CN116565556A - 一种可线性调节波束宽度的超宽频天线 - Google Patents

一种可线性调节波束宽度的超宽频天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可线性调节波束宽度的超宽频天线，包括超宽频移相器、超宽频90°固定相移电桥、反射板及安装在反射板上的超宽频辐射单元组，超宽频辐射单元组包括至少两个超宽频辐射单元；超宽频移相器的输入端用于接收输入的信号，超宽频移相器的两个输出端分别与超宽频90°固定相移电桥的两个输入端对应连接，用于输出具有相位差的两种信号给超宽频90°固定相移电桥；超宽频90°固定相移电桥的两个输出端分别与对应的超宽频辐射单元连接，用于调节出具有预设幅度差及预设相位差的两种信号并分别输出给对应的超宽频辐射单元，以调整超宽频辐射单元组的波束宽度。本发明能调控天线的波束宽度，适用范围广，能满足复杂的应用场景的覆盖需求。

Description

一种可线性调节波束宽度的超宽频天线
技术领域
本发明涉及移动通信天线技术领域，尤其涉及一种可线性调节波束宽度的超宽频天线。
背景技术
随着通信技术的发展，对移动网络覆盖的要求越来越高，天线的应用场景也越来越复杂。目前天线垂直或水平的波束宽度都是固定的，只是可调水平倾角或者垂直倾角，却不能根据覆盖的范围大小调整天线的相应波束宽度，局限性大，适用范围窄，不能满足复杂的应用场景的覆盖需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可线性调节波束宽度的超宽频天线，能调控天线的波束宽度，适用范围广，能满足复杂的应用场景的覆盖需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可线性调节波束宽度的超宽频天线，包括超宽频移相器、超宽频90°固定相移电桥、反射板及安装在反射板上的超宽频辐射单元组，超宽频辐射单元组包括至少两个超宽频辐射单元；超宽频移相器的输入端用于接收输入的信号，超宽频移相器的两个输出端分别与超宽频90°固定相移电桥的两个输入端对应连接，用于将输入的信号进行相位线性调节并输出具有相位差的两种信号给超宽频90°固定相移电桥；超宽频90°固定相移电桥的两个输出端分别与对应的超宽频辐射单元连接，用于根据输入的信号线性调节出具有预设幅度差及预设相位差的两种信号并分别输出给对应的超宽频辐射单元，以调整超宽频辐射单元组的波束宽度。
作为上述方案的改进，超宽频辐射单元组呈MXN矩阵排列，其中，M大于等于1且N大于等于2，或M大于等于2且N大于等于1。
作为上述方案的改进，当M等于1且N大于等于2时，超宽频90°固定相移电桥的一个输出端与至少前一行且不包括第N行的超宽频辐射单元连接，超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端与剩余行的超宽频辐射单元连接；当M大于等于2且N等于1时，超宽频90°固定相移电桥的一个输出端与至少前一列且不包括第M列的超宽频辐射单元连接，超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端与剩余列的超宽频辐射单元连接。
作为上述方案的改进，当M大于等于2且N大于等于2时，超宽频90°固定相移电桥的一个输出端分别与至少前一列且不包括第M列的所有超宽频辐射单元连接，超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端分别与剩余列的所有超宽频辐射单元连接；或超宽频90°固定相移电桥的一个输出端分别与至少前一行且不包括第N行的所有超宽频辐射单元连接，超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端分别与剩余行的所有超宽频辐射单元连接。
作为上述方案的改进，超宽频辐射单元为水平极化辐射单元或垂直极化辐射单元。
作为上述方案的改进，超宽频辐射单元为正负45度双极化辐射单元；正负45度双极化辐射单元分别与输出相同信号的两个超宽频90°固定相移电桥的相应输出端连接。
作为上述方案的改进，当超宽频90°固定相移电桥的任一个输出端与至少两个超宽频辐射单元连接时，超宽频90°固定相移电桥的任一个输出端通过超宽频功分器分别与对应的超宽频辐射单元连接；其中，超宽频功分器集成在超宽频90°固定相移电桥的电路板上。
作为上述方案的改进，超宽频90°固定相移电桥呈微带双环耦合接地结构。
作为上述方案的改进，超宽频移相器为一分二扇形移相器。
作为上述方案的改进，超宽频辐射单元工作在不同工作频段时具有不同的间距设置范围。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线，能调控天线的波束宽度，适用范围广，能满足复杂的应用场景的覆盖需求，且天线带宽高，满足用户的实际使用需求。
