CN107863996A - 全向阵列天线及其波束赋形方法 - Google Patents

全向阵列天线及其波束赋形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107863996A
CN107863996A CN201711205329.1A CN201711205329A CN107863996A CN 107863996 A CN107863996 A CN 107863996A CN 201711205329 A CN201711205329 A CN 201711205329A CN 107863996 A CN107863996 A CN 107863996A
Authority
CN
China
Prior art keywords
omni
omnidirectional
array antenna
directional
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711205329.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107863996B (zh
Inventor
李道铁
吴中林
刘木林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongyu Communication Inc
Original Assignee
Tongyu Communication Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongyu Communication Inc filed Critical Tongyu Communication Inc
Priority to CN201711205329.1A priority Critical patent/CN107863996B/zh
Publication of CN107863996A publication Critical patent/CN107863996A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107863996B publication Critical patent/CN107863996B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/002—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing at least two patterns of different beamwidth; Variable beamwidth antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明的全向阵列天线，包括N个全向子阵单元沿圆周排列成圆形阵，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。本发明全向阵列天线波束赋形方法，对各全向子阵单元采用等幅、同相或不同相方式激励形成全向、双波束、三波束和四波束等不同类型事务波束。本发明实现了全向天线的多种MIMO波束赋形能力，其增益高、赋形波束多、算法简单、阵元耦合低、成本低，且所述全向阵列天线将在未来5G应用中展现出巨大的潜力。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于并为H、V单极化全向阵列天线或H/V双极化全向天线的波束赋形设计提供也是有效和适用的。

Description

全向阵列天线及其波束赋形方法
【技术领域】
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种适合5G应用的MIMO全向阵列天线波束赋形方法及技术。
【背景技术】
工程上，越是简单的东西越是有用。全向天线是天线家族中最原始、最简单，同时也是最有应用价值的类型。首先，水平全向辐射是全向天线最显著、而又恰好是无线通信最需要的特点。在无线通信系统中，因发射台和接收设备的相互位置不固定，双方均需要安装全向天线以确保彼此处于任意方位关系时仍能保持链路畅通。其次，全向天线具有小型化和低成本的天然优势，易安装、易部署、视觉隐蔽。相比之下，定向天线用于水平全向覆盖时，需要多副共圆周排列、分扇区方式实现。由于天线数量多、尺寸大、重量重、安装要求高，站点建设成本高，且用户视觉感差。上述优点，使得全向天线成为无线通信领域中一种经典的天线类型，已在短波通信、蜂窝通信、交通警务、国防军事、航空航天、航海探险、业余无线电等领域获得了广泛应用。在无线业务持续、强劲的需求刺激下，全向天线获得了大量创新研究，其性能不断提升和增强，应用领域进一步扩展。可以预见，全向天线将焕发新的生命力，并在未来无线系统中继续大放异彩。
在5G时代，蜂窝系统将实现高容量、高数据率、高可靠性、低延迟、低功耗等。为了提高系统容量，大规模天线阵列(Massive MIMO,mMIMO)技术将得到广泛应用，使得数据传输率数十或百倍提升。目前，mMIMO天线的研发工作主要集中于大型宏基站场景。由于容量要求高、覆盖范围大、覆盖模式多，该类基站的天线阵列规模通常很大，如128单元或256单元，工作频段为低频2.6G、3.5G和4.5G。显然，跟传统宏站天线一样，mMIMO阵列的天线尺寸大、重量重、选址难、安装困难，而且成本更高。高成本可由容量提升所带来利润增加而抵消。然而，除了高容量、多模式场合，5G还存在很多低容量、少模式的应用场景。这时迫切需要一种阵列规模较小，但尺寸、重量和成本都大大减少的低阶MIMO天线，如8单元或16单元。这种情况下，全向天线小型化、低成本的优势，使其成为最具诱惑力的mMIMO方案。然而，全向天线实现波束赋形，将遇到增益低、赋形波束少、算法复杂、阵元耦合强、可借鉴经验少等挑战。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种增益高、赋形波束多、算法简单的全向阵列天线波束赋形方法及全向阵列天线。
