CN112886280A - 一种天线系统及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种天线系统及通信设备，该天线系统应用于基站和CPE等通信设备中，与通信设备中的射频收发器信号连接，以使通信设备能够与外界设备进行无线通信，该天线系统包括：具有多个天线单元的天线阵列和多个相位修正单元，上述多个相位修正单元与上述多个天线单元一一对应，并且，每个相位修正单元与一个对应的天线单元相对设置，以使每个相位修正单元能够将一个对应的天线单元的相位修正至设定相位，天线单元之间的相互串扰减小，相应地，天线单元之间的空间相关性降低，天线系统的性能得到提升。

Description

一种天线系统及通信设备

技术领域

本申请涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种天线系统及通信设备。

背景技术

理论上，在天线阵列(如Massive MIMO天线阵列)中，信号收发系统中配备的天线越多，传输信道具有的自由度就越高，且容量和链路可靠性就越好，但是，天线阵列的口径有限。为此，在有限的天线安装面积内，天线的布置密度逐渐增加。但是，随着天线布置密度的增加，天线阵列中天线之间的空间相关性增加，影响天线阵列的性能。

发明内容

本申请提供了一种天线系统及通信设备，用以降低天线系统中天线单元之间的空间相关性，提升天线系统性能。

第一方面，提供了一种天线系统，该天线系统应用于基站和CPE(客户端设备)等通信设备中，与通信设备中的射频收发器信号连接，以使通信设备能够与外界设备进行无线通信，该天线系统包括：具有多个天线单元的天线阵列和多个相位修正单元(PCE，PhaseCorrection Element)，上述多个相位修正单元与上述多个天线单元一一对应，并且，每个相位修正单元与一个对应的天线单元相对设置，以使每个相位修正单元能够将一个对应的天线单元的相位修正至设定相位，天线单元之间的相互串扰减小，相应地，天线单元之间的空间相关性降低，天线系统的性能得到提升。

在具体设置时，每个相位修正单元的功能根据该相位修正单元对应的天线单元的设定相位确定，例如，上述多个相位修正单元包括第一相位修正单元和第二相位修正单元；

每个第一相位修正单元用于将一个天线单元辐射出的电磁波的相位滞后调节至该天线单元对应的设定相位，其中，该天线单元辐射出的电磁波的相位相对于该天线单元对应的设定相位超前；

每个第二相位修正单元用于将一个天线单元辐射出的电磁波的相位超前调节至该天线单元对应的设定相位，其中，该天线单元辐射出的电磁波的相位相对于该天线单元对应的设定相位滞后。

在一个具体的实施例中，每个天线单元对应的设定相位为当所述多个天线单元中每相邻两个天线单元的中心之间的距离大于或等于0.45λ时该天线单元所辐射出的电磁波的相位，其中，λ为所述天线单元的工作频率对应的自由空间的波长；否则，当上述距离小于0.45λ时，天线单元200之间的空间相关性改善不明显，不满足使用要求。

在一个具体的实施例中，至少两个相邻的相位修正单元中，一个相位修正单元与对应的天线单元之间的垂直距离大于另一个相位修正单元与对应的天线单元之间的垂直距离，避免两个相位修正单元二次辐射出的电磁波相互干扰。

在另一个具体的实施例中，每一行相位修正单元中的一部分相位修正单元与另一部分相位修正单元关于参考面对称，其中，所述参考面为每一行天线单元中位于两端的天线单元的中心的连线的中垂面，从而，天线系统的方向图呈对称形状。

在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，该相位修正单元与该天线单元之间的垂直距离应满足一定条件，例如，在一个具体的实施方式中，上述垂直距离的范围介于0.25λ和0.4λ之间，其中，λ为该天线单元的工作频率对应的自由空间的波长。以避免导致天线系统的增益减小，以及，不同的相位修正单元相互遮挡。

在具体设置相位修正单元的位置时，应考虑每相邻两个相位修正单元的中心的间距满足一定要求，例如，在一个具体的实施方式中，该距离为与这相邻两个相位修正单元一一对应的两个天线单元的中心之间的距离的1倍至2倍，否则，会导致相位修正单元的作用位置与该相位修正单元对应的天线单元的主辐射区错位，相位修正单元无法起到应有的相位修正作用。

