CN107331952A - 多系统共面集成天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多系统共面集成天线，其包括反射板、设置在反射板上的至少四列的N个辐射单元的天线阵，各辐射单元分出的频段对应第一系统、第二系统、第三系统、第四系统，四个系统分别连接第一系统馈电网络、第二系统馈电网络、第三系统馈电网络、第四系统馈电网络，各系统馈电网络相互独立，设有独立的电下倾角调节功能模块其中N≥3，N为自然数。本发明集成多系统天线，一根天线替代多根以上天线，解决传统的TDD和FDD分开模式、一个系统一个天线问题，大大降低天线的建站成本，满足客户需求。实现轻便、成本低、安装灵活、使用效率高、安全的集成天线，节省人力物力资源大大提高使用效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及通信，尤其是涉及一种多系统电调集成共反射面基站天线。
【背景技术】
随着移动通信技术的迅速发展和移动通信业务量的急剧增加，移动通信网络的覆盖区域在不断的扩大和完善，作为移动通信系统关键部件之一的基站天线相应地随着移动通信网络的建设而变得越来越重要，需求量越来越大，需要频段越来越复杂，覆盖区域变化逐渐灵活化。可以预料将来很长一段时间内，3G及4G演进移动通信(Beyond 3G、4G)制式将共存。若每种通信制式都采用独立的天馈系统，不但移动通讯基站选址难、基站建设成本高，而且也背离了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，因此，不同通信制式天馈系统的共用共享成为未来基站设备发展的趋势。
传统的TDD(时分双工，Time Division Duplexing)基站天线是通过在覆盖区域产生一个系统一个天线、TDD和FDD(频分双工，Frequency Division Duplexing)不同制式用不同天线，导致多系统多频点需要多根天线，多面天线又容易产生干扰，成本也会增加一倍。以前使用共轴的上下放置方式，天线太长笨重安装受限制且存在安全隐患、同时也增加铁塔负荷量和降低使用效率，为此导致无法满足运行商价廉需求。
因此，提供一种多种制式天线共面共用，天线建站成本低的多系统集成天线实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种多种制式天线共面共用，天线建站成本低的多系统共面集成天线。
为实现本发明目的，提供以下技术方案：
本发明提供一种多系统共面集成天线，其包括反射板、设置在反射板上的至少四列的N个辐射单元的天线阵，各辐射单元分出的频段对应第一系统、第二系统、第三系统、第四系统，四个系统分别连接第一系统馈电网络、第二系统馈电网络、第三系统馈电网络、第四系统馈电网络，各系统馈电网络相互独立，
该第一系统馈电网络和/或第二系统馈电网络设有电下倾角调节功能模块，该电下倾角调节功能模块包括相连接的合路器、功分器、移相器、滤波器、传动结构、控制模块，
至少两个不同阵列的辐射单元合为一路至功分器，且该功分器输出至合路器，该合路器再通过级联方式通过各自移相器后输出第一系统射频口及第二系统射频口，
第三系统经过独立辐射单元和复用部分辐射单元，非直线错位排布，连接所述第三系统馈电网络，所述设有电下倾角调节功能模块，
第四系统采用偶极子对称振子，通过错位嵌套方式插入第一、二、三系统辐射单元阵列中排列作为第四系统的辐射单元，
其中N≥3，N为自然数。
优选的，优选的，所述四列天线阵分别为第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列、第四天线阵列，各天线阵列的辐射单元采用独立的馈电网络，第一天线阵列、第二天线阵列的天线辐射单元经过合路功分器后分出两个频段，分别对应第一系统和第二系统。
优选的，该第一天线阵列和第二天线阵列为直线天线阵列。
优选的，该第三天线阵列和第四天线阵列为非线天线阵列。