具体地，通过超宽频移相器可以线性调节输入至超宽频90°固定相移电桥的信号的相位差，通过超宽频90°固定相移电桥根据输入的信号线性调节出具有预设幅度差及预设相位差的两种信号并分别输出给对应的超宽频功分器，通过超宽频功分器输出线性调控后的信号给对应的超宽频辐射单元，以调整超宽频辐射单元组的波束宽度，适用范围广，能满足复杂的应用场景的覆盖需求；而且通过上述超宽频天线结构能提高天线带宽，兼容不同工作频段的信号，满足用户的实际使用需求。
附图说明
图1是本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明超宽频天线包括超宽频功分器的结构示意图；
图3本发明双极化超宽频天线的结构示意图；
图4是本发明超宽频90°固定相移电桥的结构示意图；
图5是本发明超宽频天线的第二实施例的结构示意图；
图6是本发明超宽频天线的第三实施例的结构示意图；
图7是本发明超宽频天线的第四实施例的结构示意图；
图8显示了本发明天线辐射单元在不同工作矩阵下的波束宽度及增益数据图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
如图1所示，图1显示了本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线的第一实施例的结构示意图，本实施例包括超宽频移相器1、超宽频90°固定相移电桥2、反射板3及安装在反射板3上的超宽频辐射单元组4，超宽频辐射单元组4包括至少两个超宽频辐射单元41；其中，超宽频辐射单元组4呈MXN矩阵排列，M大于等于2且N等于1。超宽频移相器1的输入端与输入同轴线连接用于接收输入的信号，超宽频移相器1的两个输出端分别通过同轴线与超宽频90°固定相移电桥2的两个输入端对应连接，用于将输入的信号进行相位线性调节并输出具有相位差的两种信号给超宽频90°固定相移电桥2。超宽频90°固定相移电桥2的一个输出端与至少前一列且不包括第M列的超宽频辐射单元41连接，超宽频90°固定相移电桥2的另一个输出端与剩余列的超宽频辐射单元41连接。超宽频90°固定相移电桥2用于根据输入的信号线性调节出具有预设幅度差及预设相位差的两种信号并分别输出给对应的超宽频辐射单元41，以调整超宽频辐射单元组4的水平波束宽度。
具体地，当超宽频辐射单元组4呈2X1矩阵排列时，通过预设幅度差及预设相位差的两种信号使两个超宽频辐射单元41分别发射不同相位及幅度大小的信号，接收高幅度信号的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态，而接收低幅度信号的超宽频辐射单元41处于低功率工作状态。当两个超宽频辐射单元41之间的幅度差或功率差较大时，接收低幅度信号的超宽频辐射单元41处于较低会极低功率工作状态，其对信号的波宽影响较低，为了便于了解可忽略该接收低幅度信号超宽频辐射单元41，只需考虑接收高幅度信号的超宽频辐射单元41，即相当于处于高功率状态的第一行第一列或第一行第二列的超宽频辐射单元41对信号的波宽起到主要作用，此时超宽频辐射单元组4与1X1辐射单元矩阵的工作状态相同或近似，从而线性调节后的超宽频辐射单元组4的输出信号的垂直波束宽度增大，相应的增益减小，以适应于实际应用场景的覆盖需求，具体可参见图8显示的天线辐射单元在不同工作矩阵下的波束宽度及增益数据图。
通过上述超宽频天线结构能提高天线带宽，兼容不同工作频段的信号，满足用户的实际使用需求。如输入1710-2690MHz频段信号，此时超宽频天线工作在1710-2690MHz频段，以满足相应工作频段的使用需求，但不限于此，还可根据实际使用需求对输入信号的频段进行相应调整。
需要说明的是,基于超宽频90°固定相移电桥2的自身特性，当其两个输入端的输入信号无相位差或相等时，超宽频90°固定相移电桥2的两个输出端输出的信号幅度相等，此时超宽频辐射单元组4中的超宽频辐射单元41以相同信号幅度或功率工作，超宽频辐射单元组4的波束宽度固定。当其两个输入端的输入信号变化为有相位差时，超宽频90°固定相移电桥2的两个输出端输出的信号幅度不相等。因此，通过超宽频移相器1可以线性调节超宽频90°固定相移电桥2的输入端的信号相位差，从而到达可以线性调节超宽频90°固定相移电桥2的输出端的信号幅度差及相位差，进而线性控制超宽频辐射单元41的输入端的信号幅度和相位，使部分列或部分行的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态，以实现调控超宽频辐射单元组4的水平波束宽度或垂直波束宽度。
如图2所示，当超宽频90°固定相移电桥2的任一个输出端与至少两个超宽频辐射单元41连接时，超宽频90°固定相移电桥2的任一个输出端通过超宽频功分器5分别与对应的超宽频辐射单元41连接。如超宽频辐射单元组4为3X1矩阵时，超宽频90°固定相移电桥2的一个输出端直接与一个超宽频辐射单元41连接，另一端通过超宽频功分器5分别与剩余两个超宽频辐射单元41连接。其中，超宽频功分器5集成在超宽频90°固定相移电桥2的电路板上，超宽频功分器5的输入端通过微带线与所述超宽频90°固定相移电桥2的相应输出端连接，超宽频功分器5的多个输出端分别通过同轴线与对应的超宽频辐射单元41连接。通过将超宽频功分器5集成在超宽频90°固定相移电桥2的电路板上，能够减小占用空间，降低天线体积，节约成本。
