CN106099394B - 一种用于5g系统的密集阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于5G系统的密集阵列天线,通过辐射振子部分、校准网络、T/R组件部分组成了一个具有3D波束赋型能力的天线,可以实现多方向性波束赋型,可以大幅度提升无线通信系统容量,达到最优系统性能,进而帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源,保证移动通信的优良性能。

Description

一种用于5G系统的密集阵列天线
技术领域
本发明涉及一种用于移动通信领域的设备,具体的是一种涉及5G移动通信系统的密集阵列天线。
背景技术
随着我国移动通信行业的不断发展,关于第五代移动通信系统(5G)的研究已展开。5G移动通信系统需要更大的通信容量和更高的无线频谱效率,对基站天线的要求,就需要支持3D波束赋型以及更强大的MIMO功能。
对于提高移动通讯容量,常规做法是使用极化分集技术的基站多端口天线,可减少多径衰落提高链路稳定性,而使用多端口MIMO技术可进一步提升移动通讯容量。但进入5G通讯时代,大数据流量、高速率、低时延等技术要求已成为常态,传统的双极化多端口基站天线已无法适应技术发展演进的要求。
密集阵列MIMO天线作为5G移动通讯最重要的核心技术之一,可成倍提升频谱资源效率,形成动态有针对性地网络覆盖。同时,5G密集阵列天线具有3D波束赋型能力,在水平与垂直两个纬度可实现深度覆盖,因而能大幅提升系统容量和无线频谱效率。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种用于5G系统的密集阵列天线,具有3D波束赋型能力,进而实现多方向的波束赋型,可大幅提升移动通信容量,达到最优系统性能,可帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。
为实现上述目的,本发明提供一种用于5G系统的密集阵列天线,具体的技术方案如下:
一种用于5G系统的密集阵列天线,包括天线罩(1)、辐射振子部分(2)、反射板(3)、耦合校准网络(4)以及T/R组件部分(5);辐射振子部分(2)、耦合校准网络(4)设置在反射板(3)上,T/R组件部分(5)与耦合校准网络(4)连接,辐射振子部分(2)、反射板(3)和耦合校准网络(4)被天线罩(1)包含;所述耦合校准网络(4)包括校准端口(8)、功率分配与耦合单元(9)、微带线(10);校准端口(8)通过微带线(10)分别与各个功率分配与耦合单元(9)相连接;微带线(10)等幅度等相位的将功率分配与耦合单元(9)的能量耦合到校准端口(8)。
所述功率分配与耦合单元(9)包括+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)、-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)、贴片负载1(13.1)、贴片负载2(13.2)、T/R端口1(14.1)、T/R端口2(14.2)、校准子端口(15);
T/R端口1(14.1)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)相连接;
T/R端口2(14.2)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)相连接;
校准子端口(15)通过幅度等相位分配后,在其末端分别匹配有贴片负载1(13.1)和贴片负载2(13.2);
校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间的耦合度一致;
校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间是等相位关系。
所述辐射振子部分(2)的每列振子单元(7)之间设置有用于实现不同振子单元之间的隔离度指标、避免信号干扰的隔离侧条;每列纵向的两个相邻振子单元(7)组合为一个整体,通过功率分配与耦合单元(9)实现每列纵向的两个相邻振子单元(7)的连接。
所述辐射振子部分(2)的每列振子单元(7)之间采用错位半个振子间距排列;辐射振子部分(2)的振子单元(7)的数量组成为32×n,n为正整数。
所述天线罩(1)的形式有全封闭和半封闭两种形式。
所述辐射振子部分(2)的振子纵向间距为对应中心频率的0.6~1个波长。
所述辐射振子部分(2)的振子横向间距为对应中心频率的1/2波长。
所述辐射振子部分(2)的振子单元(7)为具有+45°和-45°的双极化单元。
与现有技术相比,本发明采用密集阵列技术,而非普通的单阵列天线技术,具有3D波束赋型能力,可实现多方向性波束赋型,成倍提升频谱资源效率,大幅提升移动通讯容量,达到最优化系统性能的目的。
附图说明
图1为用于5G系统的密集阵列天线整体结构图;
图2为用于5G系统的密集阵列天线的辐射振子部分结构图;
图3为用于5G系统的密集阵列天线的耦合校准网络整体组成图;
图4为用于5G系统的密集阵列天线的功率分配与耦合校准单元的实施细节。
1、天线罩
2、辐射振子部分
3、反射板
4、耦合校准网络
5、T/R组件部分
6.1、隔离侧条1
6.2、隔离侧条2
6.3、隔离侧条3
6.4、隔离侧条4
6.5、隔离侧条5
6.6、隔离侧条6
6.7、隔离侧条7
7、振子单元
8、校准端口
9、功率分配与耦合单元
10、微带线
11.1、+45°端口1
11.2、+45°端口2
12.1、-45°端口1
12.2、-45°端口2
13.1、50Ω贴片负载1
13.2、50Ω贴片负载2
14.1、T/R端口1
14.2、T/R端口2
15、校准子端口
具体实施方式
如图1所示,本发明由天线罩(1)、辐射振子部分(2)、反射板(3)、耦合校准网络(4)以及T/R组件部分(5)组成,辐射振子部分(2)设置在反射板(3)的正面,耦合校准网络(4)设置在反射板(3)的背面,T/R组件部分(5)与耦合校准网络(4)连接,辐射振子部分(2)、反射板(3)和耦合校准网络(4)被天线罩(1)包含;所述耦合校准网络(4)包括校准端口(8)、功率分配与耦合单元(9)、微带线(10);校准端口(8)通过微带线(10)分别与各个功率分配与耦合单元(9)相连接;微带线(10)等幅度等相位的将功率分配与耦合单元(9)的能量耦合到校准端口(8)。通过设计耦合校准网络的电气特性,实现对每对振子的幅度相位进行精确控制,进而实现了一种用于5G系统的密集阵列天线。
下面结合附图和实例对本发明进行更加详细的描述。
本发明提出用于5G移动通讯系统的密集阵列天线,其中图1为密集阵列天线整体结构图,图2为密集阵列天线的辐射振子部分结构图,图3为密集阵列天线的耦合校准网络整体组成图,图4为密集阵列天线的功率分配与耦合校准单元的实施细节。
在本优选实施例中,辐射振子部分(2)的振子纵向间距为对应中心频率的0.6~1波长(即0.6~1λ)。
在本优选实施例中,辐射振子部分(2)的振子横向间距为对应中心频率的1/2波长(即1/2λ)。
在本优选实施例中,辐射振子部分(2)的振子每列之间采用错位半个振子间距排列。
如图2所示,在本优选实施例中,辐射振子部分(2)的振子每列之间采用安装隔离侧条1(6.1)、隔离侧条2(6.2)、隔离侧条3(6.3)、隔离侧条4(6.4)、隔离侧条5(6.5)、隔离侧条6(6.6)、隔离侧条7(6.7)来实现不同振子单元之间的隔离度指标,避免信号干扰。
如图3所示,在本优选实施例中,耦合校准网络(4)由校准端口(8)、功率分配与耦合单元(9)、微带线(10)组成。
在本优选实施例中,每列纵向两个振子单元(7)组合为一个整体,通过功率分配与耦合单元(9)实现连接。整个天线有32对这样的振子单元(7)。
在本优选实施例中,耦合校准网络(4)由微带线(10)实现了等幅度等相位的将功率分配与耦合单元(9)的能量耦合到校准端口(8)。
如图4所示,功率分配与耦合单元(9)包括+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)、-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)、50Ω贴片负载1(13.1)、50Ω贴片负载2(13.2)、T/R端口1(14.1)、T/R端口2(14.2)、校准子端口(15)。
在本优选实施例中,功率分配与耦合单元(9)中,T/R端口1(14.1)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)相连接。
在本优选实施例中,功率分配与耦合单元(9)中,T/R端口2(14.2)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)相连接。
在本优选实施例中,功率分配与耦合单元(9)中,校准子端口(15)通过幅度等相位分配后,在其末端分别匹配有50Ω贴片负载1(13.1)和50Ω贴片负载2(13.2)。
在本优选实施例中,功率分配与耦合单元(9)中,校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间的耦合度为16dB±0.2dB。
在本优选实施例中,功率分配与耦合单元(9)中,校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间是等相位关系。
通过这样的设计,最终实现了通过校准端口(8)来达到对每个振子单元幅度和相位的控制,通过给与不同的单元组合方式和幅度相位激励,达到实现3D波束赋型能力,可以实现多方向性波束赋型,成倍提升频谱资源效率,大幅度提升无线通信系统容量,达到最优系统性能。
以上所述的实施例仅表达了本发明的某种实施方式,其描述较为具体和详细,对于本领域的普通技术人员来说,通读本说明书后,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。