在另一个具体的实施方式中，在天线系统中，天线单元的主辐射区因被挤压发生偏离时，相位修正单元的位置需要随着天线单元的主辐射区变化，以使相位修正单元能够作用于天线单元辐射出的大部分电磁波，在一个具体的实施例中，至少一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，天线单元在天线安装面上的正投影的中心与对应的相位修正单元在天线安装面上的正投影的中心不重叠，以使相位修正单元覆盖该天线单元的主辐射区。

相位修正单元的形式可以有多种，只要能够根据需要将对应的天线单元辐射出的电磁波的相位修正至设定相位即可，在一个具体的实施方式中，每个相位修正单元包括依次间隔且相对设置的多个导电片；在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，每个导电片平行于对应的天线单元的辐射面。

在另一个具体的实施方式中，多个天线单元均为双极化天线，每个导电片包括正交设置的两个导电部；在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，上述两个导电部的延伸方向一一对应地平行于上述天线单元的两个极化方向，以降低相位修正单元对天线单元辐射出的电磁波的两个极化方向之间夹角的影响。

为了进一步调节每个天线单元辐射出的电磁波的相位，每个相位修正单元还包括与上述多个导电片数量一一对应的多个导电环，每个导电环环绕一个导电片设置，根据设定相位调节该导电片的宽度，以达到调节相位修正单元的相位修正值的作用。

在另一个具体的实施方式中，上述天线系统还包括设置在每相邻两个导电片之间的介质基板，以对导电片进行支撑，同时改变相位修正单元的相位修正值。

第二方面，提供了一种通信设备，该通信设备可以是基站和CPE(客户端设备)，该通信设备包括射频收发器和如上述技术方案所述的天线系统，其中，上述射频收发器与上述天线系统中的天线单元信号连接，以使该通信设备能够与外界设备进行无线通信。该通信设备中，每个相位修正单元将对应的天线单元辐射出的电磁波的相位修正至设定相位，降低天线单元之间的相互串扰，从而，降低天线单元之间的空间相关性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一个示例性的天线系统中天线阵列的俯视图；

图2为图1中的第一排天线单元与对应的相位修正单元配合设置时的示意图；

图3为图2中相位修正单元300a的结构示意图的放大图；

图4为图2中相位修正单元300a的俯视图；

图5为与图1中的天线阵列对应的参考天线阵列的俯视图；

图6为本申请实施例提供的天线系统中相位修正单元300a的等效电路图；

图7为本申请实施例提供的天线系统中相位修正单元300a的透射率和相位修正值随参数l变化的仿真图；

图8a为未配置相位修正单元300a时天线单元200a中馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图；

图8b为本申请实施例提供的天线系统中在配置相位修正单元300a后天线单元200a中馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图；

图8c为图5中天线单元200a’中馈电端口为port1’的偶极子天线的相位方向图；

图8d为未配置相位修正单元300b时天线单元200b中馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图；

图8e为本申请实施例提供的天线系统中在配置相位修正单元300b后天线单元200b中馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图；

图8f为图5中天线单元200b’中馈电端口为port3’的偶极子天线的相位方向图；

图9a为本申请实施例提供的天线系统中不同天线单元中偶极子天线之间的空间相关性系数沿X方向随着扩展角度变化的示意图；

图9b为本申请实施例提供的天线系统中不同天线单元中偶极子天线之间的空间相关性系数沿Y方向随着扩展角度变化的示意图；

图10为本申请实施例提供的天线系统的香农容量和自由度分别随扩展角度的变化规律的仿真图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

为了方便理解本申请实施例提供的天线系统，首先说明一下其应用的场景，本申请实施例提供的天线系统应用于基站等通信设备中，与基站等通信设备中的射频收发器信号连接，以与外界设备进行无线通信。为改善通信设备的通信性能，在有限的天线安装面内布置更多的天线，但每相邻两个天线之间的距离缩短，导致天线之间的空间相关性增加，影响天线阵列的性能。为此本申请实施例提供一种天线系统。

