CN110429392A - 一种混合阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合阵列天线，涉及通信技术领域，包括：若干个X形低频辐射单元形成多个第一低频子阵；若干个碗形低频辐射单元形成多个第二低频子阵；位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列；若干个高频辐射单元形成多个高频FDD天线阵列，若干个5G辐射单元沿多条直线等间距排列形成TDD智能天线平面阵列；该天线集成多个工作于690‑960MHz频段的FDD天线阵列，多个工作于1427‑2690MHz频段的FDD天线阵列以及工作于3300‑5000MHz频段的TDD智能天线平面阵列；覆盖2G、3G、4G所有制式频段，是同时可工作于5G系统频段的FDD/TDD融合天线；解决布网空间不足的问题，有效减少布网时间、成本并相对于传统天线能有效扩充网络容量，提高网络效率。

Description

一种混合阵列天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种混合阵列天线。
背景技术
通信技术作为信息传递的重要手段，在现代信息化进程深化的推动下不断发展。从3G网络到3G/WLAN一体化网络，再到TD-LTE和FDD-LTE两种制式为主的4G网络，移动通信系统经历着迅猛的发展。现有技术中，工作于690-960MHz与1695-2690MHz的常规FDD多频基站天线可以涵盖FDD-LTE、WCDMA、CDMA2000、GSM900，GSM1800，DCS等4G、3G和2G制式频段。当前市场条件下，FDD基站天线产品销量稳中有升，全球4G FDD-LTE网络持续建设中；而TDD基站天线产品下滑明显，纯TDD网络部署减少。FDD/TDD融合天线需求增幅巨大，国内外各大运营商持续投入建设FDD/TDD融合网络。
随着5G时代的到来，系统容量需求持续不断增长，新频谱的不断引入，而基站天线的天面资源却十分有限，这就对基站天线的宽带化、集成化、小型化提出了更高的需求。未来全制式4T4R/8T8R将成为标配，天线也需要集成更多的阵列。
发明内容
本发明针对背景技术的问题提供一种混合阵列天线，覆盖2G、3G、4G所有制式频段，同时可工作于5G系统频段的FDD/TDD融合天线。其具有宽带化、集成化，小型化的特征，可有效解决传统分布式天线布网空间不足的问题，同时有效减少布网时间和成本，并且相对于传统天线能有效扩充网络容量，提高网络效率，从而提升用户体验。
为了实现上述目的，本发明提出一种混合阵列天线，包括金属反射板、若干个X形低频辐射单元、若干个碗形低频辐射单元、若干个高频辐射单元和若干个5G辐射单元；其中，
所述若干个X形低频辐射单元形成不少于2个第一低频子阵，所述第一低频子阵并列设置，且子阵内的X形低频辐射单元沿直线等间距排列于金属反射板；所述若干个碗形低频辐射单元形成不少于2个第二低频子阵，所述第二低频子阵并列设置，且子阵内的碗形低频辐射单元沿直线等间距排列于金属反射板；位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列；
所述若干个高频辐射单元形成多个高频FDD天线阵列，其排列类型包括：第一类：高频辐射单元沿第二低频子阵对应的直线等间距排列于金属反射板，且部分高频辐射单元设置于碗形低频辐射单元的内部，形成辐射组合；第二类：高频辐射单元设置于两个第二低频子阵之间；第三类：高频辐射单元设置于一个第一低频子阵的两侧；
所述若干个5G辐射单元沿不少于4条直线等间距排列于金属反射板，形成TDD智能天线平面阵列。
优选地，所述多个低频FDD天线阵列的工作频段为690～960MHz，所述多个高频FDD天线阵列的工作频段为1427～2690MHz，所述TDD智能天线平面阵列的工作频段为3300MHz～5000MHz。
