天线装置及路灯天线的制作方法

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线装置及路灯天线。

背景技术：

近年来，随着城市化的飞速进展，许多城区内都出现了大量高楼密集的商业区和住宅小区，楼间距近，甚至四面环楼，现有的移动通信无线网络不能对这些区域进行良好覆盖，导致用户在高楼密集区打电话、上网时经常遇到信号不好、无法接通或通话质量差、上不了网等情况。

目前，解决这一问题的方法最常见的是分别在每个高层建筑物内安装分布天线(即室内多点布放天线)系统，通过众多吸顶天线实现对楼宇内的覆盖。这种方法的缺点：一是在实施过程中需要业主配合，工程建设难度大，常出现因业主限制而无法施工的现象；二是高楼密集区内要对每个高层建筑物内安装分布天线系统，投资巨大；三是竣工后室内客厅卧室等主要活动区域时常出现用户体验较差的情况，带来网络投诉。

现网中也有少量的利用室外架设天线对室内进行覆盖，室外架设的天线的种类包括：传统射灯天线和一些特型美化天线等。传统射灯天线通常垂直方向覆盖区域能力有限，在垂直方向上多副射灯(大于 2副)才能完成一座高层楼宇的覆盖，由于垂直方向不可调整，容易过覆盖形成对多个小区的干扰，而大量的天线选址工作在工程实施上存在难点，而且，如果遇到四面环楼，用这种办法干扰问题无法解决，导致仅有覆盖，但不能通信，成为无效基站。特型美化天线外形样式较多，比如有路灯型、草坪灯型、广告牌型等。如图1a和图1b所示，路灯(美化)天线外形为仿制常规路灯外表，在灯杆2中内置一天线装置1，3为线缆，11为振子，12为接头，其水平面瓣宽为全向天线，垂直面垂直瓣宽通常为30-40度(不能调整)，如图2所示。

对于室外天线覆盖室内的住宅小区方案的缺点包括：一、从垂直覆盖需求来看，要求天线具有较大的垂直覆盖能力，通常要求70-90 度。假定天线距离楼宇为50米，天线可安装在楼宇的中部，楼宇的高度为30层约100米，则垂直方向的覆盖能力要求为90度。现有的射灯天线或者路灯(美化)天线大多无法在垂直方向上满足用户需求。此外，对于TD-LTE(分时长期演进)而言，射灯天线和路灯天线为单通道或者双通道，在TM模式(长期演进LTE规范中定义的无线端口传播模式)方面也受限，无法发挥TM7、TM8的技术优势。二、密集楼宇小区，移动通信覆盖的难点是，小区内信号来源复杂，且信号传播多经，室外进入室内的信号复杂多路，导致用户表象看有覆盖实际无法通信，如何减少杂散信号，突出主信号是解决问题的关键点。三、从工程实施可行性来看。在小区内施工并安装天线，可行的天线安装位置一般为楼顶、消防避难层(通常超过百米的楼宇才具有)、地面 (大多需要美化形式)。

鉴于此，如何提供一种能够满足垂直覆盖能力强且可调节覆盖高度，能够减少杂散信号，突出主信号的天线装置及路灯天线成为目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述的技术问题，本实用新型提供一种天线装置及路灯天线，能够满足垂直覆盖能力强且可调节覆盖高度，能够减少杂散信号，突出主信号，可安装在地面且具有美化效果。

