CN109193159A - 波束宽度可调的天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种波束宽度可调的天线，包括第一移相器、第二移相器、电桥以及辐射装置；辐射装置包括第一辐射单元和多个第二辐射单元；第一移相器的第一输出端连接电桥的第一输入端；第一移相器的第二输出端连接电桥的第二输入端；第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；电桥的第二输出端连接第一辐射单元；第二移相器的各输出端与各第二辐射单元一一对应连接。进而能够在第一移相器改变相位时，可改变各辐射单元的功率，实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元产生等差相位，实现天线下倾角的调节，进而可满足天线的实现覆盖场景。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种波束宽度可调的天线。
背景技术
随着移动通信的发展，为了满足天线的覆盖和容量需求，对网络优化的要求越来越高。对居民区和商业街等地带进行深度覆盖及补盲时，天线的选择很大程度上决定了覆盖的效果。目前，通常采用微站天线或低增益定向天线进行覆盖或补盲。但这些天线的垂直面波束宽度是固定的，对应的覆盖区域也相对固定，难以满足在实际应用中，一些如高楼等覆盖场景需垂直面波束宽度宽一些，从而覆盖较大范围的区域，而在另一些覆盖场景可能需要波束宽度窄一些的情况。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统天线波束宽度不可调节，难以满足实际覆盖场景。
发明内容
基于此，有必要针对传统天线波束宽度不可调节，难以满足实际覆盖场景，提供一种波束宽度可调的天线。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种波束宽度可调的天线，包括第一移相器、第二移相器、电桥以及辐射装置；辐射装置包括第一辐射单元和多个第二辐射单元；
第一移相器的第一输出端连接电桥的第一输入端；第一移相器的第二输出端连接电桥的第二输入端；第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；
电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；电桥的第二输出端连接第一辐射单元；
第二移相器的各输出端与各第二辐射单元一一对应连接。
在其中一个实施例中，第一移相器包括可调相位部件和固定相位部件；
可调相位部件的第一端连接电桥的第一输入端；固定相位部件的第一端连接电桥的第二输入端；可调相位部件的第二端连接固定相位部件的第二端。
在其中一个实施例中，可调相位部件的可调相位范围为-180度至180度。
在其中一个实施例中，电桥为90度电桥。
在其中一个实施例中，第一辐射单元的输出相位为固定相位。
在其中一个实施例中，第一辐射单元的输出相位与各第二辐射单元的输出相位呈等差数列。
在其中一个实施例中，第一移相器为一分二移相器。
在其中一个实施例中，第二辐射单元的数量为至少2个。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
第一移相器的第一输出端连接电桥的第一输入端；第一移相器的第二输出端连接电桥的第二输入端；第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；电桥的第二输出端连接第一辐射单元；第二移相器的各输出端与各第二辐射单元一一对应连接。在第一移相器改变相位时，可改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，从而实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，从而实现天线下倾角的调节，进而可满足天线的实现覆盖场景。
附图说明
图1为一个实施例中波束宽度可调的天线的第一结构示意图；
图2为一个实施例中电桥的结构示意图；
图3为一个实施例中波束宽度可调的天线的第二结构示意图；
图4为一个实施例中波束宽度可调的天线的第三结构示意图；
图5为一个实施例中波束宽度可调的天线的第四结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决传统天线波束宽度不可调节，难以满足实际覆盖场景的问题，本发明实施例提供了一种波束宽度可调的天线，图1为一个实施例中波束宽度可调的天线的第一结构示意图。如图1所示，包括第一移相器110、第二移相器120、电桥130以及辐射装置140；辐射装置140包括第一辐射单元142和多个第二辐射单元144。
第一移相器110的第一输出端112连接电桥130的第一输入端；第一移相器110的第二输出端114连接电桥130的第二输入端；第一移相器110的第一输出端112用于输出可调相位的信号；第一移相器110的第二输出端114用于输出固定相位的信号；电桥130的第一输出端连接第二移相器120的输入端；电桥130的第二输出端连接第一辐射单元142；第二移相器120的各输出端与各第二辐射单元144一一对应连接。
其中，第一移相器110指的是控制信号相位变化的控制元件。第一移相器110可以是数字式的移相器，也可以是模拟式的移相器。第二移相器120指的是控制信号相位变化的控制元件。第二移相器120可以是数字式的移相器，也可以是模拟式的移相器。电桥130可先将两路输入信号合成一路混合信号，再将混合信号功分为二路信号输出。辐射装置140指的是能够有效辐射或接收无线电波的装置。第一辐射单元142可以是振子单元，也可以是贴片单元。第二辐射单元144可以是振子单元，也可以是贴片单元。
具体地，第一移相器110可包含一个输入端和两个输出端(第一输出端112和第二输出端114)，第一移相器110的输入端为天线的信号输入端口，第一移相器110的第一输出端112可用来输出可调相位的信号，第一移相器110的第二输出端114可用来输出固定相位的信号。第一移相器110的第一输出端连接电桥130的第一输入端；第一移相器110的第二输出端连接电桥130的第二输入端。电桥130的第一输出端连接第二移相器120的输入端；电桥130的第二输出端连接第一辐射单元142。第二移相器120的各输出端与各第二辐射单元144一一对应连接，即第二移相器120的一个输出端连接一个第二辐射单元144。进而在第一移相器110改变相位时，第一移相器110的第一输出端112可输出相位可调的信号，改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，实现天线下倾角的调节。
