CN108258422B - 一种基于无源去耦技术的天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无源去耦技术的天线阵列，包括：反射板和设置在所述反射板上的第一阵列、第二阵列、若干去耦金属条，其中所述第一阵列与所述第二阵列并排对称设置在所述反射板上，所述第一阵列包括多个平行设置的第一辐射单元，所述第二阵列包括多个平行设置的第二辐射单元，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元的数量一致；所述去耦金属条位于所述反射板的中线处，部分或者全部的第一辐射单元与部分或者全部的第二辐射单元通过所述去耦金属条连接。通过此结构去耦合，使相邻天线的互耦影响降到最低，从而可以使天线阵元排列更紧凑，实现移动通信多列并排天线的小型化。

Description

一种基于无源去耦技术的天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体地是涉及一种基于无源去耦技术的天线阵列。

背景技术

根据香农定理，无线通信的信道容量正比于频宽和信噪比。目前移动通信蜂窝扇区的重叠引起的干扰已经成为无线通信主要的噪声来源。为进一步提高传输速率，提高通信基站天线方向图的一致性成为运营商选择的最简单的方法。从表现形式看，多频基站天线方向图不一致主要表现为以下情形：高频段与低频段水平半功率角不一致；同一频段不同频率之间水平半功率角不一致；同频段不同极化方向水平半功率角不一致。产生上述问题的原因有多个方面，如：阵元间耦合、边界引起的散射、谐振、阵元方向图的极化差异、激励权值设计不合理、散射引起的极化方向改变等等。

目前大部分基站天线按照频段、极化方向和独立电调划分成若干相互独立的***，每一个***往往由一列同频率阵元组成，而水平方向只有一个阵元，对应半功率角只能通过边界进行控制。上述现实决定了水平方向半功率角的优化成为基站天线设计的一道难题。由于广泛采用高低频阵元混合排列，嵌套组阵方案，在优化低频半功率角时必须兼顾考虑其对高频半功率角的影响；反之，在优化高频半功率角时亦需兼顾对低频半功率角的影响。不仅如此，基站天线的小型化要求列间距不断缩小，使得***与***之间的耦合愈发严重，相邻两列阵元之间的电磁耦合，特别是低频阵元之间的电磁耦合使辐射波束变形严重，水平波宽展宽，增益下降。受限于天线内部空间和高低频阵元混合组阵方式，常规的隔离手段，如隔离条、寄生单元无法实施，即便强行实施也会带来难以克服的寄生效应。

传统的解决方案基本为采用波束合成技术将困难重重的边界优化问题转化为相对容易的二元组阵赋形问题，通过与边界优化等传统方法相结合，不但解决了传统方法无法解决的方向图一致性问题，而且使设计难度大为下降。但是此方案必须引入水平方向组阵的冗余单元，势必造成天线长度增加或是额外的电桥、双工器等PCB无源器件设计，同时增加天线的赋形设计难度和制作成本；对于更宽频带的天线，采用此方法组阵可能造成其频段内高频部分的波宽过窄，从而失效。

因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。

发明内容

本发明旨在提供一种基于无源去耦技术的天线阵列，其通过此结构去耦合，使相邻天线的互耦影响降到最低，从而可以使天线阵元排列更紧凑，实现移动通信多列并排天线的小型化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于无源去耦技术的天线阵列，包括：反射板和设置在所述反射板上的第一阵列、第二阵列、若干去耦金属条，其中所述第一阵列与所述第二阵列并排对称设置在所述反射板上，所述第一阵列包括多个平行设置的第一辐射单元，所述第二阵列包括多个平行设置的第二辐射单元，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元的数量一致；所述去耦金属条位于所述反射板的中线处，部分或者全部的第一辐射单元与部分或者全部的第二辐射单元通过所述去耦金属条连接。

优选地，每一所述去耦金属条均包括第一纵向枝节、第二纵向枝节、第三纵向枝节、第四纵向枝节、第一横向枝节、第二横向枝节、第一连接枝节和第二连接枝节，其中所述第一纵向枝节、第二纵向枝节、第三纵向枝节、第四纵向枝节纵向设置；所述第一横向枝节、第二横向枝节、所述第一连接枝节和所述第二连接枝节横向设置；并且所述第一纵向枝节与所述第三纵向枝节通过所述第一横向枝节连接为一体，所述第二纵向枝节与所述第四纵向枝节通过所述第二横向枝节连接为一体；所述第三纵向枝节和所述第四纵向枝节之间通过所述第一连接枝节和所述第二连接枝节连接。

