CN105846113B - 一种双频双极化窄波束阵列天线 - Google Patents

一种双频双极化窄波束阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双频双极化窄波束阵列天线，包括金属反射板，以及安装在金属反射板上工作于较高频段的高频辐射单元和工作于较低频段的低频辐射单元。两列低频阵列分布在三列高频阵列的两侧，两列低频阵列对应的低频辐射单元采用两路功分器连接，所有低频阵列构成一个低频系统；三列高频阵列对应的高频辐射单元采用三路功分器连接，所有高频阵列构成一个高频系统。采用高低频不共地的方式与相应的去耦装置，保证高低频电路与辐射性能的独立性。采用本发明结构的双频双极化窄波束天线，可以保证在宽带范围内的辐射特性的稳定性，兼容移动通信中的2G，3G和4G LTE所有制式。

Description

一种双频双极化窄波束阵列天线
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，是涉及一种双频双极化窄波束阵列天线。
背景技术
通信技术作为信息传递的重要手段，在现代社会信息化进程深化的推动下不断地发展。基站天线是辐射和接收电磁波的系统部件，在整个移动通信系统中发挥着“上传下达”的重要作用，天线性能的优劣直接影响着移动通信质量的好坏。一副高性能的天线不仅能够放宽通信系统的要求而且可以改善整个系统的性能。为了兼容多种通信制式，减少系统的复杂性与建网成本，基站天线的宽带化、小型化与多频共用已经成为当前的热点之一。
在移动通信系统建网的过程中，天线的选择是很重要的工作，应根据网络的覆盖需求、话务量、运用场景、地形等实际情况来选择天线。譬如，由于站点密集，话务量大，市区适宜采用水平波束宽度为65°的天线；农村或郊区由于话务量低，覆盖范围大，适宜采用高增益，水平波束宽度为90°、120°的定向天线。
传统的窄波束天线只能解决单频段覆盖，即只工作于698-960MHz或1710-2690MHz。由此可见，现有技术还存在一些不足。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明提出了一种双频双极化窄波束阵列天线，突破现有技术中的瓶颈，提供一种可兼顾698-960MHz与1710-2690MHz的双频双极化窄波束阵列天线，采用相应的高低频去耦装置与组阵形式，可获得较优的电气性能与辐射性能。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种双频双极化窄波束阵列天线，包括金属反射板、工作于较高频段的高频辐射单元、工作于较低频段的低频辐射单元、塑料底座、三路功分器以及两路功分器，所述低频辐射单元、塑料底座、三路功分器以及两路功分器都安装在所述金属反射板上，所述高频辐射单元安装在塑料底座上；
所述高频辐射单元包括相互正交的两个振子，多个高频辐射单元沿着第一参考线与第二参考线排列，形成两列高频阵列，所述第一参考线和第二参考线平行且不重合；
所述低频辐射单元也包括相互正交的两个振子，多个低频辐射单元沿第三参考线与第四参考线排列，形成两列低频阵列，所述第三参考线和第四参考线平行于第一参考线和第二参考线且不与第一参考线和第二参考线重合，其中第三参考线位于高频阵列的一侧，第四参考线位于高频阵列的另一侧。
优选地，多个高频辐射单元沿着第五参考线排列，形成一列高频阵列，所述第五参考线与第一参考线平行且不重合，所述第五参考线位于第一参考线、第二参考线中间。
优选地，每列高频阵列中高频辐射单元数量相等，且都为等间距d排列，第一参考线与第二参考线对应的第一个高频辐射单元的几何中心在一条直线上，所述直线平行于水平方向，第五参考线第一个高频辐射单元的几何中心与所述直线在垂直方向上的间距为d/2，列之间对应的高频辐射单元由三路功分器连接；
每列低频阵列中低频辐射单元数量相等，且都为等间距D排列，且有D＞d，第三参考线与第四参考线对应的第一个低频辐射单元的几何中心也在所述直线上，列之间对应的低频辐射单元由两路功分器连接。
优选地，D＝2*d。
优选地，所有低频辐射单元从属于一个低频系统，所有高频辐射单元从属于一个高频系统。
优选地，所述三路功分器为一进三出的网络，工作在1710-2690MHz频段，其输出口有三个，包含第一输出口、第二输出口与第三输出口；
所述两路功分器为一进二出网络，工作在698-960MHz频段，包含第四输出口与第五输出口。
优选地，所述金属反射板两边设置相应的翻边与扼流槽来控制低频辐射波束的性能。
优选地，高频辐射单元两个振子的延伸方向与低频辐射单元两个振子的延伸方向分别呈平行状态，且两种辐射单元振子延伸方向均与金属反射板的翻边呈45°夹角。
优选地，所述金属反射板部分镂空，金属反射板通过金属螺丝与低频辐射单元直接连接。