为实现本发明目的，提供以下技术方案：
本发明提供一种全向阵列天线，其包括N个全向子阵单元沿圆周排列组成的天线组阵，圆形阵的直径为中心波长λc的整数倍(即D＝2·R＝m·λc，m为自然数)，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。
优选的，所述全向子阵单元的共轴组阵的对称振子为半波振子，也可以包括半波振子或其他波长的振子。
优选的，所述全向子阵单元的对称振子共轴组阵成垂直极化子阵或共面组阵成水平极化子阵。
优选的，所述N个全向子阵单元竖直等间隔排列，圆周方位角其中n＝1,2,3,...,N。
优选的，所述全向子阵单元的对称振子印制于PCB介质板，所述介质板垂直于圆阵的直径方向。在其他一些实施方式中，也可以所述全向子阵单元的对称振子构造形式为金属管。
本发明还提供一种全向阵列天线波束赋形方法，其应用于如权利要求1～任一项所述的全向阵列天线，各全向子阵单元采用等幅(In＝1；n＝1,2,3...,N)、同相或不同相方式激励形成不同类型波束。
优选的，所述不同类型波束包括：单全向波束、单定向波束、定向双窄波束、定向双宽波束、不共线定向双波束、定向不等宽双波束、定向三波束和定向四波束中至少任一个。
优选的，其中单全向波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位满足：四个奇数阵元同相，即β1＝β3＝β5＝β7；四个偶数阵元同相，即β2＝β4＝β6＝β8；且两组相位分别满足关系式：β1＝β2+Δβ，Δβ∈[0,π/2]；
优选的，其中单定向波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位满足：
式中，i为整数，n＝1,2,3,...,N；k＝2π/λ为空气中波数，θm、分别为最大波束指向的仰角θm及方位角
优选的，其中定向双窄波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝β3＝2·q·π，β5＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数；
优选的，其中定向双宽波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β2＝β3＝β4＝2·q·π；β5＝β6＝β7＝β8＝＝(1+2·q)·π(q为整数)。
优选的，其中定向不等宽双波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π，β4＝β8＝π，β5＝β7＝[(1-1/4)+2·q]·π，β6＝[(1-1/6)+2·q]·π，其中q为整数；
优选的，其中不共线定向双波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝2·q·π，β4＝(1/1.75+1/2+2·q)·π，β5＝[(1+1/1.75+1/2)+2·q]·π，β7＝π，β6＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，其中q为整数。
优选的，其中定向三波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π,β4＝β8＝(1+2·q)·π，β5＝[(1+1/3.5)+2·q]·π，β6＝[(1+1/2.875)+2·q]·π，β7＝[(1-1/3.5)+2·q]·π，其中q为整数；
优选的，其中定向四波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝β5＝β8＝2·q·π，β2＝β3＝β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数。
对比现有技术，本发明具有以下优点：
本发明所提的全向阵列天线波束赋形方法，采用阵元数N个、阵元由p元对称振子子阵构成，独特地运用如下波束赋形算法，实现了不同类型的业务波束，多种MIMO波束赋形能力的实现，其增益高、赋形波束多、算法简单、阵元耦合低。且所述全向阵列天线将在5G应用中展现出巨大的潜力。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于并为H、V单极化全向阵列天线或H/V双极化全向天线的波束赋形设计提供也是有效和适用的。
在一些实施方式中，所述不同类型波束如1)等幅同相激励，形成一个全向波束，覆盖水平四周；2)等幅不同相激励，形成一个水平定向波束，指向某个方位角；3)等幅不同相激励，形成一个水平双向窄波束，两波束共线并等波宽；4)等幅不同相激励，形成一个水平双向宽波束，两波束共线并等波宽；5)等幅不同相激励，形成一个水平双向不等宽波束，两波束共线、不等波宽；6)等幅不同相激励，形成一个水平双向窄波束，两波束等波宽、不共线；7)等幅不同相激励，形成一个水平定向三波束，三波束不等波宽、不等夹角；8)等幅不同相激励，形成一个水平定向四窄波束，四波束等波宽、等夹角。上述不同波束，是未来5G应用中最典型、最有用的几种类型。
