CN102859789B - 天线阵列、天线装置和基站 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种天线阵列、天线装置和基站。天线阵列包括：至少两个天线子阵列，所述至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个所述天线子阵列中包括多个辐射单元；至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。本发明实施例，实现降低天线阵列方向图的水平副瓣和垂直远旁瓣，提高超宽带指标。

Description

天线阵列、天线装置和基站
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种天线阵列、天线装置和基站。
背景技术
随着移动通讯技术的发展，对通信系统容量、优化方向图指标等需求日益提高。图1为现有天线阵列的结构示意图，该天线阵列在垂直方向上由五个天线子阵列构成。通常情况下，天线子阵列中的辐射单元的水平间距小于半个工作波长左右，在一定的功率分布下，能够满足天线阵列对于低水平副瓣的需求。
然而，在天线阵列的工作频段为宽频的实施场景下，天线子阵列中的辐射单元的水平间距对于宽频中的各个频点无法同时满足半波长的需求，从而导致天线阵列方向图中的水平副瓣的能量较高，使得超宽带指标较差，影响通信系统的容量。
发明内容
本发明实施例提供一种天线阵列、天线装置和基站，以降低天线阵列方向图的水平副瓣，提高超宽带指标。
一方面，本发明实施例提供一种天线阵列，包括：至少两个天线子阵列，所述至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个所述天线子阵列中包括多个辐射单元；
至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
另一方面，本发明实施例提供一种天线装置，包括至少一个天线阵列，天线阵列包括：至少两个天线子阵列，每个所述至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，所述天线子阵列中包括多个辐射单元；至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
再一方面，本发明实施例提供一种基站，包括：天线装置；
天线装置包括至少一个天线阵列；天线阵列包括：至少两个天线子阵列，每个所述至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，所述天线子阵列中包括多个辐射单元；至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
本发明实施例提供的天线阵列、天线装置和基站，在天线阵列中，将至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置，实现降低天线阵列方向图的水平副瓣的能量，提高超宽带指标，提高通信系统的容量。
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为现有的天线阵列的结构示意图；
图2为本发明提供的天线阵列一个实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图
图4为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图6为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图7为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图8为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图9为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图；
图10为天线装置的一个实施例的结构示意图；
图11为图10所示天线装置中一种波束成形网络的结构示意图；
图12为图10所示天线装置中另一种波束成形网络的结构示意图；
图13为本发明提供的基站一个实施例的结构示意图；
图14为现有的天线阵列的水平方向图；
图15为本发明实施例提供的天线阵列的水平方向图。
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。
图2为本发明提供的天线阵列一个实施例的结构示意图，如图2，该天线阵列包括：
至少两个天线子阵列，至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个天线子阵列中包括多个辐射单元；
至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线阵列中的位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
