CN114188727A - 阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阵列天线，包括：辐射单元模块、功分网络模块、移相器模块、T/R组件和反射板；辐射单元模块和功分网络模块设于反射板的一侧，移相器模块和T/R组件设于反射板的另一侧；辐射单元模块包括多个双极化辐射振子，多个双极化辐射振子组成一个子阵列，功分网络模块与一个子阵列连接，以形成两个双极化通道；移相器模块包括多个移相器，移相器与双极化通道一一对应连接；T/R组件包括多个连接器，连接器与双极化通道一一对应连接。本发明提供的阵列天线，通过T/R组件实现阵列天线的数字波束赋形，通过移相器实现阵列天线的模拟波束赋形，两者的组合应用可以减少双极化通道的数量，有利于简化结构，降低阵列天线的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种阵列天线。
背景技术
随着移动通信技术的不断发展，第五代移动通信系统已实现大规模商用，大规模阵列天线因具备良好的波束赋形和信号覆盖能力受到广泛应用。
现有的大规模阵列天线主要通过主设备的软件赋形实现波束赋形，此种天线具有良好的信号覆盖效果，可以全部通过数字移相方式实现波束的水平赋形和垂直赋形，此种波束赋形通过设置多个通道数来实现，但由于天线的成本、功耗和天线的通道数正相关，导致设备成本高、功耗大。
发明内容
本发明提供一种阵列天线，用以解决现有天线的数字波束赋形模式，导致阵列天线和主设备成本高的缺陷。
本发明提供一种阵列天线，包括：辐射单元模块、功分网络模块、移相器模块、T/R组件以及反射板；
所述辐射单元模块和所述功分网络模块设于所述反射板的一侧，所述移相器模块和所述T/R组件设于所述反射板的另一侧；
所述辐射单元模块包括多个双极化辐射振子，多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；
所述功分网络模块与一个所述子阵列连接，以形成两个双极化通道；
所述移相器模块包括多个移相器，所述移相器与所述双极化通道一一对应连接；
所述T/R组件包括多个连接器，所述连接器与所述双极化通道一一对应连接。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述功分网络模块包括两个功分器组件，两个所述功分器组件与两个所述双极化通道一一对应。
根据本发明提供的一种阵列天线，一个所述子阵列包括六个所述双极化辐射振子，所述功分器组件包括第一功分器和第二功分器，一个所述第一功分器与两个所述第二功分器连接，一个所述第二功分器与三个所述双极化辐射振子连接。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述连接器与所述第一功分器连接，所述第一功分器通过所述移相器与两个所述第二功分器中的一者连接。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述第一功分器和所述第二功分器为微带功分器。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述第一功分器为一分二功分器，所述第二功分器为一分三功分器。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述阵列天线还包括隔离条模块，所述隔离条模块设于所述反射板的一侧，每个所述隔离条模块位于两个所述辐射单元模块之间。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述双极化辐射振子为PCB振子、钣金振子或LCP振子。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述移相器为介质移相器或PCB移相器。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述阵列天线还包括电机传动组件，所述电机传动组件与所述移相器模块传动连接，用于控制多个所述移相器，实现多个所述辐射单元模块的相位调节。
本发明提供的阵列天线，一个功分网络模块与一个辐射单元模块连接形成两个双极化通道，T/R组件包括多个连接器，多个连接器与多个双极化通道一一对应连接，多个移相器与多个双极化通道一一对应连接，通过T/R组件实现阵列天线的数字波束赋形，通过移相器实现阵列天线的模拟波束赋形，数字波束赋形和模拟波束赋形的组合应用可以减少阵列天线中双极化通道的数量，有利于简化结构，使得主设备配套的功放器、滤波器等模块数量减半，功耗降低，实现了降低阵列天线和主设备的制作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的阵列天线的爆炸示意图；
