移动通信网络室内分布系统中使用的全向吸顶天线

移动通信网络室内分布系统中使用的全向吸顶天线专利01专利背景附图说明实施方式发明内容权利要求荣誉表彰目录0305020406基本信息《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》是中国联合络通信集团有限公司于2009年10月16日申请的发明专利，该专利的申请号为35，公布号为CNA，公布日为2010年4月14日，发明人是黄晓明、买彦州、傅强、陈旭东、彭中峰、邓安民、葛慧明，该专利涉及移动通信领域。《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》包括：具有锥柱结构的单臂振子、具有盘锥结构的反射盘以及馈电接头；单臂振子与反射盘对向设置，信号通过馈电接头馈入天线，由单臂振子和反射盘向外发射。在高频段，辐射角θ在60°～85°范围，该发明天线增益比2009年10月前已有天线提高了5.5～8.5dB，从而提高了距天线较远区域移动通信信号强度，扩大了天线有效覆盖半径，提升了内分布系统3G室信号质量，降低了新建和改造室内分布系统的难度和成本。2018年12月20日，《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》获得第二十届中国专利银奖。（概述图为《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》摘要附图）专利背景专利背景截至2009年10月，现代蜂窝移动通信络室内分布系统广泛采用全向吸顶天线，其用量占室内分布系统天线的95％以上。全向吸顶天线技术规范要求包括：使用频率范围为806～960兆赫和1710～2500兆赫，电压驻波比（VSWR）＜1.5，增益在低频段2dBi，高频段5dBi。全向吸顶天线基本原理是半波振子天线，主要由单臂振子和一反射盘组成，单臂振子有锥形、柱形、球形、方形、蝶形和各种组合及变形、各种形状的微带贴片等，加粗或加宽振子可增加辐射带宽；反射盘相当于天线振子的另一臂，一方面形成单臂振子的镜像，同时将电波反射回来，增强振子侧的辐射，另一方面便于在天花板上安装和减小天线凸出高度，减小影响室内美观。2009年10月前已有移动通信室内全向吸顶天线主要针对GSM900和CDMA等低频段无线信号覆盖系统进行设计，工作频段为806～960兆赫。在这个频段全向吸顶天线表现出典型的对称半波振子辐射特性，辐射方向图在赤道面（亦称H面）内是一个圆；在子午面（亦称E面）内是“∞”形，天线增益2dBi左右，除轴向小角度范围外（θ＜30°），其它方向天线增益差别不大（小于3dB）。在1710～2500兆赫频段，辐射方向图在赤道面（亦称H面）内是一个圆；在子午面（亦称E面）内是双叶肺形，虽然天线增益为5dBi左右，在子午面内表现出明显的方向性，不同方向上增益相差较大（见图1）。发明内容专利目的改善效果技术方案发明内容专利目的《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》提供了一种移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线，其目的在于，提高辐射角θ在60°～85°范围的天线增益，从而提高距天线较远区域移动通信信号强度，扩大了天线有效覆盖半径，提升了内分布系统3G室信号质量，降低新建和改造室内分布系统的难度和成本。

技术方案《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》包括：具有锥柱结构的单臂振子、具有盘锥结构的反射盘以及馈电接头；单臂振子与反射盘对向设置，信号通过馈电接头馈入天线，由单臂振子和反射盘向外发射。单臂振子包括第一空心柱、第一空心台锥和馈电柱，第一空心柱、第一空心台锥和馈电柱由上往下依次连接。反射盘包括圆形盘、第二空心柱和第二空心台锥，圆形盘、第二空心柱和第二空心台锥由下往上依次连接。圆形盘中心挖空，挖空半径与第二空心柱内半径一致。单臂振子总长度为800兆赫电磁波波长的1/4乘以收缩系数所得的结果。800兆赫电磁波波长的1/4为：93.75毫米，收缩系数的取值范围为：0.4～1.0。第一空心柱高度取值范围为20～55毫米，第一空心柱半径取值范围为15～55毫米；第一空心台锥高度取值范围为10～25毫米，第一空心台锥上底半径与第一空心柱半径相等，第一空心台锥下底半径取值范围为2～10毫米；馈电柱高度取值范围为2～8毫米，馈电柱半径1～3毫米。圆形盘半径大于80毫米；第二空心柱高度2～40毫米，第二空心柱半径大于70毫米；第二空心台锥高度10～60毫米，第二空心台锥上底半径4～20毫米，第二空心台锥下底半径与第二空心柱半径相等。改善效果1、对2009年10月前已有室内分布系统3G天馈系统改造，仅通过更换为该发明天线，覆盖半径边缘，信号强度在低频段提高0.8～1.3dB，在高频段提高5.5～8.5dB。对3G信源加入后信号偏弱的室内分布系统或区域，可以更换天线达到满意效果，避免了因加密天线带来的大规模工程改造，降低了物业协调难度。2、对室内分布系统3G信源改造，因更换为该发明天线后，达到同样覆盖效果只需原信源所需信源功率的1/3～1/8，因此，对原来需要多个远端射频单元（RRU）、直放站或干放才能满足功率要求的较大形室内分布系统，可以用单RRU供给信号，降低信号源投资，同时避免多RRU小区切换节带来的信号质量和容量损耗，还节省用电、降低维护成本。3、对新建3G室内分布系统，可以根据该发明天线，适当增加室内天线间距，降低信源功率或增大单RRU的覆盖范围，减少室内分布系统工程投资。

