CN115693173A

CN115693173A - 一种多重mimo窄波束、高增益基站天线

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Publication number: CN115693173A
Application number: CN202211353354.5A
Authority: CN
Inventors: 胡关平; 吴荣远; 路飞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-02-03

Abstract

本发明公开了一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，包括一个以上的2×2MIMO天线模块，每一所述2×2MIMO天线模块由抛物柱面反射面和1～16单元线阵馈源构成，所述抛物柱面反射面是以一定焦径比的抛物线为母线沿一垂直线运动轨迹形成，具有一条焦直线，可适配多个双极化线阵馈源，实现4×4或6×6或8×8或更多重MIMO的窄波束、高增益基站天线，其总体结构呈积木化，各个所述2×2MIMO天线模块可以是纵向组合，也可以是横向组合。本发明适用于蜂窝移动通信及WLAN系统，尤其是5G网络的特殊场景。

Description

一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信系统技术领域，具体涉及一种多重MIMO 窄波束、高增益基站天线。

背景技术

现如今，蜂窝移动通信及WLAN系统的无线网络覆盖依然需要不断优化与完善：包括提升用户体验、加强深度覆盖、合理配置资源等方面。尤其是5G网络，由于工作频率高、覆盖半径小、设备功耗大等特点，其优化需求更加迫切。其中，狭长区域覆盖、偏远目标远程覆盖及楼宇渗透覆盖是无线网络着重优化的特殊应用场景，狭长区域如：铁路、公路、河流、山谷、海上航道等；偏远目标如：村镇、度假区、海岛等；楼宇渗透如：高层住宅、酒店、医院等。采用多重MIMO 窄波束、高增益基站天线是优化上述应用场景的有效措施之一，具体的，目前现有技术如：多重MIMO无源阵列天线、多重MIMO龙伯透镜天线等。

本专业领域周知，MIMO技术是现代无线通信系统的重要特征之一。多重MIMO即通过多个非相关波束重叠覆盖同一区域获得相应的极化分集和空间分集增益以改善复杂环境下的多径效应、信号衰落及干扰，同时MIMO技术还体现在通过多信道分解数据带宽实现大幅提升系统带宽。现有技术的多重MIMO无源阵列天线和多重MIMO龙伯透镜天线(柱形)因其技术方案特征如：复杂的馈电网络、频率较低时介质透镜的体积与结构工艺问题，导致这两类天线存在或口面效率偏低、或增益水平中等偏低以及综合性价比偏低等方面不足。

若要实现高性价比的多重MIMO窄波束、高增益基站天线，采用特殊反射面天线技术也是可行的有别于现有技术的方案之一，例如：常规前馈抛物柱面天线其“焦点”为一焦直线，可以适配多个馈源形成指向相同的多个波束，现有技术的抛物柱面天线主要应用在卫星通信领域，结构形式多为偏置抛物柱面天线，而且口径通常在40个工作波长以上，频段高于4GHz，而蜂窝移动通信频段0.6～4.0GHz、口径10个工作波长以下的前馈抛物柱面天线未见应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术提及的不足，为蜂窝移动通信及WLAN系统提供一种新颖的多重MIMO窄波束、高增益基站天线，使用一个抛物柱面反射面适配多个双极化线阵馈源，实现一种4×4或 6×6或8×8或更多重MIMO的窄波束、高增益基站天线，该技术方案具有增益水平较高、口面效率较高、结构工艺简单、制造成本低等优势，可达到低成本优化狭长区域覆盖和偏远目标远程覆盖之效果。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，包括一个以上的2×2MIMO天线模块，每一所述 2×2MIMO天线模块由抛物柱面反射面和1～16单元线阵馈源构成，所述抛物柱面反射面是以一定焦径比的抛物线为母线沿一垂直线运动轨迹形成，具有一条焦直线，所述1～16单元线阵馈源之各单元的相位中心均设置在所述焦直线上。

进一步的，所述抛物柱面反射面的焦径比范围在0.15～0.50之内 (含)，其口径范围在1.5～10.0个工作波长之内(含)，所述抛物柱面反射面的材质为实体板状或镂空板状或网状高导电率金属材料。

