CN102694275A - 天线阵列和天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种天线阵列和包括上述天线阵列的天线。上述天线阵列包括至少两个非共享子阵列和至少一个共享子阵列，其中：每一共享子阵列设置于两个非共享子阵列之间；每一非共享子阵列的工作频段均不同于其他非共享子阵列的工作频段；共享子阵列的工作频段包括与之相邻的两个非共享子阵列的工作频段。由上可见，上述非共享子阵列可工作于不同的工作频段上，因此由非共享子阵列和共享子阵列组成的天线阵列可同时独立工作于不同的工作频段，进而可令包含上述天线阵列的天线独立工作于不同的工作频段上，从而扩大了天线的带宽。

Description

天线阵列和天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及天线阵列和天线。

背景技术

随着移动通讯技术的发展，对天线的带宽的需求越来越高，传统的单频段天线已无法满足要求，因此亟需对现有的天线及其组件进行改进，以扩大带宽。

发明内容

本发明实施例目的在于提供适应多频段的天线阵列和天线。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的一个方面，提供一种天线阵列，包括至少两个非共享子阵列和至少一个共享子阵列，其中：

每一所述共享子阵列设置于两个非共享子阵列之间；

每一非共享子阵列的工作频段均不同于其他非共享子阵列的工作频段；

所述共享子阵列的工作频段包括与之相邻的两个非共享子阵列的工作频段。

根据本发明实施例的另一个方面，提供包括上述天线阵列的天线。

由上可知，在本发明实施例所提供的技术方案中，非共享子阵列可工作于不同的频段上，因此由非共享子阵列和共享子阵列组成的天线阵列可同时独立工作于不同的频段。进而可令包含上述天线阵列的天线独立工作于不同的频段上，从而增大了天线的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的天线阵列结构示意图；

图2为本发明实施例提供的天线阵列结构另一示意图；

图3为本发明实施例提供的天线阵列结构又一示意图；

图4为本发明实施例提供的天线阵列结构又一示意图；

图5为本发明实施例提供的天线阵列结构又一示意图；

图6为本发明实施例提供的各子阵列相邻辐射器间的水平间距不相同的示意图；

图7为本发明实施例提供的各子阵列相邻辐射器间的垂直间距不相同的示意图；

图8为本发明实施例提供的各子阵列中的辐射器呈三角栅格排布的示意图；

图9为本发明实施例提供的可支持两个端口的宽频辐射器结构示意图；

图10为本发明实施例提供的可支持两个端口的宽频辐射器另一结构示意图；

图11为本发明实施例提供的可支持一个端口的宽频辐射器结构示意图；

图12为本发明实施例提供的具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的连接示意图；

图13为本发明实施例提供的具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的另一连接示意图；

图14为本发明实施例提供的具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的又一连接示意图；

图15a为本发明实施例提供的具有一个端口的宽频辐射器与分频设备的连接示意图；

图15b为本发明实施例提供的具有一个端口的宽频辐射器与分频设备的另一连接示意图；

图15c为本发明实施例提供的具有一个端口的宽频辐射器与分频设备的连接示意图；

图15d为本发明实施例提供的具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的另一连接示意图；

图16为本发明实施例提供的天线阵列结构又一示意图。

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作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。

本发明实施例目的在于提供适应多频段的天线阵列和天线。其中，天线阵列包括至少两个非共享子阵列和至少一个共享子阵列，并且，每一共享子阵列设置于两个非共享子阵列之间，每一非共享子阵列的工作频段均不同于其他非共享子阵列的工作频段；共享子阵列的工作频段包括与之相邻的两个非共享子阵列的工作频段。

由于非共享子阵列可工作于不同的工作频段上，因此由非共享子阵列和共享子阵列组成的天线阵列即可同时独立工作于不同的工作频段。进而可令包含上述天线阵列的天线独立工作于不同的工作频段上，从而扩大了天线的带宽。

图1示出了上述天线阵列的一种结构，其包括非共享子阵列A、C，以及共享子阵列B，每一子阵列中均包括辐射器101。需要注意的是，每一子阵列中所包含的辐射器个数可视实际情况进行设计，针对某一子阵列而言，其所包含的辐射器的个数与其他子阵列所包含的辐射器的个数可以相等也可以不等。其中：

