CN118156817A - 天线阵列及装置 - Google Patents

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CN118156817A
CN118156817A CN202211557715.8A CN202211557715A CN118156817A CN 118156817 A CN118156817 A CN 118156817A CN 202211557715 A CN202211557715 A CN 202211557715A CN 118156817 A CN118156817 A CN 118156817A
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祝倩
倪锐
杨刚华
李旭
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

一种天线阵列及装置，该天线阵列可以包括：N个子阵，第n个子阵包括Mn个天线单元，N为大于1的整数，n的取值为1至N的整数，Mn为正整数，且N个子阵中至少有一个子阵的天线单元数大于1；在Mn大于1时，Mn个天线单元沿着第一方向排列，且该Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔小于或等于λ为基于天线阵列工作的频率确定的波长；N个子阵沿着第二方向排列，第一方向与第二方向垂直；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，N1和N2均为正整数，且第一方向、第二方向、第三方向两两垂直。该天线阵列可以有效实现天线阵列的超指向性。

Description

天线阵列及装置
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线阵列及装置。
背景技术
天线作为无线信号的发送和接收装置，对于无线通信与感知系统的影响不容忽视，尤其是天线增益与波束宽度的影响。通过提升天线的增益，可以提升接收端的信噪比，进而提升无线通信的容量与感知系统的灵敏度。通过降低波束宽度，可改善角度分辨率，进而提升多用户多入多出(multiple-input and multiple-output，MIMO)的容量与感知系统的分辨率。
传统的天线阵列，不论是用于MIMO或者相控阵，天线的增益与波束宽度均会受天线口径面积的限制。根据天线的增益、波束带宽与天线方向性之间的关系，同时受成本或其它因素的影响，基站或终端等天线的口径是受限的，因此采用传统的天线结构，无法进一步提升天线的增益或降低天线的波束宽度，导致传统的天线结构的方向性无法得到进一步地提升。
发明内容
本申请实施例提供一种天线阵列及装置，可以有效实现天线阵列的超指向性。
第一方面，本申请实施例提供一种天线阵列，包括：N个子阵，第n个子阵包括Mn个天线单元，N为大于1的整数，n的取值为1至N的整数，Mn为正整数，且所述N个子阵中至少有一个子阵的天线单元数大于1；在Mn大于1时，所述Mn个天线单元沿着第一方向排列，且所述Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔小于或等于λ，所述λ为基于所述天线阵列工作的频率确定的波长；所述N个子阵沿着第二方向排列，所述第一方向与所述第二方向垂直；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，N1和N2均为正整数，且第一方向与所述第二方向垂直，所述第二方向与所述第三方向垂直，所述第一方向与所述第三方向垂直。
本申请实施例中，相邻天线单元之间的间隔小于或等于半个波长，可以保证天线单元间耦合性，通过合理控制每个天线单元的幅度和相位，可以有效实现子阵的超指向性，相比较于子阵同样尺寸的传统天线，可实现更高的方向性。同时，N个子阵通过沿着第二方向排列，形成二维的天线阵列；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，形成三维的天线阵列，从而利用阵列的矢量叠加效应，可以进一步增加天线阵列的超指向性。上述N1和N2均小于或等于N。示例性的，本申请实施例提供的天线阵列也可以成为超指向性天线等。
在一种可能的实现方式中，N＝N1*N2。
本申请实施例中，N＝N1*N2时，天线阵列可以理解为一个三维的长方体阵列，长方体阵列的天线阵列更容易部署。
在一种可能的实现方式中，所述第一方向为所述子阵的波束方向。