为此，提供一种天线系统，以解决天线阵列中因天线单元的中心之间的距离较近导致的天线单元之间空间相关性较高的技术问题。

本申请实施例提供的天线系统包括天线阵列和多个相位修正单元(PCE，PhaseCorrection Element)，其中，天线阵列包括阵列分布的多个天线单元，上述多个相位修正单元与上述多个天线单元一一对应；图1表示出了本申请实施例提供的一个示例性的天线系统中天线阵列的俯视图，请参考图1，图1中的天线阵列(如Massive MIMO天线阵列)包括天线安装面100和阵列分布于天线安装面100上的多个天线单元200，此处示例性地为，在天线安装面100上阵列分布3排×4列的共12个天线单元200(仅仅是示例性地，可以是其他数量和阵列排布方式)，如第一排天线单元200中沿Y轴的正方向依次包括天线单元200a、天线单元200b、天线单元200c和天线单元200d。天线系统中的上述多个相位修正单元与图1中的多个天线单元200一一相对设置；为了进行详细说明，图2为图1中的第一排天线单元200与对应的相位修正单元配合设置时的示意图，请参考图2，取图1中的第一排天线单元200(即天线单元200a、天线单元200b、天线单元200c和天线单元200d)为例，相位修正单元300a设置于天线单元200a的Z轴正方向上，且与天线单元200a相对设置，类似地，相位修正单元300b与天线单元200b相对设置，相位修正单元300c与天线单元200c相对设置，相位修正单元300d与天线单元200d相对设置。

其中，图3为图2中相位修正单元300a的结构示意图的放大图，图4为图2中相位修正单元300a的俯视图，结合图2、图3和图4，相位修正单元300a包括4层依次平行且相对设置的介质基板310a(示例性地，每层介质基板310a相对介电常数为6，损耗正切为0.007，介质基板310a的以上参数可以根据需要进行调整)，每层介质基板310a在Z轴正方向上的表面的中部贴附有一个金属贴片320a(如材质为铜、银或者金，除了采用金属贴片320形式的导电片，也可以采用石墨烯等其它非金属导电材料制成的导电片)，每两个金属贴片320a间隔且相对设置，任意相邻的两个金属贴片320a通过二者之间的一个介质基板310隔离，且每个金属贴片320a均示例性地与对应的天线单元310的辐射面平行(此“平行”的含义可以是绝对的平行，也可以是接近平行的状态，如夹角大于0°且小于或等于25°，具体可根据需要调节)；其中，每个金属贴片320a包括两个正交设置的导电部，示例性地，可参考图4中的导电部321a和导电部322a，其中，导电部321a沿X轴方向延伸，导电部322a沿Y轴方向延伸，导电部321a的中部和导电部322a的中部重叠，以形成一个“十”字型的金属贴片320a，天线单元200a为双极化天线，而导电部321a的延伸方向平行于天线单元200a的一个极化方向，导电部322a的延伸方向平行于天线单元200a的另一个极化方向，并且，相位修正单元300a的放置位置使得天线单元200a中辐射出的一个极化方向的电磁波主要经过导电部321a，另一个极化方向的电磁波主要经过导电部322a，从而，金属贴片320a的“十”字型构造可以确保天线单元200a辐射出的电磁波在经过相位修正单元300a后的两个极化方向(需要说明的是，这里的两个极化方向是天线单元200a辐射出的电磁波在金属贴片320a上激励出感应电流，该感应电流再二次辐射出的电磁波的两个极化方向)之间的夹角不会有较大变化。

此外，继续参考图4，还可以在每个金属贴片320a的周围设置一个片状的金属环330a(例如是铜、银或金，金属贴片320a的材料可以和金属环330a的材料相同，从而，可以先用同一种金属材料形成一层金属片状结构，再通过刻蚀等方式去除金属片状结构多余部分，形成金属贴片320a和金属环330a；或者，也可以采用如石墨烯等非金属导电材料制成的结构，只要是导电环即可，并且其结构也可以不是片状)，金属环330a也贴附于对应的介质基板310a表面。

上述相位修正单元300a即可对天线单元200a射来的电磁波的相位进行调节，具体可以将天线单元200a辐射至相位修正单元300a的电磁波修正至天线单元200a对应的设定相位；相应地，天线系统中的每个天线单元200(如图2中的天线单元200b)均通过对应的相位修正单元(如图2中的相位修正单元300b)将该天线单元200(如图2中的天线单元200b)辐射出的电磁波的相位修正至这个天线单元200(如图2中的天线单元200b)对应的设定相位。其中，每个天线单元200对应的“设定相位”含义是指：每个天线单元200辐射出的电磁波被修正至该天线单元200对应的设定相位时，每个天线单元200辐射出的电磁波在对应的相位修正单元激励出感应电流，相位修正单元二次辐射出电磁波，不同的两个天线单元200(如相邻的两个天线单元200)对应的相位修正单元二次辐射的电磁波之间的相互串扰减少，这两个天线单元200之间的空间相关性降低。