Claims (6)

1.一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:包括天线罩(1)、辐射振子部分(2)、反射板(3)、耦合校准网络(4)以及T/R组件部分(5);辐射振子部分(2)、耦合校准网络(4)设置在反射板(3)上,T/R组件部分(5)与耦合校准网络(4)连接,辐射振子部分(2)、反射板(3)和耦合校准网络(4)被天线罩(1)包含;所述耦合校准网络(4)包括校准端口(8)、功率分配与耦合单元(9)、微带线(10);校准端口(8)通过微带线(10)分别与各个功率分配与耦合单元(9)相连接;微带线(10)等幅度等相位的将功率分配与耦合单元(9)的能量耦合到校准端口(8);
所述功率分配与耦合单元(9)包括+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)、-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)、贴片负载1(13.1)、贴片负载2(13.2)、T/R端口1(14.1)、T/R端口2(14.2)、校准子端口(15);
T/R端口1(14.1)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和+45°端口1(11.1)、+45°端口2(11.2)相连接;
T/R端口2(14.2)通过等幅度等相位的功率分配单元分别和-45°端口1(12.1)、-45°端口2(12.2)相连接;
校准子端口(15)通过幅度等相位分配后,在其末端分别匹配有贴片负载1(13.1)和贴片负载2(13.2);
校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间的耦合度一致;
校准子端口(15)与T/R端口1(14.1)和T/R端口2(14.2)之间是等相位关系。
2.根据权利要求1所述的一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:所述辐射振子部分(2)的每列振子单元(7)之间设置有用于实现不同振子单元之间的隔离度指标、避免信号干扰的隔离侧条;每列纵向的两个相邻振子单元(7)组合为一个整体,通过功率分配与耦合单元(9)实现每列纵向的两个相邻振子单元(7)的连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:所述辐射振子部分(2)的每列振子单元(7)之间采用错位半个振子间距排列;辐射振子部分(2)的振子单元(7)的数量组成为32×n,n为正整数。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:所述天线罩(1)的形式有全封闭和半封闭两种形式。
5.根据权利要求4所述的一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:所述辐射振子部分(2)的振子纵向间距为对应中心频率的0.6-1个波长。
6.根据权利要求4所述的一种用于5G系统的密集阵列天线,其特征在于:所述辐射振子部分(2)的振子横向间距为对应中心频率的1/2波长。
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