第一方向为子阵的波束方向即子阵的波束为子阵的端射阵(endfire)方向。天线单元沿着子阵的波束方向排列，可以有效保证天线阵列的超指向性，保证天线阵列结构的紧凑性。
在一种可能的实现方式中，所述Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔中至少有一个间隔小于或等于λ。
本申请实施例中，相邻天线单元之间的间隔至少有一个间隔小于或等于四分之一波长，由此可以有效保证天线阵列的紧凑性，减少天线阵列的整体体积，或者同样体积下可以有效增加天线单元的个数，从而进一步增加天线阵列的超指向性。
在一种可能的实现方式中，所述天线单元包括单极子天线，所述单极子天线的第一端为馈电端，所述单极子天线的第二端设置有横向枝节，所述第二端与所述单极子天线垂直方向上的尺寸小于或等于天线单元之间的间隔。
本申请实施例中，单极子天线的第二端通过设置横向枝节，可以有效降低单极子天线的长度。第二端与单极子天线垂直方向上的尺寸小于或等于天线单元之间的间隔，可以保证天线单元结构的紧凑性，使得天线单元之间的间隔小于或等于四分之一波长更易实现，更容易部署。可理解，本申请实施例所示的尺寸还可以理解为长度或大小等。
在一种可能的实现方式中，所述天线单元包括如下任一项：差分激励的偶极子天线、微带差分馈电结构的偶极子天线、双极化天线。
本申请实施例提供的天线阵列中的天线单元可以不局限于上述单极子天线，如还可以为偶极子天线或多极化天线等。
在一种可能的实现方式中，每个天线单元连接有幅度调节单元和相位调节单元，所述幅度调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的幅度，所述相位调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的相位。
本申请实施例中，每个天线单元均可以对应一个幅度调节单元和相位调节单元，或者，所有天线单元对应同一个幅度调节单元和同一个相位调节单元，或者多个天线单元(如大于1且小于Mn)对应一个幅度调节单元和相位调节单元。可理解，在多个天线单元对应一个幅度调节单元和相位调节单元的情况下，或者，所有天线单元对应同一个幅度调节单元和相位调节单元的情况下，尽管对应同一个幅度调节单元和相位调节单元，但是该幅度调节单元仍可以对每个天线单元的幅度进行调节，相位调节单元仍可以对每个天线单元的相位进行调节。有效保证每个天线单元均可以对应一个天线端口激励。
可选地，幅度调节单元和相位调节单元均可以是硬件器件，或者，该幅度调节单元和相位调节单元可以由基带处理电路控制。可理解，本申请实施例所示的各个单元可以采用硬件的形式实现，或者，采用软件功能模块的形式实现。对模块的划分是示意性的，可以理解为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在一种可能的实现方式中，所述天线阵列还包括权重生成单元，所述权重生成单元用于生成所述权重。
在一种可能的实现方式中，所述权重包括超指向性权重，所述超指向性权重用于所述天线阵列生成超指向性波束。
在一种可能的实现方式中，所述Mn个天线单元中至少有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同。
示例性的，在天线单元均采用同样的阻抗匹配电路的情况下，则容易造成边缘与中间的天线单元无法同时实现最佳的阻抗匹配，降低子阵或天线阵列的整体带宽。然而，本申请实施例中，Mn个天线单元中至少有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同，由此可以有效改善受周围天线的耦合效应的影响，保证子阵或天线阵列的整体带宽。
在一种可能的实现方式中，所述幅度调节单元包括不等分功分器，所述Mn个天线单元中每个天线单元对应一个不等分功分器，或者，所述Mn个天线单元中多个天线单元对应一个不等分功分器。
在一种可能的实现方式中，子阵间采用的波束赋形包括如下至少一项：数字波束赋形、模拟波束赋形。
第二方面，本申请实施例提供一种有源天线单元，包括如第一方面或任一种可能的实现方式所述的天线阵列。
第三方面，本申请实施例提供一种通信装置，包括第一方面或任一种可能的实现方式所述的天线阵列和基带处理电路。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种天线阵列的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种天线阵列的结构示意图；
图3a是本申请实施例提供的一种天线阵列的示意图；
图3b是图3a中的天线单元的结构示意图；
