成，双极化辐射单元在天线反射板上垂直组阵，其特征在于将所述阵列天线的双极化辐射单元分为上、下组，把上一组三扇区天线(4)双极化辐射单元(1)的每一度数相同的极化振子，与三路功率合成器连接并进行功率合成，合成两个全向辐射天线，具有两个全向覆盖波束射频接口；将下一组三扇区天线(3)双极化天线辐射单元的每一极化振子与馈电网络连接，形成各自独立的6个扇区定向天线具有六个定向覆盖波束直接输出的射频口；共有八个射频端口，可与PHS增强型IC7T基站匹配连接。
2.根据权利要求1所述的三棱柱八端口PHS基站天线，其特征在于当上一组全向天线(4)采用0°/90°双极化辐射单元组合，下一组定向天线(3)采用±45°双极化辐射单元(2)组合时，所述天线为具有+45°、-45°、0°、90°四种输出的四极化三扇区阵列天线。
3.根据权利要求1所述的三棱柱八端口PHS基站天线，其特征在于当上、下两组天线辐射单元均采用±45°双极化单元组合时，天线为具有+45°、-45°两种输出的双极化三扇区天线。
4.根据权利要求1所述的三棱柱八端口PHS基站天线，其特征在于根据扇区覆盖增益平衡的原则及相关增益要求，确定上、下两组天线的辐射单元数，当上一组天线(4)采用6个双极化辐射单元，下一组天线(3)采用2个双极化辐射单元，天线的全向增益和定向增益相同，各大于11分贝；当上、下两组的辐射单元数分别为大于8、和大于3时，天线的全向增益和定向增益基本相同，为各大于13分贝。
5.根据权利要求1所述的三棱柱八端口PHS基站天线，其特征在于所述天线罩(5)的结构为正三棱柱壳体，在天线的下端底盖(7)上装有八个射频接头(6)，与PHS基站模块连接端口直接连接。
专利摘要本实用新型公开了一种三棱柱八端口PHS基站天线。该天线集三扇区全向覆盖双极化与定向扇区双极化天线于一体，扇区空间双重分集的功能。其特点是按增益平衡原则将三面天线的双极化单元分为上下两组。把上一组三扇区天线双极化单元的每一度数相同的极化振子，与三路功率合器连接并进行功率合成，形成两个全向辐射天线及两个全向覆盖波束接口；将下一组三扇区天线双极化天线辐射单元的每一极化振子与馈电网络连接，形成分区覆盖的六个定向扇区天线及六个定向波束直接输出接口；共有八个射频端口，可与PHS增强型工C7T基站匹配连接。该天线可具有双极化或四极化，改善了信干比，增益大于11分贝，可用于小灵通基站、GSM或CDMA移动通信基站以及其它通信系统。
文档编号H01Q21/00GK2752984SQ20042008599
公开日2006年1月18日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年9月23日
发明者马军红, 徐玉华, 王晨, 沈宗珍, 赵恩惠 申请人:西安海天天线科技股份有限公司