本发明针对未来5G应用，设计了一个八元波束赋形全向天线，8个子阵单元均匀排列在直径为一个中心波长(1·λc)的圆周上。通过特殊的波束赋形算法，阵列实现了方位面内单全向波束、单定向波束、等宽或不等宽双波束、共线或不共线双波束、三波束和四波束覆盖，基本满足多种业务模式的波束需求。这使得全向赋形阵列，将成为未来5G应用的一种极具应用潜力的天线方案。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于H、V单极化全向天线或H/V双极化全向天线的波束赋形设计也是适用和有效的。
【附图说明】
图1为本发明天线模型所采用的直角坐标系的定义示意图。
图2为本发明全向阵列天线的全向子阵单元的正视图。
图3为本发明全向阵列天线模型的俯视图。
图4为本发明全向阵列天线模型的正视图。
图5为本发明全向子阵单元驻波VSWR曲线。
图6为本发明全向子阵单元中心频点fc＝3.5GHz的2D方向图。
图7为本发明全向阵列天线的赋形单全向波束#1在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图8为本发明全向阵列天线的赋形单定向波束#2在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图9为本发明全向阵列天线的赋形双定向窄波束#3在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图10为本发明全向阵列天线的赋形双定向宽波束#4在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图11为本发明全向阵列天线的赋形双定向不等宽波束#6在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图12为本发明全向阵列天线的赋形不共线双定向波束#5在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图13为本发明全向阵列天线的赋形定向三波束#7在fc＝3.5GHz的2D方向图。
图14为本发明全向阵列天线的赋形定向四波束#7在fc＝3.5GHz的2D方向图。
本文附图是用来对本发明的进一步阐述和理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制或限定。
【具体实施方式】
下面结合附图给出本发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
这里，将着重于超宽带和高增益两大特点来论述本发明，并给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。
本发明旨在为未来5G应用，提供一种波束可赋形的全向阵列天线设计方案，并为H、V单极化全向阵列天线或H/V双极化全向天线的波束赋形设计提供有效的参考方法。
请参阅图1～4，本发明全向阵列天线建构方法如下：
步骤一，建立空间直角坐标系，见图1；
步骤二，构造全向子阵单元：在YOZ平面，构造三元全向子阵单元，包括介质板10、对称双臂21、22、中心馈电点34、两端短路点35，所述中心馈电点34设置焊盘与非金属化过孔、所述短路点35设置金属化过孔，以及印制平行双导体馈线31、32和33，各部分如图2所示；
步骤三，八个全向子阵单元组成圆阵，将步骤二的三单元全向子阵单元沿Z轴旋转复制八次，形成一个沿直径D＝1·λc的圆均匀排布的八元组阵，且圆周直径垂直于各全向子阵单元的PCB介质板10；各子阵编号为UC#1～UC#8(UC,Unit Cell，单位单元)，分别位于方位角 和360°，如图3、4所示；
步骤四，阵列波束赋形：采用等幅同相或不同相馈电，形成八种类型波束，如图7～14所示。
上述构建方法得到的本发明一种全向阵列天线，其包括N个全向子阵单元沿圆周排列组成的天线组阵，圆形阵的直径为中心波长λc的整数倍(即D＝2·R＝m·λc，m为自然数)，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。本实施例中，N为8，p为3。
所述全向子阵单元中共轴组阵的对称振子为半波振子，也可以包括半波振子或其他波长的振子。
所述全向子阵单元的对称振子共轴组阵成垂直极化子阵或共面组阵成水平极化子阵。
所述N个全向子阵单元竖直等间隔排列，圆周方位角其中n＝1,2,3,...,N。
所述全向子阵单元的对称振子印制于PCB介质板，所述介质板垂直于圆阵的直径方向。在其他一些实施方式中，也可以所述全向子阵单元的对称振子构造形式为金属管。
N个阵元排成均匀圆阵(N≥1，N为自然数)，相邻阵元间隔角度为圆阵直径为中心波长λc的整数倍(即D＝2·R＝m·λc，m为自然数)。本实施例中，选取阵元数N＝8＝23为较佳实施例；其中每个全向子阵单元包括p＝3个对称振子。
本发明应用于上述全向子阵单元的全向阵列天线波束赋形方法，各全向子阵单元采用等幅(In＝1；n＝1,2,3...,N)、同相或不同相方式激励形成不同类型波束。
请结合参阅图5～14，本实施例中，所述不同类型波束包括：单全向波束#1、单定向波束#2、定向双窄波束#3、定向双宽波束#4、不共线定向双波束#5、定向不等宽双波束#6、定向三波束#7和定向四波束#8，共八种类型的波束；
其中单全向波束#1的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位则满足：四个奇数阵元同相，即β1＝β3＝β5＝β7；四个偶数阵元同相，即β2＝β4＝β6＝β8；且两组相位分别满足关系式：β1＝β2+Δβ,Δβ∈[0,π/2]；
