CN106711622A - 天线阵列和天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线阵列及天线，包括并排设置的第一列元和第二列元，所述第一列元包括至少一个第一辐射单元，第二列元包括至少一个第二辐射单元，还包括至少一个微波网络，所述微波网络具有两个输入端口和两个输出端口，所述两个输入端口相互隔离且分别接入馈电移相网络，两个输出端口分别与同一水平方向上的第一、第二辐射单元连接，并且电信号从所述微波网络中任意一个输入端口输入时均可在两个输出端口处向第一、第二辐射单元输出相位差值范围在±45°之间的信号。通过本方案中，在天线物理尺寸收窄时实现波束宽度的收窄，进而提升天线的增益，有利于实现天线的小型化设计。

Description

天线阵列和天线

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体而言，本发明涉及一种天线阵列及采用该天线阵列的天线。

背景技术

随着4G移动通信网络布网的逐步加速，为实现系统容量的提升，目前通用的实现手段为MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统。在现有技术中，为缩小天线辐射波束的宽度，提升增益，一般采取扩大天线辐射单元水平间距的方法，直观表现为天线宽度尺寸变大，占用的安装空间较大。

然而，随着建站空间的限制、物业协调难度的增大，小型化需求已经成为天线的发展趋势。为此，业界急需一种小型化，同时还能具有满足多入多出系统的指标要求的基站天线。

发明内容

本发明的第一目的旨在提供一种可在缩小天线横向尺寸时收窄天线阵列波束的天线阵列。

本发明的第二目的旨在提供一种采用上述天线阵列的体积较小的天线。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种天线阵列，包括并排设置的第一列元和第二列元，所述第一列元包括至少一个第一辐射单元，第二列元包括至少一个第二辐射单元，还包括至少一个微波网络，所述微波网络具有两个输入端口和两个输出端口，所述两个输入端口相互隔离且分别接入馈电移相网络，两个输出端口分别与同一水平方向上的第一、第二辐射单元连接，并且电信号从所述微波网络中任意一个输入端口输入时均可在两个输出端口处向第一、第二辐射单元输出相位差值范围在±45°之间的信号。

优选地，所述微波网络为等相位定向耦合器。

优选地，所述微波网络采用具有相位超前特性的复合左右手传输线，以使信号从任意一个输入端口输入可在两个输出端口输出相位相同或接近的信号。

优选地，该天线阵列的波束宽度可通过调节微波网络的数量来调节。

优选地，每一个所述第一辐射单元和对应的第二辐射单元间均接入一个所述微波网络。

优选地，一个或多个所述的第一辐射单元和对应的第二辐射单元间接入一个所述微波网络，其他的辐射单元直接接入馈电移相网络。

一种天线，包括天线反射板及设于天线反射板上的上述天线阵列。

优选地，所述天线反射板包括底板和所述底板两侧向上延伸的侧板；

所述底板包括用于安装第一列元辐射单元的第一底板和用于安装第二列元辐射单元的第二底板，所述第一底板与所述第二底板构成不同平面，其以纵长方向的一侧相连的方式连接，且所述第一底板背面与所述第二底板背面之间的夹角小于180°；

所述侧板包括第一侧板和第二侧板，并且其分别对应与所述第一、第二底板相互远离的一侧连接。

优选地，所述第一底板背面和所述第二底板背面之间的夹角在140°到180°之间。

优选地，所述第一底板和所述第二底板之间的过渡处设有隔板，所述隔板自所述过渡处竖直延伸。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1、本发明的方案中，通过在至少一个第一辐射单元和其对应的第二辐射单元(即与第一辐射单元位于同一水平方向上的第二辐射单元)与馈电移相网络间增设端口输出相位相同或相近的微波网络，使得天线阵列波束变窄，从而可以在天线物理尺寸缩小时实现波束宽度的收窄，进而提升天线的增益，有利于实现天线的小型化设计。

2、通过将用于分别安装第一列元辐射单元和第二列元辐射单元的第一、第二底板呈夹角设置，可以增大两列天线辐射单元中心的距离，从而减少两列辐射单元之间的耦合，提高两列辐射单元的辐射指标及系统间隔离度；在相同辐射指标需求时，本发明的天线反射板的宽度(即两个侧板之间的水平距离)较小，有利于天线小型化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例中天线阵列的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例中天线阵列的结构示意图；