进一步的，所述2×2MIMO天线模块的规格由所述线阵馈源的单元数和工作频段决定，包括：单馈源2×2MIMO天线模块、2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块，以此类推至16单元线阵馈源2×2MIMO天线模块。

进一步的，所述1～16单元线阵馈源的极化方式为±45°双线极化，其工作频段可以是单频段，也可以是多频段，单元数≥3的线阵馈源通过馈电网络预置和电调各单元的幅相权值，实现对所述基站天线的垂直面方向图赋形和垂直面波束下倾角的电调。

进一步的，所述基站天线的多重MIMO由一个以上相同或不同规格的所述2×2MIMO天线模块组合而成，其总体结构呈积木化，各个所述 2×2MIMO天线模块可以是纵向组合，也可以是横向组合。

进一步的，所述基站天线的外观可以是带有整体天线罩的结构形式；也可以是反射面加带有馈源罩线阵馈源的结构形式，所述天线罩和馈源罩的材质为低耗介质材料。

对比现有技术，本发明的有益效果是：首次提出了可用于蜂窝移动通信领域一种新颖的使用一个抛物柱面反射面适配多个双极化线阵馈源技术方案，实现一种4×4或6×6或8×8或更多重MIMO的窄波束、高增益基站天线。相较于多重MIMO无源阵列天线，在同等增益水平前提下，本发明技术方案使用的辐射单元数明显减少，馈电网络大为简化，馈电损耗明显降低，进而有效提升了天线的口面效率；相较于多重MIMO龙伯透镜天线(柱形)，在同等增益水平前提下，本发明技术方案的结构、工艺更加简单，具有更高综合性价比的优势。

附图说明

图1为本发明的原理模型立体图；

图2为本发明的原理模型主视图；

图3为本发明的原理模型左视图；

图4为本发明的原理模型俯视图；

图5为本发明单馈源2×2MIMO天线模块主视图；

图6为本发明2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块主视图；

图7为本发明3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块主视图；

图8为本发明4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块主视图；

图9为本发明横向组合8×8MIMO天线模型立体图；

图10为本发明纵向组合8×8MIMO天线模型立体图；

图11为本发明单馈源2×2MIMO天线模块E面方向图；

图12为本发明单馈源2×2MIMO天线模块H面方向图；

图13为本发明2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块E面方向图；

图14为本发明2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块H面方向图；

图15为本发明3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块E面方向图；

图16为本发明3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块H面方向图；

图17为本发明4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块E面方向图；

图18为本发明4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块H面方向图；

图19为本发明纵向组合8×8MIMO天线外形图。

具体实施方式

结合附图给出的实施方式对本发明做进一步的说明。具体实施例仅为本发明代表性之具体实施例，其中所举例之特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应之具体实施例。此为，图中各装置仅用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。

如图1-4所示，一种4×4MIMO窄波束、高增益基站天线，包括两个4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块构成，抛物柱面反射面1由焦径比为f/D的抛物线M沿垂直方向做直线运动的轨迹形成，该轨迹长度为H即为所述反射面1的高度，同理，抛物线M之焦点的轨迹为一条直线F即为所述反射面1的焦直线，两个4单元线阵馈源201和202 各自照射对应的抛物柱面反射面，各自形成相同指向的2×2MIMO波束，所述线阵馈源201和202之每个单元的相位中心均设置在所述焦直线 F上。

进一步的，所述抛物柱面反射面1的焦径比f/D取决于所述4单元线阵馈源201和202的照射角，取值范围在0.15～0.50之内(含)，所述抛物柱面反射面1的口径D取决于所述基站天线水平面的波宽要求，取值范围在1.5～10.0个工作波长之内(含)，所述抛物柱面反射面1的材质为实体的或镂空的铝合金板材。

进一步的，所述2×2MIMO天线模块的规格为5G蜂窝移动通信系统工作频段(3300～3800MHz)/4单元线阵馈源模块，两个由所述4单元线阵馈源201和202与所述抛物柱面反射面1构成的2×2MIMO天线模块为纵向组合，实现一种4×4MIMO窄波束、高增益基站天线。

