CN108767498B - 一种可控制波束宽度的多***基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种可控制波束宽度的多***基站天线。本发明包括金属反射板和安装在金属反射板上的辐射单元；所述辐射单元沿多列纵向直线相互平行且等数量不等间距排列，构成多列天线阵列；所述多列天线阵列的每列第一个辐射单元位于同一条横向直线上且阵列方向垂直相交。本发明通过调整横向子阵中两路功分器的功率比与相位差，可以控制天线子***的波束宽度、增益、波束偏离度及交叉极化鉴别率等辐射特性。本发明可以在满足实际工程使用中对天线体积的小型化需求的前提下，保证天线的波束宽度为65度左右，增益、波束偏离度和交叉极化鉴别率等辐射性能指标不劣于常规天线。
Description
技术领域
本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种可控制波束宽度的多***基站天线。
背景技术
基站天线是无线通信***的***性部件，其特性直接影响整个无线网络的整体性能。阵列天线通过控制各阵元的位置、幅度与相位，可以根据需求灵活调整天线的辐射特性，是当前基站天线的一种常用形式。一般情况下，多***基站天线内部集成了多个直线阵列。从3G网络到3G/WLAN一体化网络，再到现在的4G网络，移动通信***经历着迅猛的发展。为了兼容多种通信制式，改变当前天线扇面位置紧张的状态，基站天线小型化已经成为未来基站天线的发展趋势。如何在尽量小的尺寸内增加天线的通道数量，对于共站共址减少基站天线数量，简化天线安装维护具有重要意义。天线体积的小型化限制使得多阵列天线的宽度较小，其对应的反射板尺寸也较小。在这种情况下，单个直线阵列的水平面半功率波束宽度大致为90度到100度左右。而当前最常用的城区三扇区基站***，要求天线为水平波束宽度为65度的定向天线。因此，有必要采取相应措施来控制小尺寸多***基站天线的波束宽度。
现有技术通过设置各直线阵列的幅度、相位的权值分配，来合成65度半功率波束宽度的方向图，但该方法操作复杂，且导致阵列辐射效率的严重下降。如图1所示，一种控制多阵列天线波束宽度的方法在中国专利CN 102308438 A中被提出，主要通过阵元组合在水平方向交错布置的方式来缩小天线的水平面波束宽度。根据阵列综合理论，该方式对控制波束宽度十分有效，但由于各阵元不在同一轴线上，导致了天线增益的衰减，而增益决定基站天线覆盖距离的关键性指标。如图2所示，另一种调整天线***波束宽度的方法于中国专利201580056133.3被提出，主要通过在阵元的正面放置介质板，并控制介质板的相对位置、厚度与介电常数等参数来调整天线***的波束宽度。同样地，该方法导致了天线增益的降低，同时增加了天线的厚度。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提出一种可控制波束宽度的多***基站天线，在满足实际工程使用中对天线体积的小型化需求的前提下，保证天线的波束宽度为65度左右。
本发明提出一种可控制波束宽度的多***基站天线，包括金属反射板和安装在金属反射板上的辐射单元；
所述辐射单元沿多列纵向直线相互平行且等数量不等间距排列，构成多列天线阵列；所述多列天线阵列的每列第一个辐射单元位于同一条横向直线上，且与阵列方向垂直相交。
进一步地，所述多列天线阵列的纵向直线列阵数量为偶数。
进一步地，所述辐射单元包含相互正交的第一振子和第二振子；所述振子的形式为贴片振子或半波振子或微带振子，亦可以为多类天线振子的组合。
进一步地，所述辐射单元的纵向间距包括纵向第一间距、纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距和纵向第六间距；所述纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距及纵向第六间距之和等于两倍所述纵向第一间距。
进一步地，所述纵向第一间距为工作中心频率的0.8倍波长。
进一步地，所述多***基站天线的子***包括多个横向子阵和多个纵向子阵；所述横向子阵作为单个辐射组合与所述纵向子阵的各辐射单元通过馈电网络连接。
进一步地，所述横向子阵包含相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元。
