CN112421241A - 柱状波束赋型天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱状波束赋型天线及通信设备，涉及天线技术领域，该柱状波束赋型天线包括：主反射板，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，辐射单元用于进行信号辐射；其中，辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元和组成第二阵列的第二辐射单元；第一阵列包括的第一辐射单元在主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；第二阵列包括的第二辐射单元按照预设的分布方式设置在第一阵列的外围。本发明提供的柱状波束赋型天线及通信设备，通过上述灵活的阵列布局，可以采用较少的辐射单元数量，有效减少了天线体积，同时也可以灵活匹配组阵当中的辐射单元的幅度和相位，实现不同波束宽度的快速跌落，具有良好柱状矩形赋型效果。

Description

柱状波束赋型天线及通信设备

技术领域

本发明涉及天线的技术领域，尤其是涉及一种柱状波束赋型天线及通信设备。

背景技术

目前，国内外对于大型场馆在举行大规模活动时无线覆盖需求急剧上升，对于常规天线信号覆盖往往不能满足如此高密度人群使用。

为了提高信号覆盖效率以及通信容量，场馆信号覆盖需分区域进行精准覆盖，以减少邻区干扰，提高频率复用效率。为此，对于天线波束需要有特殊要求，通常要求辐射波束为近似柱状，横截面近似矩形，且要求3dB波束宽度到20dB波束宽度快速跌落。常规板状天线往往是通过矩形阵列对单元的幅相加权来实现波束赋型。但存在实际赋型效果不理想以及单元数量较多，整体尺寸过大等不足，难以满足设计需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柱状波束赋型天线及通信设备，以缓解上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种柱状波束赋型天线，包括：主反射板，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元用于进行信号辐射；其中，所述辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元和组成第二阵列的第二辐射单元；所述第一阵列包括的所述第一辐射单元在所述主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；所述第二阵列包括的所述第二辐射单元按照预设的分布方式设置在所述第一阵列的外围。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述第一阵列包括四个所述第一辐射单元；所述第一辐射单元组成2×2的方形阵列。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述第二辐射单元在所述方形阵列的外延方向上均匀分布；其中，所述方形阵列每条边对应的外延方向上设置两个所述第二辐射单元。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述多个所述第一辐射单元的激励幅度相等；多个所述第二辐射单元的激励幅度相等；所述第一阵列和所述第二阵列包括的多个所述辐射单元的相位相等。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述第一辐射单元形成所述方形阵列时，所述第一辐射单元之间的间距相等，且，所述间距的范围为0.6λ～0.8λ，其中，λ为所述柱状波束赋型天线的中心工作频率。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述第二阵列中，所述方形阵列每条边对应的外延方向上设置的两个所述第二辐射单元的间距为1λ～1.4λ，且与对应方向的第一辐射单元的间距为0.85λ～1.6λ，其中，λ为所述柱状波束赋型天线的中心工作频率。

结合第一方面，以及第一方面的第一至第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述柱状波束赋型天线还包括隔离件，所述隔离件设置在所述主反射板上，用于对所述第一辐射单元和/或所述第二辐射单元进行隔离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述柱状波束赋型天线还包括设置在所述主反射板上的接头组件。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述柱状波束赋型天线还包括壳体，所述柱状波束赋型天线设置在所述壳体内，且，所述壳体的其中一个外表面还设置有与所述接头组件匹配的通孔。

第二方面，本发明实施例还提供一种通信设备，所述通信设备配置有第一方面所述的柱状波束赋型天线。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线及通信设备，包括主反射板，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，其中，辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元和组成第二阵列的第二辐射单元；第一阵列包括的第一辐射单元在主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；第二阵列包括的第二辐射单元按照预设的分布方式设置在第一阵列的外围，通过上述灵活的阵列布局，可以采用较少的辐射单元数量，有效减少了天线体积，因此，相比于现有技术产品占有较大优势，并在搭建站塔与日后维护成本方面也有显著优势，同时，通过上述阵列布局也可以灵活匹配组阵当中的辐射单元的幅度和相位，实现不同波束宽度的快速跌落，具有良好柱状矩形赋型效果，以及覆盖效果，有效提升了频率的复用效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种柱状波束赋型天线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线的辐射示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种柱状波束赋型天线的辐射示意图；

图5为本发明实施例提供的一种辐射方向图波形；

图6为本发明实施例提供的另一种柱状波束赋型天线的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线的立体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线的爆炸图；

图9为本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线的装配示意图。

附图标记：10-主反射板；20-辐射单元；201-第一辐射单元；202-第二辐射单元；203-接头组件；204-第一隔离件；205-第二隔离件；701-外罩；702-上端盖；703-下端盖；704-外罩支撑件；705-夹具安装座；706-功分器；707-分体式支撑件。