在一个具体的实施例中，如图2所示，电桥为90度电桥。电桥包括两个输入端(端口1和端口2)和两个输出端(端口3和端口4)。
其中，90度电桥的工作原理为：信号从90度电桥(即90°电桥)的端口1输入时，端口3输出信号的幅度是-3dB，相位是-90°；端口4输出信号的幅度是-3dB，相位是-180°。信号从90度电桥的端口2输入时，端口3输出信号的幅度是-3dB，相位是-180°，端口4输出信号的幅度是-3dB，相位是-90°。
具体地，电桥的端口1连接第一移相器的第一输出端，电桥的端口2连接第一移相器的第二输出端；电桥的端口3连接第二移相器的输入端；电桥的端口4连接第一辐射单元。假设90度电桥的端口1输入的相位为-90°，端口2输入的相位为0°。则端口1输入信号时，端口3的相位为-180°，端口4的相位为-270°；端口2输入信号时，端口3相位为-180°，端口4相位为-90°，所以端口3的输出相位为同向叠加，4端口的输出相位为反向抵消，进而只有端口3工作。相反，如果端口1输入相位为90°，端口2输入相位为0°，则端口3的输出相位反向抵消，端口4的输出相位同向叠加，进而只有端口4工作。
进一步的，当90度电桥的端口1的输入相位从-90°到90°变化，端口2相位为0°不变时，端口3功率从大变到小，再到接近0，而端口4功率从接近0变大到只有端口4工作，基于该两个端口(端口3和端口4)的功率是在变化的，可实现第二移相器和第一辐射单元的功率变化，进而实现对天线波束宽度的调节。
需要说明的是，90度电桥也可称为3DB电桥。
在一个具体的实施例中，第一辐射单元的输出相位为固定相位。
优选的，第一辐射单元的输出相位为0相位。
在一个具体的实施例中，第一辐射单元的输出相位与各第二辐射单元的输出相位呈等差数列。
具体地，基于第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；电桥的第二输出端连接第一辐射单元；第二移相器的各输出端与各第二辐射单元一一对应连接。进而第二移相器的输出端产生的相位，与电桥的第二输出端产生的相位，可组合呈等差相位，进而使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，实现天线下倾角的调节。
例如，辐射装置包括1个第一辐射单元和4个第二辐射单元。第二移相器可包含4个输出端，其中第二移相器的4个输出端与4个第二辐射单元一一对应连接。第二移相器的4个输出端可依次产生以及的相位，电桥的第二输出端可产生0相位，进而使得各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，实现对天线下倾角的调节。
在一个具体的实施例中，各第二辐射单元和第一辐射单元组成一个天线阵列。
上述实施例中，第一移相器的第一输出端连接电桥的第一输入端；第一移相器的第二输出端连接电桥的第二输入端；第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；电桥的第二输出端连接第一辐射单元；第二移相器的各输出端与各第二辐射单元一一对应连接。在第一移相器改变相位时，可改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，从而实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，从而实现天线下倾角的调节，进而可满足天线的实现覆盖场景。
在一个实施例中，如图3所示，第一移相器310包括可调相位部件316和固定相位部件318。
可调相位部件316的第一端连接电桥330的第一输入端；固定相位部件318的第一端连接电桥330的第二输入端；可调相位部件316的第二端连接固定相位部件318的第二端。
其中，可调相位部件316可用来调节相位，使得第一移相器310的第一输出端产生可调相位的信号。固定相位部件318指的是产生固定相位的部件，使得第一移相器310的第二输出端产生固定相位的信号。
具体地，基于可调相位部件316的第一端连接电桥330的第一输入端；固定相位部件318的第一端连接电桥330的第二输入端；可调相位部件316的第二端连接固定相位部件318的第二端。在第一移相器310改变相位时，第一移相器310的第一输出端312可输出相位可调的信号，改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，实现天线波束宽度的调节。
进一步的，基于可调相位部件316的第一端通过第一移相器310的第一输出端312连接电桥330的第一输入端；固定相位部件318的第一端通过第一移相器310的第二输出端314连接电桥330的第二输入端；电桥330的第一输出端连接第二移相器320的输入端；电桥330的第二输出端连接第一辐射单元342。第二移相器320的各输出端与各第二辐射单元344一一对应连接，即第二移相器320的一个输出端连接一个第二辐射单元344。进而在第一移相器310改变相位时，第一移相器310的第一输出端312可输出相位可调的信号，改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，实现天线下倾角的调节。
需要说明的是，可调相位部件316可通过改变介质的位置来改变传输线的等效介电常数或者电磁波的波数，进行实现调节输出相位。可调相位部件316还可以通过改变电路的线径，进行实现调节输出相位。
在一个具体的实施例中，可调相位部件的可调相位范围为-180度至180度。
优选的，第一移相器为一分二移相器。
优选的，第二辐射单元的数量为至少2个。