优选的，该传动结构包括移相器连接杆，通过连接杆经过机械调节的传动机构来实现移相器移动移相。
优选的，该合路器为一进二出单个放置或二进四出肩并肩成双放置。
所述第一系统馈电网络及第二系统馈电网络上均设置有电下倾角调节功能模块；或者，所述第一系统馈电网络及第二系统馈电网络上至少有一个设置有电下倾角调节功能模块。
优选的，所述第一系统馈电网络及第二系统馈电网络上均设置有电下倾角调节功能模块，各所述功分器形成第一功分层，各所述合路器形成合路器层，所述第一系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第一系统相移网络层，所述第二系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第二系统相移网络层，各相位补偿功能模块形成相位补偿网络层，所述相位补偿网络层分别与所述第一功分层及合路器层电连接。
优选的，所述第一功分层与相位补偿网络层一体化设计形成复合层，各辐射单元均通过穿过反射板的馈电芯与所述合路功分器连接，所述复合层下方连接有第一系统相移网络层，所述第一系统相移网络层下方设置有与所述复合层连接的第二系统相移网络层。
优选的，所述第一系统馈电网络上设置有电下倾角调节功能模块，所述第二系统预置电下倾角时，各所述功分器形成第一功分层及第二功分层，各所述合路器形成合路器层，所述第一系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第一系统相移网络层，各相位补偿功能模块形成相位补偿网络层，所述相位补偿网络层分别与所述第一功分层及合路器层电连接。
优选的，相移网络层通过连接杆分别连接到不同的机械传动结构，通过RCU控制模块实现移动从而实现下倾角电调节，下倾角通过标示尺表示。
优选的，所述第一功分层与相位补偿网络层一体化设计形成复合层，各复合辐射单元均通过穿过所述反射板的馈电芯与所述复合层相连，所述复合层下方连接有第一系统相移网络层，所述第一系统相移网络层下方设置有与所述复合层连接的第二功分层，所述合路器层位于底层。
优选的，所述第一系统射频口之间及各所述第二系统射频口之间均耦合有校准网络，该校准网络具有校准端口。
所述第一功分层指单独控制辐射单元的功分不经过移相器接到辐射单元的，所述第二功分层部分是经过移相器子单元后接到辐射单元的。
上述通过错位辐射单元，指的是至少一个辐射单元振子和整列辐射单元不在同一直线上，但最终接到同一个网络中。
优选的，相邻两列直线天线阵的距离为0.5λ1-1λ1，每列直线天线阵包括至少两个相同的高频辐射单元，且每列中相邻高频辐射单元的距离为0.5λ1-1λ1，其中λ1表示天线工作频段的中心频率在空气中对应的波长。
优选的，该非线天线阵包括多个低频辐射单元，该非线天线阵内相邻低频辐射单元之间的垂直间距0.5λ2-1λ2，水平错位间距0.5λ2-1λ2，其中λ2表示天线工作频段的中心频率在空气中对应的波长。
优选的，辐射单元连接到移相器子单元或者经过第一功分层上连接到移相器子单元上，移相器子单元再经过第二功分层级联和连接线一起形成第四网络系统电调控制模块，从而实现独立电调第四系统。
该错位嵌套方式指的是把第四系统辐射单元插入第一、二、三系统辐射单元阵列空余位置上，第四系统的辐射单元与第一、二、三系统共用反射板，不占用独立空间又不相互影响。且第四系统周围辐射单元采用绝缘方式与反射板分离开来，从而保证几个系统的相互影响和干扰。
优选的，所述功分器和合路器可以继承为合路功分器，至少两个射频端口输入，经过合路功分器功率分配或者功率合并后直接连接到至少两个滤波器上，从而实现分频及选频作用，减少连接线降低损耗。
第一系统与第二系统经过合路器或者集成一起的合路功分器实现复用共同的辐射单元，从合路功分器最后分出第一系统频段、第二系统频段分别接到各自移相器子单元上，子单元通过功分器级联方式最后实现下倾。