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，下面将结合附图对本发明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。

目前，常规板状天线往往是通过矩形阵列对单元的幅相加权来实现波束赋型。但存在实际赋型效果不理想以及单元数量较多，整体尺寸过大等不足。因此，需要研究与优化新的柱状矩形天线，在减少单元数量减小整机尺寸的同时，能够保证拥有良好的3dB波束宽度到20dB波束宽度快速跌落滚降度。对于提升通信覆盖效率有重要的意义。

基于此，本发明实施例提供的一种柱状波束赋型天线及通信设备，可以有效满足目前市场需求，并且，对于提升通信覆盖效率有重要的意义。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种柱状波束赋型天线进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种柱状波束赋型天线，其中，图1示出了一种柱状波束赋型天线的结构示意图，如图1所示，包括主反射板10，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，辐射单元用于进行信号辐射。

其中，辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元201和组成第二阵列的第二辐射单元202；

具体地，如图1所示，第一阵列包括的第一辐射单元201在主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；

第二阵列包括的第二辐射单元202则按照预设的分布方式设置在第一阵列的外围。

其中，为了便于说明，图1中仅仅示出了有限数量的辐射单元，以及有限个第一阵列和第二阵列，且，第一阵列以最小方形阵列为例进行说明。在实际使用时，上述辐射单元的数量，以及主反射板的尺寸可以根据实际设计需求进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

本发明实施例提供的柱状波束赋型天线，包括主反射板，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，其中，辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元和组成第二阵列的第二辐射单元；第一阵列包括的第一辐射单元在主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；第二阵列包括的第二辐射单元按照预设的分布方式设置在第一阵列的外围，通过上述灵活的阵列布局，可以采用较少的辐射单元数量，有效减少了天线体积，因此，相比于现有技术产品占有较大优势，并在搭建站塔与日后维护成本方面也有显著优势，同时，通过上述阵列布局也可以灵活匹配组阵当中的辐射单元的幅度和相位，实现不同波束宽度的快速跌落，具有良好柱状矩形赋型效果，以及覆盖效果，有效提升了频率的复用效率。

在实际使用时，主反射板上通常设置有用于固定第一辐射单元和第二辐射单元的固定件，以便于实现第一辐射单元和第二辐射单元与主反射板之间的固定可拆卸连接，以及在主反射板实现第一辐射单元和第二辐射单元的阵列排布。

进一步，通过图1所示的辐射单元的阵列排布方式，可以采用较少数量的辐射单元即可实现天线的覆盖需求，常用的柱状波束赋型天线，其第一阵列通常仅包括四个第一辐射单元；且，第一辐射单元组成2×2的方形阵列。具体地，图2示出了另一种柱状波束赋型天线的结构示意图，其中，图2所示的柱状波束赋型天线即为常用的柱状波束赋型天线，通常仅包括两个第一阵列，以及设置在第一阵列的外围第二阵列。

在图2所示的柱状波束赋型天线中包括主反射板10，组成2×2的方形阵列的第一辐射单元201，以及，在第一阵列外围组成第二阵列的第二辐射单元202，并且，第二辐射单元202在方形阵列的外延方向上均匀分布；其中，方形阵列每条边对应的外延方向上设置两个第二辐射单元。

具体地，图2所示的柱状波束赋型天线，包含两组阵列：第一阵列与第二阵列，且，第一阵列为2×2单元的方形阵列；第二阵列为在第一阵列的上下左右各增加两个第二辐射单元，构成一个近似八边形排列方式，通过图2的特殊的阵列布局，采用了较少数量的辐射单元，使得整个柱状波束赋型天线的体积更小。

进一步，上述多个第一辐射单元的激励幅度相等；多个第二辐射单元的激励幅度相等；且，第一阵列和第二阵列包括的多个辐射单元的相位相等。

具体地，以图2所示的柱状波束赋型天线为例，第一阵列与第二阵列对应阵列中的每个辐射单元的激励幅度相同，第一阵列与第二阵列的辐射单元间的相位相等；具体地，第一阵列中，每个辐射单元的激励幅度相等；第二阵列中，每个辐射单元的激励幅度相等；第一阵列的辐射单元与第二阵列的辐射单元的激励幅度可以相等，也可以不等，具体可以根据实际情况进行设置。

进一步，第一阵列与第二阵列的相位一致，通过给予第一阵列与第二阵列不同的激励幅度，能够得到不同的3dB波束宽度，以及3dB到20dB波束宽度不同的电平滚降度，同时能得到较好的旁瓣抑制，以及前后比。因此，本发明实施例提供的柱状波束赋型天线，实际是一种3dB波束宽度到20dB波束宽度快速跌落的柱状波束赋型天线。