共享子阵列B设置于非共享子阵列A、C之间；

非共享子阵列A的工作频段为f1（也即工作于f1频段），非共享子阵列C的工作频段为f2；而共享子阵列B的工作频段包括f1和f2（本发明实施例以f1，f2来对两个不同的频段进行区别，但f1、f2不应理解为对频段的限制，应理解为用于区别表示不同的频段）。

在图1中，非共享子阵列A+共享子阵列B形成了一个工作在频段f1的天线阵，而非共享子阵列C+共享子阵列B形成了一个工作在频段f2的天线阵。

需要指出的是，使用共享子阵列B可以减少天线阵列的整体长度以及所使用的辐射器的数量。这是因为：假设工作在频段f1的天线阵1需要6排辐射器（每一排辐射器在水平方向上呈线性排列），而工作在频段f2的天线阵2也需要6排辐射器。在未引入共享子阵列B之前，天线阵1与天线阵2总共需要12排辐射器。

而在引入共享子阵列B后，假定共享子阵列B包括3排辐射器，那么，非共享子阵列A和C只需要分别包括3排辐射器，即可分别与共享子阵列B的3排辐射器组合，构成工作在频段f1并包括6排辐射器的天线阵1，以及工作在频段f2并包括6排辐射器的天线阵2。由此可见，引入共享子阵列B后，整个天线阵列实际只需要9排辐射器即可组成上述天线阵1和天线阵2。与未引入共享子阵列B之前，共需要12排辐射器组成天线阵1和天线阵2相比，减少了3排辐射器的长度，当然，也减少了所使用的辐射器的个数。

另外，需要说明的是，本发明所有实施例中的工作可指接收和发送信号，也可仅指接收信号或发送信号。

图1所示的天线阵列中，非共享子阵列A、C和共享子阵列B在整个天线阵列面的垂直方向上呈交错分布。而在本发明其他实施例中，参见图2，其还可以在整个天线阵列面的水平方向上呈交错分布。

上述垂直方向相当于Y坐标方向，而水平方向相当于X坐标方向。如无特殊声明，本文后续的垂直、水平均遵从同一XY坐标系。

除垂直和水平分布外，在本发明其他实施例中，上述非共享子阵列和共享子阵列还可呈星形分布，共享子阵列位于中心。

请参见图3，非共享子阵列A、C、D、E与共享子阵列B即呈星形分布，共享子阵列B位于中心。需要说明的是，由于非共享子阵列A、C、D、E分别工作于f1、f2、f3、f4四个不同的工作频段，共享子阵列B也需要支持同时独立工作于f1、f2、f3、f4这四个频段上。

或者，参见图4，八个非共享子阵列A、C、D、E、F、G、H、I与一个共享子阵列B同样呈星形分布，共享子阵列B位于中心（也可视为呈矩阵分布）。同理，由于非共享子阵列A、C、D、E、F、G、H、I分别工作于八个不同的工作频段，共享子阵列也需要可同时独立工作于上述八个不同的工作频段上。

此外，参见图5，上述共享子阵列和非共享子阵列的关系也可以为：

非共享子阵列A工作在f1频段；

共享子阵列B工作在f1和f2频段；

非共享子阵列C工作在f2频段；

共享子阵列D工作在f2和f3频段；

非共享子阵列E工作在f3频段。

图5可依次类推，在此不作赘述。

为便于介绍，下面将主要以包括非共享子阵列A和C，以及共享子阵列B的天线阵列为例，对本发明的技术方案进行介绍。

在本发明其他实施例中，上述任一子阵列中相邻辐射器间的间距可不同于其他子阵列中相邻辐射器间的间距。此处的间距可包括水平间距或垂直间距，也可同时包括水平间距和垂直间距。

比如，为提高阵列带宽，上述所有实施例中的任一子阵列中相邻辐射器间的水平间距，可不同于其他子阵列中相邻辐射器间的水平间距（当然，在无提高阵列带宽的要求时，不同子阵列中相邻辐射器间的水平间距也可相同）。