上述实施例中，基于可调相位部件316的第一端连接电桥330的第一输入端；固定相位部件318的第一端连接电桥330的第二输入端；可调相位部件316的第二端连接固定相位部件318的第二端。在第一移相器改变相位时，可改变各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)的功率，从而实现天线波束宽度的调节；第二移相器可使各辐射单元(第一辐射单元和各第二辐射单元)产生等差相位，从而实现天线下倾角的调节，进而可满足天线的实现覆盖场景，且天线设计简单。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种波束宽度可调的天线，其中，由各辐射单元(第一辐射单元442和各第二辐射单元444)组成的天线阵列中，相邻辐射单元之间可交错分布。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种波束宽度可调的天线，包括第一移相器510、电桥530、第二移相器520及辐射装置。其中本实施中辐射装置包括一个第一辐射单元542和四个第二辐射单元544。
具体的，第一移相器510为一分二移相器，其中一个输出端为固定相位，另一输出端通过可调相位部件可实现相位调节。电桥530为90°电桥，其两个输入端与第一移相器510的两个输出端一一对应连接，电桥530的一个输出端与第一辐射单元542相连，另一个输出端连接第二移相器520的输入端，第一移相器520的输出端与各第二辐射单元542一一对应相连。第一移相器510的可调相位部件512改变相位时，可改变电桥530的两个输出端的功率，进而改变第一辐射单元与各第二辐射单元的功率。当第一辐射单元功率变大时，天线的垂直面波束宽度会变宽；反之，天线的垂直面波束宽度会变窄，从而实现垂直面波束宽度的连续可变。第二移相器520的4个输出端可依次产生以及的相位，与电桥530的另一输出端配合产生的0相位，可以使各辐射单元4产生等差相位(0以及)，从而实现天线下倾角的调节。
需要指出的是，本发明实施例所示的天线为5个辐射单元(一个第一辐射单元和四个第二辐射单元)，在本发明实施例基础上增加或减少辐射单元，亦可实现垂直面波束宽度可变的功能，故不展开详细论述。
基于本实施例，通过在天线中对第一移相器的相位进行改变，可实现连续改变天线的垂直面波束宽度。可应用于不同的覆盖场景。克服了传统天线垂直面波束宽度不可调的问题。
需要说明的是，图1、图3、图4和图5的辐射装置中较粗体的圆圈表示第一辐射单元；图1、图3、图4和图5中的示例的第一辐射单元的位置只是其中一种情况，在其它实施例中，第一辐射单元的位置可以设置在靠近任意一个第二辐射单元的一侧边。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (8)
1.一种波束宽度可调的天线，其特征在于，包括第一移相器、第二移相器、电桥以及辐射装置；所述辐射装置包括第一辐射单元和多个第二辐射单元；
所述第一移相器的第一输出端连接所述电桥的第一输入端；所述第一移相器的第二输出端连接所述电桥的第二输入端；所述第一移相器的第一输出端用于输出可调相位的信号；所述第一移相器的第二输出端用于输出固定相位的信号；
所述电桥的第一输出端连接第二移相器的输入端；所述电桥的第二输出端连接所述第一辐射单元；
所述第二移相器的各输出端与各所述第二辐射单元一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述第一移相器包括可调相位部件和固定相位部件；
所述可调相位部件的第一端连接所述电桥的第一输入端；所述固定相位部件的第一端连接所述电桥的第二输入端；所述可调相位部件的第二端连接所述固定相位部件的第二端。
3.根据权利要求2所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述可调相位部件的可调相位范围为-180度至180度。
4.根据权利要求1所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述电桥为90度电桥。
5.根据权利要求1所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述第一辐射单元的输出相位为固定相位。
6.根据权利要求1所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述第一辐射单元的输出相位与各所述第二辐射单元的输出相位呈等差数列。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述第一移相器为一分二移相器。
8.根据权利要求7所述的波束宽度可调的天线，其特征在于，所述第二辐射单元的数量为至少2个。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200110 Address after: 510730 Guangdong city of Guangzhou province Guangzhou economic and Technological Development Zone Jinbi Road No. 6 Applicant after: Jingxin Communication Technology (Guangzhou) Co., Ltd. Address before: 510663 Shenzhou Road 10, Guangzhou Science City, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangzhou, Guangdong Applicant before: Jingxin Communication System (China) Co., Ltd. Applicant before: Jingxin Communication Technology (Guangzhou) Co., Ltd. Applicant before: Jingxin Communication System (Guangzhou) Co., Ltd. Applicant before: TIANJIN COMBA TELECOM SYSTEMS CO., LTD. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190111 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |