CN111564695B - 多制式融合天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及移动天线领域，提供一种多制式融合天线。其包括第一天线阵列及第二天线阵列，第一天线阵列具有Massive MIMO大规模天线，还包括第三天线阵列，第二天线阵列和第三天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任一种，第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列共用辐射面空间、反射底板和天线外罩。本发明提供的多制式融合天线，包括具有Massive MIMO大规模天线的第一天线阵列，同时还融合有工作在2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中任一种或任两种的天线阵列，由此实现5G和2G、3G、4G的一体化设计，集成度高，结构紧凑，有助于降低布站成本，节约资源。

Description

多制式融合天线
技术领域
本发明涉及移动天线技术领域，尤其涉及一种多制式融合天线。
背景技术
随着第四代移动通信系统(4nd-generation，4G)网络覆盖技术的深入发展和第五代移动通信系统(5nd-generation，5G)时代的开启，目前对于5G通信技术的研究多只涉及5G天线本身，对于已经组装成型的3G、4G产品的结构和构造不宜变更。出于对投资收益的考量，2G、3G、4G和5G天线将在未来一段时间内长期并存，因此，需要一种既能对4G网络多制式兼容，又能满足5G网络制式覆盖的4G/5G融合天线产品。
当前3G/4G融合天线产品的结构形式多是采用横向和纵向堆叠，将不同网络制式的天线阵列融合在一起，但这种横向和纵向堆叠的方式仍无法很好的解决天线小型化、轻量化的要求。另外，在相同天线口径下，采用横向和纵向堆叠方式融入不同网络制式的天线阵列数量也十分有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种多制式融合天线，用以解决现有的5G天线难以兼容多种天线系统的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多制式融合天线，包括第一天线阵列及第二天线阵列，所述第一天线阵列具有Massive MIMO大规模天线，还包括第三天线阵列，所述第二天线阵列和所述第三天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任一种，所述第一天线阵列、所述第二天线阵列和所述第三天线阵列共用辐射面空间、反射底板和天线外罩。
其中，所述第一天线阵列、所述第二天线阵列以及所述第三天线阵列的辐射单元均为±45°极化振子。
其中，所述第一天线阵列包括N1个直线阵列，所述第二天线阵列包括N2个直线阵列，所述第三天线阵列包括N3个直线阵列，所述第一天线阵列中的直线阵列包括至少两个辐射单元，所述第二天线阵列和所述第三天线阵列中的直线阵列均包括至少一个辐射单元，其中N1为不小于4的整数，N2为不小于2的整数，N3为不小于2的整数。
其中，所述第二天线阵列中的辐射单元的工作频率小于1GHz，所述第三天线阵列中辐射单元的工作频率为f3，工作频率f3满足1.4GHz＜f3＜2.7GHz。
其中，所述第一天线阵列中相邻两列直线阵列的列间间距D为0.35～0.7λ1，所述第二天线阵列中相邻两列直线阵列的列间距和所述第三天线阵列中相邻两列直线阵列的列间距均为2D，所述第三天线阵列中的直线阵列与所述第二天线阵列中的直线阵列交替分布，所述第三天线阵列中的直线阵列的中轴线与所述第一天线阵列中直线阵列的中轴线重合，其中，λ1为所述第一天线阵列中辐射单元工作频段的中心频率所对应的波长。
其中，所述第一天线阵列中处于同一直线阵列的相邻两个辐射单元之间的距离L为0.7～1.1λ1；所述第二天线阵列中同一直线阵列内相邻两个辐射单元之间的间距为3L，且所述第二天线阵列中辐射单元位于所述第一天线阵列中同一直线阵列内相邻两个辐射单元连线的中点处；所述第三天线阵列中同一直线阵列内的辐射单元与所述第一天线阵列中同一直线阵列中的辐射单元重合设置，其中，λ1为所述第一天线阵列中辐射单元工作频段的中心频率所对应的波长。