图2是本发明提供的辐射单元模块与反射板的装配示意图；
图3是本发明提供的辐射单元模块、功分网络模块与移相器的连接示意图；
图4是本发明提供的辐射单元模块与功分网络模块的装配示意图；
附图标记：
1：辐射单元模块； 2：功分网络模块；
3：反射板； 4：T/R组件；
5：移相器模块； 6：隔离条模块；
7：电机传动组件； 8：移相器；
9：双极化辐射振子； 10：第一功分器；
11：第二功分器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。
下面结合图1至图4描述本发明实施例的阵列天线。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的阵列天线，包括：辐射单元模块1、功分网络模块2、移相器模块5、T/R组件4以及反射板3。
辐射单元模块1和功分网络模块2设于反射板3的一侧，移相器模块5和T/R组件4设于反射板3的另一侧。
辐射单元模块1包括多个双极化辐射振子9，多个双极化辐射振子9组成一个子阵列。
功分网络模块2与一个子阵列连接，以形成两个双极化通道；移相器模块5包括多个移相器8，移相器8与双极化通道一一对应连接；T/R组件4包括多个连接器，连接器与双极化通道一一对应连接。
具体地，辐射单元模块1包括多个双极化辐射振子9，多个双极化辐射振子9位于同一列，由此一个辐射单元模块1构成一个子阵列。每个双极化辐射振子9具有一个正极化馈电点和一个负极化馈电点。
功分网络模块2包括功分器，功分器可以采用一分二、一分三或一分四的形式，功分器的数量和类型根据实际需求设置，一个功分器的输出端口与双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，相应的另一个功分器的输出端口与双极化辐射振子9的负极化馈电点连接，一个功分网络模块2与一个辐射单元模块1连接，由此形成两个双极化通道。
T/R组件4包括多个连接器，连接器的数量与双极化通道的数量相同，连接器为盲插型连接器。盲插型连接器便于阵列天线和主设备的对接匹配，可以避免常规基站天线中线缆接头的复杂连接方式，节省装配工时。
连接器与功分器的输入端口连接，由此一个连接器通过功分器实现与一个辐射单元模块1中的多个双极化辐射振子9的连接，进而实现对每个子阵列整体的相位调节和幅度调节。
移相器模块5包括多个移相器8，移相器8的数量与双极化通道的数量相同。一个功分网络模块2中功分器具有多个支路，功分器通过多个支路实现与双极化辐射振子9的连接。移相器8和功分器的一个支路连接，一个移相器8通过功分器的一个支路实现与一个辐射单元模块1中的部分双极化辐射振子9的连接，进而实现对每个子阵列中部分双极化辐射振子9的相位调节。
例如一个辐射单元模块1包括六个双极化辐射振子9，六个双极化辐射振子9位于同一列，移相器8通过功分器的一个支路实现与上面三个双极化辐射振子9的连接，或者移相器8通过功分器的一个支路实现与下面三个双极化辐射振子9的连接，进而实现对一个子阵列中一半数量的双极化辐射振子9的相位调节。
辐射单元模块1和功分网络模块2的数量相同，连接器以及移相器8与双极化通道的数量相同，多个辐射单元模块1和多个功分网络模块2阵列分布于反射板3的一侧，T/R组件4和移相器模块5分布于反射板3的另一侧。
MIMO天线的通道数根据实际需求设置，常见的有4、8、16、32、64、128通道，一个辐射单元模块1中双极化辐射振子9的数量根据实际需求设置。
以下以16个辐射单元模块1的设置来说明。
如图2所示，16个辐射单元模块1采用两行八列的排布方式，16个辐射单元模块1与16个功分网络模块2连接，由此形成32个双极化通道。T/R组件4包括32个连接器，移相器模块5包括32个移相器8。
32个连接器与32个双极化通道一一对应连接，32个移相器8与32个双极化通道一一对应连接，32个连接器确保32个双极化通道具有64通道的水平面的波束赋形性能，32个移相器8和32个连接器的组合运用确保32个双极化通道具有64通道的垂直面的波束赋形性能。因此，在双极化通道数量减半的情况下，通过T/R组件4的数字波束赋形和移相器8的模拟波束赋形可以确保阵列天线具有较佳的波束赋形和信号覆盖性能。
阵列天线中双极化通道的数量减少，与每个双极化通道配套的低噪声放大器、功率放大器以及滤波器的数量也相应的减少，有利于降低阵列天线的制作成本。
在本发明实施例中，一个功分网络模块2与一个辐射单元模块1连接形成两个双极化通道，T/R组件4包括多个连接器，多个连接器与多个双极化通道一一对应连接，多个移相器8与多个双极化通道一一对应连接，通过T/R组件4实现阵列天线的数字波束赋形，通过移相器8实现阵列天线的模拟波束赋形，数字波束赋形和模拟波束赋形的组合应用可以减少阵列天线中双极化通道的数量，有利于简化主设备的结构，降低阵列天线和主设备的制作成本。
