CN110994151B - 一种fdd多频阵列与tdd智能天线阵列融合方法及天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开公开一种FDD多频阵列与TDD智能天线阵列融合方法，其特征在于，在FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的衔接处通过定向耦合器共用辐射单元，从而达到缩短天线长度和提升增益的效果。本发明既可以单独使用，实现缩短融合天线长度、提升增益的效果，亦可与其它方法结合使用，从而进一步缩短天线长度或者提升FDD多频阵列与TDD智能天线阵列的增益。本发明还提供一种天线阵列。

Description

一种FDD多频阵列与TDD智能天线阵列融合方法及天线阵列

技术领域

本发明专利涉及基站天线领域，特别是涉及一种通过定向耦合器实现FDD多频天线阵列与TDD智能天线阵列辐射单元复用的紧凑型高增益无源多频智能融合天线阵列。

背景技术

随着5G商用的推进，Massive MiMo(大规模天线)基站进入大规模部署阶段。相对于前四代无线通信网络，由于采用更高的通信频率和较低的辐射功率，5G Massive MiMo单个蜂窝小区覆盖面积尚不足4G蜂窝小区一半，而同等覆盖所需Massive MiMo基站的数量约为4G基站3到4倍。这使得4G时期已显紧张的铁塔和城市建站资源到了5G时代更是雪上加霜！

为了缓解上述基站站址和安装空间不够用的问题，运营商、设备商和各大天线厂家合作推出了一系列基站天线集成化和小型化方案。本专利涉及的紧凑型高增益无源多频智能融合天线就是其中接受度较高、部署较广、影响较大的一种。无源多频智能融合天线的基本思路是：将FDD多频天线与TDD智能天线两种制式的无源天线相互融合集成到一副天线中去，在减少单站天线数量，节省安装空间的同时，性能上又能接近于无损地同时提供上述FDD多频天线和TDD智能天线两种制式的无线覆盖。由此可见：无源多频智能融合天线的成功实施取决于(1)FDD与TDD两种制式融合之后可以显著节省站点安装空间，简单来说就是-融合天线尺寸要小于原来两幅天线尺寸之和；(2)融合之后，FDD和TDD信号覆盖不能比独立的FDD多频天线和独立的TDD智能天线差。要实现(1)则FDD阵列与TDD阵列空间上不能相隔太远，否则融合之后尺寸变大；另一方面，众所周知天线作为复杂的开放式耦合系统，如果FDD阵列与TDD阵列因紧凑布局而不能很好地隔离，则二者之间会因为耦合造成各自方向图指标变差和增益下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种既能缩短天线长度、又能提升增益的、FDD多频阵列和TDD智能天线阵列融合方法。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述融合方法的天线阵列。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种FDD多频阵列与TDD智能天线阵列融合方法，其特征在于，在FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的衔接处通过定向耦合器共用辐射单元，从而缩短天线长度，提高增益。

更为优选的是，所述FDD高频阵列的带宽在1710～2690MHz之间，所述TDD智能天线阵列的带宽在1880～2675MHz，连接到所述定向耦合器参与复用的FDD辐射单元和TDD辐射单元具备1710～2690MHz的工作带宽，所述定向耦合器的工作带宽包含1710～2690MHz。

更为优选的是，所述定向耦合器隔离度不低于30dB。

更为优选的是，所述定向耦合器为3dB定向耦合器。

一种天线阵列，包括：反射板，以及安装在所述反射板上的FDD多频阵列与TDD智能天线阵列，所述FDD多频阵列和所述TDD智能天线阵列拼接在一起；其特征在于，在所述FDD多频阵列和所述TDD智能天线阵列的衔接处连接有定向耦合器，所述定向耦合器的直通端和耦合端分别连接FDD辐射单元和TDD辐射单元，所述定向耦合器的另外两个互相隔离的端口分别接FDD移相器和TDD移相器。

