專利名稱：高性能3g天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及移動通信技術領域，特別涉及一種高性能3G天線。
背景技術：
隨著移動通信的發(fā)展，現(xiàn)有的基站技術已越來越滿足不了通信系統(tǒng)的需求，這主 要體現(xiàn)在兩大方面一方面，3G的出臺帶來了新的無線標準、新的工作頻段，現(xiàn)有的基站天 線無法直接應用在3G系統(tǒng)中；另一方面，移動用戶的顯著增長，使得現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)中 沒有足夠多的地方來放置新的基站。其次，隨著我國移動通信事業(yè)飛速發(fā)展，移動用戶不斷增加，移動用戶對話音質(zhì)量 的要求越來越高。這樣就要求移動網(wǎng)絡不斷擴容，從而使基站與基站之間的距離越來越近， 還要求基站天線具有一定的主瓣寬度、特殊的主瓣形狀和低的旁瓣電平，從而實現(xiàn)優(yōu)良的 信號覆蓋和極小的同頻道干擾。但現(xiàn)有技術的基站天線并不能滿足這些要求，主要表現(xiàn)在 以下幾點第一，天線單元均勻分布的定向天線垂直方向圖中，主瓣的上、下兩側旁瓣對稱， 各旁瓣間的電平值為零，該區(qū)載能很低，其所覆蓋的地面區(qū)域通信性能較差；第二，基站天 線的上側第一旁瓣電平對整個系統(tǒng)的性能有著很大的影響，當天線以電子或機械下調(diào)時， 該旁瓣將在水平或略高于水平方向上產(chǎn)生不需要的能量，對相鄰小區(qū)產(chǎn)生干擾，降低相鄰 基站或使用同頻道基站的信噪比，對于CDMA系統(tǒng)，會降低蜂窩單元的容量，對于GSM系統(tǒng)， 則將影響呼叫質(zhì)量；第三，現(xiàn)有基站天線的天線單元均勻分布，在天線覆蓋區(qū)域內(nèi)信號的能 量分布不均勻，下旁瓣所覆蓋小區(qū)內(nèi)功率分布不均勻，從而導致移動用戶處于同一扇區(qū)的 不同位置時，話音質(zhì)量可能會有較大差異。在現(xiàn)有的基站天線中，還有一個改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的技術手段就是根據(jù)天線垂 直的波瓣寬度與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關這一原理，在一定范圍內(nèi)通過對天線 垂直度(即俯仰角)的調(diào)節(jié)，從而達到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的。目前的下調(diào)天線雖然在 一定程度上改善了覆蓋質(zhì)量，但對CDMA網(wǎng)絡而言有同頻干擾的影響，不能有效控制基站的 覆蓋范圍和整網(wǎng)的軟切換比例。此外，在移動通信網(wǎng)絡中，一般將發(fā)射天線同時作為接收天線使用，或者將發(fā)射天 線與接收天線設置在接近的位置，從而使大功率發(fā)射機和高靈感度接收機處于有限空間 內(nèi)，進而導致無源交調(diào)干擾的產(chǎn)生。無源交調(diào)干擾是由兩個或兩個以上的發(fā)射載波在基站 天線中產(chǎn)生的，功率電平一般較低，且隨著階數(shù)的增大而迅速減小。但在現(xiàn)代移動體系中， 發(fā)射機的發(fā)射功率較大，接收機的靈敏度很高，即使是很低電平的噪聲信號也足以破壞系 統(tǒng)的正常工作；無源交調(diào)干擾中的三階交調(diào)信號對系統(tǒng)的影響最大。移動通信系統(tǒng)的基站越來越多，頻段不斷增加，使得通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境變得越 來越差。這是因為基站越多，基站間隔越小，基站間的天線相互干擾越強；甚至引起基站天 線的后瓣產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導致切換關系混亂，產(chǎn)生掉話現(xiàn)象。而天線對后瓣抑制的好壞是采 用天線前后比來衡量的，前后比是指天線的最大輻射方向(前向)電平與其相反方向(后 向)電平之比；選用前后比低的天線，天線的后瓣就可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋。因此，如何設計出具有優(yōu)異的前后比的天線，以改善通信系統(tǒng)的電磁環(huán)境，成為了本領域內(nèi)的一個技術焦點。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種高性能3G天線。