在可选的实施例中，功分网络模块2包括两个功分器组件，两个功分器组件与两个双极化通道一一对应。
具体地，一个功分网络模块2包括两个功分器组件，两个功分器组件对称设置，一个功分器组件与一个辐射单元模块1中的多个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，另一个功分器组件与一个辐射单元模块1中的多个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接。
一个功分器组件与一个辐射单元模块1中的多个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接形成一个双极化通道，另一个功分器组件与一个辐射单元模块1中的多个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接形成另一个双极化通道，由此两个功分器组件与一个辐射单元模块1连接后形成两个双极化通道。
如图3所示，在可选的实施例中，一个子阵列包括六个双极化辐射振子9，功分器组件包括第一功分器10和第二功分器11，一个第一功分器10与两个第二功分器11连接，一个第二功分器11与三个双极化辐射振子9连接。
具体地，一个子阵列包括六个双极化辐射振子9，六个双极化辐射振子9位于同一列。
功分器组件包括一个第一功分器10和两个第二功分器11，第一功分器10为一分二功分器，第二功分器11为一分三功分器。
两个第二功分器11沿着长度方向依次布设，第一功分器10设于两个第二功分器11的一侧，第一功分器10具有一个输入端口和两个输出端口，第二功分器11具有一个输入端口和三个输出端口。
连接器与第一功分器10的输入端口连接，第一功分器10的两个输出端口分别与两个第二功分器11的输入端口对应连接，一个第二功分器11的三个输出端口分别与子阵列中位于前面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点或者负极化馈电点连接，另一个第二功分器11的三个输出端口分别与子阵列中位于后面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点或者负极化馈电点连接。
功分网络模块2包括的两个功分器组件对称设置，两个第二功分器11位于六个双极化辐射振子9的一侧，另两个第二功分器11位于六个双极化辐射振子9的另一侧，位于一侧的两个第二功分器11的六个输出端口与六个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，则位于另一侧的两个第二功分器11的六个输出端口与六个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接。
在本发明实施例中，两个功分器组件对称设置，一个功分器组件通过一个第一功分器10和两个第二功分器11实现与六个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，一个功分器组件通过一个第一功分器10和两个第二功分器11实现与六个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接，两个连接器分别与两个第一功分器10连接，通过两个连接器实现一个子阵列中六个双极化辐射振子9的整体的相位调节和幅度调节，进一步通过两个功分器组件和移相器8实现一个子阵列中六个双极化辐射振子9的相位调节，由此实现一个子阵列的两个双极化通道具备四个双极化通道的相位调节能力，结构简单，易于实现。
在可选的实施例中，连接器与第一功分器10连接，第一功分器10通过移相器8与两个第二功分器11中的一者连接。
以一个辐射单元模块1和一个功分网络模块2为例来说明连接关系。一个辐射单元模块1包括六个双极化辐射振子9，六个双极化辐射振子9位于同一列。
一个功分网络模块2包括两个功分器组件，一个功分器组件位于六个双极化辐射振子9的左侧，另一个功分器组件位于双极化辐射振子9的右侧。第一功分器10具有一个输入端口和两个输出端口，第二功分器11具有一个输入端口和三个输出端口。
以左侧的功分器组件为例来说明连接关系。
如图3所示，连接器与第一功分器10的输入端口连接，第一功分器10的一个输入端口和两个输出端口构成了两个支路，分别定义为第一支路和第二支路，第一功分器10通过第一支路与一个第二功分器11的输入端口连接，一个第二功分器11的三个输出端口分别与子阵列中位于前面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接。第一功分器10通过第二支路与另一个第二功分器11的输入端口连接，另一个第二功分器11的三个输出端口分别与子阵列中位于后面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接。