在实际使用时，第一阵列与第二阵列当中的辐射单元可以是±45°极化的半波阵子，亦可以是贴片辐射单元，具体可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，上述第一辐射单元形成方形阵列时，第一辐射单元之间的间距相等，且，间距的范围为0.6λ～0.8λ，其中，λ为柱状波束赋型天线的中心工作频率。

进一步，上述第二阵列中，方形阵列每条边对应的外延方向上设置的两个第二辐射单元的间距为1λ～1.4λ，且与对应方向的第一辐射单元的间距为0.85λ～1.6λ，其中，λ为柱状波束赋型天线的中心工作频率。

具体地，以图2所示的柱状波束赋型天线为例，第一阵列当中，要求水平单元间距与垂直单元间距相等，且，间距为0.6λ～0.8λ，第二阵列中，与第一阵列对应的上下左右方向上的两个辐射单元间距为1λ～1.4λ，且与对应第一阵列当中的辐射单元的水平或者垂直间距为0.85λ～1.6λ，其中λ为天线的中心工作频率。

基于上述设置方式，可以使柱状波束赋型天线的工作频段范围达1710MHz～2170MHz，以辐射单元采用极化方式为±45°的半波阵子为例，整体的组阵布局可以用xoy坐标来表示各辐射单元的位置，以一个第一阵列的中心为坐标原点为例，该第一阵列包括的各个辐射单元中心位置坐标如下：第一阵列：a1(-37.5，37.5)、a2(37.5，37.5)、a3(-37.5，-37.5)、a4(37.5，-37.5)，单位为mm，其中，a1～a4为第一阵列包括的四个第一辐射单元的中心位置。

进一步，基于上述第一阵列的各个辐射单元中心位置坐标，设置在第一阵列的外围的第二阵列所包括的第二辐射单元的中心位置坐标可以设置为：b1(-117.5，127.5)、b2(117.5，127.5)、b3(127.5，117.5)、b4(127.5，-117.5)、b5(117.5，-127.5)、b6(-117.5，-127.5)、b7(-127.5，-117.5)、b8(-127.5，117.5，单位为mm，其中，b1～b8为第二阵列包括的八个第二辐射单元的中心位置。

在实际使用时，可以将图2所示的柱状波束赋型天线按照上述中心位置坐标所示的位置来设置每个第一辐射单元和第二辐射单元在主反射板上的位置。具体地，可以使第一阵列激励幅度最大，设定第一阵列每个辐射单元给定激励为0dB，第二阵列的每个辐射单元给定激励为-3dB，且，第一阵列与第二阵列相位相等，则，图3和图4分别示出了柱状波束赋型天线的辐射示意图，具体地，分别示出了代表工作频段为1710-2170MHz时的H面与V面切面2D方向图。

进一步，图5示出了一种辐射方向图波形，具体地，图5是以1940MHz所取的3维辐射方向图波形，可以看到波束辐射顶部截面近似一个矩形，侧面H面以及V面也是类似于柱状，由此可见，上述本发明实施例提供的柱状波束赋型天线，在采用了较少的辐射单元之后，可以实现3dB波宽到20dB波宽快速跌落，波束成型较好，且全辐射空间旁瓣抑制为≤-25dB。

进一步，为了便于柱状波束赋型天线的使用和装配，上述柱状波束赋型天线还包括设置在主反射板上的接头组件。具体地，在图2的基础上，图6示出了另一种柱状波束赋型天线的结构示意图，除图2所示的结构外，还包括接头组件203。

进一步，上述柱状波束赋型天线还包括隔离件，该隔离件设置在主反射板上，用于对第一辐射单元和/或第二辐射单元进行隔离，以减少邻区干扰，提高频率复用效率。

具体地，上述隔离件包括在第一辐射单元之间进行隔离的第一隔离件以及在第二辐射单元之间进行隔离的第二隔离件，不仅可以隔离第一辐射单元与第一辐射单元之间的干扰，还可以隔离第二辐射单元与第二辐射单元，以及第一辐射单元与第二辐射单元之间的干扰。为例便于理解，在图6的基础上，图7示出了一种柱状波束赋型天线的立体结构示意图，除图3所示的结构外，还示出了第一隔离件204和第二隔离件205，用于对第一辐射单元和/或第二辐射单元进行隔离，以减少邻区干扰。

在实际使用时，为了便于将柱状波束赋型天线进行安装设置，实现大型场馆的信号覆盖，通常为柱状波束赋型天线设置匹配的外壳，因此，本发明实施例提供的柱状波束赋型天线还包括壳体，上述柱状波束赋型天线设置在壳体内，且，壳体的其中一个外表面还设置有与接头组件匹配的通孔。

具体地，该壳体通常包括外罩，以及上端盖和下端盖，外罩、上端盖和下端盖围成一个腔体，用于放置上述柱状波束赋型天线，并且，在柱状波束赋型天线的主反射板上，还可以包括外罩支撑件、夹具安装座、以及其他分体式支撑件等等，用于进行柱状波束赋型天线的安装和固定。