其中，不同所述第一天线阵列中的辐射单元呈相邻错位分布，错位位移为0.5L。
其中，所述第三天线阵列中同一直线阵列内的辐射单元与所述第一天线阵列中同一直线阵列中的辐射单元一一对应设置。
其中，所述第一天线阵列中的辐射单元与所述第三天线阵列中的辐射单元通过合路器按各自频率馈电共用辐射元，或者通过高低分层的方式设置。
其中，在所述多制式融合天线的天线口径以外的横向或者纵向设置有第四天线阵列或另一个所述多制式融合天线。
本发明提供的多制式融合天线，包括具有Massive MIMO大规模天线的第一天线阵列，同时还融合有工作在2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中任一种或任两种的天线阵列，由此实现5G和2G、3G、4G的一体化设计，集成度高，结构紧凑，有助于降低布站成本，节约资源。
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为本发明实施例多制式融合天线的结构示意图；
图2为图1所示多制式融合天线的侧视图；
图3为本发明实施例多制式融合天线的应用示意图；
图4为本发明实施例多制式融合天线的另一应用示意图；
图5为本发明实施例多制式融合天线的又一应用示意图。
图中：10、第一天线阵列；20、第二天线阵列；30、第三天线阵列；40、反射底板；50、合路器；60、第四天线阵列。
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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1所示为本发明实施例种多制式融合天线的结构示意图。如图1所述，该多制式融合天线包括第一天线阵列10、第二天线阵列20及第三天线阵列30。第一天线阵列10具有Massive MIMO(Multiple-input Multiple-output，多输入多输出)大规模天线，第二天线阵列20和第三天线阵列30分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任一种。第一天线阵列10、第二天线阵列20和第三天线阵列30共用辐射面空间、反射底板40和天线外罩。
在本发明实施例中，第二天线阵列20和第三天线阵列30分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任一种，具体根据实际需要设计，与此对应的，多制式融合天线可以实现5G和2G、3G、4G天线的一体化设计。其中，第二天线阵列20的网络制式可以与第三天线阵列30的网络制式相同，此时，多制式融合天线可以对应实现5G和2G、3G、4G中任一种的一体设计；第二天线阵列20的网络制式也可以与第三天线阵列30的网络制式不同，此时，多制式融合天线可以对应实现5G和2G、3G、4G中任两种的一体化设计。
本发明实施例提供的多制式融合天线，包括具有Massive MIMO大规模天线的第一天线阵列10，同时还融合有工作在2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中任一种或任两种的天线阵列。由此，该多制式融合天线可以兼容5G和2G、3G、4G网络应用场景，实现5G和2G、3G、4G的一体化设计，集成度高，结构紧凑，降低布站成本，节约资源。
具体的，本发明实施例中的第一天线阵列10、第二天线阵列20以及第三天线阵列30的辐射单元均为±45°极化振子。除此之外，第一天线阵列10、第二天线阵列20以及第三天线阵列30的辐射单元还可以为其他形式的振子，对此，本发明实施例不做具体限定。只要三个天线阵列可以实现多个网络制式的融合即可。