其中单定向波束#2的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位则满足：
式(1)中，i为整数，n＝1,2,3,...,8；k＝2π/λ为空气中波数，θm、分别为最大波束指向的仰角θm及方位角在水平面有θm＝90°，取i＝-1，再将R＝λ/2代入，则式(2)简化为：
其中定向双窄波束#3的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝β3＝2·q·π，β5＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数；
其中定向双宽波束#4的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β2＝β3＝β4＝2·q·π；β5＝β6＝β7＝β8＝＝(1+2·q)·π(q为整数)；
其中定向不等宽双波束#5的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π，β4＝β8＝π，β5＝β7＝[(1-1/4)+2·q]·π，β6＝[(1-1/6)+2·q]·π，其中q为整数。
其中不共线定向双波束#6的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝2·q·π，β4＝(1/1.75+1/2+2·q)·π，β5＝[(1+1/1.75+1/2)+2·q]·π，β7＝π，β6＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，其中q为整数。
其中定向三波束#7的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π,β4＝β8＝(1+2·q)·π，β5＝[(1+1/3.5)+2·q]·π，β6＝[(1+1/2.875)+2·q]·π，β7＝[(1-1/3.5)+2·q]·π，其中q为整数。
其中定向四波束#8的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝β5＝β8＝2·q·π，β2＝β3＝β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数。
本发明所提的全向阵列天线波束赋形方法，采用阵元数N＝8个、阵元由p＝3元对称振子子阵构成，独特地运用如下波束赋形算法，实现了八种典型的业务波束：1)等幅同相激励，形成一个全向波束，覆盖水平四周；2)等幅不同相激励，形成一个水平定向波束，指向某个方位角；3)等幅不同相激励，形成一个水平双向窄波束，两波束共线并等波宽；4)等幅不同相激励，形成一个水平双向宽波束，两波束共线并等波宽；5)等幅不同相激励，形成一个水平双向不等宽波束，两波束共线、不等波宽；6)等幅不同相激励，形成一个水平双向窄波束，两波束等波宽、不共线；7)等幅不同相激励，形成一个水平定向三波束，三波束不等波宽、不等夹角；8)等幅不同相激励，形成一个水平定向四窄波束，四波束等波宽、等夹角。上述八种不同波束，是未来5G应用中最典型、最有用的几种类型。多种MIMO波束赋形能力的实现，意味着全向阵列天线将在5G应用中展现出巨大的潜力。
本发明全向阵列天线的波束赋形实现效果可参考下面表I，全向阵列天线的波束赋形实现的具体算法实例表，以及图7～14，各类型波束在fc＝3.5GHz的2D方向图。
表I.全向阵列天线的波束赋形算法
图5为本发明全向子阵单元驻波VSWR曲线。由图知，在3.4～3.6GHz频带内，子阵单元驻波VSWR≤1.60，阻抗匹配良好。
图6为本发明全向子阵单元中心频点fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝90°，YOZ平面)；E面波宽HPBW＝24.73°，H面为理想全向辐射(不圆度小于0.24dB)，增益G＝6.68dBi。
图7为本发明全向阵列天线的赋形单全向波束#1在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝90°，YOZ平面)；E面波宽HPBW＝20.37°，H面不圆度小于0.24dB，增益G＝6.47dBi，辐射特性与子阵单元几乎一样。
图8为本发明全向阵列天线的赋形单定向波束#2在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝0°，YOZ平面)；主瓣指向方位角方向，E/H面波宽分别为：
HPBW＝23.92°、40.67°，增益G＝13.78dBi；旁瓣电平SLL低于主瓣约13.78dB，前后比FTBR为7.5dB。
图9为本发明全向阵列天线的赋形双定向窄波束#3在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝113°，YOZ平面)；主瓣指向方位角方向，两主瓣夹角为180°，E/H面波宽分别为：HPBW＝25.18°、32.68°，增益G＝12.33dBi；旁瓣电平SLL低于主瓣约9dB，与主波束正交方向则形成深的零点。
图10为本发明全向阵列天线的赋形双定向宽波束#4在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝112°，YOZ平面)；主瓣指向方位角方向，两主瓣夹角为180°，E/H面波宽分别为：HPBW＝28.85°、50.18°，增益G＝9.41dBi，与主波束正交方向则形成深的零点。