进一步地，所述相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元通过两路功分器连接。
进一步地，所述纵向子阵包含至少两个沿纵向直线阵列方向的辐射单元，且沿着纵向线性等间距排列。
进一步地，所述等间距距离为纵向第一间距距离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的多***基站天线中的子***天线阵列由多个横向子阵与多个纵向子阵组成，通过调整横向子阵中两路功分器的功率比与相位差，可以控制天线子***的波束宽度、增益、波束偏离度及交叉极化鉴别率等辐射特性。本发明所提出的一种可控制波束宽度的多***基站天线，可以克服现有技术操作复杂、天线辐射效率低下与天线增益明显衰减等缺陷。在满足实际工程使用中对天线体积的小型化需求的前提下，保证天线的波束宽度为65度左右，增益、波束偏离度和交叉极化鉴别率等辐射性能指标不劣于常规天线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为专利2011800006110一种阵列天线及控制阵列天线波束宽度的方法阵元布置示意图；
图2为专利2015800561333具有用于控制波束宽度的介电板载荷的天线结构示意图；
图3为本发明一种可控制波束宽度的多***基站天线实施例天线示意图；
图4为本发明一种可控制波束宽度的多***基站天线另一实施例天线示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明提出一种可控制波束宽度的多***基站天线，具体包括金属反射板和安装在金属反射板上的辐射单元；
所述辐射单元沿多列纵向直线相互平行且等数量不等间距排列，构成多列天线阵列；所述多列天线阵列的每列第一个辐射单元位于同一条横向直线上，且与阵列方向垂直相交。
所述多列天线阵列纵向直线列阵数量为偶数。
所述辐射单元包含相互正交的第一振子和第二振子；所述振子的形式为贴片振子或半波振子或微带振子，亦可以为多类天线振子的组合。
所述辐射单元的纵向间距包括纵向第一间距、纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距和纵向第六间距；所述纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距及纵向第六间距之和等于两倍所述纵向第一间距。所述纵向第一间距为工作中心频率的0.8倍波长。
所述多***基站天线的子***包括多个横向子阵和多个纵向子阵；所述横向子阵作为单个辐射组合与所述纵向子阵的各辐射单元通过馈电网络连接。所述横向子阵包含相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元。所述相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元通过两路功分器连接。
所述纵向子阵包含至少两个沿纵向直线阵列方向的辐射单元，且沿着纵向线性等间距排列。所述等间距距离为纵向第一间距距离。
实施例1：
通过以下具体实施例来解释一种可控制波束宽度的多***基站天线的相关工作原理。
在本发明实施例中，如图3所示，所述多***基站天线包含金属反射板1，安装在金属反射板1上的多列辐射单元2。
所述辐射单元2作为阵列天线的阵元，包含相互正交的第一振子201和第二振子202，振子的形式可以为贴片振子、半波振子、微带振子等，亦可以为多类天线振子的组合。
等数量的辐射单元2沿着多条相互平行的纵向直线不等间距排列，形成多列天线阵列。每列天线阵列的第一个辐射单元2在同一条横向直线上，与阵列方向垂直相交。纵向上，辐射单元2的间距包含纵向第一间距D1、纵向第二间距D2、纵向第三间距D3、纵向第四间距D4、纵向第五间距D5和第六间距D6。其中，纵向第一间距D1为最大间距，大致为工作中心频率的0.8倍波长。纵向第二间距D2、纵向第三间距D3、纵向第四间距D4、纵向第五间距D5和第六间距D6间距均小于纵向第一间距D1。
优选地，天线纵向直线阵列的数量为偶数。
所述多***基站天线中的一个子***对应的阵列Array1由多个横向子阵A与多个纵向子阵B组成。其中，横向子阵A包含位于相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元2；纵向子阵B包含两个或两个以上辐射单元2，沿着纵向线性等间距排列，间距为纵向第一间距D1。