更为优选的是，所述反射板为矩形金属板。

更为优选的是，所述FDD多频阵列与所述TDD智能天线阵列沿所述矩形金属板的长度方向呈上下布局。

更为优选的是，在所述FDD多频阵列与所述TDD智能天线阵列的衔接处设有至少一行兼具FDD辐射单元和TDD辐射单元的振子行。

更为优选的是，所述定向隔离器为隔离度不低于30dB的3dB定向耦合器。

更为优选的是，所述天线阵列为基站天线。

本发明的有益效果是：

通过在FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的衔接处连接定向耦合器共用辐射单元，使得FDD多频天线阵列和TDD智能天线阵列均节省了一个辐射单元。融合天线因为节省了一个FDD振子和一个TDD振子而使长度缩短；又因为FDD多频阵列和TDD智能天线阵列通过定向耦合器借用了一个对方阵列的振子而保证了较高增益。本发明兼容于已经公开的其它紧凑型高增益多频智能融合天线技术，即：本发明既可以单独使用，实现缩短融合天线长度、提升增益的效果，亦可与其它方法结合使/用，从而进一步缩短天线长度或者提升FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的增益。

附图说明

图1所示为本发明所述之天线阵列结构示意图。

图2所示为定向耦合器连接示意图。

附图标记说明：

1：反射板，2：FDD多频阵列，3：TDD智能天线阵列，4：定向耦合器，5：下端盖，6：接头。

4-1：输入/隔离端，4-2：耦合/直通端。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

一种FDD多频阵列与TDD智能天线阵列融合方法，其原理是：在FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的衔接处通过定向耦合器共用辐射单元，从而缩短天线长度，提高增益。

考虑到目前FDD高频阵列的带宽在1710～2690MHz之间，TDD智能天线阵列的带宽在1880～2675MHz，连接到定向耦合器参与复用的FDD和TDD辐射单元应具备1710～2690MHz工作带宽，如不具备上述带宽则需替换为上述超宽频辐射单元；其它不参与复用的FDD及TDD辐射单元维持不变。定向耦合器工作带宽应包含1710～2690MHz，此外为了确保FDD多频阵列与TDD智能天线阵列之间隔离度满足指标要求，定向耦合器隔离度应不低于30dB。

通过上述基于定向耦合器的融合方法，FDD多频天线阵列和TDD智能天线阵列衔接处的振子被复用，因而均节省了一个辐射单元而使长度缩短；又因为FDD阵列和TDD阵列通过定向耦合器借用了一个对方阵列的振子而保证了较高增益。

实际应用时，上述基于定向耦合器的振子复用技术兼容于已经公开的各种紧凑型高增益多频智能融合天线，即：既可以单独使用，实现缩短融合天线长度、提升增益的效果，亦可与其它方法结合使/用，从而进一步缩短天线长度或者提升FDD及TDD天线阵列的增益。

如图1、图2所示，其为采用上述融合方法的一种天线阵列，包括反射板1，以及安装在所述反射板1上的FDD多频阵列2与TDD智能天线阵列3，所述FDD多频阵列2和所述TDD智能天线阵列3拼接在一起；其特征在于，在所述FDD多频阵列2和所述TDD智能天线阵列3的衔接处连接有定向耦合器4，所述定向耦合器4的直通端和耦合端分别连接FDD辐射单元和TDD辐射单元，所述定向耦合器4的另外两个互相隔离的端口分别接FDD移相器和TDD移相器。

本实施例中，所述反射板1为矩形金属板，所述FDD多频阵列2与所述TDD智能天线阵列3呈上下布局，即，FDD多频阵列2位于天线阵列上部，远离天线下端盖4和接头5的一端，TDD智能天线阵列位于天线阵列下部，靠近天线下端盖4和接头5的一端。并且，在所述FDD多频阵列2与所述TDD智能天线阵列3的衔接处设有至少一排兼具FDD辐射单元和TDD辐射单元的振子行，以便于更好地缩短融合天线长度、提升增益。在其他实施方式中，根据实际需要的不同，反射板的形状以及FDD多频阵列与TDD智能天线阵列的拼接形式都可适当调整，不限于本实施例。

进一步地，为了提高增益，优选所述定向隔离器为隔离度不低于30dB的3dB定向耦合器(图1、图2中标注为3dB电桥)。

再结合图1所示，该图中FDD多频阵列2与TDD智能天线阵列3的重合区完美阐释了通过上述辐射单元复用技术所达到的效果：重合区的长度即为融合天线缩短的长度；FDD多频阵列2单元个数从6个扩展到7个，TDD智能天线阵列3单元个数从8个扩展到9个，从而既缩短了融合天线长度，又保证了高增益。以图1所示阵列布局为例，采用本发明融合天线长度缩短200mm以上，与此同时，FDD多频阵列2和TDD智能天线阵列3各自增加一个辐射单元。

