CN112086759A - 一种小型化多制式融合的阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种小型化多制式融合的阵列天线，包括第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列；所述第一天线阵列和第二天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种；所述第三天线阵列工作于5G网络制式；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列共用反射板和天线罩；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列采用交错叠层的方式设置于所述反射板上；本发明通过巧妙的高中低频交错叠层以及周期排布的阵列设计，充分的利用了天线的立体空间，提升了阵列排布集成程度，缩小了天线尺寸，实现了融合天线的一体化小型化设计，为4G&5G融合组网提供了极大的便利。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种小型化多制式融合的阵列天线。
背景技术
随着5G商用的到来，5G移动通信网络建设的步伐也在逐步加快，各大运营商对5G移动通信设备的需求越来越急迫，而基站天线作为移动通信中的咽喉，其研究和开发也显得尤为重要。如今，4GLTE网络建设已趋于完善，5G网络建设尚处于起步阶段，因此将会面临着4G和5G长期共存的一个局面，4G&5G融合天线的需求也就应运而生。在5G移动通信商用之前，各大基站天线厂商将研究的重点集中在Massive MIMO有源天线，以期快速响应并匹配5G通信网络的需求，而对于4G&5G融合的无源天线的研究相对较少。4G&5G融合天线不但有多个使用不同频段的系统同时存在，还面临着FDD和TDD等不同工作模式的系统同时存在，多个系统需融合在一幅天线中，以减少占用铁塔的空间，降低网络建设成本，天线的研究和设计难度随之大幅提升。
4G移动通信中所使用的多频多系统天线，由于天面尺寸的限制，辐射性能相较于常规的单频天线有一定的恶化，随着5G系统的融入，天线辐射性能势必会受到更严重的影响。现有的4G&5G融合天线技术均是采用不同制式天线阵列在上下左右方向上拼接组合的形式来实现，其天线尺寸大，性能差，影响了通信网络建设和覆盖。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种小型化多制式融合的阵列天线，至少解决上述提出的问题之一，该阵列天线可覆盖617-960MHz，1.4GHz-2.69GHz，3.3GHz-3.8GHz多个频段，兼容FDD和TDD工作模式，融合了4G&5G的需求；具体内容如下：
一种小型化多制式融合的阵列天线，包括第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列；所述第一天线阵列和第二天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种；所述第三天线阵列工作于5G网络制式；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列共用反射板和天线罩；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列采用交错叠层的方式设置于所述反射板上。
进一步的，所述第三天线阵列置于最底层，所述第二天线阵列居中，所述第一天线阵列置于最上方。
进一步的，所述第一天线阵列的数量至少为一列；所述第二天线阵列的数量至少为一列；所述第三天线阵列的数量至少为四列。
进一步的，每一列所述第一天线阵列至少包括两个低频辐射单元；每一列所述第二天线阵列至少包括两个中频辐射单元；每一列所述第三天线阵列至少包括两个高频辐射单元。
进一步的，所述低频辐射单元的工作频段为617-960MHz，所述中频辐射单元的工作频段为1.4-2.69GHz，所述高频辐射单元的工作频段为3.3-3.8GHz。
进一步的，所述中频辐射单元上设有对高频段去耦的装置，具有滤波功能；所述低频辐射单元上设有对中、高频段去耦的装置，具有滤波功能。
进一步的，若设所述第三天线阵列沿阵列轴线方向的高频辐射单元间距为Δy，则所述第二天线阵列沿阵列轴线方向的中频辐射单元间距为2倍Δy，所述第一天线阵列沿阵列轴线方向的低频辐射单元间距为4倍Δy；所述高频辐射单元间距Δy为0.7～0.8λ，其中λ为第三天线阵列工作频率的中心频率波长。
进一步的，若设所述第三天线阵列的列间距为Δx，则所述第二天线阵列扩展阵列数量时，列间距为2倍Δx，所述第一天线阵列扩展阵列数量时，列间距为4倍Δx；所述列间距Δx为0.55～0.65λ，其中λ为第三天线阵列工作频率的中心频率波长。
进一步的，所述第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列的辐射方向轴线相互平行。
进一步的，所述第一天线阵列和第二天线阵列工作于FDD模式，并可通过扩展阵列数量，实现MIMO；所述第三天线阵列工作于FDD或TDD模式，以4列为基本单位，整数倍的扩展阵列规模，实现多通道TDD。
通过以上技术方案，本发明至少具备以下有益效果：
本发明的一种小型化多制式融合的阵列天线，具有超宽频段的带宽，该阵列天线可覆盖617-960MHz，1.4GHz-2.69GHz，3.3GHz-3.8GHz多个频段，兼容FDD和TDD工作模式，能够覆盖多种网络制式，兼容2G、3G、4G和5G多种场景，具备MIMO功能，满足了4G&5G融合天线的市场需求；通过对中低频段辐射单元增加去耦装置，减小了不同频段之间的相互影响，保障各频段的各项电性能的独立性；改变传统的多阵列上下左右拼接的形式，通过巧妙的高中低频交错叠层以及周期排布的阵列设计，充分的利用了天线的立体空间，提升了阵列排布集成程度，缩小了天线尺寸，实现了融合天线的一体化小型化设计，为4G&5G融合组网提供了极大的便利，降低了天线的安装的以及后续维护的难度。