优选地，所述去耦金属条为无源去耦金属条，其第一横向枝节与所述第一辐射单元连接，第二横向枝节与所述第二辐射单元连接。

优选地，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元的数量为七个、所述去耦金属条的数量为三个，所述第一阵列中的第二个、第四个、第六个第一辐射单元与所述第二阵列中的第二个、第四个、第六个第二辐射单元通过去耦金属条连接。

优选地，所述第一阵列和所述第二阵列的列间距在220mm-300mm之间。

优选地，所述第一阵列和所述第二阵列的列间距为250mm。

优选地，所述第一纵向枝节与所述第二纵向枝节的间距为96mm。

优选地，所述第一纵向枝节与所述第三纵向枝节的整体长度为328mm。

采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：

本发明所述的基于无源去耦技术的天线阵列，简单易于实现，在保持天线物理尺寸不变的情况下，不增加阵元数目以及额外的馈电网络，可以实现频率选择性的波束宽度的压窄，利用该技术可以有效减小天线的物理尺寸，有利于实现天线的小型化设计，有效改善波束宽度收敛性。

附图说明

图1为本发明所述的基于无源去耦技术的天线阵列的结构示意图；

图2为本发明所述的去耦金属条的结构图；

图3为本发明所述的第一辐射单元或第二辐射单元的结构图；

图4为相同结构天线未使用本发明的水平面方向图及交叉极化方向图；

图5为本发明的实施例中水平面方向图及交叉极化方向图；

图6为相同结构天线在使用本发明前后的水平波宽对比图。

其中：1.第一阵列，11.第一辐射单元，2.第二阵列，21.第二辐射单元，3.反射板，4.去耦金属条，41.第一纵向枝节，42.第二纵向枝节，43.第三纵向枝节，44.第四纵向枝节，45.第一横向枝节,46.第二横向枝节，47.第一连接枝节，48.第二连接枝节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，为符合本发明的一种基于无源去耦技术的天线阵列，包括：反射板3和设置在所述反射板3上的第一阵列1、第二阵列2、若干去耦金属条4，其中所述第一阵列1与所述第二阵列2并排对称设置在所述反射板3上，所述第一阵列1包括多个平行设置的第一辐射单元11，所述第二阵列2包括多个平行设置的第二辐射单元21，所述第一辐射单元11与所述第二辐射单元21的数量一致；所述去耦金属条4位于所述反射板3的中线处，部分或者全部的第一辐射单元11与部分或者全部的第二辐射单元21通过所述去耦金属条4连接。

优选地，每一所述去耦金属条4均包括第一纵向枝节41、第二纵向枝节42、第三纵向枝节43、第四纵向枝节44、第一横向枝节45、第二横向枝节46、第一连接枝节47和第二连接枝节48，其中所述第一纵向枝节41、第二纵向枝节42、第三纵向枝节43、第四纵向枝节44纵向设置；所述第一横向枝节45、第二横向枝节46、所述第一连接枝节47和所述第二连接枝节48横向设置；并且所述第一纵向枝节41与所述第三纵向枝节43通过所述第一横向枝节45连接为一体，所述第二纵向枝节42与所述第四纵向枝节44通过所述第二横向枝节46连接为一体；所述第三纵向枝节43和所述第四纵向枝节44之间通过所述第一连接枝节47和所述第二连接枝节48连接。

优选地，所述去耦金属条4为无源去耦金属条4，其第一横向枝节45与所述第一辐射单元11连接，第二横向枝节46与所述第二辐射单元21连接。

优选地，所述的去耦金属条4数目可以根据每列天线阵元数目、第一阵列1与第二阵列2间距以及水平波宽的收敛度灵活进行调整。

优选地，去耦金属条4各枝节长度可以根据需要调节水平波宽的频率所对应的波长进行改变，从而实现有频率选择性的进行水平波宽调节。

优选地，去耦金属条4列向位置也可以根据水平波宽的收敛度进行调节，由于中心阵元的幅度最大，因此越靠近中心阵元，其调节水平波宽的能力就越强。

优选地，去耦金属条4的高度也可以根据水平波宽的收敛度进行调节，以不影响天线布局及其他频段的天线的电性能指标为宜，同时考虑到天线组装简单可行。

本发明的目的是突破目前传统的基于波束合成技术的水平波宽调节方法，提供一种基于无源金属条去耦技术的水平波宽调节方法，从而在保证天线水平波宽一致的前提下减小天线横向宽度，实现小型化。

本发明适用于多列并排同频天线的设计，本发明为了阐述方便以两列并排G频段(690MHz-960MHz)的天线为例，每列包含7个阵元，反射板3宽度450mm，不同反射板3宽度以及其他频段基站天线均在本发明所涉及范围内，不再一一赘述。

