CN102570055A

CN102570055A - 一种用于移动通信基站的双极化八波束天线

Info

Publication number: CN102570055A
Application number: CN2012100187273A
Authority: CN
Inventors: 吴壁群; 叶亮华
Original assignee: Guangdong Broadradio Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Broadradio Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102570055B

Abstract

本发明提供一种用于移动通信基站的双极化八波束天线，包括天线阵列、巴特勒矩阵馈电网络、功分器组和金属底板。天线阵列位于金属底板上面，巴特勒矩阵馈电网络和功分器位于金属底板下面。本天线在水平方向上形成8个固定指向的窄波束，这8个波束之间干扰小，每个波束具有两个极化方式。本发明天线具有高容量、宽频带、低旁瓣、宽辐射范围的特点。本发明克服现有移动通信基站天线普遍采用一个固定的宽波束，需要空间分集和抗干扰能力差等缺点，提高了移动通信基站的通信容量。

Description

一种用于移动通信基站的双极化八波束天线

技术领域

本发明涉及移动通信基站用的天线，具体涉及一种应用于移动通信环境下的低旁瓣的移动通信基站双极化八波束天线。

背景技术

多波束天线的概念最早出现在卫星通信中，在卫星上使用多波束天线，用不同的波束覆盖不同的区域范围。用在卫星上的多波束天线主要有多波束透镜天线、多波束反射面天线以及多波束相控阵天线等。这些天线的工作频率均为卫星通信的频段，频率不同，采用的技术也不同。

在移动通信系统中，基站采用智能天线技术以实现空分多址，可以增加网络覆盖距离，扩大通信网络系统容量，降低通信系统的灵敏度要求，改善链路通信质量，提高抗多径衰落的能力等优点。由于智能天线的优异性能，近几年来已成为移动通信技术中的关键技术与研发热点。

传统基站天线通过在覆盖区域产生一个固定的宽波束来进行通信，这样由于容易产生干扰而使通信容量降低，多波束天线为了适应移动环境高通信容量的性能需求，采用了多个固定的波束来覆盖工作区域。

而在现有技术中，通常使用双层微带辐射单元，其频带虽有所展宽，但结构复杂、成本高，可靠性有所下降，使得双频的辐射单元难以形成。本发明天线单元采用单根天线实现8个窄辐射波束，同时可以有效地拓展带宽。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于移动通信基站双极化八波束天线，以克服现有移动通信基站天线普遍采用一个固定的宽波束，需要空间分集和抗干扰能力差等缺点，提高移动通信基站的通信容量。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于移动通信基站的双极化八波束天线，包括天线阵列、金属底板、2个巴特勒矩阵馈电网络和若干个功分器，天线阵列固定在金属地板上表面，巴特勒矩阵馈电网络、功分器固定在金属地板下表面，巴特勒矩阵馈电网络的输出端口与功分器的输入端相连，功分器的输出端口与辐射单元相连，所述巴特勒矩阵馈电网络包括1个8路巴特勒矩阵；所述天线阵列包括至少8列直线天线阵，直线天线阵中的辐射单元包括-45°和+45°两个极化方式排列的贴片天线。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，每列直线天线阵包括至少2个所述辐射单元。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案各直线天线阵相互平行，且所有直线天线阵的两端相互对齐。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，各直线天线阵相互平行，且相邻两列直线天线阵的两端不对齐，以最边上的一列直线天线阵为第一列，其中所有奇数列的两端相互对齐，所有偶数列的两端相互对齐。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，把所述若干功分器分为两组，每组结构一样，每组功分器的个数和直线天线阵的列数相同；每个功分器的输出端口的数量和直线天线阵中辐射单元的个数相同；对于其中一组功分器，每个功分器的各个输出端口各自与同一列直线天线阵中各辐射单元的+45°极化贴片天线连接；对于另一组功分器，每个功分器的各个输出端口各自与同一列直线天线阵中各辐射单元的-45°极化贴片天线连接。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，其中一个巴特勒矩阵馈电网络的输出端口和一组功分器的输入端口相连，另外一个巴特勒矩阵馈电网络的输出端口和另一组功分器的输入端口相连。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，每个巴特勒矩阵馈电网络有8个输入端口，输出端口的数目和直线天线阵的数目相同。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，当直线天线阵的数目为8列时，巴特勒矩阵馈电网络由1个8路巴特勒矩阵组成，8路巴特勒矩阵由12个90°混合器、8个移相器组成，每个90°混合器具有2个输入端口和2个输出端口，12个90°混合器为3行4列的矩阵排列，第一行的4个90°混合器的输入端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输入端口，这4个90°混合器各有一个输出端口自经过一个移相器接到第二行的4个90°混合器的输入端，这4个90°混合器的另外4个输出端口直接连接到第二行的4个90°混合器的输入端，第二行的4个90°混合器各有一个输出端口经过一个移相器后接到第三行的4个90°混合器的输入端，另外4个输出端口直接连接到第三行的4个90°混合器的输入端，第三行的4个90°混合器的8个输出端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输出端口。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，当直线天线阵的数目多于8个时，1个巴特勒矩阵馈电网络由1个8路巴特勒矩阵和1个功分器网络组成，功分器网络输出端口的数量与直线天线阵的列数相同；8路巴特勒矩阵的输出端口与功分器网络的输入端口相连，功分器网络的输出端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输出端口。