本发明实施例提供的天线阵列，可以适用于多波束天线阵列，例如：图2所示的双波束天线阵列。举例来说，天线子阵列之间可以平行设置。在天线阵列中在垂直方向上设置有三个或三个以上的天线子阵列的实施场景下，各天线子阵列之间可以等间距设置。
图2所示的天线阵列中在垂直方向上包括4个天线子阵列，分别为：天线子阵列1、天线子阵列2、天线子阵列3和天线子阵列4。图2仅以每个天线子阵列中均包括2行4列个辐射单元为例对本实施例提供的天线阵列进行说明，可以理解的是，本发明实施例提供的天线阵列，各个天线子阵列中包括的辐射单元的行数和/或列数可以不同。
为了降低天线阵列方向图中的水平副瓣能量，使得各天线子阵列的方向图合成后的水平面副瓣能量能够相互抵消，本发明实施例提供的天线阵列中，在至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线阵列中的位置对应的辐射单元沿着水平方向可以错开设置。其中，在所属天线阵列中的位置对应的辐射单元是指，在各自所在的天线子阵列中行数和列数均相同的辐射单元。
举例来说，图2所示的天线阵列中，从上至下方向上的第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11，与第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21即为位置对应的两个辐射单元。从图2中可以看出，第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21与第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11在垂直方向上并非对齐设置，而是第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21相对第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11，在水平向右的方向上错开一定距离。
可以理解的是，作为另一种可行的实施例，第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21相对第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11，也可以在水平向左的方向上错开一定距离。
可选的，至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，一个天线子阵列中的至少一个辐射单元，在垂直方向上可以位于另一个天线子阵列中的两个辐射单元之间。举例来说，图2所示的天线阵列中，从上至下方向上的第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21，在垂直方向上位于第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11和第一行的第二列辐射单元12之间。
可选的，至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，一个天线子阵列中的至少一个辐射单元，在垂直方向上可以位于另一个天线子阵列中的两个辐射单元的中心线上。举例来说，图2所示的天线阵列中，从上至下方向上的第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21，在垂直方向上位于第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11和第一行的第二列辐射单元12的中心线上。如图3所示，从上至下方向上的第二个天线子阵列2中第一行的第一列辐射单元21至第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11延长线的垂直距离X3，等于第一个天线子阵列1中第一行的第一列辐射单元11和第一行第二列的辐射单元12间距X1的一半。
通过上述设置，可以实现各天线子阵列的方向图合成后水平副瓣的能量相互抵消，从而提高天线阵列的超宽带指标，提高通信系统的容量。
图4为本发明提供的天线阵列又一个实施例的结构示意图，如图4，在上述实施例的基础上，可选的，该天线阵列的至少一个天线子阵列中，在水平方向上相邻的至少两个辐射单元沿着垂直方向可以错开设置。
图4所示的天线阵列中，从上至下方向上的第一个天线子阵列1中第一行的第二列辐射单元12，相比第一行第一列的辐射单元11，沿着垂直方向上向下错开一定距离，相比第一行第三列的辐射单元13沿着垂直方向上没有错开一定距离，与第一行第三列的辐射单元13在水平方向上对齐设置。
图5所示的天线阵列中，从上至下方向上的第一个天线子阵列1中第一行的第二列辐射单元12，相比第一行第一列的辐射单元11，沿着垂直方向上向下错开一定距离，相比第一行第三列的辐射单元13，也沿着垂直方向上向下错开一定距离。
需要说明的是，图4和图5仍以每个天线子阵列均包括2行4列个辐射单元为例对本实施例提供的天线阵列进行说明，可以理解的是，本实施例提供的天线阵列，各个天线子阵列中包括的辐射单元的行数和/或列数可以不同。
