CN104393423A - 一种lte频段多天线阵列增益补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，主要针对LTE频段多天线增益提升提供一种解决方案。本发明在不改变LTE多天线阵列原有结构（反射板、馈电网络、阵列数量、振子数量、阵列间距、振子间距、极化方式、功率分配比例）前提下，根据不同振子的功率分配比例，在阵列中不同的位置引入若干数量的引相器，多天线阵列，每一列包含1-n个引向器，引向器的位置位于振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。多天线阵列的引向器，为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2；以此来提高阵列天线的增益。

Description

一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法

技术领域

本发明涉及一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，此方法可以被广泛应用于移动通信基站天线这一领域。

背景技术

天线增益是用来衡量天线朝某一特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大接收信号电平的富余量。表征天线增益的参数有dBd和dBi，dBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的;dBd相对于对称振子天线的增益，dBi = dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。

一般来说，提高基站天线增益的方法有：

（1）保持基站天线水平面波瓣宽度不变的同时，通过减小垂直面辐射的波瓣宽度来提高天线增益。具体有，按照确定的阵列间距，增加参与辐射的对称振子数量来提高增益。如将两个半波对称振子增加为4个，乃至8个。对支持1710-2690MHz频段的基站天线，4个半波对称振子排成一个垂直放置的直线阵时，一侧再加有一个反射板就构成四元式直线阵，也就是最常规的板状天线，其增益约14一17dBi，其长度在1.2m左右。同样的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益16一19dBi，其长度也要增加许多，为常规板状天线的1倍，达2.4m左右；或者，保持天线阵列的振子数目不变，在不出现栅瓣的前提下，尽可能的增大振子与振子之间的距离来提高天线阵列的增益；或者，保持天线尺寸不变，增加振子数量的同时，适当减小振子与振子之间的距离来提高天线阵列的增益。

（2）通过增加反射板的办法提高天线增益，平面反射板放在振子的一边就构成扇形区域的覆盖天线。反射板的作用既能把功率反射到单侧方向.也能提高天线的增益。为了进一步改进性能，提高天线增益，反射板还可以做成抛物反射面，使天线的辐射像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得更高的增益。

（3）设计高性能的对称振子，通过提高单个振子的增益，来提高天线阵列的增益。

对于（1）方式，若按照确定的阵列间距，通过增加参与辐射的对称振子数量来提高增益，天线的尺寸会显著增加；若是保持天线阵列的振子数目不变，通过增大振子与振子之间的距离来提高增益，则增益提高的效果不理想，而且还会出现栅瓣；若是保持天线尺寸不变，增加振子数量的同时，适当减小振子与振子之间的距离来提高天线阵列的增益，则天线的隔离度指标可能会恶化，同时由于振子数量增加，原有的馈电网络方案就必须重新设计。

对于（2）方式，在天线的振子数量确定，水平面波瓣宽度确定后，为保证前后比、交叉极化比以及隔离度、驻波比等指标达到设计目标值，反射板的形状已基本稳定在某一特定形状，对增益的贡献已无法进一步提升，即使设计多层反射板，也仅仅只能对天线的前后比、水平面波瓣宽度作小幅度的优化调整。

对于（3）方式，目前已有很多设计，单个振子带宽可以做到支持698-960MHz，或者带宽可以做到支持1710-2690MHz，但以该振子做基本辐射单元组成天线阵列后，仍然会面临某一频段内增益波度大，尤其是到高频的LTE频段，会在部分频点出现增益偏低的情况。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，主要针对LTE频段多天线阵列增益提升提供一种解决方案。

本发明所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，具体的说，就是在不改变LTE多天线阵列原有结构（反射板、馈电网络、阵列数量、振子数量、阵列间距、振子间距、极化方式、功率分配比例）前提下，根据不同振子的功率分配比例，在阵列中不同的位置引入若干数量的引相器，以此来提高阵列天线的增益。

本发明所述的LTE频段多天线阵列，支持1710-2690MHz工作频段，包括一个以上反射板，每个反射板上安装一列天线辐射振子（对基站天线而言，一般为半波长的对称振子），振子通过设于反射板背部的馈电网络实现相互之间的电连接。安装于反射板背面的馈电网络，其作用是对每个振子进行馈电，并提供特定的功率和相位信息激励。

本发明的特征在于：根据不同天线辐射振子的功率分配比例，在阵列中不同的位置分别引入引相器，以此提高阵列天线的增益。

而且，所述多天线阵列的列数为1-4列，每一列的振子数量为5-12个，振子的极化方式为±45°双极化；相邻列之间的间距为λ/2，λ是多天线阵列工作的中心频点对应的电磁波波长；一列中相邻振子的间距为d，取值范围是0＜d＜λ。