作为上述的移动通信基站双极化八波束天线的优化方案，所述辐射单元包括两个介质板、金属盖片和基座板；两个介质板的结构相同或相似，介质板的两个面分别附着有印刷电路和匹配电路，两个介质板以90度十字形交叉固定，并焊接在基座板上，匹配电路由微带传输线组成，金属盖片固定在介质板上方。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：通过本发明，提供了一种可以通过单根天线实现8个窄的辐射波束的技术方案，为移动通信领域提供一种可以提供高信道容量、宽频带、波束之间干扰小、波束可以精确控制的天线。根据本发明原则制成的八波束天线，性能稳定，易于安装。并且可以有效降低成本，更好的满足用户需求。

附图说明

图1为实施方式中天线的总体结构示意图。

图2为实施方式中天线阵列的一种平面排列示意图。

图3为实施方式中天线阵列的另一种平面排列示意图。

图4为实施方式中辐射单元整体结构示意图。

图5为实施方式中辐射单元的俯视图。

图6为实施方式中辐射单元的+45度排列的介质板结构示意图。

图7为实施方式中辐射单元的-45度排列的介质板结构示意图。

图8为实施方式中辐射单元的基座板结构示意图。

图9为实施方式中辐射单元的金属盖片结构示意图。

图10为实施方式中一分六功分器结构示意图。

图11为实施方式中巴特勒矩阵馈电网络结构示意图。

图12为实施方式中8路巴特勒矩阵的结构示意图。

具体实施方式

以上内容已经对本发明作了充分的说明，以下再结合附图和具体实施措施对本发明的实施做进一步详细说明，但对于本领域技术人员来说，本发明的保护范围不限于此。

如图1所示，一种用于移动通信基站的八波束天线,包括天线阵列101、巴特勒矩阵馈电网络102、功分器组103和金属底板104。其中，天线阵列101位于金属底板104上面，巴特勒矩阵馈电网络102和功分器103位于金属底板104下面。金属底板104用于固定辐射单元105、巴特勒矩阵馈电网络102以及功分器103。

如图2所示,天线阵列101由14列直线天线阵（201、202、203…214）组成，这14列直线天线阵相互平行错位排列；如图3所示为天线阵列的另一种平面排列示意图,天线阵列或者由14列直线天线阵（301、302、303…314）组成，这14列直线天线阵相互平行不错位排列。相邻两列直线天线阵的距离都为0.5 λ，每列直线天线阵由6个相同的辐射单元105组成，相邻辐射单元的距离为0.8 λ。这样天线阵列由6行14列共84个辐射单元105组成。

如图4所示，天线辐射单元由一个+45度极化的贴片天线和一个-45度极化的贴片天线组成。+45度极化的贴片天线包括金属盖片401、介质板402和基座板404，-45度极化的贴片天线包括金属盖片401、基座板404和另一介质板403，即+45、-45度极化的贴片天线共用金属盖片401和基座板404，两个介质板（402、403）分别以+45度和-45度方式排布，交叉组合在一起，以

十字形交叉固定，如图5所示。

如图6所示，该详细电路仅作为举例，本发明不限于此。介质板两个表面分别附着有第一环状印刷电路和第一匹配电路；环状印刷电路雕刻在第一介质板402的一面，由两个倒L形金属电路（601、602）组成，两个倒L形金属电路（601、602）之间存在空隙卡口606，介质板402中开了一个孔603。匹配电路由引线端607和三段线宽不一样的传输线（608、609、610）串联组成。介质板下端604、605穿过基座板上的第一对缝隙（807、805）固定在基座板上。