移相器8设于第一支路上或者第二支路上，移相器8设于第一支路上，移相器8通过一个第二功分器11实现与前面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，由此可对前面的三个双极化辐射振子9进行相位调节。或者移相器8设于第二支路上，移相器8通过另一个第二功分器11实现与后面的三个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，由此可对后面的三个双极化辐射振子9进行相位调节。
同理，位于右侧的功分器组件，其连接关系与左侧的功分器组件类似。可以理解的是，位于左侧的功分器组件的两个第二功分器11分别与六个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接，则位于右侧的功分器组件的两个第二功分器11分别与六个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接。
位于左侧的功分器组件的两个第二功分器11分别与六个双极化辐射振子9的负极化馈电点连接，则位于右侧的功分器组件的两个第二功分器11分别与六个双极化辐射振子9的正极化馈电点连接。
两个移相器8同时位于两个功分器组件的第一支路或者第二支路上。
由此通过两个连接器和主设备的对接实现数字赋型，也即实现一个子阵列的整体的相位调节和幅度调节，进一步通过两个移相器8实现一个子阵列中三个双极化辐射振子9的相位调节。最终可以实现子阵列的幅度和相位的调节，实现32个双极化通道具有和64通道天线相近的赋型效果。
如图2所示，16个辐射单元模块1按照两行八列的阵列方式排布，16个功分网络模块2分别与16个辐射单元模块1连接形成32个双极化通道。
32个连接器与32个双极化通道一一对应连接，32个移相器8与32个双极化通道一一对应连接。
32个双极化通道可以保持64通道的赋形灵活性，相较于常规的64通道，水平赋形的通道数量不变，垂直赋形的通道数量虽然减少了，通过32个移相器8的设置同样具备64通道垂直赋形的能力。
通过T/R组件4实现阵列天线的数字波束赋形，通过多个移相器8实现阵列天线的模拟波束赋形，在确保阵列天线具有较佳的波束赋形和信号覆盖的性能下，可以减少双极化通道的数量，从而有利于降低阵列天线和主设备的制作成本。
在本发明实施例中，连接器与第一功分器10连接，第一功分器10通过移相器8与两个第二功分器11中的一者连接，通过T/R组件4和多个移相器8实现阵列天线的混合波束赋形，结构简单，有利于降低阵列天线的制作成本。
在可选的实施例中，第一功分器10和第二功分器11为微带功分器。
具体地，第一功分器10和第二功分器11为微带功分器，第一功分器10和第二功分器11可以采用微带线的方式设于第一PCB板，一个第一功分器10和两个第二功分器11设于第一PCB板的左侧，一个第一功分器10和两个第二功分器11设于第一PCB板的右侧。由此两个第一功分器10、四个第二功分器11和一个第一PCB板组成一个功分网络模块2。第一PCB板可以通过塑料铆钉固定于反射板3的一侧，由此实现功分网络模块2与反射板3的连接。多个功分网络模块2阵列分布于反射板3的一侧。
功分网络模块2的模块化设计，有利于减小第一PCB板的尺寸，提高板材的利用率。模块化设计有利于减少物料种类，批量装配阶段便于识别，从而有利于降低装配工时，提高生产线的装配效率。
如图4所示，进一步地，辐射单元模块1中的六个双极化辐射振子9沿第一PCB板的长度方向依次布设。
在本发明实施例中，第一功分器10和第二功分器11为微带功分器，两个第一功分器10、四个第二功分器11和一个第一PCB板组成一个功分网络模块2，模块化设计有利于减少物料种类，批量装配阶段便于识别，从而有利于降低装配工时，提高生产线的装配效率。
在可选的实施例中，阵列天线还包括隔离条模块6，隔离条模块6设于反射板3的一侧，每个隔离条模块6位于两个辐射单元模块1之间。
具体地，隔离条模块6包括隔离条和第二PCB板，隔离条设于第二PCB板的一侧，隔离条的尺寸根据实际需求设置，第二PCB板可以通过塑料铆钉固定于反射板3的一侧。
隔离条可以有效避免相邻两个辐射单元模块1之间的信号干扰。
在本发明实施例中，隔离条模块6可以通过塑料铆钉固定于反射板3的一侧，批量装配阶段便于识别，从而有利于降低装配工时，提高生产线的装配效率。
进一步地，T/R组件4设于第三PCB板，第三PCB板可以通过塑料铆钉固定于反射板3的另一侧，由此实现T/R组件4与反射板3的固定连接。
T/R组件4的数量根据实际需求设置，例如阵列天线包括2*8个辐射单元模块1，T/R组件4的数量为两个，每个T/R组件4包括16个盲插型连接器，两个T/R组件4依次布设于反射板3的另一侧。
进一步地，移相器模块5设于第四PCB板，第四PCB板可以通过塑料铆钉固定于反射板3的另一侧，由此实现移相器8模块5与反射板3的固定连接。
