CN111029741B - 天线阵列结构及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线阵列结构及通信设备，天线阵列结构包括第一辐射阵列和第二辐射阵列；第一移相网络和第二移相网络，第一移相网络与第一辐射阵列电性连接，第二移相网络与第二辐射阵列电性连接；功分器，功分器设有两个输入端和一个输出端，两个输入端之间设有至少一个衰减器，一个输入端与第一移相网络电性连接，另一个输入端与第二移相网络电性连接；及共用辐射单元，共用辐射单元与功分器的输出端电性连接。通信设备包括前述的天线阵列结构。通过增设衰减器使功分器反向使用，以配合共用辐射单元进行馈电，共用辐射单元的设置减少了整体辐射单元的设置数量，从而降低了天线阵列结构的占用体积，降低了生产成本。

Description

天线阵列结构及通信设备

技术领域

本发明涉及通信器件技术领域，特别是涉及一种天线阵列结构及通信设备。

背景技术

随着通信技术的不断发展，有限的无线频率资源无法满足逐渐扩大的通信需求。因此，越来越多的无线通信系统引入多制式并存的多通道天线，以提升系统容量、覆盖范围和系统吞吐。然而，多通道天线容易导致天线体积增大；同时，也增大了生产成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种天线阵列结构及通信设备，该天线阵列结构占用体积小，且降低了生产成本，该通信设备包含前述的天线阵列结构，整体结构更加紧凑，降低生产成本。

其技术方案如下：

一方面，提供了一种天线阵列结构，包括第一辐射阵列和第二辐射阵列，第二辐射阵列与第一辐射阵列呈间距设置；第一移相网络和第二移相网络，第一移相网络与第一辐射阵列电性连接，第二移相网络与第二辐射阵列电性连接；功分器，功分器设有两个输入端和一个输出端，两个输入端之间设有至少一个衰减器，一个输入端与第一移相网络电性连接，另一个输入端与第二移相网络电性连接；及共用辐射单元，共用辐射单元与功分器的输出端电性连接；第一辐射阵列包括至少一个第一低频辐射单元和至少一个第一高频辐射单元；第二辐射阵列包括至少一个第二低频辐射单元和至少一个第二高频辐射单元；天线阵列结构还包括天线阵面，天线阵面包括至少一个第三辐射阵列，第三辐射阵列包括第三辐射单元，第三辐射单元的频率高于第一高频辐射单元的频率或第三辐射单元的频率高于第二高频辐射单元的频率。

上述天线阵列结构，通过增设衰减器使功分器反向使用，以配合共用辐射单元进行馈电，共用辐射单元的设置减少了整体辐射单元的设置数量，从而降低了天线阵列结构的占用体积，降低了生产成本。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，第一辐射阵列包括至少一个第一辐射单元，第二辐射阵列包括至少一个第二辐射单元。

在其中一个实施例中，第一辐射单元的频率、第二辐射单元的频率和共用辐射单元的频率均相同。

在其中一个实施例中，共用辐射单元的频率、第一低频辐射单元的频率和第二低频辐射单元的频率均相同或共用辐射单元的频率、第一高频辐射单元的频率和第二高频辐射单元的频率均相同。