针对不同极化天线的使用需求，如图1所示，超宽频辐射单元41可优选为水平极化辐射单元或垂直极化辐射单元(即单极化超宽频天线)，通过一个超宽频90°固定相移电桥2的任一输出端与水平极化辐射单元或垂直极化辐射单元连接，以实现水平极化超宽频天线或垂直极化超宽频天线，从而满足用户的实际使用需求。
另外，如图3所示，超宽频辐射单元41还可优选为超宽频正负45度双极化辐射单元，正负45度双极化辐射单元的两个输入端分别与输出相同信号的两个超宽频90°固定相移电桥2的相应输出端连接，以实现正负45度双极化超宽频天线(即双极化超宽频天线)，从而满足用户的实际需求。其中，每个超宽频90°固定相移电桥2均与对应的超宽频移相器1连接。
如图1至3所示，超宽频移相器1为一分二扇形移相器。通过调节超宽频移相器1的移相划片的滑动角度，能线性调节输入至超宽频90°固定相移电桥2的输入端的信号相位差，从而线性调节超宽频90°固定相移电桥2的输出端的信号相位差和幅度差，进而使相应列或相应行的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态，以实现调控超宽频辐射单元组4的水平波束宽度或垂直波束宽度。其中，超宽频移相器5的移相划片滑动至中间时，输出的信号的相位差为零，当移相划片滑动至最左端或最右端时，输出的信号的最大相位差为120度，此时调控的超宽频辐射单元组4的相应波宽约65度。
如图4所示，超宽频90°固定相移电桥2呈微带双环耦合接地结构，其相对于呈微带单环形电桥的常规90°固定相移电桥具有更宽的带宽，能兼容的信号频段范围大，能满足用户的实际需求。
优选地，超宽频辐射单元41工作在不同工作频段时具有不同的间距设置范围。如工作在698-960MHz频段的超宽频辐射单元41之间的间距设置范围为220mm-320mm，或工作在1710-2690MHz频段的辐射单元之间41的间距设置范围为90mm-135mm，或工作在3300-3800MHz频段的辐射单元之间41的间距设置范围为50mm-90mm。本实施例的超宽频天线优选工作在1710-2690MHz频段，相邻两个超宽频辐射单元41之间的间距优选为120mm，优选中心频点的0.7～0.95个波长。在其他实施例中，可根据实际使用的工作频段而调整辐射单元的设置间距。
如图5所示，图5显示了本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线的第二实施例的结构示意图，本实施例与如图1所示的第一实施例不同的是，M等于1且N大于等于2。超宽频90°固定相移电桥2的一个输出端与至少前一行且不包括第N行的超宽频辐射单元41连接，超宽频90°固定相移电桥2的另一个输出端与剩余行的超宽频辐射单元41连接。
具体地，当超宽频辐射单元组4呈1X2矩阵排列时，其工作原理与上述第一实施例的工作原理相同，在此不再赘述。通过调控第一列第一行或第一列第二行的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态，以增大超宽频辐射单元组4的输出信号的垂直波束宽度，相应的增益减小，以适应于实际应用场景的覆盖需求，具体可参见图8显示的天线辐射单元在不同工作矩阵下的波束宽度及增益数据图。
如图6所示，图6显示了本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线的第三实施例的结构示意图，本实施例与如图1-2所示的第一实施例不同的是，M大于等于2且N大于等于2。超宽频90°固定相移电桥2的一个输出端通过超宽频功分器5分别与至少前一列且不包括第M列的所有超宽频辐射单元41连接，超宽频90°固定相移电桥2的另一个输出端通过超宽频功分器5分别与剩余列的所有超宽频辐射单元41连接。
具体地，当超宽频辐射单元组4呈2X2矩阵排列时，通过使接收高幅度信号的部分列的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态(第一列超宽频辐射单元41或第二列超宽频辐射单元41处于高功率工作状态)，即改变超宽频辐射单元组4中的工作列数，以增大超宽频辐射单元组4的输出信号的水平波束宽度，相应的增益减小，以适应于实际应用场景的覆盖需求，具体可参见图8显示的天线辐射单元在不同工作矩阵下的波束宽度及增益数据图。
如图7所示，图7显示了本发明可线性调节波束宽度的超宽频天线的第四实施例的结构示意图，本实施例与如图6所示的第三实施例不同的是，超宽频90°固定相移电桥2的一个输出端通过超宽频功分器5分别与至少前一行且不包括第N行的所有超宽频辐射单元41连接，超宽频90°固定相移电桥2的另一个输出端通过超宽频功分器5分别与剩余行的所有超宽频辐射单元41连接。