附图说明
图1为本发明实施例一种小型化多制式融合的阵列天线的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一种小型化多制式融合的阵列天线第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列拆分结构示意图；
图3为本发明实施例一种小型化多制式融合的阵列天线的天线阵列扩展结构俯视示意图。
附图标记说明：
1-反射板，2-低频辐射单元，3-中频辐射单元，4-高频辐射单元，201-第一天线阵列，301-第二天线阵列，401-第三天线阵列。
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。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此附图仅显示与本发明有关的构成。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。
需要说明的是，当元件被称为“安装在”另一个元件，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“连接”另一个元件，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。本文所使用的术语“垂直”、“上”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“与”、“和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考附图1-3，本发明实施例提供一种小型化多制式融合的阵列天线，包括反射板1、天线罩、第一天线阵列201、第二天线阵列301和第三天线阵列401；所述第一天线阵列201和第二天线阵列301分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种；所述第三天线阵列401工作于5G网络制式；所述第一天线阵列201、第二天线阵列301和第三天线阵列401共用反射板1和天线罩；所述第一天线阵列201、第二天线阵列301和第三天线阵列401采用交错叠层的方式设置于所述反射板1上。
在本发明实施例中，所述第一天线阵列201和第二天线阵列301分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种，具体可根据实际需要而定，而所述第三天线阵列401则工作于5G网络制式；具体地，当第一天线阵列201和第二天线阵列301的网络制式相同时，则本发明可同时工作于5G网络制式以及2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种，即实现5G、2G一体化设计或者5G、3G一体化设计或者5G、4G一体化设计；当第一天线阵列201和第二天线阵列301的网络制式不相同时，则本发明可同时工作于5G网络制式以及2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意两种，即实现了5G、3G、4G一体化设计或者5G、2G、3G一体化设计或者5G、2G、4G一体化设计。
具体地，如图1所示，在本发明实施例中，所述第三天线阵列401置于最底层，所述第二天线阵列301居中，所述第一天线阵列201置于最上方，充分的利用了天线的立体空间，提升了天线阵列排布集成程度，通过阵列一体化的排布，缩小了天线的迎风面积尺寸，实现了天线的小型化。
具体地，所述第一天线阵列201的数量至少为一列；所述第二天线阵列301的数量至少为一列；所述第三天线阵列401的数量至少为四列。比如，在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一天线阵列201的数量为一列，所述第二天线阵列301的数量为两列，第三天线阵列401的数量为四列。所述第一天线阵列201、第二天线阵列301、第三天线阵列401的具体数量也可根据实际需求而定，本发明实施例在此不作限定。
进一步的，每一列所述第一天线阵列201至少包括两个低频辐射单元2，每一列所述第二天线阵列301至少包括两个中频辐射单元3，每一列所述第三天线阵列401至少包括两个高频辐射单元4。比如，在本发明的一些实施例中，如图1所示，每一列所述第一天线阵列201包括两个低频辐射单元2，每一列所述第二天线阵列301包括四个中频辐射单元3，每一列所述第三天线阵列401包括八个高频辐射单元4。辐射单元的具体数量也可根据实际需要而定，本发明实施例在此不作限定。
本发明实施例通过巧妙的高中低频交错叠层以及周期排布的阵列设计，充分的利用了天线的立体空间，提升了阵列排布集成程度，缩小了天线尺寸，实现了融合天线的一体化小型化设计，为4G&5G融合组网提供了极大的便利，降低了天线的安装的以及后续维护的难度。
进一步的，在本发明实施例中，所述低频辐射单元2的工作频段为617-960MHz，所述中频辐射单元3的工作频段为1.4-2.69GHz，所述高频辐射单元4的工作频段为3.3-3.8GHz。
在本发明实施例中，所述中频辐射单元3上设有对高频段去耦的装置，具有滤波功能，以减小中频辐射单元3对高频辐射单元4的影响；所述低频辐射单元2上设有对中、高频段去耦的装置，具有滤波功能，以减小低频辐射单元2对中频辐射单元3、高频辐射单元4的影响，从而保障各频段的各项电性能的独立性。
在本发明实施例提供的一种小型化多制式融合的阵列天线中，优选地，其第一天线阵列201，第二天线阵列301，第三天线阵列401的辐射方向轴线相互平行且不重合；进一步的，为了得到更优的辐射性能，各个天线阵列的几何轴线优选直线型但不局限于直线型，具体可根据实际需要而定。
在本发明的实施例中，如图3所示，若设所述第三天线阵列401沿阵列轴线方向的高频辐射单元4间距为Δy，则所述第二天线阵列301沿阵列轴线方向的中频辐射单元3间距为2倍Δy，所述第一天线阵列201沿阵列轴线方向的低频辐射单元2间距为4倍Δy；所述高频辐射单元4间距Δy为0.7～0.8λ，其中λ为第三天线阵列401工作频率的中心频率波长。