可选的，至少一个天线子阵列中，至少一个辐射单元在水平方向上，可以位于垂直方向上相邻的两个辐射单元之间。举例来说，图5所示的天线阵列中，从上至下方向上的第一个天线子阵列1中，第一行第二列的辐射单元12在水平方向上，位于第一行第一列的辐射单元11和第二行第一列的辐射单元15之间。
可选的，至少一个天线子阵列中，至少一个辐射单元在水平方向上，可以位于垂直方向上相邻的两个辐射单元的中心线上。举例来说，图5所示的天线阵列中，从上至下方向上的第一个天线子阵列1中，第一行第二列的辐射单元12在水平方向上，位于第一行第一列的辐射单元11和第二行第一列的辐射单元15的中心线上。
通过上述设置，可以实现在降低天线阵列方向图的水平副瓣能量的基础上，使得各天线子阵列的方向图合成后的垂直远旁瓣能量能够相互抵消，从而提高天线阵列的超宽带指标，提高通信系统的容量。
在上述实施例的基础上，可选的，在垂直从上至下的方向上，相邻的天线子阵列，可以沿着水平的不同方向交替错开设置。举例来说，图2-图5所示的天线阵列中，在垂直从上至下的方向上第一组相邻的天线子阵列：天线子阵列1和天线子阵列2，第二天线子阵列2相对于天线子阵列1，在水平方向上向右错开设置。在垂直从上至下的方向上第二组相邻的天线子阵列：天线子阵列2和天线子阵列3，天线子阵列3相对于天线子阵列2，在水平方向上向左错开设置。
在上述实施例的基础上，可选的，至少一个天线子阵列中相邻的辐射单元的间距，与在垂直方向上相邻的天线子阵列中相邻的辐射单元的间距可以相等。举例来说，图3所示的天线阵列中，在垂直从上至下的方向上，假设第一个天线子阵列1中相邻的辐射单元的间距为X1，第二个天线子阵列2中相邻的辐射单元的间距为X2，则可以设置成X1＝X2。
为了进一步降低天线阵列方向图中的垂直远旁瓣，可选的，至少一个天线子阵列中的辐射单元输入的信号，与在垂直方向上相邻的天线子阵列中对应位置的辐射单元输入的信号相位可以相差45度。如图6所示，在垂直从上至下的方向上，第三个天线子阵列3中第二行第一列的辐射单元35中输入的信号相位为+90度，第四个天线子阵列4中第二行第一列的辐射单元45中输入的信号相位为+45度；第三个天线子阵列3中第二行第二列的辐射单元36中输入的信号相位为0度，第四个天线子阵列4中第二行第二列的辐射单元46中输入的信号相位为-45度，以此类推。
为了简化天线阵列的馈线连接，可选的，至少一个天线子阵列中，位于同一列的辐射单元可以电连接，和/或，位于同一行的辐射单元可以电连接。图7所示即为位于天线子阵列1、天线子阵列2、天线子阵列3和天线子阵列4中，同一列中的辐射单元电连接的实施场景。
作为一种可行的实施方式，本发明实施例提供的天线阵列中，各个天线子阵列中，每行包括的辐射单元个数可以相等，每列包括的辐射单元个数也可以相等。图2-图7所示即为天线子阵列1、天线子阵列2、天线子阵列3和天线子阵列4中，均包括2行4列辐射单元的实施场景。再比如，图8所示即为天线子阵列1～天线子阵列6中均包括1行4列辐射单元的实施场景。
作为另一种可行的实施方式，本发明实施例提供的天线阵列中，至少两个天线子阵列中可以包括至少两种天线子阵列，每种天线阵列中可以包括m行n列辐射单元，其中，不同的天线子阵列中的m可以不相等，和/或，n可以不相等，m和n均为大于1的整数。举例来说，图9所示的天线阵列中包括两种天线子阵列，天线子阵列1和天线子阵列3为一种类型的天线子阵列，包括1行4列辐射单元，天线子阵列2和天线子阵列4为另一种类型的天线子阵列，包括2行4列辐射单元。
可选的，至少两种天线子阵列在垂直方向上可以交替排列。如图9所示，在垂直从上至下的方向上，属于一种类型的天线子阵列1和天线子阵列3，与属于另一种类型的天线子阵列2和天线子阵列4交替排列。
本发明还提供了天线装置的实施例，天线装置可以包括：至少一个天线阵列；
其中，天线阵列包括：至少两个天线子阵列，至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个天线子阵列中包括多个辐射单元；至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
天线装置中可以包括波束成形网络，用于对天线阵列发射的信号相位和幅度进行调节。举例来说，在天线阵列中包括两种天线子阵列的实施场景下，天线装置中可以设置两个波束成形网络，其中，一个波束成形网络可以为一种天线子阵列馈电，来对该种天线子阵列发射的信号相位和幅度进行调节，使得该天线子阵列发射的信号具有预设的幅度和相位；另一个波束成形网络可以为另一种天线子阵列馈电，来对该种天线子阵列发射的信号相位和幅度进行调节，使得该天线子阵列发射的信号具有预设的幅度和相位。两个波束成形网络之间可以通过例如功分器或移相器等器件进行连接。其中的天线阵列的具体结构和功能可参加本发明提供的天线阵列的实施例，在此不再赘述。
图10为天线装置的一个实施例的结构示意图，如图10所示，该天线装置中可以包括多个天线阵列A，其中可以包括至少一个反相阵列，该反相阵列的馈电相位与其他天线阵列A的馈电相位相反。该反相阵列对发射信号进行相位的反相处理，且该反相阵列和波束成形网络B共同使得反向阵列发射的信号具有预设的相位。图11为图10所示天线装置中一种波束成形网络的结构示意图，图12为图10所示天线装置中另一种波束成形网络的结构示意图，图11和图12所示的波束成形网络的结构为现有结构，其原理在此不再赘述。