参考以下公式：

其中，ρ_mp表示天线m和天线p之间的空间相关性系数，

表示天线m的电磁场方向图函数，

表示天线p的电磁场方向图函数，θ表示倾斜角，φ表示方位角，Ω表示立体角；可知，两个天线单元200的相位是这两个天线单元200之间的空间相关性的决定因素之一；因此，可以通过将天线单元200辐射出的电磁波的相位修正至设定相位，可以降低天线单元200之间的空间相关性。

图5表示出了与图1中的天线阵列对应的参考天线阵列的俯视图，以下结合图5更详细地说明上述“设定相位”的含义：

图5中的天线阵列包括天线安装面100’和分布于天线安装面100’上的12个天线单元200’，这12个天线单元200’也是呈3排×4列排布，如第一排天线单元200’中沿Y轴正方向依次包括天线单元200a’、天线单元200b’、天线单元200c’和天线单元200d’，并且，图5中的12个天线单元200’中的每个天线单元200’与图1中相应位置上的天线单元200相对应，如图5中第m排第n列的天线单元200’与图1中第m排第n列的天线单元200相对应，其中，m和n均为正整数，更为具体的例子是天线单元200a和天线单元200a’相对应，天线单元200b和天线单元200b’相对应，天线单元200c和天线单元200c’相对应，天线单元200d和天线单元200d相对应；图5中的每个天线单元200’和图1中相对应的天线单元200结构均相同，图5中的天线阵列和图1中天线阵列的唯一区别在于，图1中每相邻两个天线单元200的中心之间的距离D1小于图5中与上述两个天线单元200一一对应的两个天线单元200’的中心之间的距离D2，如图1中天线单元200a和天线单元200b的中心之间的距离D1小于天线单元200a’和天线单元200b’的中心之间的距离D2，如D1为0.3λ，D2为0.5λ，其中，λ为天线单元200和天线单元200’的工作频率对应的自由空间的波长。

图1中每个天线单元200对应的设定相位等于或者接近于图5中与该天线单元200对应的天线单元200’的相位，如天线单元200a的对应的设定相位等于或者接近于天线单元200a’的相位，天线单元200b的对应的设定相位等于或者接近于天线单元200b’的相位；需要说明的是，当该天线单元200对应的设定相位接近于与该天线单元200对应的天线单元200’的相位时，是指该天线单元200对应的设定相位与该天线单元200对应的天线单元200’的相位之间的差值的绝对值小于或等于30°，例如，该差值为0°、5°、10°、15°、20°、25°或者30°。

因此，每个天线单元200(如天线单元200a)对应的设定相位也可以表述为：当图1中的天线阵列中每相邻两个天线单元200的中心之间的距离D1调整为距离D3时该天线单元200(如天线单元200a)辐射出的电磁波的相位值，其中，距离D3大于距离D1，例如，距离D3等于图5中的距离D2。其中，D3可以是大于或等于0.45λ，例如是0.45λ、0.48λ、0.50λ、0.52λ、0.55λ或者0.60λ，其中，λ为天线单元200的工作频率对应的自由空间的波长；当D3小于0.45λ时，天线单元200之间的空间相关性改善不明显，不满足使用要求。

已知的，当图1中的天线单元200没有配置对应的相位修正单元时，由于图5中的距离D2大于图1中的距离D1，图5中天线单元200’之间的空间相关性小于图1中对应的天线单元200之间的空间相关性，如图5中天线单元200a’和天线单元200b’之间的空间相关性低于图1中天线单元200a和天线单元200b之间的空间相关性。当本申请实施例提供的天线系统中每个天线单元200通过对应的相位修正单元将该天线单元200辐射出的电磁波的相位修正至该天线单元200对应的设定相位时，每两个天线单元200之间的空间相关性等效于或者接近等效于图5中与这两个天线单元200相对应的两个天线单元200’之间的空间相关性，如天线单元200a和天线单元200b之间的空间相关性等效于或者接近等效于图5中天线单元200a’和天线单元200b’之间的空间相关性。因此，本申请实施例提供的天线系统能够保证在保持天线单元200之间具有较低空间相关性的前提下，较高密度地布置天线单元200，提升天线系统的性能。