图11为本发明全向阵列天线的赋形双定向不等宽波束#6在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝90°，YOZ平面)；主瓣指向方位角方向，两主瓣夹角为180°，E/H面波宽分别为：HPBW＝24.50°、117.0°(宽波束)/31.20°(窄波束)，增益G＝9.47dBi；主次波束相交处形成深的零点。
图12为本发明全向阵列天线的赋形不共线双定向波束#5在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝97°，YOZ平面)；主瓣指向方位角方向，两主瓣夹角为148°(锐角)或212°(钝角)，E/H面波宽分别为：HPBW＝24.60°、31.20°，增益G＝11.96dBi；同侧和异侧旁瓣电平SLL分别低于主瓣约7dB、5.5dB，与主波束正交方向及异侧旁瓣与主瓣相交处均形成深的零点。
图13为本发明全向阵列天线的赋形定向三波束#7在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝90°，YOZ平面)；三主瓣指向方位角方向，相邻主瓣夹角分别为143°、135°和100°，E/H面波宽分别为：HPBW＝24.5°、65°/50°/46°，增益G＝10.73dBi；三波束相交处均形成较深的零点。
图14为本发明全向阵列天线的赋形定向四波束#7在fc＝3.5GHz的2D方向图。其中，实线表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虚线表示E-面(Phi＝23°/113°，YOZ平面)；四主瓣分别指向方位角和293°方向，相邻主瓣夹角为90°，E/H面波宽分别为：HPBW＝25.13°、47.24°，增益G＝8.81dBi；四波束相交处均形成深的零点。
以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全向阵列天线，其特征在于，其包括N个全向子阵单元沿圆周排列成圆形阵，圆形阵的直径为中心波长λc的整数倍，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。
2.如权利要求1所述的全向阵列天线，其特征在于，所述全向子阵单元的共轴组阵的对称振子为半波振子，所述全向子阵单元的对称振子共轴组阵成垂直极化子阵或共面组阵成水平极化子阵。
3.如权利要求2所述的全向阵列天线，其特征在于，所述N个全向子阵单元竖直等间隔排列，圆周方位角其中n＝1,2,3,...,N。
4.如权利要求3所述的全向阵列天线，其特征在于，所述全向子阵单元的对称振子印制于PCB介质板，所述介质板垂直于圆阵的直径方向；或所述全向子阵单元的对称振子构造形式为金属管。
5.一种全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，其应用于如权利要求1～4任一项所述的全向阵列天线，各全向子阵单元采用等幅、同相或不同相方式激励形成不同类型波束。
6.如权利要求5所述的全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，所述不同类型波束包括：单全向波束、单定向波束、定向双窄波束、定向双宽波束、不共线定向双波束、定向不等宽双波束、定向三波束和定向四波束中至少任一个。
7.如权利要求6所述的全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，其中单全向波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位满足：四个奇数阵元同相，即β1＝β3＝β5＝β7；四个偶数阵元同相，即β2＝β4＝β6＝β8；且两组相位分别满足关系式：β1＝β2+Δβ，Δβ∈[0,π/2]；
和/或，其中单定向波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位满足：
式中，i、N为整数，n＝1,2,3,...,N；k＝2π/λ为空气中波数，θm、分别为最大波束指向的仰角θm及方位角
8.如权利要求6所述的全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，其中定向双窄波束的赋形算法为各全向子阵单元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝β3＝2·q·π，β5＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数；
和/或，其中定向双宽波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β2＝β3＝β4＝2·q·π；β5＝β6＝β7＝β8＝＝(1+2·q)·π(q为整数)。
9.如权利要求6所述的全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，其中定向不等宽双波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π，β4＝β8＝π，β5＝β7＝[(1-1/4)+2·q]·π，β6＝[(1-1/6)+2·q]·π，其中q为整数；
和/或，其中不共线定向双波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β3＝(1/1.75+2·q)·π，β2＝2·q·π，β4＝(1/1.75+1/2+2·q)·π，β5＝[(1+1/1.75+1/2)+2·q]·π，β7＝π，β6＝β8＝[(1+1/1.75)+2·q]·π，其中q为整数。