优选地，所述X形低频辐射单元与高频辐射单元在所述金属反射板的投影需相互错开设置；第一低频子阵与所述TDD智能天线平面阵列在金属反射板上的投影部分重合。
优选地，所述不少于2个第一低频子阵并列位于金属反射板的表面一端，第一低频子阵所沿直线与金属反射板长边相互平行；所述不少于2个第二低频子阵并列位于金属反射板的表面另一端，第二低频子阵所沿直线与金属反射板长边相互平行；位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列。
优选地，所述碗形低频辐射单元，包括：第一偶极子辐射臂、第二偶极子辐射臂、第三偶极子辐射臂和第四偶极子辐射臂；
所述第一偶极子辐射臂、第二偶极子辐射臂、第三偶极子辐射臂和第四偶极子辐射臂呈四角包围构成碗形低频辐射单元，其中，位于对角关系的偶极子辐射臂形成辐射组合，包括第一辐射组合和第二辐射组合，分别产生±45极化的辐射电磁波。
优选地，所述金属反射板还设置有若干个正交混合器；不同第二低频子阵中，某一对相邻碗形低频辐射单元的第一辐射组合分别连接两路正交混合器的对应输入口；不同第二低频子阵中，某一对相邻碗形低频辐射单元的第二辐射组合也分别连接所述的两路正交混合器的对应输入口。
本发明提出一种混合阵列天线，其集成了多个工作于690-960MHz频段的FDD天线阵列，多个工作于1427-2690MHz频段的FDD天线阵列，以及工作于3300-5000MHz频段的TDD智能天线平面阵列。其中3300-5000MHz频段涵盖了工信部宣布规划的5G系统的工作频段3300-3600MHz、4800-5000MHz；覆盖2G、3G、4G所有制式频段，同时可工作于5G系统频段的FDD/TDD融合天线。其具有宽带化、集成化，小型化的特征，可有效解决传统分布式天线布网空间不足的问题，同时有效减少布网时间和成本，并且相对于传统天线能有效扩充网络容量，提高网络效率，从而提升用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例中混合阵列整体结构示意图；
图2为本发明一种实施例中碗形辐射单元结构图；
图3为本发明一种实施例中正交混合网络结构图；
图4为本发明一种实施例中高频FDD天线阵列与TDD智能天线平面阵列示意图；
标号说明：
1-金属反射板；2-X形低频辐射单元；3-碗形低频辐射单元；4-高频辐射单元；5-5G辐射单元；201、202、203、204、205、206-6个X形低频辐射单元；L1、L2-2个第一低频子阵；a1、b1、a2、b2-轴线；301、302，303、304、305、306-6个碗形低频辐射单；L3、L4-2个第二低频子阵；LA1、LA2-低频阵列；D1-第一偶极子辐射臂；D2-第二偶极子辐射臂；D3-第三偶极子辐射臂；D4-第四偶极子辐射臂；6-正交混合器；HA1、HA2、HA3、HA4、HA5-高频阵列；TA-TDD智能天线平面阵列；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种混合阵列天线；
本发明第一优选实施例中，如图1所示，包括金属反射板1与分别设置于金属反射板1正面的X形低频辐射单元2、碗形低频辐射单元3、高频辐射单元4和5G辐射单元5；此处仅是一种优选实施例，具体可以根据实际需求调节辐射单元位于金属板的具体位置；
本发明实施例中，设置有6个X形低频辐射单元201、202、203、204、205、206；6个X形低频辐射单元分为2个低频子阵L1、L2(第一低频子阵)，具体为：201、202、203沿着轴线a1等间距排列形成低频子阵L1；204、205、206沿着轴线b1等间距排列形成低频子阵L2，2个低频子阵L1、L2并列设置于金属反射板1的正面上端(参照图1中的方向，为上端，此处仅为一个优选实施例，具体可以根据实际需求调节)，所述轴线a1、b1与金属反射板长边相互平行；轴线a1靠近金属反射板其中的一个长边，轴线b1靠近金属反射板其中的另一个长边；