在具体设置每个相位修正单元的位置时，需要考虑以下因素：

示例性地，每一组相互对应的天线单元200和相位修正单元中，该相位修正单元与天线单元200之间的垂直距离范围介于0.25λ和0.4λ之间，例如，可以是0.25λ、0.27λ、0.3λ、0.35λ、0.38λ或者0.4λ，其中，λ为天线单元200的工作频率对应的自由空间的波长；示例性地，请参考图2，以天线单元200a和相位修正单元300a为例，当相位修正单元300a的底面(在图2中是靠近天线单元200a的一层介质基板310a的Z轴负方向上的侧面)平行于天线单元200a的辐射面所在平面时，相位修正单元300a与天线单元200a之间的垂直距离表示相位修正单元300a的底面所在平面与天线单元200a的辐射面所在平面之间的距离h1，或者，当相位修正单元300a的底面相对于天线单元200a的辐射面所在平面略有倾斜时，上述垂直距离是指相位修正单元300a底面的最低点(距离天线单元200a的辐射面所在平面最近的点)距离天线单元200a的辐射面所在平面的距离。当h1的值小于0.25λ时，天线单元200a直接辐射出的电磁波经天线安装面100上的反射层反射后的反射波和天线单元200a直接辐射出的电磁波在相位修正单元300a处不易同向叠加，导致天线系统的增益减小，而当h1的值大于0.4λ时，天线单元200a辐射出的电磁波辐射至h1高度时横向剖面(垂直于Z轴的面)较大，需要将相位修正单元300a的横向尺寸(特别是金属贴片320a的尺寸)放大，才能使天线单元200a辐射出的电磁波均经过相位修正单元300a，如此可能会造成不同的相位修正单元在Z轴方向上相互遮挡，影响相位修正单元对相应的天线单元200的相位修正作用。

而相位修正单元与对应天线单元200之间的垂直距离具体可以根据每个天线单元200需要的相位修正值调整；以天线单元200a和相位修正单元300a为例，当垂直距离h1的值发生变化时，天线单元200a辐射至相位修正单元300a的电磁波的入射角度(可以理解为电磁波的入射方向与相位修正单元300a的底面的夹角)发生变化，从而，相位修正单元300a的相位修正值发生变化，因此，通过调节垂直距离h1可以调整相位修正单元300a的相位修正值，以使天线单元200a的辐射出的电磁波的相位修正至设定相位。示例性地，如图2，在一些情况下，相位修正单元300b和天线单元200b的辐射面之间的垂直距离h2的值大于垂直距离h1的值，而h2的值大于h1的值还可以避免相位修正单元300b二次辐射出的电磁波和相位修正单元300a二次辐射出的电磁波相互干扰。

继续参考图2，示例性地，相位修正单元300a和相位修正单元300d关于参考面(天线单元200a的中心A和天线单元200d的中心G的连线的中垂面)对称，相位修正单元300b和相位修正单元300c也关于上述参考面对称；天线系统中其他行的相位修正单元也可以参考图2中的一行相位修正单元的对称设置方式进行设置，也就是每一行相位修正单元中的一部分相位修正单元与另一部分相位修正单元关于参考面对称，其中，参考面为每一行天线单元中位于两端的天线单元的中心的连线的中垂面，以使得天线系统的方向图呈对称形状。

示例性地，如图2，在一些情况下，相位修正单元300a的中心B在天线安装面100上的正投影B’和天线单元200a的中心A在天线安装面100上的正投影不重叠，其原因在于天线系统中的天线阵列的多个天线单元200辐射出的电磁波相互挤压，导致天线单元200a辐射出的电磁波相对于该天线单元200a在X方向和Y方向上发生偏离，因此，需要将相位修正单元300a的横向位置随着天线单元200a的主辐射区进行调整，以使相位修正单元300a放置于天线单元200a的主辐射区，其他相互对应的一组或多组相位修正单元和天线单元中也可以具有类似的设置。

在设置每个相位修正单元之间的位置时，还应当考虑两个相邻相位修正单元中心之间的距离(例如，相位修正单元300a的中心B和相位修正单元300b的中心D之间的距离)，如使该距离为与这相邻两个相位修正单元一一对应的两个天线单元的中心之间的距离的1倍至2倍，具体可以是1倍、1.2倍、1.3倍、1.5倍、1.8倍或者2倍；否则，会导致相位修正单元的作用位置与该相位修正单元对应的天线单元200的主辐射区错位，相位修正单元无法起到应有的相位修正作用；一个更具体的例子，当两个天线单元200的中心之间的距离是0.3λ时，与这两个天线单元200一一对应的两个相位修正单元的中心之间的距离可以是0.3λ，其中，λ为天线单元200的工作频率对应的自由空间的波长。