多天线阵列任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:...:P_n/2-1:P_n/2:P_n/2+1:...:P_n-1:P_n，并且，P₁＜P₂＜P₃＜...＜P_n/2-1≤P_n/2＞P_n/2+1＞...＞P_n-1＞P_n。

所述多天线阵列，每一列包含1-n个引向器，n为振子数量。

所述多天线阵列，引向器的位置位于天线辐射振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。

所述引向器为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2。

本发明的工作机理：引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，两者间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。对于多天线阵列而言，天线阵列增益的高低取决于阵列的辐射效率，而阵列的辐射效率取决于单个振子的辐射效率，引向器提高了阵列中单个振子的辐射效率，从而可以提高多天线阵列的增益。

本发明具有下列优点和积极效果：

①一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，提高阵列天线增益的同时，天线的整体尺寸不会发生改变。

②根据振子在阵列中功率分配比例的不同，来确定引向器具体的安装位置，提高天线阵列增益的同时，不会对天线阵列的其它电性能指标造成破坏，尤其是对于其他辐射指标良好，而增益有待提高的多天线阵列。

③适用于2G、3G以及LTE（Long Term Evolution，长期演进）的两通道双极化天线、四通道双极化天线、八通道双极化天线以及其他多通道MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）多天线。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的应用方案一；其中，图（a）是应用方案一未加载引向器前俯视图；图（b）是应用方案一加载引向器后俯视图；

图3是本发明的应用方案二；其中，图（c）是应用方案二未加载引向器前俯视图；图（d）是应用方案二加载引向器后俯视图。

图中：

Port1—天线输入或输出端口1；

Port2—天线输入或输出端口2；

Port3—天线输入或输出端口3；

Port4—天线输入或输出端口4；

1—天线辐射振子；

2—一列中相邻振子的间距d；

3—天线反射板；

4—相邻列之间的间距λ/2；

5—引向器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、总体结构

如1图所示，本发明的总体结构示意图。

本发明所述的LTE频段多天线阵列，支持1710-2690MHz工作频段，包括一个以上反射板，每个反射板上安装一列天线辐射振子（对基站天线而言，一般为半波长的对称振子），振子通过设于反射板背部的馈电网络实现相互之间的电连接。

安装于反射板背面的馈电网络，其作用是对每个振子进行馈电，并提供特定的功率和相位信息激励。

而且，多天线阵列的列数为1-4列，每一列的振子数量为5-12个，振子的极化方式为±45°双极化；相邻列之间的间距为λ/2，λ是多天线阵列工作的中心频点对应的电磁波波长；一列中相邻振子的间距为d，取值范围是0＜d＜λ。

多天线阵列任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:...:P_n/2-1:P_n/2:P_n/2+1:...:P_n-1:P_n，并且，P₁＜P₂＜P₃＜...＜P_n/2-1≤P_n/2＞P_n/2+1＞...＞P_n-1＞P_n。

多天线阵列，每一列包含1-n个引向器（n为振子数量）。

多天线阵列，引向器的位置位于振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。

多天线阵列，引向器为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2。

本发明所述的一种LTE频段多天线增益补偿方法，具体的说，就是在不改变LTE多天线阵列原有结构（反射板、馈电网络、阵列数量、振子数量、阵列间距、振子间距、极化方式、功率分配比例）前提下，根据不同振子的功率分配比例，在阵列中不同的位置引入若干数量的引相器，以此来提高阵列天线的增益。

实施例1如2图所示，是本发明应用方案一。

对于图（a），是支持1710-2690MHz频段工作的LTE频段多天线阵列，由两列±45°双极化基站天线构成，包含port1、port2、port3、port4四个天线输入或输出端口，两列天线均由6个辐射振子1构成，振子间距为2，列与列之间的间距为4。两列中任意一列均包含一个反射板3及安装于反射板背后的馈电网络。振子自上而下排列，分别对应第一列1-1号、1-2号、1-3号、1-4号、1-5号、1-6号振子，第二列2-1号、2-2号、2-3号、2-4号、2-5号、2-6号振子，任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:P₃:P₄:P₅:P₆，并且，P₁＜P₂＜P₃=P₄＞P₅＞P₆。