本发明实施例中，设置有6个碗形低频辐射单元301、302，303、304、305，306；6个碗形低频辐射单元分为2个低频子阵L3、L4(第二低频子阵)，具体为：301、302、303沿着轴线a2等间距排列形成低频子阵L3，304、305、306沿着轴线b2等间距排列形成低频子阵L4，所述2个低频子阵L3、L4并列设置于金属反射板的正面下端(参照图1中的方向，为下端，此处仅为一个优选实施例，具体可以根据实际需求调节)，所述轴线a2、b2与金属反射板长边相互平行；轴线a2靠近金属反射板其中的一个长边，轴线b2靠近金属反射板其中的另一个长边；
本发明实施例中，位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列；具体为：所述低频子阵L1与低频子阵L3通过功分移相网络连接形成低频阵列LA1；同样地，低频子阵L2与低频子阵L4通过功分移相网络连接形成低频阵列LA2；
本发明实施例中，如图2所示，所述碗形低频辐射单元3，包括：第一偶极子辐射臂D1、第二偶极子辐射臂D2、第三偶极子辐射臂D3和第四偶极子辐射臂D4；其中位于对角关系的D1与D3组阵形成第一辐射组合，产生+45极化的辐射电磁波；同样地，位于对角关系的D2与D4也进行组阵形成第二辐射组合，产生-45极化的辐射电磁波；
本发明实施例中，所述碗形低频辐射单元303的第一辐射组合与碗形低频辐射单元306的第一辐射组合，分别连接到两路正交混合器6的对应输入口；同样地，碗形低频辐射单元303的第二辐射组合与碗形低频辐射单元306的第二辐射组合，也分别连接到另一个两路正交混合器6的对应输入口；本发明这种设置方法，可使得低频辐射单元303，306作为一个整体，同时工作于低频阵列LA1与LA2中，在保证天线有效长度的前提下，控制天线的水平面波束宽度，提高低频阵列的增益；
本发明实施例中，如图3所示，所述正交混合器6为二进二出的无源网络，设置于金属反射板1的背面。当信号从输入口Input1进入，直通输出口Output1的功率是耦合输出口Output2的功率的2倍，相位则相较其超前90°；同样地，当信号从输入口Input2进入，直通输出口Output2的功率是耦合输出口Output1的功率的2倍，相位则相较其超前90°；
本发明实施例中，如图4所示，设置30个高频辐射单元4分为5个高频FDD天线阵列，具体为：分别沿着轴线a2，b2等间距排列形成高频阵列HA1与HA2，阵列的中的部分高频辐射单元4设置于碗形低频辐射单元3内部，形成辐射组合，有利于低频阵列的电路性能指标的实现。同时，此类高低频阵列共轴线排列的方式，有利于减小天线横截面宽度。分别沿着轴线c1、c2、c3等间距排列形成高频阵列HA3、HA4、HA5。所述高频阵列HA3位于低频子阵L3与L4之间，其利用碗形低频辐射单元3形成的辐射边界，可获得性能优越的远场方向图；所述高频阵列HA4、HA5位于低频子阵L1两侧；
本发明实施例中，X型低频辐射单元2与高频辐射单元4在金属反射板1上的投影尽量避免重合，即错开，有利于减小高低频阵列之间的电磁互耦作用，增强各阵列的独立性。
本发明实施例中，设置40个5G辐射单元5沿着N(N＞＝4)条直线排列，形成TDD智能天线平面阵列TA；阵列中辐射单元的水平间距为0.5*λ，垂直间距为0.7*λ，其中λ为工作频段中心频点的波长；
本发明实施例中，所述低频子阵L2嵌套设置于TDD智能天线阵列TA中，两者在金属反射板上的投影部分重合，由于X型低频辐射单元2的高度远大于5G辐射单元5，故而低频子阵L2与TDD平面阵列的电磁耦合有限；低频子阵L2与TDD智能天线阵列TA的交叉嵌套设置，使得天线内部的空间得到充分利用，有利于减小天线的整体长度；
本发明实施例中，所述多个低频FDD天线阵列的工作频段为690～960MHz，所述多个高频FDD天线阵列的工作频段为1427～2690MHz，所述TDD智能天线阵列的工作频段为3300MHz～5000MHz；