下面举例说明，如何通过相位修正单元300a中的参数来修正天线单元200a辐射出的电磁波的相位。请参考图2、图3和图4，以相位修正单元300a满足下列条件为例：每层介质基板310a呈边长为p的正方形；导电部321a的延伸方向(即X轴方向)上的尺寸和导电部322a的延伸方向(即Y轴方向)上的尺寸相等，且该尺寸均以l表征；相应地，导电部321a的垂直于延伸方向(即X轴方向)上的尺寸和导电部322a的垂直于延伸方向(即Y轴方向)上的尺寸相等，并且该尺寸均以w表征；金属环330中垂直于该金属环300的延伸方向上的尺寸(即金属环330的宽度)以t表征，相位修正单元300a的等效电路可参考图6；本申请实施例提供的天线系统中其它相位修正单元的结构均参考相位修正单元300a设置，其他天线单元200的结构均参考天线单元200a设置，如所有天线单元200可以均为双极化天线；以天线单元200a和相位修正单元300a为例，天线单元200a的辐射出的电磁波的频率为2.6GHz，w＝l/2,t＝0.3mm，p＝28mm，图7为相位修正单元300a的透射率和相位修正值随参数l变化的仿真图，图7中，横坐标表示相位修正单元中的参数l的值，单位为mm，曲线magnitude表示该相位修正单元300a对天线单元200a辐射出的电磁波的透射率(参考图7中左侧纵坐标轴)随参数l变化时的变化规律，其中，当参数l介于22.6mm和24mm之间时，透射率在0.7以上，说明相位修正单元300a对天线单元200a辐射出的电磁波具有较好的透过特性；曲线phase表示相位修正单元300a对天线单元200a的相位修正值(参考图7中右侧纵坐标轴，单位为°)随着参数l变化时的变化规律，并且，当参数l介于22.6mm和23.6mm之间时，相位修正值为正数，天线单元200a辐射出的电磁波经过相位修正单元300a后的相位相对于经过相位修正单元300a之前的相位超前，相应地，当参数l介于23.6mm和24mm之间时，相位修正值为负数，天线单元200a辐射出的电磁波经过相位修正单元300a后的相位相对于经过相位修正单元300a之前的相位滞后；根据图1中的天线阵列中的各天线单元200均未配置相位修正单元时天线单元200a辐射出的电磁波的相位与天线单元200a对应的设定相位的差值，调整相位修正单元300a中参数l的值，以使相位修正单元300a能将天线单元200a辐射出的电磁波的相位修正至天线单元200a的对应的设定相位，例如，当各天线单元200均未配置相位修正单元时天线单元200a辐射出的电磁波的相位相对于天线单元200a对应的设定相位超前，则调整参数l使天线单元200a辐射出的电磁波的相位滞后，当各天线单元200均未配置相位修正单元时天线单元200a辐射出的电磁波的相位相对于天线单元200a对应的设定相位滞后，则调整参数l使天线单元200a辐射出的电磁波的相位超前；本申请实施例提供的天线系统中，每一组相互对应的天线单元200和相位修正单元中，均根据该天线单元200的相位与该天线单元的设定相位之间的差值，调整该天线单元200对应的相位修正单元中参数l的值，以使每个天线单元200辐射出的电磁波经过对应的相位修正单元后的相位调节至天线单元200对应的设定相位，例如，部分天线单元200辐射出的电磁波的相位相对于这些天线单元200对应的设定相位滞后，则为这部分天线单元200配置能够使电磁波相位超前的相位修正单元(称为第一相位修正单元)，另一部分天线单元200辐射出的电磁波的相位相对于这些天线单元200对应的设定相位超前，则为这部分天线单元200配置能够使电磁波相位滞后的相位修正单元(称为第二相位修正单元)。

以下采用仿真结果说明上述实施方式中的天线系统性能得到改善。其中，示例性地，天线单元200均为双极化天线，图2中，天线单元200a包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port1和port2，天线单元200b包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port3和port4，天线单元200c包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port5和port6，天线单元200d包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port7和port8。相应地，图5中，天线单元200a’包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port1’和port2’，天线单元200b’包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port3’和port4’，天线单元200c’包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port5’和port6’，天线单元200d’包含的两个偶极子天线的馈电端口依次记为port7’和port8’。