本實用新型的目的通過下述技術方案實現(xiàn)高性能3G天線，為包括至少2個天線 單元的天線陣；每個天線單元包括接地板、固定在接地板上的L型探針和貼片；其中L型探 針設置在接地板與貼片之間，且包括與接地板、貼片垂直的垂直部分，以及與接地板、貼片 平行的平行部分。所述天線陣包括8個天線單元，8個天線單元排成兩列四行。所述天線單元為零值填充天線。 所述天線單元還包括預置電子式下傾角控制電路，該控制電路包括天線運動加速 傳感器、天線靜止速度傳感器、對天線靜止速度傳感器所檢測到的靜止速度進行補償計算 的補償單元、根據(jù)天線運動加速傳感器所檢測到的加速度和補償單元的補償結果進行運算 進而得出相對角度的角度計算單元。所述天線運動加速傳感器、天線靜止速度傳感器構成雙軸傾角傳感器模塊，該雙 軸傾角傳感器模塊內(nèi)部集成了模擬放大器和A/D轉換器，且以A/D轉換器的輸出作為輸出。所述角度計算單元采用數(shù)據(jù)處理器。所述補償單元采用溫度與零偏補償電路。本實用新型相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果1、采用帶L型探針的貼片天線，具有1710-2170MHZ的超寬頻帶特性，能夠工作在 2個或更多的工作頻段，涵蓋了小靈通、SCDMA (1800MHz頻段)和3G頻段。從而使3G與小 靈通、CDMA、GSM基站共用一支天線成為可能，便于實現(xiàn)GSM或CDMA到3G的平穩(wěn)過渡，在C 網(wǎng)絡與G網(wǎng)絡同站址建設中，減少基站天饋系統(tǒng)，降低基站建設成本。2、采用零值填充的方法，使定向天線的發(fā)射功率重新分布，以便填充朝向地面的 零值區(qū)域，提高了零值區(qū)域的載能，使天線的能量分布更均勻；對上旁瓣進行了有效的抑 制；使下旁瓣所覆蓋小區(qū)內(nèi)功率均勻分布。3、采用預置電子式下傾角天線，對天線的下傾角進行合理的設置，不但降低了同 頻干擾的影響，有效控制了基站的覆蓋范圍和整網(wǎng)的軟切換比例(對CDMA網(wǎng)絡而言)，而且 還加強了本基站覆蓋區(qū)內(nèi)的信號強度。

圖1是本實用新型帶L型探針的貼片天線的結構示意圖；圖2是帶單個L型探針的貼片天線的駐波比曲線圖；圖3是本實用新型的天線陣結構圖；圖4是零值填充后的天線陣的方向圖；圖5是預置電子式下傾角控制電路的原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。實施例本實用新型的3G天線為一天線陣，包括至少2個天線單元，每個天線單元的結構 如圖1所示。從圖1可知，天線為帶L型探針的貼片天線，其包括接地板、固定在接地板上 的L型探針和貼片；其中L型探針設置在接地板與貼片之間，包括與接地板、貼片垂直的垂 直部分，以及與接地板、貼片平行的平行部分。本實用新型既要實現(xiàn)天線的寬帶化，又要限制天線的尺寸大小，而且還要滿足天 線的駐波、增益等指標；若要協(xié)調(diào)好上述關系以獲得最佳的天線結構，則需要對貼片尺寸、 基片厚度、L型探針長度進行設計、調(diào)整。在圖1中Lh為L型探針垂直部分的高度，ε為L 型探針平行部分到貼片的距離，基片厚度t固定為2. 4cm。圖2示出了帶單個L型探針的貼 片天線的駐波比曲線圖。從圖2可知，通過調(diào)整L型探針個數(shù)和貼片位置，可進一步改善其 特性；從而開發(fā)出雙頻天線，保證GSM/CDMA與3G的協(xié)同工作。從圖2中得出的天線的中心 頻率、絕對帶寬、相對帶寬及增益的值。將圖1所示天線單元采用波束賦形組成天線陣后，該天線陣結構如圖3所示。圖 3所示的天線陣包括8個天線單元，8個天線單元排成兩列四行，天線陣的增益值為9 16dB。在一個傳統(tǒng)基站的120°扇區(qū)內(nèi)，該天線陣產(chǎn)生4個30°的并行窄波束，多波束智能 天線通過檢測上行鏈路的到達方向DOA選擇對應的下行鏈路的最佳波束，既可實現(xiàn)全方向 覆蓋，又有比較高的增益的優(yōu)勢，架設一個天線即可完成一個小區(qū)的覆蓋，從視覺上較為美 觀，一改傳統(tǒng)的基站上天線數(shù)目多，分布較為凌亂的狀況；而天線陣中天線與天線之間有較 高的隔離度，從而保證整個系統(tǒng)正常工作。天線陣還通過相鄰單元耦合對消的技術，在天線 垂直波瓣圖的設計中采用了遺傳優(yōu)化算法，對各單元的間距和饋電相位進行了優(yōu)化。為了使圖3所示天線陣的能量分布更加均勻，圖1所示的天線單元采用零值填充 天線單元。對天線單元的零值填充如下對天線方向圖的主瓣和它第一個旁瓣之間的夾角 進行零值填充，以增強位于這個夾角間的信號，填充后的天線方向圖如圖4所示。零值填充 后，天線垂直方向主瓣上的第一旁瓣變小，且越小越好。