CN116544670B - 一种5g天线单元、天线阵列及天线系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种5G天线单元、天线阵列及天线系统，5G天线单元包括第一表面上设有基坑的底座、设在基坑上的底面与侧面交界处和相邻侧面的交界处的隔离墙、设在基坑侧面上的被动损耗层、设在被动损耗层上的主动损耗层、设在底座上并分别与每一个主动损耗层电连接的主动损耗驱动单元、设在基坑内的矩阵天线以及设在基坑内且位于基坑的底面和矩阵天线之间的倾角调整器，主动损耗驱动单元根据相邻矩阵天线间的信号隔离度驱动主动损耗层限制与主动损耗层匹配的矩阵天线的覆盖范围。本申请公开的5G天线单元、天线阵列及天线系统，通过主动性的抗干扰措施来降低相邻5G天线单元发送信号间的互干扰程度，用以提高单位时间内的数据发送量。

Description

一种5G天线单元、天线阵列及天线系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其是涉及一种5G天线单元、天线阵列及天线系统。

背景技术

5G就是第五代通信技术，主要特点是波长为毫米级，超宽带，超高速度，超低延时。通信技术的迭代意味着使用的电波频率越来越高，电波频率升高意味着数据传输速度越来越高，但是相应的，传输距离和透过能力会降低。

为了弥补传输距离和透过能力的降低，目前较为广泛的技术手段有提高基站密度、提高天线密度和提高功率等方式，这些方式均能够在一定程度上弥补传输距离和透过能力的降低。

另外，随着大规模MIMO技术、多频段载波聚合等技术的应用，会导致同时工作的射频频段和制式变多了。比如射频终端广域网频段有LTE的band12345678，还有38 39 40 41等等，5G NR除了有和LTE相同的频段划分之外，还多了3.5G频段以及毫米波频段。

这些同时工作的射频信号，如果其中一个发射信号的工作频率恰好落在另一个信号的接收频段，那么发射的信号就会对接收信号造成严重干扰；即使是发射信号的带外杂散落在其他信号的接收频段，也有可能带来无法忽视的噪声影响。

发明内容

本申请提供一种5G天线单元、天线阵列及天线系统，通过主动性的抗干扰措施来提高相邻5G天线单元间的隔离度，用以提高收发信号过程中的稳定性。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种5G天线单元，包括：

底座，底座的第一表面上设有基坑，基坑包括底面和多个侧面，在远离底面的方向上，基坑的截面积趋于增加；

隔离墙，设在基坑上的底面与侧面交界处和相邻侧面的交界处；

被动损耗层，设在基坑的底面和侧面上；

主动损耗层，设在被动损耗层上；

主动损耗驱动单元，分别与每一个主动损耗层电连接，主动损耗驱动单元根据相邻矩阵天线间的信号隔离度驱动主动损耗层限制与主动损耗层匹配的矩阵天线的覆盖范围；

矩阵天线，设在基坑内；以及

倾角调整器，设在底座上，倾角调整器与矩阵天线和主动损耗驱动单元电连接，倾角调整器根据相邻矩阵天线间的信号隔离度驱动矩阵天线进行朝向变化。

在第一方面的一种可能的实现方式中，倾角调整器位于初始位置时，矩阵天线的信号发射方向垂直于矩阵天线的工作面。

在第一方面的一种可能的实现方式中，被动损耗层上设有凹槽，主动损耗层位于凹槽内；

主动损耗层的厚度小于凹槽的深度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，主动损耗层包括：

贴片；

吸收空腔，设在贴片内；

蜂窝吸收物，设在吸收空腔内；以及

多根发射天线，设在吸收空腔内；

其中，发射天线与主动损耗驱动单元电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，蜂窝吸收物的高度小于吸收空腔的高度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，倾角调整器包括：

多个移相器，移相器的输入端与主动损耗驱动单元电连接，移相器的输出段与矩阵天线中的一组天线电连接；

移相器的控制端与主动损耗驱动单元电连接。

第二方面，本申请提供了一种天线阵列，包括如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的5G天线单元。

第三方面，本申请提供了一种天线系统，包括如第二方面中所述的天线阵列。

附图说明

图1是本申请提供的一种5G天线单元的结构性示意图。

图2是本申请提供的一种天线间互耦的原理性示意图。

图3是本申请提供的一种降低天线间互耦的原理性示意图。

图4是本申请提供的一种倾角调整器位于初始状态时矩阵天线发射信号的方向示意图。

图5是本申请提供的一种倾角调整器位于调整状态时矩阵天线发射信号的方向示意图。

图6是本申请提供的一种被动损耗层和主动损耗层的尺寸示意图。

图7是本申请提供的一种主动损耗层的内部结构示意图。

图8是本申请提供的一种倾角调整器工作的原理性示意图。

图中，2、主动损耗驱动单元，3、矩阵天线，4、倾角调整器，11、底座，12、隔离墙，13、被动损耗层，14、主动损耗层，41、移相器， 111、基坑，131、凹槽，141、贴片，142、吸收空腔，143、蜂窝吸收物，144、发射天线。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