在其中一个实施例中，第一低频辐射单元设有多个、并呈间距成排设置，相邻第一低频辐射单元之间设有第一高频辐射单元；

或第二低频辐射单元设有多个、并呈间距成排设置，相邻第二低频辐射单元之间设有第二高频辐射单元。

在其中一个实施例中，一个第一低频辐射单元与一个第一高频辐射单元嵌套安装；

或一个第二低频辐射单元与一个第二高频辐射单元嵌套安装。

在其中一个实施例中，功分器为Wilkinson功分器。

在其中一个实施例中，共用辐射单元设于天线阵面。

在其中一个实施例中，天线阵列结构还包括基板，基板的相对两端分别设有侧板，第一辐射阵列、第二辐射阵列和共用辐射单元均设于基板。

另一方面，还提供了一种通信设备，包括如上述任一个技术方案所述的天线阵列结构。

上述通信设备，包含前述的天线阵列结构，由于天线阵列结构的占用空间小，从而使通信设备的结构能够更加紧凑设置，并降低生产成本。

附图说明

图1为实施例中天线阵列结构的整体示意图；

图2为图1实施例中天线阵列结构的一种具体方案；

图3为图1实施例中天线阵列结构的一种馈电连接图；

图4为图1实施例中天线阵列结构的另一种馈电连接图；

图5为图1实施例中天线阵列结构的具体馈电连接图；

图6为图1实施例中功分器的一种结构示意图；

图7为图1实施例中功分器的另一种结构示意图；

图8为第一辐射阵列、第二辐射阵列和共用辐射单元的一种排布示意图；

图9为第一辐射阵列、第二辐射阵列和共用辐射单元的另一种排布示意图；

图10为第一辐射阵列、第二辐射阵列、第三辐射阵列和共用辐射单元的排布示意图；

图11为针对图1实施例中天线阵列结构的功分器的电路仿真图；

图12为基于图11的电路仿真得到的功分器的输入端口隔离度分析图；

图13为基于图11的电路仿真得到的功分器的输入端口驻波分析图；

图14为针对主极化和交叉计划两种情况下进行的水平面波束宽度和前后比分析图。

附图标注说明：

110、第一辐射阵列，111、第一辐射单元，1121、第一低频辐射单元，1122、第一高频辐射单元，120、第二辐射阵列，121、第二辐射单元，1221、第二低频辐射单元，1222、第二高频辐射单元，210、第一移相网络，220、第二移相网络，300、功分器，310、输入端，320、输出端，330、衰减器，400、天线阵面，410、第三辐射阵列，411、第三辐射单元，500、基板，510、侧板，520、分隔护栏，600、共用辐射单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，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。

如图1至图10所示的实施例，提供了一种天线阵列结构，包括第一辐射阵列110和第二辐射阵列120，第二辐射阵列120与第一辐射阵列110呈间距设置；第一移相网络210和第二移相网络220，第一移相网络210与第一辐射阵列110电性连接，第二移相网络220与第二辐射阵列120电性连接；功分器300，功分器300设有两个输入端310和一个输出端320，两个输入端310之间设有至少一个衰减器330，一个输入端310与第一移相网络210电性连接，另一个输入端310与第二移相网络220电性连接；及共用辐射单元600，共用辐射单元600与功分器300的输出端320电性连接。

该天线阵列结构，通过增设衰减器330使功分器300反向使用，以配合共用辐射单元600进行馈电，共用辐射单元600的设置减少了整体辐射单元的设置数量，从而降低了天线阵列结构的占用体积，降低了生产成本。

为降低天线阵列的占用体积，通常采用三种方案：第一种，采用偏离阵列轴心，并错位排布放置的方式；第二种，采用一对辐射单元的部分部位共同馈电的方式；第三种，采用耦合器调整一对辐射单元相对相位的方式。然而，这几种方式对缩小阵列体积的作用有限，另外，通常还容易影响到天线性能，如第一种和第二种里面，辐射单元相互靠近，从而带来强耦合，导致调试困难，电路和方向图稳定性差；第三中采用耦合电桥后，一对辐射单元中相对带有-90°相位，会给方向图带来极大的水平波束偏移，在实际覆盖中带来盲目风险，而且网络复杂，使用大量线路板导致成本增加，因而，在对设备要求越来越高的前提下，无法满足实际的需要。

本实施例中，功分器300通过衰减器330的设置，实现两个输入端310和一个输出端320的功能，并配合共用辐射单元600，实现整体的馈电连接。由于共用辐射单元600的设置相比传统的方式减少了辐射单元的数量，从而降低了天线阵列结构的整体占用空间，同时，通过如图11至图14所示的仿真结果图，表明其性能完全能够满足实际需要，并未出现下降或异常，方案可靠。

进一步地，功分器300选用Wilkinson功分器来配合衰减器330进行改进。

图11至图14的仿真电路和仿真结果图表明：本实施例提供的技术方案，既能够减弱辐射单元之间的耦合作用，也能够充分自适应边界，达到方向图的最优，并有效提升水平面波束宽度收敛性、前后比及交叉极化等性能指标，且电路稳定性好，成本低。

图14中为在主极化和交叉极化两种情况下分别就三种不同频点得到的仿真分析图。

如图6所示，两个输入端310之间设有一个衰减器330，衰减器330的设置不仅使功分器300实现能够具备两个输入端310和一个输出端320的功能，还提高了两个输出端320之间的隔离度；

如图7所示，两个输入端310之间设有两个衰减器330，两个衰减器330为不同量级的衰减器330，以达到更好的隔离技术效果，通过AWR仿真设计，隔离度能够达到-28dB，输出端320功率是输入端310的一半，完全满足多通道天线的组阵要求。