进一步的，所述4单元线阵馈源201和202的极化方式为±45°双线极化，工作于5G蜂窝移动通信系统3300～3800MHz频段，所述馈源通过馈电网络预置和电调各单元的幅相权值，实现对所述基站天线的垂直面方向图赋形和垂直面波束下倾角的电调。

进一步的，如图5-8所示，分别为本发明技术方案四种典型的 2×2MIMO天线模块的主视图，即：单馈源2×2MIMO天线模块、2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、4 单元线阵馈源2×2MIMO天线模块，图11-18为所述各模块对应的垂直面(ee)和水平面(hh)辐射方向图；所述2×2MIMO天线模块可以根据用户需求组合，组合后的多重MIMO窄波束、高增益基站天线之抛物柱面反射面1为各2×2MIMO天线模块反射面的一体化结构；如图9-10所示，分别为本发明技术方案8×8MIMO窄波束、高增益基站天线横向组合及纵向组合的案例模型。

进一步的，所述多重MIMO窄波束、高增益基站天线的外观可以是带有整体天线罩的结构形式如图19-1所示，该结构形式较为适合蜂窝移动通信系统中频段(1690～2690MHz)和5G频段(3300～3800MHz)；也可以是所述反射面加带有馈源罩线阵馈源的结构形式如图19-2所示，该结构形式较为适合蜂窝移动通信系统低频段(690～960MHz)和中频段(1690～2690MHz)，所述天线罩301和馈源罩302的材质为低耗环氧玻璃纤维复合材料。

本发明提供了一种新颖的具有较高口面效率的多重MIMO窄波束、高增益基站天线，首次提出了使用一个抛物柱面反射面适配多个双极化线阵馈源技术方案，根据对所述基站天线垂直面波宽和增益的要求，所述线阵馈源可以是1～16单元任意组合；若采用双频双极化线阵馈源，还可实现双频多重MIMO窄波束、高增益基站天线；本发明技术方案集反射面天线和阵列天线的优点于一身，相较现有技术具有更高综合性价比的优势。

以上对具体实施方式的说明，仅为帮助理解本发明技术方案的构思而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：包括一个以上的2×2MIMO天线模块，每一所述2×2MIMO天线模块由抛物柱面反射面和1～16单元线阵馈源构成，所述抛物柱面反射面是以一定焦径比的抛物线为母线沿一垂直线运动轨迹形成，具有一条焦直线，所述1～16单元线阵馈源之各单元的相位中心均设置在所述焦直线上。

2.根据权利要求1所述的一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：所述抛物柱面反射面的焦径比范围在0.15～0.50之内(含)，其口径范围在1.5～10.0个工作波长之内(含)，所述抛物柱面反射面的材质为实体板状或镂空板状或网状高导电率金属材料。

3.根据权利要求1所述的一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：所述2×2MIMO天线模块的规格由所述线阵馈源的单元数和工作频段决定，包括：单馈源2×2MIMO天线模块、2单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、3单元线阵馈源2×2MIMO天线模块、4单元线阵馈源2×2MIMO天线模块，以此类推至16单元线阵馈源2×2MIMO天线模块。

4.根据权利要求3所述的一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：所述1～16单元线阵馈源的极化方式为±45°双线极化，其工作频段可以是单频段，也可以是多频段，单元数≥3的线阵馈源通过馈电网络预置和电调各单元的幅相权值，实现对所述基站天线的垂直面方向图赋形和垂直面波束下倾角的电调。

5.根据权利要求1-3所述的一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：所述基站天线的多重MIMO由一个以上相同或不同规格的所述2×2MIMO天线模块组合而成，其总体结构呈积木化，各个所述2×2MIMO天线模块可以是纵向组合，也可以是横向组合。

6.根据权利要求1-5所述的一种多重MIMO窄波束、高增益基站天线，其特征在于：所述基站天线的外观可以是带有整体天线罩的结构形式；也可以是所述反射面加带有馈源罩线阵馈源的结构形式，所述天线罩和馈源罩的材质为低耗介质材料。