此外，为了实现柱状波束赋型天线的信号辐射功能，上述柱状波束赋型天线还进一步包括功分器等器件。为了便于理解，在图7的基础上，图8还示出了一种柱状波束赋型天线的爆炸图，包括主反射板10、辐射单元20、接头组件203、外罩701、上端盖702、下端盖703、外罩支撑件704、夹具安装座705、功分器706、分体式支撑件707等等，各个结构组装后，则形成本发明实施例的柱状波束赋型天线，具体地，图9还示出了一种柱状波束赋型天线的装配示意图，除图8所示的结构外，还进一步示出了第一隔离件204和第二隔离件205。

基于上述所述的柱状波束赋型天线，本发明实施例记载的柱状波束赋型天线与现有技术相比，具有下述有益效果：

(1)本发明实施例记载的柱状波束赋型天线，采用了灵活的阵列布阵，不等间距组合，可以灵活匹配阵列当中的幅度相位，实现不同的3dB波束宽度以及3dB到20dB波束宽度快速跌落，具有良好柱状矩形赋型效果以及覆盖效果，能有效减少邻区间信号干扰，提升频率的复用效率。

(2)本发明实施例记载的柱状波束赋型天线采用了较少的辐射单元数量，在整体体积上相比现有技术产品占有较大优势，在搭建站塔与日后维护成本方面有显著优势，相比现有的矩形波束赋型天线，本发明实施例记载的柱状波束赋型体积更小，隐蔽性更高。

(3)本发明实施例记载的柱状波束赋型天线，其馈电网络可以采用微带式微波网络、威尔金森功分器或者微带式定向耦合器其中的一种或者多种组合使用，馈电方式更简单，工程实现程度高。

因此，本发明实施例提供的柱状波束赋型天线，可以解决目前大型场馆在举行大规模活动时无线覆盖需求急剧上升，对于常规天线信号覆盖往往不能满足如此高密度人群使用的情况，提高了信号覆盖效率以及通信容量，并且，场馆信号覆盖可以分区域，精准覆盖，减少邻区干扰，提高频率复用效率，并且成本较低，满足了目前低成本市场的需求，对于提升通信覆盖效率有重要的意义有广阔的市场前景。

进一步，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种通信设备，该通信设备配置有上述实施例提供的柱状波束赋型天线。

本发明实施例提供的通信设备，与上述实施例提供的柱状波束赋型天线具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的通信设备的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种柱状波束赋型天线，其特征在于，包括：主反射板，以及，设置在主反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元用于进行信号辐射；

其中，所述辐射单元包括组成第一阵列的第一辐射单元和组成第二阵列的第二辐射单元；

所述第一阵列包括的所述第一辐射单元在所述主反射板上按照方形阵列排布，以组成方形阵列；

所述第二阵列包括的所述第二辐射单元按照预设的分布方式设置在所述第一阵列的外围。

2.根据权利要求1所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述第一阵列包括四个所述第一辐射单元；

所述第一辐射单元组成2×2的方形阵列。

3.根据权利要求2所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述第二辐射单元在所述方形阵列的外延方向上均匀分布；

其中，所述方形阵列每条边对应的外延方向上设置两个所述第二辐射单元。

4.根据权利要求1所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，多个所述第一辐射单元的激励幅度相等；多个所述第二辐射单元的激励幅度相等；

所述第一阵列和所述第二阵列包括的多个所述辐射单元的相位相等。

5.根据权利要求1所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述第一辐射单元形成所述方形阵列时，所述第一辐射单元之间的间距相等，且，所述间距的范围为0.6λ～0.8λ，其中，λ为所述柱状波束赋型天线的中心工作频率。

6.根据权利要求3所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述第二阵列中，所述方形阵列每条边对应的外延方向上设置的两个所述第二辐射单元的间距为1λ～1.4λ，且与对应方向的第一辐射单元的间距为0.85λ～1.6λ，其中，λ为所述柱状波束赋型天线的中心工作频率。

7.根据权利要求1～6任一项所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述柱状波束赋型天线还包括隔离件，所述隔离件设置在所述主反射板上，用于对所述第一辐射单元和/或所述第二辐射单元进行隔离。

8.根据权利要求1所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述柱状波束赋型天线还包括设置在所述主反射板上的接头组件。

9.根据权利要求8所述的柱状波束赋型天线，其特征在于，所述柱状波束赋型天线还包括壳体，所述柱状波束赋型天线设置在所述壳体内，且，所述壳体的其中一个外表面还设置有与所述接头组件匹配的通孔。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备配置有权利要求1～9任一项所述的柱状波束赋型天线。

Images