图4a是本申请实施例提供的一种权重生成单元控制子阵波束的示意图；
图4b是本申请实施例提供的一种通信装置的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种基于单极子的天线单元结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种基于同轴差分馈电的偶极子的天线单元结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种子阵结构示意图；
图8a是一个包括4个天线单元的子阵结构示意图；
图8b是包括四个子阵的均匀线阵的结构示意图；
图9a是本申请实施例提供的一种仿真结果示意图；
图9b是本申请实施例提供的一种仿真结果示意图；
图10a是本申请实施例提供的一种波束赋形示意图；
图10b是本申请实施例提供的波束在端射方向的对比示意图；
图10c是本申请实施例提供的波束在边射方向的对比示意图；
图11是本申请实施例提供的一种基于双极化天线的子阵结构示意图；
图12是本申请实施例提供的一种基于不同阻抗匹配电路的子阵结构示意图；
图13a是本申请实施例提供的一种基于串联馈电网络的子阵结构示意图；
图13b是本申请实施例提供的一种基于串联馈电网络的子阵结构示意图；
图13c是本申请实施例提供的一种基于微带结构的固定幅度相位调节结构示意图；
图14是本申请实施例提供的一种基于并联馈电网络的子阵结构示意图。
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描述。
在本文中提及的“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上，“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。“或”表示可以存在两种关系，如只存在A、只存在B；在A和B互不排斥时，也可以表示存在三种关系，如只存在A、只存在B、同时存在A和B。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”。
目前存在一种天线阵列，这种天线阵列中的天线单元之间的间隔大约为半个波长或大于半个波长。受天线等效口径约束，最大的方向性为其中Aeff为等效天线口径，λ为电磁波的波长，波长可以理解为考虑了介质影响之后的电磁波的波长。传统天线阵列受天线口径面积的限制，最大可达方向性受限。
鉴于此，本申请实施例提供一种天线阵列，可以有效实现超指向性，且高分辨的波束效果(如实现较窄的波束带宽，窄带宽具有高角度分辨率)。在天线阵列的结构为三维结构的情况下，本申请实施例提供的天线阵列也可以称为带宽立体天线阵列，或立体结构的天线阵列等，本申请实施例对于该天线阵列的具体名称不作限定。
一般来说，天线阵列的方向性和波束带宽成反比，方向性越高，则波束带宽越窄。示例性的，天线阵列的方向性可以由天线口径确定，由于天线朝所有方向均辐射电磁波，因此在天线的每个角度上都可以有方向性，本申请实施例所示的方向性可以理解是所有角度上的方向性中最大的方向性。
以下对本申请实施例涉及的术语进行说明：
天线单元：组成天线阵列的基本单元，每个天线单元具有一个天线端口，可以单独给予激励信号。
子阵：多个天线单元组成一个子阵。
阵列：多个子阵组成一个天线阵列。
本申请实施例提供的天线阵列可以如下所示：
包括N个子阵，第n个子阵包括Mn个天线单元，N为大于1的整数，n的取值为1至N的整数，Mn为正整数，且该N个子阵中至少有一个子阵的天线单元数大于1。示例性的，第1个子阵可以包括M1个天线单元，第2个子阵可以包括M2个天线单元，……，第N个子阵可以包括MN个天线单元。其中，M1、M2、……、MN中至少有一个取值大于1。示例性的，M1、M2、……、MN可以均为大于1的整数。可选地，每个子阵中的天线单元数量可以相同，由此天线形状更规则，便于天线阵列的部署，且规则天线可以有效降低波束赋形时权重生成的运算量，降低复杂度。可选地，N个子阵中可以至少有两个子阵的天线单元数量不同，如每个子阵包括的天线单元数量均不一样等，这里不再一一列举。
在Mn大于1时，上述Mn个天线单元沿着第一方向排列，且Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔小于或等于λ，λ为基于天线阵列工作的频率确定的波长。也就是说，N个子阵中每个子阵所包括的Mn个天线单元均沿着第一方向排列。示例性的，M1、M2、……、MN可以均为大于1的整数，第1个子阵包括的M1个天线单元沿着第一方向排列，第2个子阵包括的M2个天线单元沿着第一方向排列，……，第N个子阵包括的MN个天线单元沿着第一方向排列。示例性的，上述相邻天线单元之间的间隔小于或等于/>λ可以理解为：天线单元在间隔小于或等于/>λ的方向上的尺寸小于或等于/>λ。