需要说明的是：第一移相网络210和第二移相网络220也即移相器，本领域技术人员可根据需要进行规格的选择，不再赘述。

如图1至图5、图8至图10所示的实施例，第一辐射阵列110包括至少一个第一辐射单元111，第二辐射阵列120包括至少一个第二辐射单元121。

如图2所示，第一辐射阵列110包括四个第一辐射单元111，四个第一辐射单元111呈间隔设置、并设成一排；第二辐射阵列120包括四个第二辐射单元121，四个第二辐射单元121呈间隔设置、并设成一排。第一辐射单元111的排布方向与第二辐射单元121的排布方向一致，即图2中的视角里，第一辐射单元111呈上下方向成排排布，第二辐射单元121也呈上下方向成排排布。共用辐射单元600设于第一辐射阵列110和第二辐射阵列120的下方中部位置。

如图8所示的实施例，第一辐射单元111的频率、第二辐射单元121的频率和共用辐射单元600的频率均相同。

图8中，第一辐射单元111、第二辐射单元121和共用辐射单元600均为低频辐射单元；当然，也可以都是高频辐射单元，频率相等。

需要说明的是：本申请中所提到的高频辐射单元和低频辐射单元指的是相对高低，只要一个辐射单元的频率相对另外一个辐射单元的频率高，则称为高频辐射单元，而另一个则成为低频辐射单元，下文同样，不再赘述。

如图1和图9所示的实施例，第一辐射阵列110包括至少一个第一低频辐射单元1121和至少一个第一高频辐射单元1122，第二辐射阵列120包括至少一个第二低频辐射单元1221和至少一个第二高频辐射单元1222，共用辐射单元600的频率、第一低频辐射单元1121的频率和第二低频辐射单元1221的频率均相同或共用辐射单元600的频率、第一高频辐射单元1122的频率和第二高频辐射单元1222的频率均相同。

图9给出了另外一种辐射阵列的排布方式。第一辐射阵列110不仅包括第一低频辐射单元1121，还包括第一高频辐射单元1122，第一低频辐射单元1121和第一高频辐射单元1122均成排设置，共用辐射单元600的频率可以与第一低频辐射单元1121的频率保持一致，也可以与第一高频辐射单元1122的频率保持一致，而第二辐射阵列120也包括第二低频辐射单元1221和第二高频辐射单元1222，第二低频辐射单元1221的频率与第一低频辐射单元1121的频率保持一致，第二高频辐射单元1222的频率与第一高频辐射单元1122的频率保持一致。

具体地，图9中，第一低频辐射单元1121设有四个，第一高频辐射单元1122设有九个，第二低频辐射单元1221设有四个，第二高频辐射单元1222设有九个，而共用辐射单元600的频率与第一低频辐射单元1121的频率保持一致。

如图9和图10所示的实施例，第一低频辐射单元1121设有多个、并呈间距成排设置，相邻第一低频辐射单元1121之间设有第一高频辐射单元1122。如此设置，进一步使辐射单元的排布更加紧凑，从而在有限空间内排布更多辐射单元，提高辐射技术效果。

当然，同理：第二低频辐射单元1221设有多个、并呈间距成排设置，相邻第二低频辐射单元1221之间设有第二高频辐射单元1222。

如图1和图9、图10所示的实施例，一个第一低频辐射单元1121与一个第一高频辐射单元1122嵌套安装。嵌套安装进一步使结构更加紧凑，减少阵列排布的占用空间。

当然，同理：一个第二低频辐射单元1221与一个第二高频辐射单元1222嵌套安装。

如图1所示，第一低频辐射单元1121的设置位置上，还嵌套设置有一个第一低频辐射单元1121，如此设置，使结构更加紧凑，且同样满足辐射的要求，而不影响辐射性能。

如图10所示的实施例，天线阵列结构还包括天线阵面400，天线阵面400包括至少一个第三辐射阵列410，第三辐射阵列410包括第三辐射单元411，第三辐射单元411的频率高于第一高频辐射单元1122的频率或第三辐射单元411的频率高于第二高频辐射单元1222的频率。

该天线阵面400即智能阵面，天线阵列包括至少一个第三辐射阵列410，第三辐射阵列410也即智能阵列，第三辐射阵列410包括第三辐射单元411，第三辐射单元411也即智能振子，智能振子的频率是相比第一高频辐射单元1122（或称第一高频辐射振子）的频率或第二高频辐射单元1222（或称第二高频辐射振子）的频率更高的辐射单元，不再赘述。