第二介质板403的结构基本和介质板402相似，如图7所示，第二环状印刷电路雕刻在该介质板的一面，由另外两个倒L形金属电路（701、702）组成，该两个倒L形金属电路之间存在另一空隙卡口704；该介质板也开了另一个孔703，其第二匹配电路也由引线端707和三段线宽不一样的传输线（708、709、710）串联组成。第二介质板下端（705、706）穿过基座板上的第二对缝隙（804、806）固定在基座板上。第一介质板402上的空隙卡口606和第二介质板403上的空隙卡口704交叉固定。金属盖片401为正方形形状，固定在两个介质板（402、403）上方。基座板404下侧有一层十字形电路801，十字形电路801下侧有一层绝缘介质层808。两个介质板（402、403）的下端（604、605、705、706）通过基座板上的缝隙（807、805、804、806）固定在基座板上。基座板上还开有两个孔（803、802），+45度极化的贴片天线的第一馈电电缆穿过其中一个孔803，且第一馈电电缆的外导体焊接在第一倒L形金属电路601上，第一馈电电缆的内导体穿过第一介质板402上的孔603焊接在第一匹配电路的引线端607上。-45度极化的贴片天线的第二馈电电缆穿过基座板的另一孔802，且第二馈电电缆的外导体焊接在的第二介质板403的倒L形金属电路702上，第二馈电电缆的内导体穿过第二介质板403上的所述另一个孔703焊接在第二匹配电路的引线端707上。

本实施方式中包含两组结构相同的功分器，功分器采用一分六功分器19（如图10），且每组功分器的个数为14。一分六功分器有一个功率合成端口12和6个功率分配端口（13、14、15、16、17、18），一分六功分器19的各个功率分配端口（13、14、15、16、17、18）的分配功率幅度和相位可以根据实际需求来确定。对于其中一组功分器，每个一分六功分器19的各个功率分配端口（13、14、15、16、17、18）各自与同一列直线天线阵中各辐射单元105的+45°极化的贴片天线电性连接；对于另一组功分器，每个一分六功分器的各个功率分配端口各自与同一列直线天线阵中各辐射单元的-45°极化的贴片天线电性连接。在本具体实例中，一分六功分器19的各相邻功率分配端口的分配功率可有一定的相位差，使垂直方向图有一定的下倾角并指向-6度。

本发明包括两个结构相同的巴特勒矩阵馈电网络102。如图11，每个巴特勒矩阵馈电网络102由1个8路巴特勒矩阵32和1个功分器网络31组成，8路巴特勒矩阵32的输出端口与功分器网络31的输入端口连接，功分器网络输出端口的数量与直线天线阵的列数相同，为14。8路巴特勒矩阵32由12个结构相同的90度混合器（41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52）和若干个移相器（53、54、55）组成，具体结构示例如图12所示。8路巴特勒矩阵32有8个输入端口和8个输出端口（输入输出端口都匹配），输入口之间相互隔离，输入端口连接信号输入电缆，输出端口连接功分器网络的输入端口。对于其中一个巴特勒矩阵馈电网络，其功分器网络的各输出端口分别与其中一组功分器19的各输入端口电性连接；对于另外一个巴特勒矩阵馈电网络，其功分器网络的各输出端口分别与另外一组功分器19的各输入端口电性连接。

对于整个巴特勒矩阵馈电网络，当不同的输入端口（1、2、3、4、5、6、7、8）馈电时，输出端口的信号相位呈不同的线性变化，因此，当其巴特勒矩阵馈电网络的不同输入端馈电时，天线水平方向的辐射波束指向不同，其中输入端口1产生水平+10度指向的波束，输入端口2产生水平+60度指向的波束，输入端口3产生水平-40度指向的波束，输入端口4产生水平+20度指向的波束，输入端口5产生水平-20度指向的波束，输入端口6产生水平+40度指向的波束，输入端口7产生水平-60度指向的波束，输入端口8产生水平-10度指向的波束。

在本具体实例中，当两个巴特勒矩阵馈电网络的8个端口同时馈电时，天线产生两个不同极化方式且水平指向±10度、±20度、±40度和±60度的8个波束，且这8个波束在垂直方向下倾6度。