优选地，所述双频双极化窄波束阵列天线通过高低频辐射单元不共地的方式减小它们之间的电磁耦合。
本发明的双频双极化窄波束阵列天线，高频阵列排布在2列低频阵列之间，采用相应的高低频去耦设置，最大限度地保证了高低频各项电气与辐射性能的独立性与稳定性。而且，其结构紧凑排布方便，有效地实现了对698-960MHz与1710-2690MHz频段的覆盖，满足了目前移动通信网络所有频段，不仅可以减少基站所用的天线数目，减少布站成本，也可以减少运营维护费用。
本发明提出窄波束双频阵列天线水平波束宽度为30°，既能保证主覆盖方向较集中，同时避免对其他相邻基站的影响。适合于一些狭长区域、风景区、或者海域沿航向覆盖，可大大节省成本，并很好的解决超远距离覆盖问题，起到事半功倍的效果。
附图说明
图1为现有技术中的一种宽带天线单元；
图2为本发明实施例1中的金属反射板局部结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种双频双极化窄波束阵列天线的局部结构示意图；
图4为本发明实施例1中的功分器馈电网络的结构示意图；
图5为本发明实施例1提供的一种双频双极化窄波束阵列天线的整体结构示意图；
图6为本发明实施例2提供的一种双频双极化窄波束阵列天线整体结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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。
实施例1
如图2至图5所示，本发明实施例1提供的一种双频双极化窄波束阵列天线，包括金属反射板1，安装在金属反射板上工作于较高频段的高频辐射单元2和工作于较低频段的低频辐射单元3。优选地，所述高频辐射单元2工作于1710-2690MHz频段范围，所述低频辐射单元3工作于698-960MHz频段范围。
所述金属反射板1部分镂空，安装有塑料底座4，高频辐射单元2安装在塑料底座4上，避免了金属反射板1与高频辐射单元2的物理上直接连接。金属反射板1通过金属螺丝与低频辐射单元3直接连接。通过高低频辐射单元不共地的方式减小它们之间的电磁耦合。另外，所述金属反射板两边设置相应的翻边与扼流槽5来控制低频辐射波束的性能。
所述高频辐射单元2包括相互正交的振子201与振子202；多个高频辐射单元2沿第五参考线排列，形成一列高频阵列。多个高频辐射单元2沿着第一参考线与第二参考线排列，形成两列高频阵列。所述第一参考线和第二参考线平行于第五参考线，且不与第五参考线重合。其中第一参考线位于第五参考线的一侧，第二参考线位于第五参考线另一侧。
所述低频辐射单元3包括相互正交的振子301与振子302，多个低频辐射单元沿第三参考线与第四参考线排列，形成两列低频阵列。所述第三参考线和第四参考线平行于第五参考线，且不与第五参考线重合。其中第三参考线位于高频阵列的一侧，第四参考线位于高频阵列的另一侧。
所述高频辐射单元振子201的延伸方向与低频辐射单元振子301的延伸方向呈平行状态；高频辐射单元振子202的延伸方向与低频辐射单元振子302的延伸方向呈平行状态，且与金属反射板1的翻边呈45°夹角。
三列高频阵列单元数量相等，都为等间距d排列，第一参考线与第二参考线对应的第一个单元的几何中心在一条直线上，且该直线平行于水平方向。第五参考线第一个单元的几何中心与所述直线在垂直方向上的间距为d/2。三列之间对应的高频辐射单元2由三路功分器6连接。需要特别说明的是，所述的水平方向和垂直方向仅仅是结合本实施例附图所示的方向进行的区别性命名，并不能代表在实际的三维空间中都是水平垂直方向。
两列低频阵列单元数量相等，都为等间距D排列，且有D﹥d，优选地，D＝2*d，第三参考线与第四参考线对应的第一个单元的几何中心也在所述直线上。两列之间对应的低频辐射单元3由两路功分器7连接。
所有高频辐射单元2从属于一个高频系统，所有低频辐射单元3从属于一个低频系统。
所述高频三路功分器6为一进三出的网络，工作在1710-2690MHz频段。其输出口有三个，包含第一输出口601、第二输出口602与第三输出口603。
所述低频两路功分器7为一进二出网络，工作在698-960MHz频段，包含第四输出口701与第五输出口702。
实施例2
如图6所示，本发明实施例在实施例1的基础上进行了变化，高频系统仅能提供1710-2170MHz频段的优质辐射性能。出于网络的实际需求与成本因素考虑，此种双频双极化窄波束阵列天线有较大的实用价值。
具体地，本发明实施例高频系统仅有两列高频阵列，高频阵列依然等间距排列，两列之间对应的辐射单元由两路功分器连接，该功分器工作的频率范围为1710-2170MHz。
具体地，两列低频阵列分别位于高频阵列的两侧，低频阵列亦为等间距排列，优选地，该间距为高频阵列间距的2倍。两列之间对应的辐射单元由两路功分器7连接。另外有，4列高低频阵列的第一个辐射单元几何中心位于一条直线上，该直线平行于水平方向。