具体地，当超宽频辐射单元组4呈2X2矩阵排列时，通过使接收高幅度信号的部分行的超宽频辐射单元41处于高功率工作状态(第一行超宽频辐射单元41或第二行超宽频辐射单元41处于高功率工作状态)，即改变超宽频辐射单元组4中的工作行数，以增大超宽频辐射单元组4的输出信号的垂直波束宽度，相应的增益减小，以适应于实际应用场景的覆盖需求。
如图8所示，图8显示了本发明天线辐射单元在不同工作矩阵下的波束宽度及增益数据图。其中，图8中只是显示了一小部分不同工作矩阵下的数据图。从图中数据及上述内容可知，本发明能输出信号来调控超宽频辐射单元组4的工作状态，以调整处于高功率工作的辐射单元行数量而相应提高天线的垂直波束宽度及相应减少天线增益，或调整处于高功率工作的辐射单元列数量可相应提高天线的水平波束宽度及相应减少天线增益，以满足复杂的应用场景的覆盖需求，适用范围广。
综上所述，本发明能调控天线的波束宽度，适用范围广，能满足复杂的应用场景的覆盖需求，且天线带宽高，能兼容不同工作频段的信号，满足用户的实际使用需求。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，包括超宽频移相器、超宽频90°固定相移电桥、反射板及安装在所述反射板上的超宽频辐射单元组，所述超宽频辐射单元组包括至少两个超宽频辐射单元；
所述超宽频移相器的输入端用于接收输入的信号，所述超宽频移相器的两个输出端分别与所述超宽频90°固定相移电桥的两个输入端对应连接，用于将输入的信号进行相位线性调节并输出具有相位差的两种信号给所述超宽频90°固定相移电桥；
所述超宽频90°固定相移电桥的两个输出端分别与对应的所述超宽频辐射单元连接，用于根据输入的信号线性调节出具有预设幅度差及预设相位差的两种信号并分别输出给对应的所述超宽频辐射单元，以调整所述超宽频辐射单元组的波束宽度。
2.根据权利要求1所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频辐射单元组呈MXN矩阵排列，其中，M大于等于1且N大于等于2，或M大于等于2且N大于等于1。
3.根据权利要求1所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，
当M等于1且N大于等于2时，所述超宽频90°固定相移电桥的一个输出端与至少前一行且不包括第N行的所述超宽频辐射单元连接，所述超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端与剩余行的所述超宽频辐射单元连接；
当M大于等于2且N等于1时，所述超宽频90°固定相移电桥的一个输出端与至少前一列且不包括第M列的所述超宽频辐射单元连接，所述超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端与剩余列的所述超宽频辐射单元连接。
4.根据权利要求2或3所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，
当M大于等于2且N大于等于2时，所述超宽频90°固定相移电桥的一个输出端分别与至少前一列且不包括第M列的所有所述超宽频辐射单元连接，所述超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端分别与剩余列的所有所述超宽频辐射单元连接；
或所述超宽频90°固定相移电桥的一个输出端分别与至少前一行且不包括第N行的所有所述超宽频辐射单元连接，所述超宽频90°固定相移电桥的另一个输出端分别与剩余行的所有所述超宽频辐射单元连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频辐射单元为水平极化辐射单元或垂直极化辐射单元。
6.根据权利要求1至4任一项所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频辐射单元为正负45度双极化辐射单元；
所述正负45度双极化辐射单元分别与输出相同信号的两个所述超宽频90°固定相移电桥的相应输出端连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，当所述超宽频90°固定相移电桥的任一个输出端与至少两个所述超宽频辐射单元连接时，所述超宽频90°固定相移电桥的任一个输出端通过超宽频功分器分别与对应的所述超宽频辐射单元连接；
其中，所述超宽频功分器集成在所述超宽频90°固定相移电桥的电路板上。
8.根据权利要求7所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频90°固定相移电桥呈微带双环耦合接地结构。
9.根据权利要求1所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频移相器为一分二扇形移相器。
10.根据权利要求2所述的可线性调节波束宽度的超宽频天线，其特征在于，所述超宽频辐射单元工作在不同工作频段时具有不同的间距设置范围。
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