第一方面，本实用新型提供一种天线装置，包括：包含有P个接头的接口和从上至下垂直同轴排列的Q个振子；

每个振子利用线缆通过所述接口中的一个接头连接外部无线接入点AP的一个无线收发通道，构成P通道线阵智能天线；

其中，P为大于等于8的整数，Q为大于等于P的整数。

可选地，相邻两个振子之间的中心间距大于等于λ/2且小于等于λ，λ为每个振子所接收和发射的无线信号的波长。

可选地，所述振子的尺寸是根据实际频段的覆盖需求而确定的。

可选地，所有振子之间的相对位置是通过一固定条来固定的。

可选地，所述线缆为馈线，相应地，所述接口的P个接头为 (P+1)×N型阴头。

可选地，所述线缆为集束线缆，相应地，所述接口为集束接口。

可选地，所述振子为单极化振子。

可选地，所述振子为双极化振子。

第二方面，本实用新型提供一种路灯天线，其特征在于，包括：上述天线装置，所述天线装置设置在所述路灯天线的灯杆内部。

由上述技术方案可知，本实用新型的天线装置及路灯天线，其中，天线装置包括：包含有P个接头的接口和从上至下垂直同轴排列的Q 个振子；每个振子利用线缆通过所述接口中的一个接头连接外部无线接入点AP的一个无线收发通道，构成P通道线阵智能天线；其中， P为大于等于8的整数，Q为大于等于P的整数，由此，能够满足垂直覆盖能力强且可调节覆盖高度，能够减少杂散信号，突出主信号，可安装在地面且具有美化效果。

附图说明

图1a为现有技术中路灯天线的结构示意图；

图1b为现有技术中设置在图1a中的路灯天线灯杆内部的天线装置的结构示意图；

图2为图1b所示的现有技术中设置在路灯天线灯杆内部的天线装置在水平方向上的覆盖波束场图；

图3为图1b所示的现有技术中设置在路灯天线灯杆内部的天线装置在垂直方向上的覆盖波束场图；

图4为本实用新型一实施例提供的一种天线装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的利用图4所示的天线装置的路灯天线在小区中安装应用的效果示意图；

图6为本实用新型实施例提供的天线装置中各振子接收无线电磁波信号的波程差示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种利用某组参数使图4所示的天线装置在垂直方向上的覆盖-30°～+30°的仿真示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种利用某组参数使图4所示的天线装置在垂直方向上的覆盖-15°～+68°的仿真示意图；

图9a为本实用新型实施例提供的利用图4所示的天线装置开启 TM7模式下的一种覆盖波束场图；

图9b为本实用新型实施例提供的利用图4所示的天线装置开启 TM7模式下的另一种覆盖波束场图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图4示出了本实用新型一实施例提供的一种天线装置，其特征在于，包括：包含有P个接头12的接口和从上至下垂直同轴排列的Q 个振子11；

每个振子11利用线缆通过所述接口中的一个接头12连接外部无线接入点(Access Point，简称AP)的一个无线收发通道，构成P通道线阵智能天线；

其中，P为大于等于8的整数，Q为大于等于P的整数。

具体地，相邻两个振子11之间的中心间距大于等于λ/2且小于等于λ，λ为每个振子11所接收和发射的无线信号的波长。

在具体应用中，本实施例所述振子11的尺寸可以根据实际频段的覆盖需求而确定。

在具体应用中，本实施例所述振子11可以为单极化振子，也可以为双极化振子。

在具体应用中，本实施例所述线缆可以为馈线，相应地，所述接口的P个接头可以为(P+1)×N型阴头；或者，所述线缆也可以为集束线缆，相应地，所述接口可以为集束接口。

举例来说，以构成P＝8通道线阵智能天线为例，所述线缆可以为馈线，相应地，所述接口的接头为(8+1)×N型阴头；或者，所述线缆也可以为集束线缆，相应地，所述接口可以包括：一个L32-5和一个 L32-4集束接头，便于推广。

在具体应用中，本实施例所有振子11之间的相对位置可以通过一固定条来进行固定。

需要说明的是，本实施例的天线装置的水平面瓣宽为全相，所述天线装置的垂直面瓣宽可以进行调整。本实施例可以针对不同的楼宇覆盖需求设置不同的天线参数(即每个振子所接收的无线电信号的参数，包括幅值和相位)，调整天线装置在垂直方向上的覆盖波束场图的垂直面波束形状和方向，实现不同垂直面的覆盖能力，达到提高覆盖率、降低干扰、精确覆盖的效果。

由本实施例所述天线装置的结构可知，本实施例可以确定每个振子的相位和幅度关系，每个振子接放大器通道，就构成了线阵多通道智能天线(本实施例的天线装置与现有的智能天线不同，现有的智能天线为板状面阵或桶状面阵)。本实施例每个通道电信号幅值和相位是独立的，天线装置整体的电磁波辐射图是由各个振子电信号矢量叠加的结果。