详情请参见图6，非共享子阵列A中相邻辐射器间的水平间距为d1，共享子阵列B中相邻辐射器间的水平间距为d2，而非共享子阵列C中相邻辐射器间的水平间距为d3，并且d1≠d2≠d3。

对于非共享子阵列而言，其水平间距一般为自身工作波长的0.3~1.2倍，比如0.5倍、0.4倍、1倍等等。至于共享子阵列B中相邻辐射器间的水平间距d2，其典型值可为相邻两个非共享子阵列的水平间距之和的二分之一，也即当然，也可为其所支持的某一工作波长的0.3~1.2倍，本发明在此不作具体限制。

再比如，考虑到隔离度问题，上述所有实施例中的任一子阵列中相邻辐射器间的垂直间距，可不同于其他子阵列中相邻辐射器间的垂直间距（当然，在隔离度要求不高时，不同子阵列中相邻辐射器间的垂直间距也可相同）。

详情请参见图7，非共享子阵列A中相邻辐射器间的垂直间距为d4，共享子阵列B中相邻辐射器间的垂直间距为d5，而非共享子阵列C中相邻辐射器间的垂直间距为d6，并且d4≠d5≠d6。

对于非共享子阵列而言，其垂直间距与自身的工作频率相关，一般为0.5~1.5倍的工作波长，比如0.8倍、0.7倍、0.6倍、1倍等等。至于共享子阵列B中相邻辐射器间的垂直间距d5，其典型值可为相邻两非共享子阵列垂直间距之和的二分之一，也即

当然，也可为其所支持的某一工作波长的0.5~1.5倍，本发明在此不作具体限制。

为进一步提高隔离度，参见图8，在本发明其他实施例中，上述所有实施例中，任一子阵列中的辐射器可呈三角栅格排布（或称为错开两列之间的位置）。当然，在对隔离度要求不高的应用场景中，子阵列中的辐射器也可呈标准的矩阵分布。

下面，将详细介绍共享子阵列如何独立工作于不同的频段。

为实现独立工作于不同的频段，共享子阵列中的辐射器需要为宽频辐射器。并且，需要使用至少支持两个不同工作频段的分频设备与之连接，对其进行分频。至于非共享子阵列中的辐射器，则可为宽频辐射器也可为非宽频辐射器，在此不作赘述。

共享子阵列中的宽频辐射器可具有两个端口（也可称为支持两个端口）或一个端口。

图9示出了可支持两个端口（为区别起见，将这两个端口以第一端口D1和第二端口D2相称）的宽频辐射器的一种结构：第一端口D1所在侧的柱形馈电装置N1与第二端口D2所在侧的外壁B2相连接，而第二端口D2所在侧的柱形馈电装置N2与第一端口D1所在侧的外壁B1相连接。

除了图9所示的结构，请参见图10，可支持第一端口D1和第二端口D2的宽频辐射器还可为另一结构：U型馈电装置N插入第一端口D1所在侧的外壁B1内，以及，第二端口D2所在侧的外壁B2内。

具有一个端口（将该端口称为端口D3）的宽频辐射器的一种结构可参见图11：端口D3所在侧的柱形馈电装置N3与另一振子Z相连接。

现先对具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的连接方式进行介绍，其连接方式有以下几种基本类型：

其一，

请参见图12，分频设备100包括两个滤波器2，每一滤波器2具有一个频率接口以及一个射频接口，并且，任一滤波器2的频率接口与其他滤波器2的频率接口均工作于不同的工作频段。而宽频辐射器1的一个端口D1与其中一个滤波器2的射频接口相连，另一个端口D2与另一个滤波器2的射频接口相连。

图12中的分频设备100可独立工作于2个不同的工作频段，例如f1和f2。则当宽频辐射器1与分频设备100相连时，宽频辐射器1也可独立工作于f1和f2上。从而实现了共享子阵列独立工作于f1和f2上。

其二，

请参见图13，分频设备100包括一个滤波器2和一个分频器102，其中，滤波器2具有一个频率接口和一个射频接口，而分频器102则具有至少两个频率接口和一个射频接口，并且滤波器2的频率接口与分频器102上的任一频率接口均工作于不同的工作频段上。宽频辐射器1的一个端口D1与滤波器2的射频接口相连，另一个端口D2与分频器102的射频接口相连。