优选的，第一系统和第二系统复用TDD辐射单元，第三系统通过独立辐射单元或者经过合路器功分器复用TDD辐射单元，辐射单元采用个别错位形式排列或直线排列固定在反射板上，个别振子需反向错位来实现最小面积，在通过功分网络和移相器实现电下倾。
优选的，第四系统辐射单元通过绝缘方式嵌套到前三个系统辐射单元空位中，实现最小面积化，且让辐射体部分与反射板完全绝缘开，辐射单元在水平面部分错位排列，再把第四系统周围其他辐射体都绝缘起来。
对比现有技术，本发明具有以下优点：
本发明通过增加合路器复用辐射单元、偶极子嵌套错位共用反射面方式、完全绝缘去强耦合模式来减小相互影响来实现第一、二、三、四系统集高的多系统独立电调天线，一根天线替代以前多根天线问题。从而解决传统的TDD和FDD分开模式、一个系统一个天线问题；铁塔天线过多相互影响相互干扰问题，以及天线本身、安装和维修成本也会增加倍的问题；现有技术采用共轴的上下放置方式，天线太长笨重安装受限制、遮挡严重降低使用效率、存在安全隐患等问题。实现轻便、面积小，容量大、成本低、安装灵活、使用效率高、安全的集成天线，节省人力物力资源大大提高使用效率。根据本发明的技术方案制成的集成多系统天线，一根天线替代多根以上天线，解决传统的TDD和FDD分开模式、一个系统一个天线问题，大大降低天线的建站成本，减少天线本身数据容量，减小干扰，性能稳定，结构相对简单，相对多分离多根数量减轻，易于安装，能有效降低成本，满足大面积城区覆盖的需求。
【附图说明】
图1为本发明总体结构的示意简图；
图2为本发明总体结构的侧视图；
图3为本发明天线辐射单元和功分合路的示意图；
图4为本发明天线端盖端口和耦合盘的示意图；
图5为本发明整体辐射单元布局原理示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1和图2，本发明用于一种移动通信的多系统共面集成天线包括至少四列直(非)线天线阵，本实施例以六列直(非)线天线阵为例进行说明：包括天线反射板110、五列的由N个高频辐射单元108(Z1～ZN)组成的辐射阵和一列低频辐射单元109(A1～AM)组成的辐射阵，反射板110背面有第一层为合路器网络111、第二层和第三层都为移相器馈电网络112、113、114、115。
请参阅图2～图4，端盖前端有滤波器、校准网络耦合盘107和127、机械传动结构116和106、RCU控制模块105，以及端盖4个集数端口103和104、4个DIN型极化端口101和102。
请参阅图5，相邻两列直线天线阵的距离为0.5λ1-1λ1，在本实施例中，取相邻两列直线天线的距离为0.8λ1。每列直线天线阵由至少2个相同的天线辐射单元组成(图5中是以11个高频辐射单元108(Z1～Z11)例举进行说明)，且每列中相邻天线辐射单元的距离为0.5λ1-1λ1，在本例中，取每列直线天线阵中相邻天线辐射单元的距离为0.8λ1。另外非线天线阵以5个低频天线辐射单元109(A1～A5)举例说明，非线天线阵内相邻辐射单元之间的垂直间距0.5λ2-1λ2，水平错位间距0.5λ2-1λ2，其中λ2表示天线工作频段的中心频率在空气中对应的波长。
请参阅图5，各直线天线阵列和非线天线阵的排列方式有多种：
1、各直线天线阵列相互平行，且所有直线天线阵列的两端相互对齐。
2、各直线天线阵列相互平行，且所有奇数列的两端相互对齐，所有偶数列的两端相互对齐；
3、各直(非)线天线阵列不平行，且两端也相互不对齐；
4、各直(非)线天线列阵不平行，且两端也相互不对齐，错位排列。
请参阅图5，每个天线辐射单元ZN或AM由一个+45度极化方式的极化辐射单元和一个-45度极化方式的极化辐射单元组成，且+45度极化方式的极化辐射单元和-45度极化方式的极化辐射单元垂直交叉组合在一起合成天线辐射单元ZN或者AM(其中N或M取值自然数1、2、3、4、5、6……)
请参阅图3，以一个极化为列，另外一个极化则相同：
天线每个天线高频辐射单元108(Z1～ZN)经过连接线接到合路功分器Fn，经过Fn后分出两个频段，分别对应两个系统,即第一系统和第二系统，如图Z1和Z2单元通过合路功分器F1、Z3和Z4单元通过和合路功分器F2、以此类推，有可能单独共用的或者三个单元共用一个合路功分器。