图3为图1和图2中微波网络的具体结构示意图；

图4为本发明的天线的结构示意图；

图5为图4所示天线的立体结构图；

图6为本发明一个实施例中天线反射板的结构示意图；

图7为本发明另一个实施例中天线反射板的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1至图3共同示出了本发明的天线阵列100，可适用于MIMO系统的基站天线中，以提升系统容量。应用该天线阵列100的基站天线，可以在收窄天线物理尺寸的同时，保证天线波束的收窄，进而保证天线的正常覆盖。

所述天线阵列100包括并排设置的第一列元(未标号，下同)和第二列元(未标号，下同)，所述第一列元包括至少一个第一辐射单元1、第二列元包括至少一个第二辐射单元2，还包括至少一个微波网络3，所述微波网络3具有两个输入端口31、32和两个输出端口33、34，所述两个输入端口31、32相互隔离且分别接入馈电移相网络4，两个输出端口33、34分别与同一水平方向的第一、第二辐射单元连接，并且电信号从所述微波网络3中任意一个输入端口输入时可在两个输出端口处向第一、第二辐射单元输出相位差值范围在正负±45°之间的信号。

相比于现有技术，本发明的技术方案中，通过在至少一个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2间增设微波网络3来收窄波束宽度，而无需通过扩大第一辐射单元1和第二辐射单元2之间的水平间距来收窄波束宽度，然后，通过该收窄的波束与其他未接入微波网络3的辐射单元辐射的较宽的波束叠加，使得整个天线阵列100的波束宽度位于该变窄的波束宽度与其他最宽的一个波束之间，继而提升天线整体增益，同时缩小了天线的尺寸。

进一步地，所述微波网络3为等相位定向耦合器。所述定向耦合器是微波系统中一种具有方向性的功率分配元件，通常由直通线和耦合线的两段传输线组合成，用于将微波信号按一定的比例进行功率分配。所述等相位定向耦合器为可在两个输出端口输出相位相等或接近相等的信号的定向耦合器。

优选地，所述微波网络3采用具有相位超前特性的复合左右手传输线，以使信号从任意一个输入端口输入可在两个输出端口输出相位相同或接近的信号。

参考图3，所述微波网络3中包括两个输入端口31、32和两个输出端口33、34，从输入端口31馈入信号后会在输出端口33、34输出相位相同或接近相同的信号，同理，从输入端口32馈入信号后，也会在输出端口33、34输出相位相同或接近相同的信号。

所述微波网络3中采用复合左右手传输线代替部分传统的传输线，由于所述复合左右手传输线具有相位超前的特性，因此，使得所述微波网络3的两个输出端口33、34可输出两个相位相等或接近相等的信号，然后输入到与之连接的第一辐射单元1和第二辐射单元2中，进一步使得第一辐射单元1和第二辐射单元2所辐射的波束可进行更好叠加以达到收窄波束宽度的目的。

进一步地，该天线阵列100的波束宽度可通过调节微波网络3的数量来调节。

本发明的一个实施例中，每一个所述第一辐射单元1和对应的第二辐射单元2间均接入一个所述微波网络3。

在该天线阵列100中，位于第一列元的第一辐射单元1和位于第二列元的第二辐射单元2以并列的方式一一对应排布在天线反射板200上。

例如，如图1所示，所述天线阵列100包括五个第一辐射单元1和对应的五个第二辐射单元2。以第一个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2为例，第一辐射单元1与对应第二辐射单元2分别接入微波网络3的两个输出端口33、34，而微波网络3的两个输入端口31、32分别连接至多通道天线阵列100的馈电移相网络4，同理，其余的四个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2均按上述连接方式连接到对应的馈电移相网络4。

由于每个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2都接入微波网络3，因此，可使得天线阵列100波束变窄，从而可以在天线物理尺寸缩小的同时实现波束宽度的收窄，进而提升天线的增益，有利于实现天线的小型化设计。

本发明的另一个实施例中，一个或多个所述的第一辐射单元1和对应的第二辐射单元2间接入一个所述微波网络3，其他的辐射单元直接接入馈电移相网络4。在该天线阵列100中，位于第一列元的第一辐射单元1和位于第二列元的第二辐射单元2以并列的方式一一对应排布在天线反射板200上。

例如，如图2所示，所述天线阵列100包括五个第一辐射单元1及五个分别与每个第一辐射单元1一一对应的第二辐射单元2。其中，其中三个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2之间接入微波网络3，而其他两个第一辐射单元1及其对应的第二辐射单元2直接接入馈电移相网络4。

由于其中三个第一辐射单元1及其对应的三个第二辐射单元2之间接入微波网络3，辐射的波束较窄；而其他两个第一辐射单元1及其对应的两个第二辐射单元2直接接入馈电移相网络4，即馈入的信号未经微波网络3，辐射的波束较宽；由此，较窄的波束与较宽的波束在空中叠加后，可使得整个天线阵列100的波束宽度位于该较窄的波束与其他最宽的一个波束之间，从而满足阵列方向图设计要求，同时，提升天线整体增益、缩小了天线的尺寸。