图13中分频设备100可独立工作于3个不同的工作频段，例如f1、f2和f3（f1、f2、f3只用于区别表示不同的频段）上，当宽频辐射器1与分频设备100相连时，宽频辐射器1也可独立工作于上述3个工作频段上，从而实现了共享子阵列独立工作于上述3个工作频段上。

其三，

请参见图14，分频设备100包括两个分频器102，每一分频器102具有至少两个频率接口和一个射频接口，并且，任一分频器的任一频率接口与其他分频器的任一频率接口均工作于不同的工作频段上。宽频辐射器1的一个端口D1与其中一个分频器102的射频接口相连，另一个端口D2与另一分频器102的射频接口相连。

可见，图14中的分频设备100可支持至少4个不同的工作频段f1-f4（f1-f4只用于区别表示不同的频段）。这样，当宽频辐射器1与之相连时，宽频辐射器1也可独立工作于至少4个工作频段上。从而实现了共享子阵列独立工作于上述4个工作频段上。

在介绍完具有两个端口的宽频辐射器与分频设备的连接方式后，下面将以具有一个端口的宽频辐射器为基础，对共享子阵列中宽频辐射器与分频设备的连接方式进行介绍。

为与“具有一个端口的宽频辐射器”相区别，本发明下文将“具有一个端口的宽频辐射器”称为宽频辐射器2。

请参见图15a-b，分频设备可包括至少一个分频器102，每一分频器102具有至少两个可工作于不同工作频段的频率接口和一个射频接口，而宽频辐射器2所具有的那一个端口D3与分频器102的射频接口相连。

由于任一分频器102具有至少两个频率接口，因此，当宽频辐射器2与其相连时，宽频辐射器2也可独立工作于至少两个独立的工作频段上。也即，分频器102在分频的同时，可令宽频辐射器2由支持一个端口变为支持两个端口或两个以上端口，从而实现了共享子阵列独立工作于至少两个工作频段上。

需要指出的是，参见图15c，还可用多个分频器102对宽频辐射器2进行多次分频，亦可实现令共享子阵列独立工作于至少两个工作频段上（f1-f4）。

同理，参见图15d，在使用两个滤波器2或两个分频器102或滤波器2+分频器102对宽频辐射器1连接宽频辐射器1后，还可使用分频器102再次进行分频。

在本发明其他实施例中，还可使用双极化相互正交的宽频辐射器来组成上述共享子阵列。双极化相互正交的宽频辐射器可视为由两个单极化宽频辐射器构成。其中，双极化相互正交辐射器中的每一单极化宽频辐射器既可支持一个端口，也可同时支持两个端口。因此，上述支持一个端口的宽频辐射器与分频设备的连接方式，以及支持两个端口的宽频辐射器与分频设备的连接方式，同样适用于双极化相互正交的宽频辐射器，在此不作赘述。

需要说明的是，上述共享子阵列中的宽频辐射器可同时支持的频段并不只限于分频设备所支持的工作频段。比如，宽频辐射器可支持f1、f2、f3.....fn等频段，但如果宽频辐射器与支持f1和f2工作频段的分频设备相连接，则宽频辐射器就只工作于f1和f2这两个相互不干扰的工作频段上。而如果宽频辐射器与支持f1和f3的分频设备相连接，则其将工作于f1和f3这两个相互不干扰的工作频段上。同样，如果宽频辐射器与支持f1、f2和f3的分频设备相连接，则宽频辐射器将工作于f1、f2和f3这三个相互不干扰的工作频段上，可依此进行类推。