為了取得更好的能量集中效果，本實用新型可以對天線下傾角進行合理的預置電 子式下傾設置，即圖1所述的天線單元還包括預置電子式下傾角控制電路，所采用的預置 電子式下傾角控制電路的原理圖如圖5所示，包括天線運動加速傳感器、天線靜止速度傳 感器、對天線靜止速度傳感器所檢測到的靜止速度進行補償計算的補償單元、根據(jù)天線運 動加速傳感器所檢測到的加速度和補償單元的補償結果進行運算進而得出相對角度的角 度計算單元。圖5的所有模塊采用高速、低功耗、高集成模擬數(shù)字混合電路模塊，天線運動 加速傳感器、天線靜止速度傳感器構成雙軸傾角傳感器模塊，該雙軸傾角傳感器模塊內(nèi)部 集成了模擬放大器和A/D轉換器，且以A/D轉換器的輸出作為輸出；角度計算單元采用數(shù)據(jù) 處理器；補償單元采用溫度與零偏補償電路。圖5所示電路模塊結構通過測量速度變化，并 將其轉換成傾角變化，得到相對角度。在基站天線設計過程中，通過調(diào)整共線天線振子的激 勵相位來實現(xiàn)天線垂直方向圖的下傾；這樣，既可以避免機械式調(diào)節(jié)下傾角所產(chǎn)生的波瓣 畸變，又可使所需覆蓋區(qū)域的信號相對均勻，并在預置的各個下傾角使信號保持天線的正 常覆蓋圖形。采用預置電子式下傾角天線，可將機械調(diào)與預置電調(diào)相結合，一方面天線的方 向圖變化不大，另一方面又可降低成本，是一種較理想的方案。[0031]無源交調(diào)干擾的產(chǎn)生是由于金屬接觸而產(chǎn)生的非線性造成的。金屬接觸地面的氧 化層和灰塵等不清潔物、接觸面的形狀、接觸面的軸向負載、金屬本身的材質(zhì)和鍍層，都是 影響交調(diào)干擾的因素。本實用新型采用低交調(diào)的材質(zhì)與鍍層，具體采用充磁材質(zhì)和非氧化 歐姆接觸鍍層，避免使用鐵磁性物質(zhì)；采用激光焊接的處理工藝，確保每一支天線的交調(diào)指 標< _107dB，解決了由金屬接觸產(chǎn)生非線性造成交調(diào)干擾的系列問題，確保系統(tǒng)正常工作。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求高性能3G天線，其特征在于為包括至少2個天線單元的天線陣；每個天線單元包括接地板、固定在接地板上的L型探針和貼片；其中L型探針設置在接地板與貼片之間，且包括與接地板、貼片垂直的垂直部分，以及與接地板、貼片平行的平行部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的高性能3G天線，其特征在于所述天線陣包括8個天線單元， 8個天線單元排成兩列四行。
3.根據(jù)權利要求1所述的高性能3G天線，其特征在于所述天線單元為零值填充天線。
4.根據(jù)權利要求1所述的高性能3G天線，其特征在于所述天線單元還包括預置電子 式下傾角控制電路，該控制電路包括天線運動加速傳感器、天線靜止速度傳感器、對天線靜 止速度傳感器所檢測到的靜止速度進行補償計算的補償單元、根據(jù)天線運動加速傳感器所 檢測到的加速度和補償單元的補償結果進行運算進而得出相對角度的角度計算單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的高性能3G天線，其特征在于所述天線運動加速傳感器、天 線靜止速度傳感器構成雙軸傾角傳感器模塊，該雙軸傾角傳感器模塊內(nèi)部集成了模擬放大 器和A/D轉換器，且以A/D轉換器的輸出作為輸出。
6.根據(jù)權利要求4所述的高性能3G天線，其特征在于所述角度計算單元采用數(shù)據(jù)處 理器。
7.根據(jù)權利要求4所述的高性能3G天線，其特征在于所述補償單元采用溫度與零偏 補償電路。
專利摘要本實用新型公開了高性能3G天線，為包括至少2個天線單元的天線陣；每個天線單元包括接地板、固定在接地板上的L型探針和貼片；其中L型探針設置在接地板與貼片之間，且包括與接地板、貼片垂直的垂直部分，以及與接地板、貼片平行的平行部分。本實用新型具有1710-2170MHz的超寬頻帶特性，能夠工作在2個或更多的工作頻段，涵蓋了小靈通、SCDMA(1800MHz頻段)和3G頻段；從而使3G與小靈通、CDMA、GSM基站共用一支天線成為可能，便于實現(xiàn)GSM或CDMA到3G的平穩(wěn)過渡，在C網(wǎng)絡與G網(wǎng)絡同站址建設中，減少基站天饋系統(tǒng)，降低基站建設成本。
文檔編號H01Q1/36GK201674001SQ20102018654
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者劉建成, 張文梅, 楊新盛, 高俊文 申請人:劉建成;高俊文;張文梅;楊新盛