其中，第一天线阵列10包括N1个直线阵列，第一天线阵列10中的每一个直线阵列包括沿直线间隔排列的多个辐射单元，其中N1为不小于4的整数。第二天线阵列20包括N2个直线阵列，第二天线阵列20的每一直线阵列包括沿直线间隔排布的至少一个辐射单元，其中N2为不小于2的整数。第三天线阵列30包括N3个直线阵列，第三天线阵列30中的每一直线阵列包括至少一个辐射单元，其中N3为不小于2的整数。为了方便表述，记第一天线阵列10中每一个直线阵列的中心轴线为第一轴线，也即第一天线阵列10中每一直线阵列中的辐射单元沿第一轴线排列，多条第一轴线相互平行设置；记第二天线阵列20中每一直线阵列的中心轴线为第二轴线，也即第二天线阵列20中每一直线阵列中的辐射单元沿第二轴线排列，同样的，多条第二轴线相互平行设置；类似的，第三天线阵列30中每一直线阵列的中心轴线为第三轴线，多条第三轴线同样相互平行设置。
进一步的，第一天线阵列10中同一直线阵列内辐射单元的数量与第二天线阵列20中同一直线阵列内辐射单元的数量不同，第三天线阵列30中同一直线阵列内的辐射单元数量与第一天线阵列10中同一直线阵列内辐射单元的数量相同。由此，本发明实施例提供的多制式融合天线通过混合组阵以适应更多的应用场景，同时提高天线的电气性能。
具体的，如图1所示的多制式融合天线，第一天线阵列10包括4个直线阵列，每一直线阵列包括沿第一轴线间隔分布的11个辐射单元；第二天线阵列20包括2个直线阵列，每一直线阵列包括沿第二轴线间隔分布的4个辐射单元；第三天线阵列30包括2个直线阵列，每一直线阵列包括沿第三轴线间隔分布的11个辐射单元。每个直线阵列中的辐射单元等间隔分布。需要说明的是，N1、N2和N3的具体数量根据天线阵列的通道需求确定，对此，本发明实施例不做具体限定。
在本发明实施例中，第二天线阵列20中的辐射单元为低频辐射单元，其工作频率小于1GHz。比如，第二天线阵列20中的辐射单元的工作频率可以为690MHz～960MHz。第三天线阵列30中辐射单元的工作频率为高频，记为f3，其工作频率f3满足1.4GHz＜f3＜2.7GHz。比如，可以根据需要将第三天线阵列30中辐射单元的工作频率设定为1.4GHz～2.2GHz或者1.7GHz～2.7GHz。由此，本发明实施例提供的多制式融合天线可以实现对2G、3G、4G不同通信网络制式的信号覆盖，兼容移动通信中的2G、3G、4G所有制式的多频段阵列天线，利于天线的小型化，拓宽应用场景，能减小基站所用的天线数目，降低布站成本和维护成本。
其中，第一天线阵列10中相邻两列直线阵列的列间间距D为0.35～0.7λ1，即相邻两条第一轴线之间的间距为D。其中，λ1为第一天线阵列10中辐射单元工作频段的中心频率所对应的波长。需要说明的是，第一天线阵列10中相邻两条直线阵列的列间间距可以为0.4λ1、0.6λ1或者0.7λ1，具体根据实际需求设置，对此本发明实施例不做具体限定。第二天线阵列20中相邻两列直线阵列的列间距为2D，第三天线阵列30中相邻两列直线阵列的列间距也为2D。第三天线阵列30中的直线阵列与第二天线阵列20中的直线阵列交替分布，第三天线阵列30中的直线阵列的中轴线与所述第一天线阵列10中直线阵列的中轴线重合，也即第三轴线与第一轴线重合。需要说明的是，第二天线阵列20与第三天线阵列30中相邻两列直线阵列的列间距还可以为3D、4D或其他间距大小，对此本发明实施例不做具体限定。
在上述实施例的基础上，第一天线阵列10中处于同一直线阵列的相邻两个辐射单元之间的距离L为0.7～1.1λ1。其中，λ1为第一天线阵列10中辐射单元工作频段对应的波长。第二天线阵列20中同一直线阵列内相邻两个第二辐射单元之间的间距为3L，且第二天线阵列20中的辐射单元位于第一天线阵列10中同一直线阵列内相邻两个辐射单元连线的中点。不同第一天线阵列10中的第一辐射单元呈相邻错位分布，错位位移为0.5L。第三天线阵列30中每一直线阵列的辐射单元与第一天线阵列10中直线阵列的辐射单元重合设置，以减小天线尺寸，提高集成度。
第一天线阵列10中的辐射单元与第三天线阵列30中的辐射单元通过合路器按各自频率馈电共用辐射元，或者通过高低分层的方式设置。比如，如图2所示，第一天线阵列10、第二天线阵列20和第三天线阵列30共用反射底板40；第一天线阵列10中的辐射单元与第三天线阵列30中的辐射单元均与合路器50相连，使得两者按照各自的频率共用辐射元。除此之外，第一天线阵列10中的辐射单元与第三天线阵列30中的辐射单元还可以呈上下设置，由此通过高低分层实现第一天线阵列10中的辐射单元与第三天线阵列30中的辐射单元的重叠设置。