通过智能阵面和第一辐射阵列110及第二辐射阵列120的配合，进一步提高整体天线阵列结构的辐射性能。

进一步地，智能阵面包含有四个第三辐射阵列410，每个第三辐射阵列410包含七个呈间隔设置的第三辐射单元411。

如图10所示的实施例，共用辐射单元600设于天线阵面400。共用辐射单元600穿插设在天线阵面400的内部，从而进一步降低了占用空间。

如图1所示的实施例，天线阵列结构还包括基板500，基板500的相对两端分别设有侧板510，第一辐射阵列110、第二辐射阵列120和共用辐射单元600均设于基板500。

进一步地，侧板510上还开设有孔，第一辐射阵列110和第二辐射阵列120之间还设有分隔护栏520，侧板510上的孔和分隔护栏520的设置均是为了提高第一辐射阵列110和第二辐射阵列120的辐射性能。

当然，天线阵面400的不同第三辐射阵列410之间也可以设置分隔护栏520，以起到提升辐射性能的作用。

在上述任一个实施例的基础上，本实施例中的共用辐射单元600可以设置呈多个，以满足实际的需要。需要注意的是，共用辐射单元600的设置数量，不大于第一辐射阵列110的第一辐射单元111的设置数量，或不大于第二辐射阵列120的第二辐射单元121的设置数量。

本实施例还提供了一种通信设备，包括如上述任一个实施例所述的天线阵列结构。

该通信设备，包含前述的天线阵列结构，由于天线阵列结构的占用空间小，从而使通信设备的结构能够更加紧凑设置，并降低生产成本。

本实施例提供的通信设备使用灵活，任意频段均可应用，在主流的多通道天线中，无论是690 MHz -960 MHz，还是1710 MHz-2690 MHz，或其他使用频段，均能够达到使用的要求；同时，网络简单，网络不需要特殊设计，不会产生额外的高昂成本。

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 (10)

1.一种天线阵列结构，其特征在于，包括：

第一辐射阵列和第二辐射阵列，所述第二辐射阵列与所述第一辐射阵列呈间距设置；

第一移相网络和第二移相网络，所述第一移相网络与所述第一辐射阵列电性连接，所述第二移相网络与所述第二辐射阵列电性连接；

功分器，所述功分器设有两个输入端和一个输出端，所述两个输入端之间设有至少一个衰减器，一个所述输入端与所述第一移相网络电性连接，另一个所述输入端与所述第二移相网络电性连接；及

共用辐射单元，所述共用辐射单元与所述功分器的所述输出端电性连接；

所述第一辐射阵列包括至少一个第一低频辐射单元和至少一个第一高频辐射单元；所述第二辐射阵列包括至少一个第二低频辐射单元和至少一个第二高频辐射单元；所述天线阵列结构还包括天线阵面，所述天线阵面包括至少一个第三辐射阵列，所述第三辐射阵列包括第三辐射单元，所述第三辐射单元的频率高于所述第一高频辐射单元的频率或所述第三辐射单元的频率高于所述第二高频辐射单元的频率。

2.根据权利要求1所述的天线阵列结构，其特征在于，所述第一辐射阵列包括至少一个第一辐射单元，所述第二辐射阵列包括至少一个第二辐射单元。

3.根据权利要求2所述的天线阵列结构，其特征在于，所述第一辐射单元的频率、所述第二辐射单元的频率和所述共用辐射单元的频率均相同。

4.根据权利要求1所述的天线阵列结构，其特征在于，所述共用辐射单元的频率、所述第一低频辐射单元的频率和所述第二低频辐射单元的频率均相同或所述共用辐射单元的频率、所述第一高频辐射单元的频率和所述第二高频辐射单元的频率均相同。

5.根据权利要求1所述的天线阵列结构，其特征在于，所述第一低频辐射单元设有多个、并呈间距成排设置，相邻所述第一低频辐射单元之间设有所述第一高频辐射单元；

或所述第二低频辐射单元设有多个、并呈间距成排设置，相邻所述第二低频辐射单元之间设有所述第二高频辐射单元。

6.根据权利要求5所述的天线阵列结构，其特征在于，一个所述第一低频辐射单元与一个所述第一高频辐射单元嵌套安装；

或一个所述第二低频辐射单元与一个所述第二高频辐射单元嵌套安装。

7.根据权利要求1所述的天线阵列结构，其特征在于，所述功分器为Wilkinson功分器。

8.根据权利要求1所述的天线阵列结构，其特征在于，所述共用辐射单元设于所述天线阵面。

9.根据权利要求1-8任一项所述的天线阵列结构，其特征在于，所述天线阵列结构还包括基板，所述基板的相对两端分别设有侧板，所述第一辐射阵列、所述第二辐射阵列和所述共用辐射单元均设于所述基板。

10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的天线阵列结构。

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