本申请公开了一种5G天线单元，请参阅图1，5G天线单元由主动损耗驱动单元2、矩阵天线3、倾角调整器4、底座11、隔离墙12、被动损耗层13和主动损耗层14等组成，底座11的第一表面上设有基坑111，基坑111由底面和多个侧面组成，同时在远离底面的方向上，基坑111的截面积趋于增加。

此处的底座11的第一表面指的是底座11放置在水平面上时，与水平面平行且不接触的表面，与水平面平行且接触的表面为底座11的第二表面。隔离墙12分为两组，一组设在基坑111上的底面与侧面交界处，另一组设在相邻侧面的交界处。

隔离墙12的作用是填充相邻的被动损耗层13之间的缝隙。

在一些例子中，隔离墙12使用金属材料制作。

被动损耗层13设在基坑111的底面和侧面上，主动损耗层14设在被动损耗层13上，被动损耗层13与主动损耗层14的作用均是吸收放置在底座11上的5G天线单元发射出的信号的边缘部分，用以降低相邻的5G天线单元发射出的信号间的相互干扰。

主动损耗驱动单元2设在底座11上并分别与每一个主动损耗层14电连接，作用是驱动主动损耗层14吸收放置在底座11上的5G天线单元发射出的信号的边缘部分。

基坑111内安装有矩阵天线3，矩阵天线3的作用是收发信号。倾角调整器4安装在基坑111内且位于基坑111的底面和矩阵天线3之间，作用是调整矩阵天线3的倾角。

倾角调整器4与矩阵天线3的多个信号导入线滑动连接，这样在调整时矩阵天线3中的全部天线的倾角就能够同步发生变化。

主动损耗驱动单元2的工作原理如下：

主动损耗驱动单元2根据相邻矩阵天线3间的信号隔离度驱动主动损耗层14限制与主动损耗层14匹配的矩阵天线3的覆盖范围。

倾角调整器4的工作原理如下：

倾角调整器4根据相邻矩阵天线3间的信号隔离度驱动矩阵天线3进行朝向变化。

此处以邻频干扰为例，邻频干扰是指相邻或相近的频道的信号之间的相互干扰。由于调频信号含有无穷多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就会造成邻频干扰。

为了解决该问题，本申请使用主动式的吸收加角度调整的方式来提高相邻的5G天线单元之间的隔离度。主动损耗层14和被动损耗层13的作用是吸收一部分由矩阵天线3发射出的信号，倾角调整器4的作用是调整矩阵天线3的倾角，用以增加两个5G天线单元之间的距离。

根据上述内容可以知道，主动损耗层14位于被动损耗层13和矩阵天线3之间，也就是说，矩阵天线3发出的信号会首先进入到主动损耗层14，被主动损耗层14消耗后，再进入到被动损耗层13被被动损耗层13消耗。主动损耗层14和被动损耗层13的作用是都是对矩阵天线3发出的可能被相邻的矩阵天线3收到的信号进行处理。

应理解，同时工作的射频信号，如果其中一个发射信号的工作频率恰好落在另一个信号的接收频段，那么发射的信号就会对接收信号造成严重干扰；即使是发射信号的带外杂散落在其他信号的接收频段，也有可能带来无法忽视的噪声影响。

请参阅图2，A天线发射的信号会被B天线接收，同样的，B天线发射的信号也会被A天线接收。这个物理现象叫做天线互耦。隔离度就是用来衡量天线互耦程度的大小的物理量。

请参阅图3，可以看到，对于矩阵天线3发出的信号，有必要采取合适的措施来降低互耦现象的发生，尤其是对于天线阵列，互耦显得尤为重要。

主动损耗驱动单元2根据相邻矩阵天线3间的信号隔离度驱动主动损耗层14限制与主动损耗层14匹配的矩阵天线3的覆盖范围。具体的说，就是主动损耗驱动单元2会向主动损耗层14内输入电磁波，这些电磁波进入到主动损耗层14后，会与矩阵天线3发出并进入到主动损耗层14内的电磁波接触并抵消。

被动损耗层13的作用是在主动损耗层14的周围形成一圈物理吸收层或者说物理隔离层，其作用是避免从主动损耗层14溢出的电磁波继续向靠近其他矩阵天线3的方向移动。

应理解，被动损耗层13的效果与其厚度直接相关，但是对于天线系统，过厚的被动损耗层13会带来重量增加和5G天线单元（矩阵天线3）间距离的增加，导致天线阵列的密集度降低。因此在本申请中引入主动损耗层14来降低被动损耗层13的厚度。

倾角调整器4根据相邻矩阵天线3间的信号隔离度驱动矩阵天线3进行朝向变化。因为隔离度还与两个矩阵天线3之间的距离有关，两个矩阵天线3之间的距离增加，能够在一定程度上改善5G天线单元（矩阵天线3）间的干扰。

在一些例子中，请参阅图4和图5，倾角调整器4位于非初始位置时，倾角调整器4与矩阵天线3的多个信号导入线的接触长度均不相同。也就是说矩阵天线3具有一个初始位置和多个调整位置，当倾角调整器4参与到朝向调整时，矩阵天线3的朝向会整体发生变化。