附图说明附图说明图1a为2009年10月前已有天线在800兆赫频点E面实测方向图；图1b为2009年10月前已有天线在2170兆赫频点E面实测方向图；图2a为该发明提供的全向吸顶天线；图2b为该发明提供的全向吸顶天线的剖面图；图3为该发明提供的低频段806、880和960兆赫频点子午面方向图；图4为该发明提供的1800兆赫频段1710和1880MHZ频点子午面方向图；图5为该发明提供的2000兆赫频段1920和2170兆赫频点子午面方向图；图6为该发明提供的2000兆赫以上频段2300、2400和2500兆赫频点子午面方向图；图7为该发明提供的参考尺寸仿真的驻波-频率曲线。

权利要求权利要求1.《移动通信络室内分布系统中使用的全向吸顶天线》其特征在于，包括：具有锥柱结构的单臂振子、具有盘锥结构的反射盘以及馈电接头；其中所述单臂振子包括第一空心柱、第一空心台锥和馈电柱，第一空心柱、第一空心台锥和馈电柱由上往下依次连接；所述反射盘包括圆形盘、第二空心柱和第二空心台锥，圆形盘、第二空心柱和第二空心台锥由下往上依次连接；单臂振子与反射盘对向设置，信号通过馈电接头馈入天线，由单臂振子和反射盘向外发射。2.如权利要求1所述的全向吸顶天线，其特征在于，圆形盘中心挖空，挖空半径与第二空心柱内半径一致。3.如权利要求2所述的全向吸顶天线，其特征在于，单臂振子总长度为800兆赫电磁波波长的1/4乘以收缩系数所得的结果。4.如权利要求3所述的全向吸顶天线，其特征在于，800兆赫电磁波波长的1/4为：93.75毫米，收缩系数的取值范围为：0.4～1.0。5.如权利要求4所述的全向吸顶天线，其特征在于，第一空心柱高度取值范围为20～55毫米，第一空心柱半径取值范围为15～55毫米；第一空心台锥高度取值范围为10～25毫米，第一空心台锥上底半径与第一空心柱半径相等，第一空心台锥下底半径取值范围为2～10毫米；馈电柱高度取值范围为2～8毫米，馈电柱半径1～3毫米。实施方式实施方式该发明针对2009年10月前已有天线在高频段辐射过于集中的缺陷，综合考虑高低两个频段天线增益和方向性，设计出室内分布系统高性能全向吸顶天线，保证低频段性能，改善高频段性能。室内全向吸顶天线最的辐射角度θ大约在60°～85°之间，该发明室内全向吸顶天线设计最大增益方向在θ＝70°左右，主辐射角度θ＝85°左右（3dB衰减处）。该发明提供的全向吸顶天线如图2a所示，图2b是全向吸顶天线的剖面图，图2b中画出的为与天线辐射相关的铜、铝等良导体金属材料主要构件，包括：单臂振子：具有锥柱结构，包括一段空心柱1、一空心台锥2和一段馈电柱3。锥柱总长度以低频800兆赫频点1/4波长为基准（参考尺寸：93.75毫米），乘上收缩系数（取值范围：0.4～1.0，参考值：0.6）。空心柱1高度取值范围：20～55毫米（参考值：35毫米），半径取值范围15～55毫米（