本专利提出的一种混合阵列天线集成了多个工作于690-960MHz低频天线阵列，多个工作于1427-2690MHz的高频天线阵列，同时集成工作于3300-5000MHz频段的TDD智能天线平面阵列。其中3300-5000MHz频段涵盖了工信部宣布规划的5G系统的工作频段3300-3600MHz、4800-5000MHz。相较传统的基站天线，其有内部阵列结构更为紧凑，集成的阵列数量更多，而5G天线阵列作为补充阵列，更进一步拓展了本专利的使用场景。
本专利提出的混合阵列天线是一种覆盖2G、3G、4G所有制式频段，同时覆盖未来5G系统频段的FDD/TDD融合天线。其具有宽带化、集成化，小型化的特征，可有有效解决传统分布式天线布网空间不足的问题，同时有效减少布网时间和成本，并且相对于传统天线能有效扩充网络容量，提高网络效率，从而提升用户体验。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种混合阵列天线，其特征在于，包括金属反射板、若干个X形低频辐射单元、若干个碗形低频辐射单元、若干个高频辐射单元和若干个5G辐射单元；其中，
所述若干个X形低频辐射单元形成不少于2个第一低频子阵，所述第一低频子阵并列设置，且子阵内的X形低频辐射单元沿直线等间距排列于金属反射板；所述若干个碗形低频辐射单元形成不少于2个第二低频子阵，所述第二低频子阵并列设置，且子阵内的碗形低频辐射单元沿直线等间距排列于金属反射板；位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列；
所述若干个高频辐射单元形成多个高频FDD天线阵列，其排列类型包括：第一类：高频辐射单元沿第二低频子阵对应的直线等间距排列于金属反射板，且部分高频辐射单元设置于碗形低频辐射单元的内部，形成辐射组合；第二类：高频辐射单元设置于两个第二低频子阵之间；第三类：高频辐射单元设置于一个第一低频子阵的两侧；
所述若干个5G辐射单元沿不少于4条直线等间距排列于金属反射板，形成TDD智能天线平面阵列。
2.根据权利要求1所述的混合阵列天线，其特征在于，所述多个低频FDD天线阵列的工作频段为690～960MHz，所述多个高频FDD天线阵列的工作频段为1427～2690MHz，所述TDD智能天线平面阵列的工作频段为3300MHz～5000MHz。
3.根据权利要求1所述的混合阵列天线，其特征在于，所述X形低频辐射单元与高频辐射单元在所述金属反射板的投影需相互错开设置；第一低频子阵与所述TDD智能天线平面阵列在金属反射板上的投影部分重合。
4.根据权利要求1所述的混合阵列天线，其特征在于，所述不少于2个第一低频子阵并列位于金属反射板的表面一端，第一低频子阵所沿直线与金属反射板长边相互平行；所述不少于2个第二低频子阵并列位于金属反射板的表面另一端，第二低频子阵所沿直线与金属反射板长边相互平行；位于同列的第一低频子阵和第二低频子阵通过功分移相网络连接形成多个低频FDD天线阵列。
5.根据权利要求1所述的混合阵列天线，其特征在于，所述碗形低频辐射单元，包括：第一偶极子辐射臂、第二偶极子辐射臂、第三偶极子辐射臂和第四偶极子辐射臂；
所述第一偶极子辐射臂、第二偶极子辐射臂、第三偶极子辐射臂和第四偶极子辐射臂呈四角包围构成碗形低频辐射单元，其中，位于对角关系的偶极子辐射臂形成辐射组合，包括第一辐射组合和第二辐射组合，分别产生±45极化的辐射电磁波。
6.根据权利要求5所述的混合阵列天线，其特征在于，所述金属反射板还设置有若干个正交混合器；不同第二低频子阵中，某一对相邻碗形低频辐射单元的第一辐射组合分别连接两路正交混合器的对应输入口；不同第二低频子阵中，某一对相邻碗形低频辐射单元的第二辐射组合也分别连接所述的两路正交混合器的对应输入口。
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