图8a表示出了未配置相位修正单元300a时，天线单元200a中馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图，图8b表示出在配置相位修正单元300a后，天线单元200a中上述馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图，其中，上述相位方向图是距离该天线单元200a的辐射面0.25λ的参考平面处观察所得，λ为天线单元200a的工作频率对应的自由空间的波长；由图8a可知，在未配置相位修正单元300a时，天线单元200a中馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图具有畸变，而由图8b可知，在配置相位修正单元300a后，天线单元200a中馈电端口为port1的偶极子天线的相位方向图畸变得到改善，较接近图5中天线单元200a’的馈电端口为port1’的偶极子天线的相位方向图(请参考图8c)。

类似地，图8d表示出了未配置相位修正单元300b时，天线单元200b中馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图，图8e表示出在配置相位修正单元300b后，天线单元200b中上述馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图，其中，上述相位方向图均是距离该天线单元200b的辐射面0.25λ的参考平面处观察所得，λ为天线单元200b的工作频率对应的自由空间的波长；由图8d可知，在未配置相位修正单元300b时，天线单元200b中的馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图具有明显畸变，部分地方相位被压缩，而由图8e可知，在配置相位修正单元300d后，天线单元200b中馈电端口为port3的偶极子天线的相位方向图畸变得到改善，较接近图5中天线单元200b’中的馈电端口为port3’的偶极子天线的相位方向图(请参考图8f)。

图9a表示出了不同天线单元200中偶极子天线之间的空间相关性系数沿X方向随着扩展角度变化的示意图，图9b表示出了不同天线单元200中偶极子天线之间的空间相关性系数沿Y方向随着扩展角度变化的示意图；在图9a和图9b中，横坐标表示扩展角度，单位为°，纵坐标表示空间相关性系数，曲线ρmn(其中m和n均为正整数)表示馈电端口为port m的偶极子天线和馈电端口为port n的偶极子天线之间的空间相关性系数随扩展角度的变化曲线，对于标着同一图形的实线曲线和虚线曲线，其中的实线曲线表示配置相位修正单元后两个天线单元200中偶极子天线之间空间相关性系数随着扩展角度的变化规律，虚线曲线表示未配置相位修正单元时两个天线单元200中偶极子天线之间的空间相关性系数随着扩展角度的变化规律；参考图9a，在同一扩展角度下，对于同一对天线单元200中偶极子天线，在配置相位修正单元之后空间相关性系数比未配置相位修正单元时降低，如在同一扩展角度下，实线曲线ρ35上对应的值小于虚线曲线ρ35上对应的值；参考图9b可以得出类似的结论。而不同的两个天线单元200中偶极子天线之间的空间相关性系数的降低可以确定这两个天线单元200之间的空间相关性系数降低。

图10表示出天线系统的香农容量和自由度分别随扩展角度的变化规律的仿真图，其中，该仿真图是在瑞利衰减信道条件下得出；在图10中，横坐标表示扩展角度，单位为°，右侧纵坐标轴表示香农容量，单位为bit/s，左侧纵坐标轴表示自由度；曲线capacity w/oPCE表示本申请实施例提供的天线系统不配置其中的相位修正单元时的香农容量随扩展角度的变化规律，曲线capacity w PCE表示本申请实施例提供的天线系统配置其中的相位修正单元时的香农容量随扩展角度的变化规律，虚线曲线reference表示图5中的参考天线阵列的香农容量随扩展角度的变化规律，曲线capacity w PCE比曲线capacity w/o PCE更接近于虚线曲线reference，表明本申请实施例提供的天线系统配置相位修正单元后有效提高了香农容量；曲线diversity w/o PCE表示本申请实施例提供的天线系统不配置其中的相位修正单元时的自由度随扩展角度的变化规律，曲线diversity w PCE表示本申请实施例提供的天线系统配置其中的相位修正单元时的自由度随扩展角度的变化规律，实线曲线reference表示图5中的参考天线阵列的自由度随扩展角度的变化规律，曲线diversity wPCE比曲线diversity w/o PCE更接近于实线曲线reference，表明本申请实施例提供的天线系统配置相位修正单元后有效提高了自由度；综上，天线系统在配置相位修正单元后性能得到提升。

需要说明的是，以上是通过改变相位修正单元中参数l的值来改变该相位修正单元对对应的天线单元200的相位修正值，而通过改变参数w、参数p和参数t，也可以改变上述相位修正值，在此不再赘述。并且，也可以根据对相位修正值的需求，介质基板的形状不一定是正方形，也可以是圆形和平行四边形或者其他形状，甚至可以不设置相位修正单元中的介质基板，以相位修正单元300a为例，介质基板310a可以不设置；此外，根据每个相位修正单元的修正值，金属贴片周围的金属环可以不设置，以相位修正单元300a为例，金属环330a可以不设置。