请参阅图4，上述所说的通过合路功分器分出的两个所有端口对应两个系统，第一系统电连接到第一移相器馈电网络112上，第二系统电连接到第二移相器馈电网络113上，两个移相器馈电网络通过连接杆116分别连接到不同的机械传动结构117上去，通过RCU控制模块105实现移动从而实现下倾角电调节，下倾角可以通过标示尺106看出，每个独立传动系统各自一个。
请参阅图2～4，经过移相器馈电网络112和113后第一系统和第二系统分别出一个总口，这两个总口经过电缆线连分别接到耦合盘107和127上，在经过耦合盘出来第一系统和第二系统每一列每一个极化各自出一个端口，4列两个极化各自出9个端口(其中一个为耦合盘校准端口)，校准端口通过耦合方式获取对应各个端口幅度相位值实现校准，从而实现时分同步码分多址(Time Division-SynchronizationCode Division MultipleAccessTD-SCDMA)系统，第二系统为时分长期演进(TimeDivision-Long Term Evolution，TD-LTE)系统，第一系统对应频带FA，第二系统对应频带D，如图3所示，Z1和Z2单元通过合路功分器F1分出的两个所有端口对应两个系统，经过移相器馈电网络后，在经过耦合盘出来第一系统和第二系统各自出一个端口，第一系统对应频带FA1，第二系统对应频带D1。
请参阅图4，第一系统通过把4个端口或者5个端口(其中一个为校准口)合成一个集数端口，最后出两个集数端口103；同样第二系统出两个集数端口104。
请参阅图5，第三系统此处以10单元为例由高频辐射阵元ZN以0.5λ1-1λ1非线排列成一列天线阵118布局在反射板110正面，其中考虑到电性能某些辐射单元Z10偏离该天线阵0～1λ1距离，反射板110背面是馈电网络。
请参阅图2，该天线各单元经过电缆连接或者连接功分器后连接到第三移相器馈电网络114上，第三移相器馈电网络114通过连接杆116分别连接到不同的机械传动结构117上去，通过RCU控制模块105实现移动从而实现电下倾。
请参阅图4，从移相器出来后每个极化出一个端口，第三系统的两个极化端口102作为第三系统的输出端口，用于FDD频分双功模式。
请参阅图5，第四系统此处以5单元为例由偶极子对称振子辐射单元低频天线辐射单元AM以0.5λ2-1λ2非线排列,水平方向以0λ2-1λ2采用错位嵌套方式插入第一、二、三系统辐射阵列中排列作为第四系统的非线天线阵，天线阵布局在反射板110正面，其中考虑到电性能某些辐射周围部分需要完全与反射板绝缘起来。
请参阅图2，该天线阵各单元经过电缆连接或者连接功分器后连接到第四移相器馈电网络115上，第四移相器馈电网络115通过连接杆116分别连接到不同的机械传动结构117上去，通过RCU控制模块105实现移动从而实现电下倾。
请参阅图4，从移相器出来后每个极化出一个端口，考虑系统间隔离度每个端口在接头前面需要增加一个滤波器模块然后再输出第四系统的两个极化端口101作为第四系统的输出端口，用于FDD频分双功模式。
作为一种实施方式，RCU控制模块可包含驱动电机及控制电路，并在控制电路前端连接有调制解调器(Modem)，以进行电子控制，当然，RCU控制模块还可以通过手动旋钮调节，两者独立可调，互不影响。
作为一种实施方式，移相器、端口位置都可以随意变动，也可以把技术接头更换成其他接口等都属于专利的保护范围。
声明以上所述为本发明的优选实施例而已，本发明的实施和要求保护的范围并不局限于上述实施例的范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。特别需要强调的是本发明的辐射单元阵列及数量都可以根据不同的需求做出调整，通过调整本方案中直(非)线天线阵的列数、相邻两列直线天线阵之间的距离、每列直线天线阵的辐射单元个数、相邻辐射单元之间的距离、功分器功率分配端口的分配功率幅度和相位，从而系统网络特性或者系统数量的改动亦在本发明保护范围之内。以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多系统共面集成天线，其特征在于，