下面以本实施例所述天线装置中利用Q＝8个振子构成P＝8通道线阵智能天线为例来进行说明。

参见图6，以图中的黑点作为本实施例所述天线装置中的振子从下向上垂直线阵列排列摆放。设置最下面的振子编号为0，从下向上顺序编号为m＝0,1,2,...,N，N＝Q-1，在具体应用中Q还可以大于8，在Q大于8时振子的顺序编号的最大值可以为更大的值，例如20。由图6可以看出，远方传来的电磁波(可视为平面波)，空域上到达各个振子时所走的距离不同，以垂直于振子阵列所在轴线的入射方向为0度方向，顺时针计算入射波夹角θ，各编号振子入射波相对于0 号振子的波程差分别为Δd_m，设振子相距λ/2，因此，得到Δd_m的计算公式为：

经过计算可以得到：

1号振子相对于0号振子的波程差为：

2号振子相对于0号振子的波程差为：Δd₂＝λ×sinθ；

3号振子相对于0号振子的波程差为：

……

N号振子相对于0号振子的波程差为：

时域上入射波的相位差为：(2π/λ)Δd_m。可见，空间上距离的差别导致了各个振子上接收信号相位的不同。经过加权后整个天线装置得到的无线电信号为：

其中，A为增益常数，s(t)为复包络信号，W_m是m号振子的加权因子。根据正弦波的叠加效果，假设各个振子的加权因子为：

其中，B_m为振子接收的信号的幅值，φ_m为振子接收的信号的幅值相位。

由上可知，选择不同的B_m和φ_m，可以改变垂直面波束所对应的角度和形状，所以可以通过改变通道信号的权值(包括幅值、相位) 来选择合适的垂直面波束形状和方向作为覆盖波束场图。

本实施例天线参数的调整可以根据楼宇的高度，天线的位置等因素，测算出需要覆盖的垂直面需求在OMC(移动通信运营管理中心) 中修改得以实现。

图7和图8提供了分别一种本新型所述天线装置的仿真示意图。本新型所述天线装置采用不同组参数后垂直面波形图如图7、图8所示。以图8为例详细说明，可实现垂直面-15°～+68°的覆盖效果。假定灯杆高度为2米，灯杆至楼宇距离为40米，则垂直覆盖的范围是2+40×tan(68°)＝101米，相当于33层楼宇的高度。能够基本满足小区内的覆盖需求。

参见图9a和图9b，当用户开启业务时，本实施例所述天线装置可以具有TM7模式单流波束赋形(波形跟踪指向用户的位置)，即垂直面波束宽度变窄，指向开启业务的用户(用户在低层就指向低层，用户在高层就指向高层)，将无线信号传递给开启业务的用户，其他用户被屏蔽，因而可进一步提升SINR(信号与干扰加噪声比)值，改善本区域用户感知。

本实用新型的天线装置，能够满足垂直覆盖能力强且可调节覆盖高度，能够减少杂散信号，突出主信号，可安装在地面且具有美化效果。本实用新型所述天线装置在水平方向上仍然继承了全向性的特点，而垂直方向具备了覆盖抗干扰能力强且可调节覆盖不同楼高和减少泄露到其他小区的特点。在如图5所示的小区内使用时，可以以一副天线覆盖两栋楼宇或者多栋楼宇，极大的解决了天线选点的难题。本实用新型所述天线装置根据实际情况，调节垂直方向的覆盖能力，可采用普通接口或者集束接口，工程应用便利，便于推广；可以满足移动通信公共信道广覆盖，业务信道实现对开启业务用户跟踪，提供强信号，对其他用户屏蔽的性能。

本实用新型实施例还提供了一种路灯天线，包括：图4所示实施例所述的天线装置，所述天线装置设置在所述路灯天线的灯杆内部。

本实施例的路灯天线，是一种适于在住宅小区内使用的移动通信无线网络美化天线，用于解决住宅小区低中高层用户的通讯问题，其利用图4所示实施例所述的天线装置，在水平方向上全覆盖，能够满足垂直覆盖能力强且可调节覆盖高度，能够减少杂散信号，突出主信号，以一副天线覆盖两栋楼宇或者多栋楼宇，极大的解决了天线选点的难题，工程应用便利，便于推广，可以满足移动通信公共信道广覆盖，业务信道实现对开启业务用户跟踪，提供强信号，对其他用户屏蔽的性能，可安装在地面且具有美化效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。