本发明实施例中的其他特征与实施例1相同，在此不再赘述。
需要指出的是，以上提供的两个实施例中，高低频阵列辐射单元的数目只是本发明技术方案在实际应用中的一种具体选择。根据实际工程需求，增加或者减少高低频辐射单元的数目，仍然可以实现所述不同增益的双频双极化窄波束天线。同时，在以上的两个实施例中，通过改变馈电网络的具体实现方式，可将低频或者高频分割为2个或者多个系统，进而实现3频、4频、或者更多系统的窄波束阵列天线都是比较简单而容易的事，本领域的技术人员有能力根据本发明结构上的灵活性拓展其应用的场合。
需要强调的是，以上两个实施例中，高频辐射单元等间距排列，低频辐射单元亦是等间距排列，且低频辐射单元间距优选地为高频辐射单元间距的2倍。根据不同的覆盖频段要求，不用的增益需求，以及不同的辐射性能需求，采用不同的绝对间距与相对间距进行等间距排列，或者不采用等间距排列方式都是比较简单而容易的。由于不脱离本发明的构思，也在本发明的保护范围之内。
本发明的双频双极化窄波束阵列天线，高频阵列排布在2列低频阵列之间，采用相应的高低频去耦设置，最大限度地保证了高低频各项电气与辐射性能的独立性与稳定性。而且，其结构紧凑排布方便，有效地实现了对698-960MHz与1710-2690MHz频段的覆盖，满足了目前移动通信网络所有频段，不仅可以减少基站所用的天线数目，减少布站成本，也可以减少运营维护费用。
本发明提出窄波束双频阵列天线水平波束宽度为30°，既能保证主覆盖方向较集中，同时避免对其他相邻基站的影响。适合于一些狭长区域、风景区、或者海域沿航向覆盖，可大大节省成本，并很好的解决超远距离覆盖问题，起到事半功倍的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，包括金属反射板、工作于较高频段的高频辐射单元、工作于较低频段的低频辐射单元、塑料底座、三路功分器以及两路功分器，所述低频辐射单元、塑料底座、三路功分器以及两路功分器都安装在所述金属反射板上，所述高频辐射单元安装在塑料底座上；
所述高频辐射单元包括相互正交的两个振子，多个高频辐射单元沿着第一参考线与第二参考线排列，形成两列高频阵列，所述第一参考线和第二参考线平行且不重合；
所述低频辐射单元也包括相互正交的两个振子，多个低频辐射单元沿第三参考线与第四参考线排列，形成两列低频阵列，所述第三参考线和第四参考线平行于第一参考线和第二参考线且不与第一参考线和第二参考线重合，其中第三参考线位于高频阵列的一侧，第四参考线位于高频阵列的另一侧；
所述金属反射板两边设置相应的翻边与扼流槽来控制低频辐射波束的性能；
多个高频辐射单元沿着第五参考线排列，形成一列高频阵列，所述第五参考线与第一参考线平行且不重合，所述第五参考线位于第一参考线、第二参考线中间；
每列高频阵列中高频辐射单元数量相等，且都为等间距d排列，第一参考线与第二参考线对应的第一个高频辐射单元的几何中心在一条直线上，所述直线平行于水平方向，第五参考线第一个高频辐射单元的几何中心与所述直线在垂直方向上的间距为d/2，列之间对应的高频辐射单元由三路功分器连接；
每列低频阵列中低频辐射单元数量相等，且都为等间距D排列，且有D＞d，第三参考线与第四参考线对应的第一个低频辐射单元的几何中心也在所述直线上，列之间对应的低频辐射单元由两路功分器连接；D＝2*d。
2.根据权利要求1所述的双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，所有低频辐射单元从属于一个低频系统，所有高频辐射单元从属于一个高频系统。
3.根据权利要求1所述的双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，所述三路功分器为一进三出的网络，工作在1710-2690MHz频段，其输出口有三个，包含第一输出口、第二输出口与第三输出口；
所述两路功分器为一进二出网络，工作在698-960MHz频段，包含第四输出口与第五输出口。
4.根据权利要求1所述的双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，高频辐射单元两个振子的延伸方向与低频辐射单元两个振子的延伸方向分别呈平行状态，且两种辐射单元振子延伸方向均与金属反射板的翻边呈45°夹角。
5.根据权利要求1所述的双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，所述金属反射板部分镂空，金属反射板通过金属螺丝与低频辐射单元直接连接。
6.根据权利要求1所述的双频双极化窄波束阵列天线，其特征在于，所述双频双极化窄波束阵列天线通过高低频辐射单元不共地的方式减小它们之间的电磁耦合。
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