如图3-5所示，根据实际的使用场景和需求，在多制式融合天线的天线口径以外的横向或者纵向设置有第四天线阵列60或另一个多制式融合天线。比如，如图3和图4所示，在多制式融合天线的纵向还设置有第四天线阵列60；如图5所示，在多制式融合天线的横向还设置有第四天线阵列60。第四天线阵列60与第一天线阵列10、第二天线阵列20和第三天线阵列30共用反射底板40。通过将第四天线阵列60融合在多制式融合天线中，进一步提高天线的集成度。除此之外，也可以将多个多制式天线沿横向或纵向排布，以满足不同实际场景的应用需求。
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 (9)

1.一种多制式融合天线，包括第一天线阵列及第二天线阵列，所述第一天线阵列具有Massive MIMO大规模天线，其特征在于，还包括第三天线阵列，所述第二天线阵列和所述第三天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任一种，所述第一天线阵列、所述第二天线阵列和所述第三天线阵列共用辐射面空间、反射底板和天线外罩；
所述第一天线阵列包括N1个直线阵列，所述第二天线阵列包括N2个直线阵列，所述第三天线阵列包括N3个直线阵列，所述第一天线阵列中的直线阵列包括至少两个辐射单元，所述第二天线阵列和所述第三天线阵列中的直线阵列均包括至少一个辐射单元，其中N1为不小于4的整数，N2为不小于2的整数，N3为不小于2的整数；
所述第三天线阵列中的直线阵列与所述第二天线阵列中的直线阵列交替分布，所述第三天线阵列中的直线阵列的中轴线与所述第一天线阵列中直线阵列的中轴线重合，所述第三天线阵列中同一直线阵列内的辐射单元与所述第一天线阵列中同一直线阵列中的辐射单元重合设置。
2.根据权利要求1所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第一天线阵列、所述第二天线阵列以及所述第三天线阵列的辐射单元均为±45°极化振子。
3.根据权利要求1所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第二天线阵列中的辐射单元的工作频率小于1GHz，所述第三天线阵列中辐射单元的工作频率为f3，工作频率f3满足1.4GHz＜f3＜2.7GHz。
4.根据权利要求1所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第一天线阵列中相邻两列直线阵列的列间间距D为0.35～0.7λ1，所述第二天线阵列中相邻两列直线阵列的列间距和所述第三天线阵列中相邻两列直线阵列的列间距均为2D，其中，λ1为所述第一天线阵列中辐射单元工作频段的中心频率所对应的波长。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第一天线阵列中处于同一直线阵列的相邻两个辐射单元之间的距离L为0.7～1.1λ1；所述第二天线阵列中同一直线阵列内相邻两个辐射单元之间的间距为3L，且所述第二天线阵列中辐射单元位于所述第一天线阵列中同一直线阵列内相邻两个辐射单元连线的中点处；其中，λ1为所述第一天线阵列中辐射单元工作频段的中心频率所对应的波长。
6.根据权利要求5所述的多制式融合天线，其特征在于，不同所述第一天线阵列中的辐射单元呈相邻错位分布，错位位移为0.5L。
7.根据权利要求5所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第三天线阵列中同一直线阵列内的辐射单元与所述第一天线阵列中同一直线阵列中的辐射单元一一对应设置。
8.根据权利要求5所述的多制式融合天线，其特征在于，所述第一天线阵列中的辐射单元与所述第三天线阵列中的辐射单元通过合路器按各自频率馈电共用辐射元，或者通过高低分层的方式设置。
9.根据权利要求1所述的多制式融合天线，其特征在于，在所述多制式融合天线的天线口径以外的横向或者纵向设置有第四天线阵列或另一个所述多制式融合天线。
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