再结合图2所示：3dB定向耦合器的一对相互隔离的端口、输入/隔离端4-1，分别接FDD移相器和TDD移相器对应端口，另一对相互隔离的端口、耦合/直通端4-2，则分别接FDD辐射单元和TDD辐射单元。

与现有技术相比，本发明提供的融合天线阵列具有以下显著进步：

现有技术中，仅仅是把FDD多频阵列和TDD智能天线阵列采用上下拼接的方式生硬地放到一起，很显然不仅不能使融合天线的长度缩短，而且由于FDD阵列和TDD阵列之间发生相互串扰使两部分辐射方向图指标变差，从而达不到通过“融合”减小天线总体尺寸同时确保良好的信号覆盖的目的。而本申请中，FDD多频阵列和TDD智能天线阵列采用“上下放”布局，并FDD多频阵列与TDD智能天线阵列的衔接处采用定向耦合器复用对方阵列辐射单元，从而使得FDD多频阵列和TDD智能天线阵列各自增加一个辐射单元，保证了较高增益；FDD多频阵列和TDD智能天线阵列的重合区长度即为融合天线缩短的长度。另外，与已经公开的定向耦合器应用技术有所不同，本发明实施对象并非单纯FDD多频阵列或TDD智能天线阵列，而是在FDD多频阵列与TDD智能天线阵列两种不同制式阵列之间，实施之后的效果也不是单纯提高FDD多频阵列增益或TDD智能天线阵列增益，而是使FDD多频阵列增益和TDD智能天线阵列增益同时提高。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (6)

1.一种FDD 多频阵列与TDD 智能天线阵列融合方法，其特征在于，在FDD 多频阵列和TDD 智能天线阵列的衔接处通过定向耦合器共用辐射单元，从而缩短天线长度，提高增益；在所述FDD 多频阵列与所述TDD 智能天线阵列的衔接处设有至少一行兼具FDD 辐射单元和TDD 辐射单元的振子行，所述FDD 多频阵列的带宽在1710~2690 MHz 之间，所述TDD智能天线阵列的带宽在1880~2675 MHz，连接到所述定向耦合器参与复用的FDD 辐射单元和TDD辐射单元具备1710~2690 MHz 的工作带宽，所述定向耦合器的工作带宽包含1710~2690MHz；所述定向耦合器的工作带宽包含1710~2690 MHz，所述定向耦合器隔离度不低于30 dB。

2. 根据权利要求1 所述的一种FDD 多频阵列与TDD 智能天线阵列融合方法，其特征在于，所述定向耦合器为3 dB 定向耦合器。

3. 一种天线阵列，包括：反射板，以及安装在所述反射板上的FDD 多频阵列与TDD 智能天线阵列，所述FDD 多频阵列和所述TDD 智能天线阵列拼接在一起；其特征在于，在所述FDD 多频阵列和所述TDD 智能天线阵列的衔接处连接有定向耦合器，所述定向耦合器的直通端和耦合端分别连接FDD 辐射单元和TDD 辐射单元，所述定向耦合器的另外两个互相隔离的端口分别接FDD 移相器和TDD 移相器；在所述FDD 多频阵列与所述TDD 智能天线阵列的衔接处设有至少一行兼具FDD 辐射单元和TDD 辐射单元的振子行；所述FDD 多频阵列的带宽在1710~2690 MHz 之间，所述TDD 智能天线阵列的带宽在1880~2675 MHz，连接到所述定向耦合器参与复用的FDD 辐射单元和TDD 辐射单元具备1710~2690 MHz 的工作带宽，所述定向耦合器的工作带宽包含1710~2690 MHz；所述定向耦合器的工作带宽包含1710~2690MHz，所述定向耦合器隔离度不低于30 dB。

4. 根据权利要求3 所述的一种天线阵列，其特征在于，所述反射板为矩形金属板。

5. 根据权利要求4 所述的一种天线阵列，其特征在于，所述FDD 多频阵列与所述TDD智能天线阵列沿所述矩形金属板的长度方向呈上下布局。

6. 根据权利要求3 所述的一种天线阵列，其特征在于，所述天线阵列为基站天线。