加引向器后，天线阵列就转变为图（b）。支持1710-2690MHz频段工作的LTE频段多天线阵列，由两列±45°双极化基站天线构成，包含port1、port2、port3、port4四个天线输入或输出端口，两列天线均由6个辐射振子1构成，振子间距为2，列与列之间的间距为4。两列中任意一列均包含一个反射板3及安装于反射板背后的馈电网络。振子自上而下排列，分别对应第一列1-1号、1-2号、1-3号、1-4号、1-5号、1-6号振子，第二列2-1号、2-2号、2-3号、2-4号、2-5号、2-6号振子，任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:P₃:P₄:P₅:P₆，并且，P₁＜P₂＜P₃=P₄＞P₅＞P₆。

引向器为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2，位置位于振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ，本实施例中，引向器加载的数量为8个，分别位于第一列的1-1号振子、1-2号振子、1-5号振子、1-6号振子正上方，第二列的2-1号振子、2-2号振子、2-5号振子、2-6号振子正上方。

根据振子在阵列中功率分配比例的不同，在功率分配较小的振子正上方引入引向器，提高天线阵列增益的同时，不会对天线阵列的其它电性能指标造成破坏，可实现对多天线阵列增益的小幅提升。

实施例2

如3图所示，是本发明的应用方案二。

对于图（c），是支持1710-2690MHz频段工作的LTE频段多天线阵列，由两列±45°双极化基站天线构成，包含port1、port2、port3、port4四个天线输入或输出端口，两列天线均由6个辐射振子1构成，振子间距为2，列与列之间的间距为4。两列中任意一列均包含一个反射板3及安装于反射板背后的馈电网络。振子自上而下排列，分别对应第一列1-1号、1-2号、1-3号、1-4号、1-5号、1-6号振子，第二列2-1号、2-2号、2-3号、2-4号、2-5号、2-6号振子，任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:P₃:P₄:P₅:P₆，并且，P₁＜P₂＜P₃=P₄＞P₅＞P₆。

加引向器后，天线阵列就转变为图（d）。支持1710-2690MHz频段工作的LTE频段多天线阵列，由两列±45°双极化基站天线构成，包含port1、port2、port3、port4四个天线输入或输出端口，两列天线均由6个辐射振子1构成，振子间距为2，列与列之间的间距为4。两列中任意一列均包含一个反射板3及安装于反射板背后的馈电网络。振子自上而下排列，分别对应第一列1-1号、1-2号、1-3号、1-4号、1-5号、1-6号振子，第二列2-1号、2-2号、2-3号、2-4号、2-5号、2-6号振子，任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:P₃:P₄:P₅:P₆，并且，P₁＜P₂＜P₃=P₄＞P₅＞P₆。

引向器为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2，位置位于振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ，本实施例中，引向器加载的数量为8个，分别位于第一列的1-2号振子、1-3号振子、1-4号振子、1-5号振子正上方，第二列的2-2号振子、2-3号振子、2-4号振子、2-5号振子正上方。

根据振子在阵列中功率分配比例的不同，在功率分配较大的振子正上方引入引向器，可实现对多天线阵列增益的大幅提升；在功率分配较小的振子正上方引入引向器，可提升阵列天线增益0.3-0.8dBi；在功率分配较大的振子正上方引入引向器，可提升阵列天线增益0.8-1.5dBi。

Claims (6)

1.一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，所述LTE频段多天线阵列，支持1710-2690MHz工作频段，包括一个以上反射板，每个反射板上安装一列天线辐射振子，振子通过设于反射板背部的馈电网络实现相互之间的电连接；其特征在于：根据不同天线辐射振子的功率分配比例，在阵列中不同的位置分别引入引相器，以此提高阵列天线的增益。

2.如权利要求1所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，其特征在于：所述多天线阵列的列数为1-4列，每一列的振子数量为5-12个，振子的极化方式为±45°双极化；相邻列之间的间距为λ/2，λ是多天线阵列工作的中心频点对应的电磁波波长；一列中相邻振子的间距为d，取值范围是0＜d＜λ。

3.如权利要求1所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，其特征在于：任意一列振子的功率分配相同，具体比例为P₁:P₂:...:P_n/2-1:P_n/2:P_n/2+1:...:P_n-1:P_n，并且，P₁＜P₂＜P₃＜...＜P_n/2-1≤P_n/2＞P_n/2+1＞...＞P_n-1＞P_n。

4.如权利要求1所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，其特征在于：所述多天线阵列每一列包含1-n个引向器，n为振子数量。

5.如权利要求1-4所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，其特征在于：所述多天线阵列引向器的位置位于天线辐射振子正上方，距离振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。

6.如权利要求5所述的一种LTE频段多天线阵列增益补偿方法，其特征在于：所述引向器为十字形或圆环状金属片，其尺寸小于λ/2。