在具体实现时，本领域技术人员可根据共享子阵列实际需要支持的工作频段，对分频设备所支持的工作频段的数量，以及各工作频段的中心频率进行灵活选择及设置，在此不作赘述。

另外，在某些场合，也可由一个分频设备为共享子阵列中的所有或部分宽频辐射器进行分频，本文亦不作赘述。

在本发明其他实施例中，还公开了另一种天线阵列，请参见图16，其至少包括工作频段相同的两个子阵列（A和B），每一子阵列至少包含一行辐射器，其中：

任一子阵列中相邻辐射器间的水平间距，不同于其他子阵列中相邻辐射器间的水平间距。

例如，在图16中，子阵列A中相邻辐射器间的水平间距d1，即与子阵列B中相邻辐射器间的水平间距为d2不相同。

相邻辐射器间的水平间距可影响方向图带宽，因此，不同的子阵列采用不同的水平间距，有助于提高方向图带宽。并且，由于子阵列A中相邻辐射器间的水平间距较窄，因此其在高频上的总体性能要好于子阵列B。而子阵列B中相邻辐射器间的水平距较宽，因此其在低频上的总体性能要好于子阵列A。本实施例通过子阵列A+子阵列B的组合，可以达到强强联合，从而在整体上提高了性能。

更具体的，任一子阵列中相邻辐射器间水平间距一般为自身工作波长的0.3~1.2倍。至于水平间距的具体取值，只要令不同子阵列中相邻辐射器间的水平间距不相同即可，或在保证不相同的情况下，依据具体场景对高、低频的要求进行设计，在此不作赘述。

此外，不同子阵列的垂直间距可相等，也可不等。任一子阵列中相邻辐射器间垂直间距的取值也与自身的工作频率相关，一般为0.5~1.5倍的工作波长。

与之相对应，本发明实施例还公开使用上述所有实施例中的任一天线阵列的天线。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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 (12)

1.一种天线阵列，其特征在于，包括至少两个非共享子阵列和至少一个共享子阵列，其中：

每一所述共享子阵列设置于两个非共享子阵列之间；

每一非共享子阵列的工作频段均不同于其他非共享子阵列的工作频段；

所述共享子阵列的工作频段包括与之相邻的两个非共享子阵列的工作频段。

2.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述非共享子阵列和共享子阵列在整个天线阵列面的水平方向上或垂直方向上呈交错分布。

3.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述非共享子阵列和共享子阵列呈星形分布，并且，所述共享子阵列位于中心。

4.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述共享子阵列包括宽频辐射器，以及与所述宽频辐射器相连接的、至少支持两个不同工作频段的分频设备。

5.如权利要求4所述的天线阵列，其特征在于：

所述共享子阵列的宽频辐射器具有一个端口；

所述分频设备包括至少一个分频器，所述分频器具有一个射频接口以及至少两个频率接口，任一频率接口与其他频率接口均工作于不同的工作频段；

所述宽频辐射器的端口与所述分频器的射频接口相连。

6.如权利要求4所述的天线阵列，其特征在于：

所述共享子阵列的宽频辐射器具有两个端口；

所述分频设备包括两个滤波器，每一滤波器具有一个频率接口和一个射频接口，并且，任一滤波器的频率接口与其他滤波器的频率接口均工作于不同的工作频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个滤波器的射频接口相连，另一个端口与另一个滤波器的射频接口相连；

或者，所述分频设备包括一个滤波器和一个分频器，所述滤波器具有一个射频接口和一个频率接口，所述分频器具有一个射频接口和至少两个频率接口，并且所述滤波器的频率接口与所述分频器的任一频率接口均工作于不同的工作频段，所述宽频辐射器的一个端口与所述滤波器的射频接口相连，另一个端口与所述分频器的射频接口相连；

或者，所述分频设备包括两个分频器，每一分频器具有一个射频接口和至少两个频率接口，任一分频器的任一频率接口与其他分频器的任一频率接口均工作于不同的工作频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个分频器的射频接口相连，另一个端口与另一分频器的射频接口相连。

7.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，任一子阵列中的辐射器呈三角栅格排布。

8.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，任一子阵列中相邻辐射器间的间距，不同于其他子阵列中相邻辐射器间的间距。

9.如权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述间距包括水平间距和垂直间距中的至少一种。

10.如权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，所述非共享子阵列中相邻辐射器间的水平间距的长度是自身工作波长的0.3~1.2倍。

11.如权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，所述非共享子阵列中相邻辐射器间的垂直间距的长度是自身工作波长的0.5~1.5倍。

12.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的天线阵列。

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