在一些例子中，请参阅图6，被动损耗层13上设有凹槽131，主动损耗层14位于凹槽131内，主动损耗层14的厚度小于凹槽131的深度，这种方式能够使主动损耗层14的背部和侧面均存在被动损耗层13。如果主动损耗层14中的电磁波发生溢出，那么这些溢出的电磁波大概率能够被被动损耗层13吸收。

在一些例子中，请参阅图7，主动损耗层14由贴片141、蜂窝吸收物143和发射天线144等组成，贴片141内存在一个吸收空腔142，吸收空腔142内填充有蜂窝吸收物143，同时吸收空腔142内还安装有多根发射天线144，发射天线144与主动损耗驱动单元2电连接。

发射天线144的作用是向蜂窝吸收物143发射电磁波。这些朝向蜂窝吸收物143发射额电磁波能够在蜂窝吸收物143的表面上进行无序反射，从而使吸收空腔142内存在一定量的电磁波。

向蜂窝吸收物143发射电磁波的作用是在蜂窝吸收物143中引入与进入到蜂窝吸收物143中的电磁波的相位不同的电磁波，用以实现电磁波的主动抵消。

在一些可能的实现方式中，蜂窝吸收物143的高度小于吸收空腔142的高度，这样可以在吸收空腔142内形成一个空间，电磁波在这个空间中的传播路径较为简单。

该空间能够增加发射天线144输入到蜂窝吸收物143中的电磁波与矩阵天线3输入到蜂窝吸收物143中的电磁波发生抵消的概率，因为在蜂窝吸收物143内，电磁波会进行频繁的反射，这就导致电磁波的传播路径更短，降低了发射天线144输入到蜂窝吸收物143中的电磁波与矩阵天线3输入到蜂窝吸收物143中的电磁波发生抵消的概率。

在一些例子中，请参阅图1和图8，倾角调整器4由多个移相器41组成，移相器41的输入端与主动损耗驱动单元2电连接，移相器41的输出段与矩阵天线3中的一组天线电连接，移相器41的控制端与主动损耗驱动单元2电连接。

应理解，主动损耗驱动单元2由控制器、通讯器和功率分配网络组成，通讯器负责与信号机进行通讯，用以获取矩阵天线3需要发送的信号，并根据相邻矩阵天线3计算信号隔离度。

控制器还需要根据矩阵天线3需要发送的信号来生成输入到主动损耗层14内的信号，后者计算倾角调整器4的调整角度，这两种方式可以择一使用，也可以一起使用。

本申请还公开了一种天线阵列，包括上述内容中记载的任意一种5G天线单元。

本申请还公开了一种天线系统，包括上述内容中记载的天线阵列。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种5G天线单元，其特征在于，包括：

底座（11），底座（11）的第一表面上设有基坑（111），基坑（111）包括底面和多个侧面，在远离底面的方向上，基坑（111）的截面积趋于增加；

隔离墙（12），设在基坑（111）上的底面与侧面交界处和相邻侧面的交界处；

被动损耗层（13），设在基坑（111）的底面和侧面上；

主动损耗层（14），设在被动损耗层（13）上；

主动损耗驱动单元（2），分别与每一个主动损耗层（14）电连接，主动损耗驱动单元（2）根据相邻矩阵天线（3）间的信号隔离度驱动主动损耗层（14）限制与主动损耗层（14）匹配的矩阵天线（3）的覆盖范围；

矩阵天线（3），设在基坑（111）内；以及

倾角调整器（4），设在底座（11）上，倾角调整器（4）与矩阵天线（3）和主动损耗驱动单元（2）电连接，倾角调整器（4）根据相邻矩阵天线（3）间的信号隔离度驱动矩阵天线（3）进行朝向变化。

2.根据权利要求1所述的5G天线单元，其特征在于，倾角调整器（4）位于初始位置时，矩阵天线（3）的信号发射方向垂直于矩阵天线（3）的工作面。

3.根据权利要求1所述的5G天线单元，其特征在于，被动损耗层（13）上设有凹槽（131），主动损耗层（14）位于凹槽（131）内；

主动损耗层（14）的厚度小于凹槽（131）的深度。

4.根据权利要求1或3所述的5G天线单元，其特征在于，主动损耗层（14）包括：

贴片（141）；

吸收空腔（142），设在贴片（141）内；

蜂窝吸收物（143），设在吸收空腔（142）内；以及

多根发射天线（144），设在吸收空腔（142）内；

其中，发射天线（144）与主动损耗驱动单元（2）电连接。

5.根据权利要求4所述的5G天线单元，其特征在于，蜂窝吸收物（143）的高度小于吸收空腔（142）的高度。

6.根据权利要求1或2所述的5G天线单元，其特征在于，倾角调整器（4）包括：

多个移相器（41），移相器（41）的输入端与主动损耗驱动单元（2）电连接，移相器（41）的输出段与矩阵天线（3）中的一组天线电连接；

移相器（41）的控制端与主动损耗驱动单元（2）电连接。

7.一种天线阵列，其特征在于，包括如权利要求1至6中任意一项所述的5G天线单元。

8.一种天线系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的天线阵列。