所述横向子阵A包含的两个辐射单元2采用两路功分器进行连接，通过调整两路功分器输出端的功率比与相位差，使得阵列Array1对应的天线子***的具有65度左右的半功率波束宽度，并保证增益、波束偏离度和交叉极化鉴别率等辐射性能指标不劣于常规天线。
所述阵列Array1依次包含纵向子阵B1、横向子阵A1、横向子阵A2与纵向子阵B2。纵向子阵B1与横向子阵A1的邻近的辐射单元2间距为纵向第二间距D2，横向子阵A1与横向子阵A2的邻近的辐射单元2间距为纵向第三间距D3+纵向第四间距D4，横向子阵A2与纵向子阵B2的邻近的辐射单元2间距为纵向第五间距D5+纵向第六间距D6。
较佳地，2×纵向第一间距D1＝纵向第二间距D2+纵向第三间距D3+纵向第四间距D4+纵向第五间距D5+纵向第六间距D6。
所述横向子阵A1、A2分别作为单个辐射组合与纵向子阵B1、B2中的各辐射单元2通过馈电网络连接在一起，形成一个完整天线子***。
如图3所示，所述阵列Array1的大部分辐射单元2位于第二列纵向直线阵列，同理其余纵向直线阵列的辐射单元2亦可以采用相同的组阵方法构成多个独立的天线子***。
实施例2：
如图4所示，本发明实施例在实施例1的基础上进行了部分改动。具体地，将相邻纵向直线阵列在纵向上错位，错位距离小于纵向第一间距D1。一个独立子天线***对应的阵列Array2由多个斜向子阵C与多个纵向子阵B组成。斜向子阵C包含位于相邻纵向直线阵列的对应的两个辐射单元2；纵向子阵B包含两个或两个以上辐射单元2，沿着纵向线性等间距纵向第一间距D1排列。斜向子阵C包含两个辐射单元2采用两路功分器进行连接，通过调整两路功分器输出端的功率比与相位差，使得阵列Array2对应的天线子***的具有65度左右的半功率波束宽度，并保证增益、波束偏离度和交叉极化鉴别率等辐射性能指标不劣于常规天线。
本发明提出的多***基站天线中的子***天线阵列由多个横向子阵与多个纵向子阵组成，通过调整横向子阵中两路功分器的功率比与相位差，可以控制天线子***的波束宽度、增益、波束偏离度及交叉极化鉴别率等辐射特性。
本发明所提出的一种可控制波束宽度的多***基站天线，可以克服现有技术操作复杂、天线辐射效率低下与天线增益明显衰减等缺陷。在满足实际工程使用中对天线体积的小型化需求的前提下，保证天线的波束宽度为65度左右，增益、波束偏离度和交叉极化鉴别率等辐射性能指标不劣于常规天线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可控制波束宽度的多***基站天线，包括金属反射板和安装在金属反射板上的辐射单元；其特征在于，
所述辐射单元沿多列纵向直线相互平行且等数量不等间距排列，构成多列天线阵列；所述多列天线阵列的每列第一个辐射单元位于同一条横向直线上，且与阵列方向垂直相交；
所述多***基站天线的子***包括多个横向子阵和多个纵向子阵；
所述辐射单元的纵向间距包括纵向第一间距、纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距和纵向第六间距；所述纵向第二间距、纵向第三间距、纵向第四间距、纵向第五间距及纵向第六间距之和等于两倍所述纵向第一间距；
所述横向子阵作为单个辐射组合与所述纵向子阵的各辐射单元通过馈电网络连接；所述横向子阵包含相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元；所述相邻纵向直线阵列对应的两个辐射单元通过两路功分器连接；
所述纵向子阵包含至少两个沿纵向直线阵列方向的辐射单元，且沿着纵向线性等间距排列。
2.根据权利要求1所述一种可控制波束宽度的多***基站天线，其特征在于，所述多列天线阵列的纵向直线列阵数量为偶数。
3.根据权利要求1所述一种可控制波束宽度的多***基站天线，其特征在于，所述辐射单元包含相互正交的第一振子和第二振子；
所述振子的形式为贴片振子或半波振子或微带振子，亦可以为多类天线振子的组合。
4.根据权利要求1所述一种可控制波束宽度的多***基站天线，其特征在于，所述纵向第一间距为工作中心频率的0.8倍波长。
5.根据权利要求1所述一种可控制波束宽度的多***基站天线，其特征在于，所述等间距距离为纵向第一间距距离。
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