10.如权利要求6所述的全向阵列天线波束赋形方法，其特征在于，其中定向三波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位满足：β1＝β3＝{[1-cos(π/4)]+2·q}·π，β2＝2·q·π,β4＝β8＝(1+2·q)·π，β5＝[(1+1/3.5)+2·q]·π，β6＝[(1+1/2.875)+2·q]·π，β7＝[(1-1/3.5)+2·q]·π，其中q为整数；和/或，其中定向四波束的赋形算法为各阵元等幅激励，相位则满足：β1＝β4＝β5＝β8＝2·q·π，β2＝β3＝β6＝β7＝(1+2·q)·π，其中q为整数。
CN201711205329.1A 2017-11-27 2017-11-27 全向阵列天线及其波束赋形方法 Active CN107863996B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711205329.1A CN107863996B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 全向阵列天线及其波束赋形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711205329.1A CN107863996B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 全向阵列天线及其波束赋形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107863996A true CN107863996A (zh) 2018-03-30
CN107863996B CN107863996B (zh) 2020-10-16

Family

ID=61702875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711205329.1A Active CN107863996B (zh) 2017-11-27 2017-11-27 全向阵列天线及其波束赋形方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107863996B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019100376A1 (zh) * 2017-11-27 2019-05-31 广东通宇通讯股份有限公司 全向阵列天线及其波束赋形方法
CN110233705A (zh) * 2019-06-11 2019-09-13 北京深蓝航天科技有限公司 基于无线通信方式的信号传输系统
CN110896677A (zh) * 2018-04-16 2020-03-20 上海飞来信息科技有限公司 全向天线系统及无人机监听设备
CN111751782A (zh) * 2020-06-08 2020-10-09 西安思丹德信息技术有限公司 一种基于fpga的比幅测角系统及方法
CN112054829A (zh) * 2020-07-10 2020-12-08 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种具有固定相位中心特性的天线组阵信号合成方法
CN113203897A (zh) * 2021-04-14 2021-08-03 之江实验室 一种任意二维天线阵列的旁瓣抑制与波束形成方法
US11901624B1 (en) 2022-10-06 2024-02-13 City University Of Hong Kong Wideband high-gain omnidirectional biconical antenna for millimeter-wave applications

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2293901Y (zh) * 1997-03-13 1998-10-07 北京信威通信技术有限公司 用于无线通信系统的环形智能天线阵
JP2003152440A (ja) * 2001-11-14 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp アレーアンテナ
US20100066590A1 (en) * 2008-07-28 2010-03-18 Physical Domains, LLC Omnidirectional Retrodirective Antennas
CN102904069A (zh) * 2012-10-26 2013-01-30 浙江大学 基于Sinc函数的圆形口径场分布的阵列天线的设计方法
CN105703083A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 深圳前海智讯中联科技有限公司 一种多波束选择智能天线阵列及具有该天线阵列的系统
CN107275800A (zh) * 2017-05-16 2017-10-20 南京航空航天大学 一种大规模mimo阵列的天线结构
CN207475549U (zh) * 2017-11-27 2018-06-08 广东通宇通讯股份有限公司 全向阵列天线

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2293901Y (zh) * 1997-03-13 1998-10-07 北京信威通信技术有限公司 用于无线通信系统的环形智能天线阵