本发明包括并排放置的第一阵列1(G频段天线阵列)、第二阵列2(G频段天线阵列)、反射板3和三个去耦金属条4，所述第一阵列1包括至少一个第一辐射单元11、至少一个馈电网络，第二阵列2包括至少一个第二辐射单元21、至少一个馈电网络，所述第一阵列1和第二阵列2放置于反射板3上；所述的去耦金属条4至少包含一组，所述的去耦金属条4数位置位于反射板3中线两侧，其纵向中心位于纵向两振子的中心线上，侧枝与振子的横臂相近。

在该优选实施例中，所述第一辐射单元11和所述第二辐射单元21的数量为七个、所述去耦金属条4的数量为三个，所述第一阵列1中的第二个、第四个、第六个第一辐射单元11与所述第二阵列2中的第二个、第四个、第六个第二辐射单元21通过去耦金属条4连接。所述第一阵列1和所述第二阵列2的列间距在220mm-300mm之间。优选地，所述第一阵列1和所述第二阵列2的列间距为250mm。所述第一纵向枝节41与所述第二纵向枝节42的间距为96mm。所述第一纵向枝节41与所述第三纵向枝节43的整体长度为328mm。

其主要工作原理如下：当第一阵列1工作时，在没有去耦金属条4的情况下，其在空间的部分电磁能量耦合到第二阵列2中，其耦合的幅度比第一阵列1上的幅度小得多，相位接近反相，造成第一阵列1的水平波宽变宽，第二阵列2工作时亦然。当第一阵列1工作时，在有去耦金属条4的情况下，其大部分耦合能量通过第一纵向枝节41、第二纵向枝节42、第三纵向枝节43、第四纵向枝节44、第一横向枝节45、第二横向枝节46耦合到去耦金属条4上，第二阵列2上的耦合能量几乎可以忽略，因此此时第一阵列1的水平波宽与单列天线的水平几乎一致，从而做到了波宽调节。

图4为相同结构天线未使用本发明的水平面方向图及交叉极化方向图，图5为本发明的实施例中水平面方向图及交叉极化方向图，图6为相同结构天线在使用本发明前后的水平波宽对比图。由图可以看出，去耦金属条4能够对相应频段水平波宽较宽的水平方向图进行调节，使其水平波宽压缩到指标要求范围内，而对其他频段的水平波宽影响很小。

表1

综上所述，本发明基于无源金属条去耦技术的水平波宽调节方法，不增加阵元数目，天线尺寸不变，不增加额外的馈电网络，简单易于实现，可以实现频率可选的波束宽度压窄。利用该技术方法可以有效减小天线的物理尺寸，有利于实现天线的小型化设计，有效改善波宽宽度收敛度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于，包括：反射板和设置在所述反射板上的第一阵列、第二阵列、若干去耦金属条，其中所述第一阵列与所述第二阵列并排对称设置在所述反射板上，所述第一阵列包括多个平行设置的第一辐射单元，所述第二阵列包括多个平行设置的第二辐射单元，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元的数量一致；所述去耦金属条位于所述反射板的中线处，部分或者全部的第一辐射单元与部分或者全部的第二辐射单元通过所述去耦金属条连接。

2.如权利要求1所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：每一所述去耦金属条均包括第一纵向枝节、第二纵向枝节、第三纵向枝节、第四纵向枝节、第一横向枝节、第二横向枝节、第一连接枝节和第二连接枝节，其中所述第一纵向枝节、第二纵向枝节、第三纵向枝节、第四纵向枝节纵向设置；所述第一横向枝节、第二横向枝节、所述第一连接枝节和所述第二连接枝节横向设置；并且所述第一纵向枝节与所述第三纵向枝节通过所述第一横向枝节连接为一体，所述第二纵向枝节与所述第四纵向枝节通过所述第二横向枝节连接为一体；所述第三纵向枝节和所述第四纵向枝节之间通过所述第一连接枝节和所述第二连接枝节连接。

3.如权利要求1或2所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述去耦金属条为无源去耦金属条，其第一横向枝节与所述第一辐射单元连接，第二横向枝节与所述第二辐射单元连接。

4.如权利要求3所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述第一辐射单元和所述第二辐射单元的数量为七个、所述去耦金属条的数量为三个，所述第一阵列中的第二个、第四个、第六个第一辐射单元与所述第二阵列中的第二个、第四个、第六个第二辐射单元通过去耦金属条连接。

5.如权利要求1-4任一所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述第一阵列和所述第二阵列的列间距在220mm-300mm之间。

6.如权利要求5所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述第一阵列和所述第二阵列的列间距为250mm。

7.如权利要求2所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述第一纵向枝节与所述第二纵向枝节的间距为96mm。

8.如权利要求2所述的基于无源去耦技术的天线阵列，其特征在于：所述第一纵向枝节与所述第三纵向枝节的整体长度为328mm。