其包括反射板、设置在反射板上的至少四列的N个辐射单元的天线阵，各辐射单元分出的频段对应第一系统、第二系统、第三系统、第四系统，四个系统分别连接第一系统馈电网络、第二系统馈电网络、第三系统馈电网络、第四系统馈电网络，各系统馈电网络相互独立，
该第一系统馈电网络和/或第二系统馈电网络设有电下倾角调节功能模块，该电下倾角调节功能模块包括相连接的合路器、功分器、移相器、滤波器、传动结构、控制模块，
至少两个不同阵列的辐射单元合为一路至功分器，且该功分器输出至合路器，该合路器再通过级联方式通过各自移相器后输出第一系统射频口及第二系统射频口，
第三系统经过独立辐射单元和复用部分辐射单元，非直线错位排布，连接所述第三系统馈电网络，所述设有电下倾角调节功能模块，
第四系统采用偶极子对称振子，通过错位嵌套方式插入第一、二、三系统辐射单元阵列中排列作为第四系统的辐射单元，
其中N≥3，N为自然数。
2.如权利要求1所述的多系统共面集成天线，其特征在于，所述四列天线阵分别为第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列、第四天线阵列，各天线阵列的辐射单元采用独立的馈电网络，第一天线阵列、第二天线阵列的天线辐射单元经过合路功分器后分出两个频段，分别对应第一系统和第二系统。
3.如权利要求2所述的多系统共面集成天线，其特征在于，该第一天线阵列和第二天线阵列为直线天线阵列。
4.如权利要求3所述的多系统共面集成天线，其特征在于，该第三天线阵列和第四天线阵列为非线天线阵列。
5.如权利要求1所述的多系统共面集成天线，其特征在于，所述第一系统馈电网络及第二系统馈电网络上均设置有电下倾角调节功能模块，各所述功分器形成第一功分层，各所述合路器形成合路器层，所述第一系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第一系统相移网络层，所述第二系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第二系统相移网络层，各相位补偿功能模块形成相位补偿网络层，所述相位补偿网络层分别与所述第一功分层及合路器层电连接。
6.如权利要求1所述的多系统共面集成天线，其特征在于，所述第一系统馈电网络上设置有电下倾角调节功能模块，所述第二系统预置电下倾角时，各所述功分器形成第一功分层及第二功分层，各所述合路器形成合路器层，所述第一系统馈电网络上各所述移相器子单元形成第一系统相移网络层，各相位补偿功能模块形成相位补偿网络层，所述相位补偿网络层分别与所述第一功分层及合路器层电连接。
7.如权利要求5或6所述的多系统共面集成天线，其特征在于，相移网络层通过连接杆分别连接到不同的机械传动结构，通过RCU控制模块实现移动从而实现下倾角电调节，下倾角通过标示尺表示。
8.如权利要求1所述的多系统共面集成天线，其特征在于，所述第一系统射频口之间及各所述第二系统射频口之间均耦合有校准网络，该校准网络具有校准端口。
9.如权利要求3所述的多系统共面集成天线，其特征在于，相邻两列直线天线阵的距离为0.5λ1-1λ1，每列直线天线阵包括至少两个相同的高频辐射单元，且每列中相邻高频辐射单元的距离为0.5λ1-1λ1，其中λ1表示天线工作频段的中心频率在空气中对应的波长。
10.如权利要求4所述的多系统共面集成天线，其特征在于，该非线天线阵包括多个低频辐射单元，该非线天线阵内相邻低频辐射单元之间的垂直间距0.5λ2-1λ2，水平错位间距0.5λ2-1λ2，其中λ2表示天线工作频段的中心频率在空气中对应的波长。
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