移相器模块5的数量根据实际需求设置，例如阵列天线包括2*8个辐射单元模块1，移相器8模块5的数量为两个，每个移相器模块5包括16个移相器8，两个移相器模块5依次布设于反射板3的另一侧。
在可选的实施例中，双极化辐射振子9为PCB振子、钣金振子或LCP振子。
双极化辐射振子9的类型不做具体限制，根据实际需求来设置，双极化辐射振子9采用镂空结构，有利于阵列天线的轻量化。
在可选的实施例中，移相器8为介质移相器或PCB移相器。
移相器8可以分为传输线长度改变型移相器和传输线介质改变型移相器，传输线介质改变型移相器简称为介质移相器，介质移相器具有设计容差敏感度小，频带宽等特点。PCB移相器为两块PCB线路板背靠背安装，通过PCB耦合片和塑料压块实现移相功能。
移相器8为具有高介电常数且体积较小的介质移相器或PCB移相器，可以为阵列天线发出的信号提供较大的可调下倾角范围，有利于阵列天线的小型化和轻量化。
在可选的实施例中，阵列天线还包括电机传动组件7，电机传动组件7与移相器模块5传动连接，用于控制多个移相器8，实现多个辐射单元模块1的相位调节。
电机传动组件7采用独立移相控制，并采用高精度传动设计，可以控制多个移相器8，进而分别电调多个子阵列的下倾角。
在本发明实施例中，电机传动组件7与移相器8相连接，实现垂直面的下倾角电调功能。
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 (10)
1.一种阵列天线，其特征在于，包括：辐射单元模块、功分网络模块、移相器模块、T/R组件以及反射板；
所述辐射单元模块和所述功分网络模块设于所述反射板的一侧，所述移相器模块和所述T/R组件设于所述反射板的另一侧；
所述辐射单元模块包括多个双极化辐射振子，多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；
所述功分网络模块与一个所述子阵列连接，以形成两个双极化通道；
所述移相器模块包括多个移相器，所述移相器与所述双极化通道一一对应连接；
所述T/R组件包括多个连接器，所述连接器与所述双极化通道一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述功分网络模块包括两个功分器组件，两个所述功分器组件与两个所述双极化通道一一对应。
3.根据权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，一个所述子阵列包括六个所述双极化辐射振子，所述功分器组件包括第一功分器和第二功分器，一个所述第一功分器与两个所述第二功分器连接，一个所述第二功分器与三个所述双极化辐射振子连接。
4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述连接器与所述第一功分器连接，所述第一功分器通过所述移相器与两个所述第二功分器中的一者连接。
5.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述第一功分器和所述第二功分器为微带功分器。
6.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述第一功分器为一分二功分器，所述第二功分器为一分三功分器。
7.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线还包括隔离条模块，所述隔离条模块设于所述反射板的一侧，每个所述隔离条模块位于两个所述辐射单元模块之间。
8.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述双极化辐射振子为PCB振子、钣金振子或LCP振子。
9.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述移相器为介质移相器或PCB移相器。
10.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线还包括电机传动组件，所述电机传动组件与所述移相器模块传动连接，用于控制多个所述移相器，实现多个所述辐射单元模块的相位调节。
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Cited By (1)
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| WO2024077500A1 (zh) * | 2022-10-11 | 2024-04-18 | 华为技术有限公司 | 一种通信设备及基站 |
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