若设所述第三天线阵列401的列间距为Δx，则所述第二天线阵列301扩展阵列数量时，列间距为2倍Δx，所述第一天线阵列201扩展阵列数量时，列间距为4倍Δx；所述列间距Δx为0.55～0.65λ，其中λ为第三天线阵列401工作频率的中心频率波长。
在本发明实施例提供的一种小型化多制融合的阵列天线中，各个天线阵列的馈电网络独立的分布并放置在反射板1的正面以及背面。
在本发明实施例中，所述第一天线阵列201和第二天线阵列301工作于FDD模式，并可通过扩展阵列数量，实现MIMO(Multiple-input Multiple-output，多输入多输出)；所述第三天线阵列401工作于FDD或TDD模式，以4列为基本单位，整数倍的扩展阵列规模，实现多通道TDD；比如，如图3所示，通过扩展阵列规模，所述第一天线阵列201的数量为两列，所述第二天线阵列301的数量为四列，第三天线阵列401的数量为八列；相邻的两列第一天线阵列201之间对齐设置，相邻的两列第二天线阵列301之间对齐设置，相邻的两列第三天线阵列401之间对齐设置；第一天线阵列201位于相邻的两列第二天线阵列301之间，且低频辐射单元2与中频辐射单元3错位设置；第二天线阵列301位于相邻的两列第三天线阵列401之间，且中频辐射单元3与高频辐射单元4错位设置。
本发明的一种小型化多制式融合的阵列天线，具有超宽频段的带宽，该阵列天线可覆盖617-960MHz，1.4GHz-2.69GHz，3.3GHz-3.8GHz多个频段，兼容FDD和TDD工作模式，能够覆盖多种网络制式，兼容2G、3G、4G和5G多种场景，具备MIMO功能，满足了4G&5G融合天线的市场需求；通过对中低频段辐射单元增加去耦装置，减小了不同频段之间的相互影响，保障各频段的各项电性能的独立性；改变传统的多阵列上下左右拼接的形式，通过巧妙的高中低频交错叠层以及周期排布的阵列设计，充分的利用了天线的立体空间，提升了阵列排布集成程度，缩小了天线尺寸，实现了融合天线的一体化小型化设计，为4G&5G融合组网提供了极大的便利，降低了天线的安装的以及后续维护的难度。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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。
Claims (10)
1.一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：包括第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列；所述第一天线阵列和第二天线阵列分别工作于2G网络制式、3G网络制式和4G网络制式中的任意一种；所述第三天线阵列工作于5G网络制式；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列共用反射板和天线罩；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列采用交错叠层的方式设置于所述反射板上。
2.根据权利要求1所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述第三天线阵列置于最底层，所述第二天线阵列居中，所述第一天线阵列置于最上方。
3.根据权利要求1所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述第一天线阵列的数量至少为一列；所述第二天线阵列的数量至少为一列；所述第三天线阵列的数量至少为四列。
4.根据权利要求3所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：每一列所述第一天线阵列至少包括两个低频辐射单元；每一列所述第二天线阵列至少包括两个中频辐射单元；每一列所述第三天线阵列至少包括两个高频辐射单元。
5.根据权利要求4所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述低频辐射单元的工作频段为617-960MHz，所述中频辐射单元的工作频段为1.4-2.69GHz，所述高频辐射单元的工作频段为3.3-3.8GHz。
6.根据权利要求4所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述中频辐射单元上设有对高频段去耦的装置，具有滤波功能；所述低频辐射单元上设有对中、高频段去耦的装置，具有滤波功能。
7.根据权利要求4所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：若设所述第三天线阵列沿阵列轴线方向的高频辐射单元间距为Δy，则所述第二天线阵列沿阵列轴线方向的中频辐射单元间距为2倍Δy，所述第一天线阵列沿阵列轴线方向的低频辐射单元间距为4倍Δy；所述高频辐射单元间距Δy为0.7～0.8λ，其中λ为第三天线阵列工作频率的中心频率波长。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：若设所述第三天线阵列的列间距为Δx，则所述第二天线阵列扩展阵列数量时，列间距为2倍Δx，所述第一天线阵列扩展阵列数量时，列间距为4倍Δx；所述列间距Δx为0.55～0.65λ，其中λ为第三天线阵列工作频率的中心频率波长。
9.根据权利要求1所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列的辐射方向轴线相互平行。
10.根据权利要求1所述的一种小型化多制式融合的阵列天线，其特征在于：所述第一天线阵列和第二天线阵列工作于FDD模式，并可通过扩展阵列数量，实现MIMO；所述第三天线阵列工作于FDD或TDD模式，以4列为基本单位，整数倍的扩展阵列规模，实现多通道TDD。
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