JP2003152440A (ja) * 2001-11-14 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp アレーアンテナ
US20100066590A1 (en) * 2008-07-28 2010-03-18 Physical Domains, LLC Omnidirectional Retrodirective Antennas
CN102904069A (zh) * 2012-10-26 2013-01-30 浙江大学 基于Sinc函数的圆形口径场分布的阵列天线的设计方法
CN105703083A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 深圳前海智讯中联科技有限公司 一种多波束选择智能天线阵列及具有该天线阵列的系统
CN107275800A (zh) * 2017-05-16 2017-10-20 南京航空航天大学 一种大规模mimo阵列的天线结构
CN207475549U (zh) * 2017-11-27 2018-06-08 广东通宇通讯股份有限公司 全向阵列天线

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019100376A1 (zh) * 2017-11-27 2019-05-31 广东通宇通讯股份有限公司 全向阵列天线及其波束赋形方法
CN110896677A (zh) * 2018-04-16 2020-03-20 上海飞来信息科技有限公司 全向天线系统及无人机监听设备
CN110233705A (zh) * 2019-06-11 2019-09-13 北京深蓝航天科技有限公司 基于无线通信方式的信号传输系统
CN111751782A (zh) * 2020-06-08 2020-10-09 西安思丹德信息技术有限公司 一种基于fpga的比幅测角系统及方法
CN111751782B (zh) * 2020-06-08 2023-12-19 西安思丹德信息技术有限公司 一种基于fpga的比幅测角系统及方法
CN112054829A (zh) * 2020-07-10 2020-12-08 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种具有固定相位中心特性的天线组阵信号合成方法
CN113203897A (zh) * 2021-04-14 2021-08-03 之江实验室 一种任意二维天线阵列的旁瓣抑制与波束形成方法
US11901624B1 (en) 2022-10-06 2024-02-13 City University Of Hong Kong Wideband high-gain omnidirectional biconical antenna for millimeter-wave applications

Also Published As

Publication number Publication date
CN107863996B (zh) 2020-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107863996A (zh) 全向阵列天线及其波束赋形方法
CN207475549U (zh) 全向阵列天线
CN107946774B (zh) 基于人工介质圆柱透镜全向多波束天线
CN111916909B (zh) 基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线
CN101072061B (zh) 多重输入与输出天线系统
CN103403898B (zh) 宽带双极化天线
CN106134002B (zh) 多模复合天线
CA2511684A1 (en) Null-fill antenna, omni antenna, and radio communication equipment
CN209282410U (zh) 一种高口径效率多极化平面反射型轨道角动量天线
CN102570058A (zh) 复合式多天线系统及其无线通信装置
CN109687116B (zh) C波段的小型化宽带宽波束圆极化微带天线
CN107910648B (zh) 一种低剖面双频带全向圆极化天线
US10553962B2 (en) Dipole antenna with beamforming ring
CN108028471B (zh) 多模复合材料天线
CN106299689B (zh) 一种超宽带低剖面垂直极化全向天线
CN105098345B (zh) 一种采用双谐振相移单元的宽带反射阵天线
CN102544762A (zh) 适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵
WO2019100376A1 (zh) 全向阵列天线及其波束赋形方法
CN105144483B (zh) 圆极化天线
CN107611601A (zh) 小型化高增益双极化全向天线
CN107732441A (zh) 波束上仰高增益全向天线
CN107464992B (zh) 超宽带高增益全向天线
CN104063534B (zh) 分形多频多模偶极子天线的设计方法
CN109950706A (zh) 用于x波段的圆锥共形相控阵天线
CN207199831U (zh) 波束上仰高增益全向天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant