CN110808467A - 多频融合天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能天线和多天线等阵列天线技术领域，提供了一种多频融合天线阵列，包括：第一高频阵列、第二高频阵列、第三高频阵列、第一低频阵列以及第二低频阵列；第一高频阵列支持水平面波束赋形，第二高频阵列和第三高频阵列均不支持水平面波束赋形，第一低频阵列和第二低频阵列均不支持水平面波束赋形，第一低频振子和第二低频振子嵌入位置的选择，可以有效降低低频振子对高频振子的干扰，从而保证高频的水平面3dB波瓣宽度的一致性，可以在天线小型化的基础上，实现了天线水平面3dB波瓣宽度更加收敛，前后比更优，增益更高，辐射性能随频率的收敛性更好的效果。

Description

多频融合天线阵列

技术领域

本发明涉及智能天线和多天线等阵列天线技术领域，特别涉及一种多频融合天线阵列。

背景技术

近年来，随着移动通信网络制式的增多，为节省站址和天馈资源，减小物业协调难度，降低投资成本，共站共址的多频融合天线成为建网的首选。同时随着移动用户的数量日益增大，通信系统在满足覆盖的前提下还要提高信道容量且能够根据用户需要智能调整波束覆盖。而MIMO天线技术是提升移动通信质量和效率的重要关键技术，利用MIMO技术可以大幅提升信道的容量，提高信道的可靠性，降低误码率。

但是随着阵列天线频段及阵列越来越多，且基站天线小型化需求越来越突出，天线阵列间的耦合越来越严重，导致天线的辐射性能恶化。为了在保证天线尺寸相对较小的前提下实现更好的辐射性能，提升MIMO多天线的收发分集效果，丰富阵列天线的应用场景，对天线阵列组阵方案的研究具有极大的意义。

现在行业内已经有的方案主要有两种：上下堆叠型组阵方案和水平分布型组阵方案。由于城区覆盖的天线应用场景多为楼顶架设，因此长窄型方案的天线受天线自身长度的限制，其安装和运输存在诸多不便。宽短型方案虽然解决了安装和运输的难题，但是由于各频段阵列间耦合作用严重，天线辐射性能差，覆盖效果不好。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种多频融合天线阵列，以解决现有的天线阵列存在辐射性能差、覆盖效果不好的缺点。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种多频融合天线阵列，包括：第一高频阵列、第二高频阵列、第三高频阵列、第一低频阵列以及第二低频阵列；所述第一高频阵列支持水平面波束赋形，所述第二高频阵列和所述第三高频阵列均不支持水平面波束赋形，所述第一低频阵列和所述第二低频阵列均不支持水平面波束赋形；

所述第一高频阵列包括第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列；所述第二高频阵列包括所述第一高频子阵列和至少一个第二高频振子，所述第二高频振子与所述第一高频子阵列不共轴；所述第三高频阵列包括所述第四高频子阵列和至少一个第三高频振子，所述第三高频振子与所述第四高频子阵列不共轴；所述第一低频阵列包括M3个第一低频振子，(M3-1)个所述第一低频振子嵌入所述第一高频子阵列中，另外一个所述第一低频振子与所述第一高频子阵列不共轴；所述第二低频阵列包括M3个第二低频振子，(M3-1)个所述第二低频振子嵌入所述第四高频子阵列中，另外一个所述第二低频振子与所述第四高频子阵列不共轴。

其中，所述第一高频子阵列、所述第二高频子阵列、所述第三高频子阵列以及所述第四高频子阵列均包括M1个第一高频振子，相邻的两个所述第一高频振子的间距为d1；其中，d1为所述第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.75～0.9倍。

其中，所述第一高频子阵列、所述第二高频子阵列、所述第三高频子阵列以及所述第四高频子阵列采用上下错位的形式排布。

其中，所述第一高频子阵列和所述第二高频子阵列、所述第二高频子阵列和所述第三高频子阵列以及所述第三高频子阵列和所述第四高频子阵列的间距均为d2；其中，d2为所述第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.8倍。

其中，所述第一低频振子位于相邻的两个所述第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个所述第一低频振子的间距为2d1。

其中，所述第二低频振子位于相邻的两个所述第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个所述第二低频振子的间距为2d1。

其中，所述多频融合天线阵列还包括反射板，所述第一高频阵列绝缘地安装于所述反射板，所述第一低频阵列和所述第二低频阵列均未绝缘地安装于所述反射板。

其中，嵌入所述第一高频子阵列中的所述第一低频振子与所述反射板的边缘的间距为d3；其中，d3为所述第一低频阵列或所述第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.15～0.25倍；

未嵌入所述第一高频子阵列中的所述第一低频振子与所述反射板的边缘的间距为d4；其中，d4为所述第一低频阵列或所述第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.3～0.5倍。

其中，所述多频融合天线阵列还包括位于所述第二高频子阵列和所述第三高频子阵列的上方的环氧树脂板。

其中，所述环氧树脂板与所述反射板的间距为第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.7倍。

(三)有益效果

本发明提供的多频融合天线阵列，第一低频振子和第二低频振子嵌入位置的选择，可以有效降低低频振子对高频振子的干扰，从而保证高频的水平面3dB波瓣宽度的一致性，可以在天线小型化的基础上，实现了天线水平面3dB波瓣宽度更加收敛，前后比更优，增益更高，辐射性能随频率的收敛性更好的效果。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的多频融合天线阵列的第一俯视图；

图2是本发明实施例提供的多频融合天线阵列的第二俯视图；

图3是本发明实施例提供的多频融合天线阵列的第三俯视图；

图4是本发明实施例提供的多频融合天线阵列的侧视图；

图5是本发明实施例提供的多频融合天线阵列中第一低频振子或第二低频振子的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的多频融合天线阵列中第一高频振子的安装结构示意图；

其中，301、环氧树脂板；601、反射板；602、绝缘底座；603、第一高频振子；604、螺栓固定孔；605、限位孔；606、馈电片避让孔；607、第一圆环型凸台；608、第二圆环型凸台；609、限位柱；610、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的多频融合天线阵列，包括：第一高频阵列、第二高频阵列、第三高频阵列、第一低频阵列以及第二低频阵列；第一高频阵列支持水平面波束赋形，第二高频阵列和第三高频阵列均不支持水平面波束赋形，第一低频阵列和第二低频阵列均不支持水平面波束赋形；

第一高频阵列包括第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列，第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列依次平行布设；

第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列均由M1(M1>8)个第一高频振子组成；

第一高频子阵列为均匀布设的直线阵列，第一高频子阵列包括九个第一高频振子，分别命名为A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19；

第二高频子阵列为均匀布设的直线阵列，第二高频子阵列包括九个第一高频振子，分别命名为A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27、A28以及A29；

第三高频子阵列为均匀布设的直线阵列，第三高频子阵列包括九个第一高频振子，分别命名为A31、A32、A33、A34、A35、A36、A37、A38以及A39；

第四高频子阵列为均匀布设的直线阵列，第四高频子阵列包括九个第一高频振子，分别命名为A41、A42、A43、A44、A45、A46、A47、A48以及A49；

第二高频阵列包括第一高频子阵列和至少一个第二高频振子，第二高频振子与第一高频子阵列不共轴；

第二高频阵列由M2(M2>10)个高频振子组成；

第二高频阵列包括十一个高频振子，分别命名为A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、B11以及B12，其中第二高频阵列和第一高频子阵列通过合路的方式复用了A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19，B11和B12与第一高频子阵列不共轴；

第三高频阵列包括第四高频子阵列和至少一个第三高频振子，第三高频振子与第四高频子阵列不共轴；

第三高频阵列由M2(M2>10)个高频振子组成；

第三高频阵列包括十一个高频振子，分别命名为A41、A42、A43、A44、A45、A46、A47、A48、A49、B21以及B22，其中第三高频阵列和第四高频子阵列通过合路的方式复用了A41、A42、A43、A44、A45、A46、A47、A48以及A49，B21和B22与第四高频子阵列不共轴；

第一低频阵列包括M3(M3>5)个第一低频振子，(M3-1)个第一低频振子嵌入第一高频子阵列中，另外一个第一低频振子与第一高频子阵列不共轴；

如图5所示，第一低频振子为十字型低频振子；

第一低频阵列包括六个第一低频振子，分别命名为L11、L12、L13、L14、L15以及L16，其中的L11、L12、L13、L14以及L15按照与第一高频子阵列共轴的方式嵌入A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19中，L16位于整个多频融合天线阵列的正下方，且位于整个多频融合天线阵列的中轴线上；

第二低频阵列包括M3(M3>5)个第二低频振子，(M3-1)个第二低频振子嵌入第四高频子阵列中，另外一个第二低频振子与第四高频子阵列不共轴。

如图5所示，第二低频振子为十字型低频振子；

第二低频阵列包括六个第二低频振子，分别命名为L21、L22、L23、L24、L25以及L26，其中的L22、L23、L24、L25以及L26按照与第四高频子阵列共轴的方式嵌入A41、A42、A43、A44、A45、A46、A47、A48以及A49中，L21位于整个多频融合天线阵列的正上方，且位于整个多频融合天线阵列的中轴线上。

在本发明实施例中，第一低频振子和第二低频振子嵌入位置的选择，可以有效降低低频振子对高频振子的干扰，从而保证高频的水平面3dB波瓣宽度的一致性，可以在天线小型化的基础上，实现了天线水平面3dB波瓣宽度更加收敛，前后比更优，增益更高，辐射性能随频率的收敛性更好的效果。

在上述实施例的基础上，如图6所示，多频融合天线阵列还包括反射板601，第一高频阵列绝缘地安装于反射板601，第一低频阵列和第二低频阵列均未绝缘地安装于反射板601。

需要说明的是，反射板601可以为矩形状的反射板601。第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列均沿反射板601的长度方向布置，第二高频阵列和第三高频阵列均沿反射板601的长度方向布置，第一低频阵列和第二低频阵列均沿反射板601的长度方向布置；

需要说明的是，第一高频阵列的绝缘设置可以有效的改善低频阵列的增益和前后比在不同频率的收敛度。B11和B12可以绝缘设置也可以不绝缘设置，B21和B22可以绝缘设置也可以不绝缘设置。

在本发明实施例中，以第一高频子阵列中的一个第一高频振子的安装为例进行说明。反射板601上需要同时开三种孔，包括一个螺栓固定孔604、两个限位孔605和两个馈电片避让孔606；绝缘底座602处于第一高频振子603和反射板601之间，螺栓610从反射板601背部依次穿过反射板601、绝缘底座602、第一高频振子603，从而实现第一高频振子603的固定；

绝缘底座602分别在螺栓固定孔604和限位孔605的相应位置向下延伸出朝向反射板601的、且与反射板601的厚度尺寸相同的第一圆环型凸台607和第二圆环型凸台608，第一圆环型凸台607和第二圆环型凸台608均嵌入到反射板601，进而保证螺栓610穿过反射板601的时候螺栓610的螺纹面与反射板601上的螺栓固定孔604的侧壁不接触，第一高频振子603上的限位柱609不与反射板601上的限位孔605接触。

需要说明的是，螺栓610需采用螺帽包胶的形式保证螺帽与反射板601之间的绝缘。

在上述实施例的基础上，第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列均包括M1个第一高频振子，相邻的两个第一高频振子的间距为d1；其中，d1为第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.75～0.9倍。

在本发明实施例中，以第一高频子阵列中的A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19为例进行说明。A11与A12之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A12与A13之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A13与A14之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A14与A15之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A15与A16之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A16与A17之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A17与A18之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1，A18与A19之间在沿反射板的长度方向上的距离为d1。

在上述实施例的基础上，第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列采用上下错位的形式排布。

在本发明实施例中，以第一高频子阵列中的A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19与第二高频子阵列中的A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27、A28以及A29为例进行说明。其中，A11与A21在沿反射板的长度方向上的距离为0.5d1。

在上述实施例的基础上，第一高频子阵列和第二高频子阵列、第二高频子阵列和第三高频子阵列以及第三高频子阵列和第四高频子阵列的间距均为d2；其中，d2为第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.8倍。

在本发明实施例中，以第一高频子阵列中的A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19与第二高频子阵列中的A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27、A28以及A29为例进行说明。其中，A11和A21在沿反射板的宽度方向上的距离为d2。

在上述实施例的基础上，第一低频振子位于相邻的两个第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个第一低频振子的间距为2d1。

在本发明实施例中，L12位于A12和A13的几何中心连线的中点，L13位于A14和A15的几何中心连线的中点，L14位于A16和A17的几何中心连线的中点以及L15位于A18和A19的几何中心连线的中点。L11与L12在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L12与L13在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L13与L14在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L14与L15在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L15与L16在沿反射板的长度方向上的距离为2d1。

在上述实施例的基础上，所述第二低频振子位于相邻的两个第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个所述第二低频振子的间距为2d1。

在本发明实施例中，L23位于A42和A43的几何中心连线的中点，L24位于A44和A45的几何中心连线的中点，L25位于A46和A47的几何中心连线的中点以及L26位于A48和A49的几何中心连线的中点。L21与L22在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L22与L23在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L23与L24在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L24与L25在沿反射板的长度方向上的距离为2d1，L25与L26在沿反射板的长度方向上的距离为2d1。

在上述实施例的基础上，嵌入第一高频子阵列中的第一低频振子与反射板的边缘的间距为d3；其中，d3为第一低频阵列或第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.15～0.25倍；

未嵌入第一高频子阵列中的第一低频振子与反射板的边缘的间距为d4；其中，d4为第一低频阵列或第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.3～0.5倍。

在本发明实施例中，L11在沿反射板的宽度方向上与反射板的上边的长边的距离为d3，L16在沿反射板的长度方向上与反射板的右边的短边的距离为d4。

需要说明的是，L22在沿反射板的宽度方向上与反射板的下边的长边的距离为d3，L21在沿反射板的长度方向上与反射板的左边的短边的距离为d4。

在上述实施例的基础上，如图3所示，多频融合天线阵列还包括位于第二高频子阵列和第三高频子阵列的上方的环氧树脂板301。

需要说明的是，环氧树脂板301的尺寸须满足从多频融合天线阵列正面俯视的投影可以全部覆盖A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27、A28以及A29以及B12与A31、A32、A33、A34、A35、A36、A37、A38以及A39，同时投影与A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18以及A19与A41、A42、A43、A44、A45、A46、A47、A48以及A49均不重合。

在本发明实施例中，如图4所示，环氧树脂板与反射板的间距h为第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.7倍。

可以理解的是，在多频融合天线阵列上方设置环氧树脂板301，有效的改善了第二高频子阵列和第三高频子阵列的水平面3dB波瓣宽度整体偏宽的问题。

由上述实施例可以算出多频融合天线阵列的整体尺寸可以满足长度小于M3*2*d1+2*d4，宽度小于2*d3+4*d2。

为实现基站天线覆盖、高质量的通话及数据传输比、节约基站空间，提升客户容量等扇区覆盖问题，本发明实施例提供了一种多频融合天线阵列，第一高频阵列的绝缘设置可以有效的改善低频阵列的增益和前后比在不同频率的收敛度；第一低频振子和第二低频振子嵌入位置的选择，可以有效降低低频振子对高频振子的干扰，从而保证高频的水平面3dB波瓣宽度的一致性；在天线上方设置环氧树脂板，有效的改善了第二高频子阵列和第三高频子阵列的水平面3dB波瓣宽度整体偏宽的问题，可以在天线小型化的基础上，实现了天线水平面3dB波瓣宽度更加收敛，前后比更优，增益更高，辐射性能随频率的收敛性更好的效果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多频融合天线阵列，其特征在于，包括：第一高频阵列、第二高频阵列、第三高频阵列、第一低频阵列以及第二低频阵列；所述第一高频阵列支持水平面波束赋形，所述第二高频阵列和所述第三高频阵列均不支持水平面波束赋形，所述第一低频阵列和所述第二低频阵列均不支持水平面波束赋形；

所述第一高频阵列包括第一高频子阵列、第二高频子阵列、第三高频子阵列以及第四高频子阵列；所述第二高频阵列包括所述第一高频子阵列和至少一个第二高频振子，所述第二高频振子与所述第一高频子阵列不共轴；所述第三高频阵列包括所述第四高频子阵列和至少一个第三高频振子，所述第三高频振子与所述第四高频子阵列不共轴；所述第一低频阵列包括M3个第一低频振子，(M3-1)个所述第一低频振子嵌入所述第一高频子阵列中，另外一个所述第一低频振子与所述第一高频子阵列不共轴；所述第二低频阵列包括M3个第二低频振子，(M3-1)个所述第二低频振子嵌入所述第四高频子阵列中，另外一个所述第二低频振子与所述第四高频子阵列不共轴。

2.根据权利要求1所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述第一高频子阵列、所述第二高频子阵列、所述第三高频子阵列以及所述第四高频子阵列均包括M1个第一高频振子，相邻的两个所述第一高频振子的间距为d1；其中，d1为所述第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.75～0.9倍。

3.根据权利要求1所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述第一高频子阵列、所述第二高频子阵列、所述第三高频子阵列以及所述第四高频子阵列采用上下错位的形式排布。

4.根据权利要求1所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述第一高频子阵列和所述第二高频子阵列、所述第二高频子阵列和所述第三高频子阵列以及所述第三高频子阵列和所述第四高频子阵列的间距均为d2；其中，d2为所述第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.8倍。

5.根据权利要求2所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述第一低频振子位于相邻的两个所述第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个所述第一低频振子的间距为2d1。

6.根据权利要求2所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述第二低频振子位于相邻的两个所述第一高频振子的几何中心连线的中点，相邻的两个所述第二低频振子的间距为2d1。

7.根据权利要求1所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述多频融合天线阵列还包括反射板，所述第一高频阵列绝缘地安装于所述反射板，所述第一低频阵列和所述第二低频阵列均未绝缘地安装于所述反射板。

8.根据权利要求7所述的多频融合天线阵列，其特征在于，嵌入所述第一高频子阵列中的所述第一低频振子与所述反射板的边缘的间距为d3；其中，d3为所述第一低频阵列或所述第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.15～0.25倍；

未嵌入所述第一高频子阵列中的所述第一低频振子与所述反射板的边缘的间距为d4；其中，d4为所述第一低频阵列或所述第二低频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.3～0.5倍。

9.根据权利要求7所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述多频融合天线阵列还包括位于所述第二高频子阵列和所述第三高频子阵列的上方的环氧树脂板。

10.根据权利要求9所述的多频融合天线阵列，其特征在于，所述环氧树脂板与所述反射板的间距为第一高频阵列的工作频段的中心频点所对应波长的0.5～0.7倍。

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