如图4-图7所示，本发明还提供了一种天线1000，包括天线反射板200及设于天线反射板200上的上述天线阵列100。

优选地，所述天线反射板200包括底板(未标号，下同)和所述底板两侧向上延伸的侧板(未标号，下同)；

所述底板包括用于安装第一列元辐射单元的第一底板51和用于安装第二列元辐射单元的第二底板52，所述第一底板51与所述第二底板52构成不同平面，其以纵长方向的一侧相连的方式连接，且所述第一底板51背面与所述第二底板52背面之间的夹角小于180°；

所述侧板包括第一侧板61和第二侧板62，并且其分别对应与所述第一、第二底板相互远离的一侧连接。

本发明的技术方案中，通过将用于分别安装第一列元辐射单元和第二列元辐射单元的第一、第二底板呈夹角设置，可以增大两列天线辐射单元中心的距离，从而减少两列辐射单元之间的耦合，提高两列辐射单元的辐射指标及系统间隔离度；在相同辐射指标需求时，本发明的天线反射板的宽度(即两个侧板之间的水平距离)较小，有利于天线小型化。

优选地，所述第一底板51背面和所述第二底板52背面之间的夹角在140°到180°之间。

优选地，所述第一底板51和所述第二底板52之间的过渡处设有隔板7，所述隔板7自所述过渡处竖直延伸。所述隔板有利于减少两列辐射单元之间的耦合，提高两列辐射单元的辐射指标及系统间隔离度。

综上所述，与现有技术相比，本发明所述天线阵列及天线具有以下优点：

1.通过在至少一个第一辐射单元及其对应的第二辐射单元间增设微波网络来收窄波束宽度，而无需通过扩大第一辐射单元和第二辐射单元之间的水平间距来收窄波束宽度，然后，通过该收窄的波束与其他未接入微波网络的辐射单元辐射的较宽的波束叠加，使得整个天线阵列的波束宽度位于该变窄的波束宽度与其他最宽的一个波束之间，继而提升天线整体增益，同时缩小了天线的尺寸。

2.通过将用于分别安装第一列元辐射单元和第二列元辐射单元的第一、第二底板呈夹角设置，可以增大两列天线辐射单元中心的距离，从而减少两列辐射单元之间的耦合，提高两列辐射单元的辐射指标及系统间隔离度；在相同辐射指标需求时，本发明的天线反射板的宽度(即两个侧板之间的水平距离)较小，有利于天线小型化。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线阵列，包括并排设置的第一列元和第二列元，所述第一列元包括至少一个第一辐射单元，第二列元包括至少一个第二辐射单元，其特征在于：还包括至少一个微波网络，所述微波网络具有两个输入端口和两个输出端口，所述两个输入端口相互隔离且分别接入馈电移相网络，两个输出端口分别与同一水平方向上的第一、第二辐射单元连接，并且电信号从所述微波网络中任意一个输入端口输入时均可在两个输出端口处向第一、第二辐射单元输出相位差值范围在±45°之间的信号。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述微波网络为等相位定向耦合器。

3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述微波网络采用具有相位超前特性的复合左右手传输线，以使信号从任意一个输入端口输入可在两个输出端口输出相位相同或接近的信号。

4.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，该天线阵列的波束宽度可通过调节微波网络的数量来调节。

5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，每一个所述第一辐射单元和对应的第二辐射单元间均接入一个所述微波网络。

6.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，一个或多个所述的第一辐射单元和对应的第二辐射单元间接入一个所述微波网络，其他的辐射单元直接接入馈电移相网络。

7.一种天线，包括天线反射板及设于天线反射板上的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列为权利要求1至6任意一项所述的天线阵列。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线反射板包括底板和所述底板两侧向上延伸的侧板；

所述底板包括用于安装第一列元辐射单元的第一底板和用于安装第二列元辐射单元的第二底板，所述第一底板与所述第二底板构成不同平面，其以纵长方向的一侧相连的方式连接，且所述第一底板背面与所述第二底板背面之间的夹角小于180°；

所述侧板包括第一侧板和第二侧板，并且其分别对应与所述第一、第二底板相互远离的一侧连接。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一底板背面和所述第二底板背面之间的夹角在140°到180°之间。

10.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一底板和所述第二底板之间的过渡处设有隔板，所述隔板自所述过渡处竖直延伸。