并且，天线单元200也可以不是双极化天线，如可以是偶极子天线等单极化天线或者圆极化天线，相应地，金属贴片320a可以替换长方形或者圆形等非“十”字型构造。此外，天线系统中的相位修正单元除了采用于图3中相位修正单元300a类似的结构外，还可以采用其他对电磁波的相位具有修正(如使电磁波超前或者滞后)功能的结构，这些对电磁波具有修正功能的结构可以是本领域常见的已知的相位修正功能部件。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种通信设备，该通信设备可以是基站或者CPE(客户端设备)，该通信设备包括射频收发器上述实施例提供天线系统，射频收发器与天线系统中的天线单元信号连接，并通过天线单元发射或者接收电磁波信号，以与其他通信设备进行通信。参考图2，该通信设备通过在与每个天线单元200(如天线单元200a)相对的位置分别设置一个相位修正单元(如相位修正单元300a)，将天线单元200辐射出的电磁波的相位修正至与上述天线单元200对应的设定相位，改善了天线系统中天线单元200之间的空间相关性，从而，提升了天线系统的性能，使该通信设备与外界通信的能力增强。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：

阵列分布的多个天线单元；

与所述多个天线单元一一对应的多个相位修正单元，每个相位修正单元与对应的天线单元相对设置；

每个所述相位修正单元用于将对应的天线单元的相位修正至设定相位。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述多个相位修正单元包括第一相位修正单元和第二相位修正单元；

每个第一相位修正单元用于将一个天线单元辐射出的电磁波的相位滞后调节至该天线单元对应的设定相位，其中，该天线单元辐射出的电磁波的相位相对于该天线单元对应的设定相位超前；

每个第二相位修正单元用于将一个天线单元辐射出的电磁波的相位超前调节至该天线单元对应的设定相位，其中，该天线单元辐射出的电磁波的相位相对于该天线单元对应的设定相位滞后。

3.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，每个天线单元对应的设定相位为当所述多个天线单元中每相邻两个天线单元的中心之间的距离大于或等于0.45λ时该天线单元所辐射出的电磁波的相位，其中，λ为所述天线单元的工作频率对应的自由空间的波长。

4.根据权利要求1至3任一项所述的天线系统，其特征在于，至少两个相邻的相位修正单元中，一个所述相位修正单元与对应的天线单元之间的垂直距离大于另一个相位修正单元与对应的天线单元之间的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，每一行相位修正单元中的一部分相位修正单元与另一部分相位修正单元关于参考面对称，其中，所述参考面为每一行天线单元中位于两端的天线单元的中心的连线的中垂面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的天线系统，其特征在于，在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，所述相位修正单元与所述天线单元之间的垂直距离范围介于0.25λ和0.4λ之间，其中，λ为所述天线单元的工作频率对应的自由空间的波长。

7.根据权利要求1至6任一项所述的天线系统，其特征在于，每相邻两个相位修正单元的中心之间的距离为与所述相邻两个相位修正单元一一对应的两个天线单元的中心之间的距离的1倍至2倍。

8.根据权利要求1至7任一项所述的天线系统，其特征在于，至少一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，所述天线单元在天线安装面上的正投影的中心与对应的相位修正单元在所述天线安装面上的正投影的中心不重叠。

9.根据权利要求1至8任一项所述的天线系统，其特征在于，每个相位修正单元包括依次间隔且相对设置的多个导电片；

在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，每个导电片平行于对应的天线单元的辐射面。

10.根据权利要求9所述的天线系统，其特征在于，所述多个天线单元均为双极化天线，每个导电片包括正交设置的两个导电部；

在每一组相互对应的天线单元和相位修正单元中，所述两个导电部的延伸方向一一对应地平行于所述天线单元的两个极化方向。

11.根据权利要求9或10所述的天线系统，其特征在于，每个相位修正单元还包括与所述多个导电片数量一一对应的多个导电环，每个导电环环绕一个导电片设置。

12.根据权利要求9至11任一项所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括设置在每相邻两个导电片之间的介质基板。

13.一种通信设备，其特征在于，包括射频收发器和如权利要求1至12任一项所述的天线系统，其中，所述射频收发器与所述天线系统中的天线单元信号连接。

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