本发明实施例提供的天线装置，在天线阵列中，将至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置，实现降低天线阵列方向图的水平副瓣的能量，提高超宽带指标，提高通信系统的容量。
本发明还提供了基站一个实施例该基站包括天线装置；
天线装置可以包括：至少一个天线阵列；
其中，天线阵列包括：至少两个天线子阵列，至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个天线子阵列中包括多个辐射单元；至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置。
图13为本发明提供的基站一个实施例的结构示意图，如图13所示，基站的天线装置中可以包括：至少一个天线阵列A、波束成形网络B和移相器C；
波束成形网络B，用于对天线阵列发射的信号相位和幅度进行调节。
移相器C，用于对天线装置的下倾角进行调节。
本发明实施例提供的基站，在天线阵列中，将至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置，实现降低天线阵列方向图的水平副瓣的能量，提高超宽带指标，提高通信系统的容量。
随着用户数量的不断增加，通信系统需要增加基站来扩充系统容量，例如：采用6扇区建网可以在不增加站点的情况下实现扩充系统容量，采用多波束天线一种较佳的实现扩充系统容量的方法。本发明实施例提供的天线阵列、天线装置均可适用于多波束实施场景，本发明实施例提供的基站中的天线装置可适用于多波束实施场景。相比图14所示的现有的多波束天线阵列的方向图，如图15所示，本发明提供的天线阵列的方向图具有更低的水平副瓣能量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种多波束天线阵列，其特征在于，包括：至少两个天线子阵列，所述至少两个天线子阵列在垂直方向上排列，每个所述天线子阵列中包括多个辐射单元；
至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，在所属天线子阵列中位置对应的辐射单元沿着水平方向错开设置；
至少一个所述天线子阵列中，位于同一列的辐射单元电连接，和/或位于同一行的辐射单元电连接；
各个所述天线子阵列中，每行包括的辐射单元个数相等；
其中，至少一个天线子阵列中，在水平方向上相邻的至少两个辐射单元沿着垂直方向错开设置；
至少一个所述天线子阵列中的辐射单元输入的信号，与在垂直方向上相邻的天线子阵列中对应位置的辐射单元输入的信号相位相差45度。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，一个天线子阵列中的至少一个辐射单元，在垂直方向上位于另一个天线子阵列中的两个辐射单元之间。
3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，至少两个在垂直方向上相邻的天线子阵列中，一个天线子阵列中的至少一个辐射单元，在垂直方向上位于另一个天线子阵列中的两个辐射单元的中心线上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线阵列，其特征在于，至少一个天线子阵列中，至少一个辐射单元在水平方向上，位于垂直方向上相邻的两个辐射单元之间。
5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，至少一个天线子阵列中，至少一个辐射单元在水平方向上，位于垂直方向上相邻的两个辐射单元的中心线上。
6.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，在垂直从上至下的方向上相邻的天线子阵列，沿着水平的不同方向交替错开设置。
7.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，至少一个所述天线子阵列中相邻的辐射单元的间距，与在垂直方向上相邻的天线子阵列中相邻的辐射单元的间距相等。
8.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，各个所述天线子阵列中，每列包括的辐射单元个数相等。
9.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，至少两个天线子阵列中包括至少两种天线子阵列，每种天线阵列中包括m行n列辐射单元，不同的天线子阵列中的m不相等和/或n不相等，m和n均为大于1的整数。
10.一种天线装置，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1-9任一项所述的多波束天线阵列。
11.一种基站，其特征在于，包括权利要求10所述的天线装置。
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