综上所述，通过本发明的上述实施例，提供了一种可以通过单根天线实现8个窄辐射波束的技术方案，因而可以提供高信道容量、宽频带、波束之间干扰小、波束可以精确控制的天线。根据本发明原则制成的八波束天线，性能稳定，易于安装。并且可以有效降低成本，更好的满足用户需求。

以上所述为本发明的优选实施例而已，本发明的实施和要求保护的范围并不局限于上述实施例的范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。特别需要强调的是，对于本领域技术人员来说，本发明的波束的指向和波束宽度可以根据不同的需求做出调整，通过调整本方案中直线天线阵的列数、相邻两列直线天线阵之间的距离、每列直线天线阵的辐射单元个数、相邻辐射单元之间的距离、功分器功率分配端口的分配功率幅度和相位，从而调节波束指向和宽度的改动亦在本发明保护范围之内。另外，通过调整馈电端口的数量而改变水平波束的数量的改动也在本发明保护范围。

Claims

1.一种用于移动通信基站的双极化八波束天线，其特征在于包括天线阵列、金属底板、2个巴特勒矩阵馈电网络和若干个功分器，天线阵列固定在金属地板上表面，巴特勒矩阵馈电网络、功分器固定在金属地板下表面，巴特勒矩阵馈电网络的输出端口与功分器的输入端相连，功分器的输出端口与辐射单元相连，所述巴特勒矩阵馈电网络包括1个8路巴特勒矩阵；所述天线阵列包括至少8列直线天线阵，直线天线阵中的辐射单元包括-45°和+45°两个极化方式排列的贴片天线。

2.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于每列直线天线阵包括至少2个所述辐射单元。

3.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于各直线天线阵相互平行，且所有直线天线阵的两端相互对齐。

4.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于各直线天线阵相互平行，且相邻两列直线天线阵的两端不对齐，以最边上的一列直线天线阵为第一列，其中所有奇数列的两端相互对齐，所有偶数列的两端相互对齐。

5.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于把所述若干功分器分为两组，每组结构一样，每组功分器的个数和直线天线阵的列数相同；每个功分器的输出端口的数量和直线天线阵中辐射单元的个数相同；对于其中一组功分器，每个功分器的各个输出端口各自与同一列直线天线阵中各辐射单元的+45°极化贴片天线连接；对于另一组功分器，每个功分器的各个输出端口各自与同一列直线天线阵中各辐射单元的-45°极化贴片天线连接。

6.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于其中一个巴特勒矩阵馈电网络的输出端口和一组功分器的输入端口相连，另外一个巴特勒矩阵馈电网络的输出端口和另一组功分器的输入端口相连。

7.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于每个巴特勒矩阵馈电网络有8个输入端口，输出端口的数目和直线天线阵的数目相同。

8.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于当直线天线阵的数目为8列时，1个巴特勒矩阵馈电网络由1个8路巴特勒矩阵组成，8路巴特勒矩阵由12个90°混合器、8个移相器组成，每个90°混合器具有2个输入端口和2个输出端口，12个90°混合器为3行4列的矩阵排列，第一行的4个90°混合器的输入端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输入端口，这4个90°混合器各有一个输出端口自经过一个移相器接到第二行的4个90°混合器的输入端，这4个90°混合器的另外4个输出端口直接连接到第二行的4个90°混合器的输入端，第二行的4个90°混合器各有一个输出端口经过一个移相器后接到第三行的4个90°混合器的输入端，另外4个输出端口直接连接到第三行的4个90°混合器的输入端，第三行的4个90°混合器的8个输出端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输出端口。

9.根据权利要求1所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于当直线天线阵的数目多于8个时，1个巴特勒矩阵馈电网络由1个8路巴特勒矩阵和1个功分器网络组成，功分器网络输出端口的数量与直线天线阵的列数相同；8路巴特勒矩阵的输出端口与功分器网络的输入端口相连，功分器网络的输出端口作为巴特勒矩阵馈电网络的输出端口。

10.根据权利要求1~9任一项所述的移动通信基站双极化八波束天线，其特征在于所述辐射单元包括金属盖片、基座板和两个介质板；两个介质板的结构相同或相似，介质板的两个面分别附着有印刷电路和匹配电路，两个介质板以90度十字形交叉固定，并焊接在基座板上，匹配电路由微带传输线组成，金属盖片固定在介质板上方。