可选地，Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔小于或等于λ。该情况下，对于天线单元的具体说明可以参考下文对单极子天线的描述，如下文例子1。
示例性的，相邻天线单元之间的间隔可以等于λ，或者，略小于/>λ，或者，小于/>λ且大于/>λ，或者，等于/>λ，或者，小于/>λ甚至更小等，不再一一列举。可理解，本申请实施例所示的天线单元之间的间隔小于或等于二分之一波长，或者，小于或等于四分之一波长。在具体实现中，天线单元之间的间隔还与材料的导电性、介电常数、结构等相关，因此天线单元之间的间隔可能会误差ε，对于ε的具体取值，本申请实施例不再列举。由于上述误差的存在，因此天线单元之间的间隔小于或等于二分之一波长也可以描述为：天线单元之间的间隔大约小于或等于二分之一波长。天线单元之间的间隔小于或等于四分之一波长也可以描述为：天线单元之间的间隔大约小于或等于四分之一波长。以此类推，本申请实施例涉及的与尺寸相关的说明均可以有类似的描述。
多个天线单元沿着第一方向排布形成子阵。可选地，每个子阵可以配置金属反射板隔离射频前端电路和天线(如图1和图2所示的金属地)，从而可以有效降低射频前端电路对天线性能的影响。金属反射板垂直于子阵排列方向，尺寸小于或等于子阵间隔。金属反射板距离最近的天线单元的距离小于或等于一个波长。
作为一个示例，N个子阵可以沿着第二方向排列，第一方向与第二方向垂直。图1是本申请实施例提供的一种天线阵列的结构示意图。如图1所示，第一方向可以包括x轴方向，第二方向可以包括y轴方向。当然，图1所示的第一方向和第二方向仅为示例，如第一方向可以包括y轴方向，第二方向可以包括x轴方向。图1所示的天线阵列还可以称为二维结构的天线阵列或二维阵列。
可理解，图1所示的一个子阵所包括的天线单元的数量(如图1示出了四个天线单元)仅为示例，在实际应用中，一个子阵还可以具有比图1所示的天线单元数量更多的天线单元，或者更少的天线单元。图1所示的一个天线阵列包括的子阵数量(如图1示出了三个子阵)仅为示例，在实际应用中，一个天线阵列还可以具有比图1所示的子阵数量更多的子阵，或者更少的子阵。
作为另一个示例，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，N1和N2均为正整数，且第一方向与第二方向垂直，第二方向与第三方向垂直，第一方向与第三方向垂直。由此，天线阵列可以包括长方体阵列，或圆柱体阵列，或球体阵列等。
图2是本申请实施例提供的一种天线阵列的结构示意图。如图2所示，第一方向可以包括y轴方向，第二方向可以包括x轴方向，第三方向可以包括z轴方向。或者，第一方向可以包括y轴方向，第二方向可以包括z轴方向，第三方向可以包括x轴方向。可理解，图2所示的第一方向、第二方向和第三方向仅为示例，不应将其理解为对本申请实施例的限定。可理解，图2示出的沿着x轴方向排列的子阵有2个，如子阵1和子阵2；或者，如子阵3和子阵4。图2示出的沿着z轴方向排列的子阵有2个，如子阵1和子阵3；或者，如子阵2和子阵4。可理解，为便于描述子阵之间的相对位置关系，因此图2中示出了一些虚线，如位于同一个虚线上的两个子阵可以理解为这两个子阵在与相应坐标轴平行的线上。
可理解，图2所示的天线阵列是以长方体阵列为例示出的，该情况下，N＝N1*N2。长方体阵列更容易部署。当然，本申请实施例所示的长方体阵列仅为示例，如本申请实施例提供的天线阵列包括但不限于长方体阵列、立方体阵列、圆柱体阵列或球体阵列等。如圆柱体阵列和球体阵列可以实现更均匀的全向方向。
可理解，图2所示的一个子阵所包括的天线单元的数量(如图2示出了四个天线单元)仅为示例，在实际应用中，一个子阵还可以具有比图2所示的天线单元数量更多的天线单元，或者更少的天线单元。图2所示的一个天线阵列包括的子阵数量(如图2示出了四个子阵)仅为示例，在实际应用中，一个天线阵列还可以具有比图2所示的子阵数量更多的子阵，或者更少的子阵。图2所示的沿着x轴方向的子阵数量以及沿着z轴方向的子阵数量仅为示例，不应将其理解为对本申请实施例的限定。
图3a是本申请实施例提供的一种天线阵列的示意图。如图3a所示，沿着x轴方向排列的子阵有4个，沿着z轴方向排列的子阵有4个，每个子阵中的天线单元沿着y轴排列。示例性的，图3a所示的天线阵列中的天线单元可以参考图3b。图3b是以天线单元包括偶极子天线为例示出的，如图3b所示，每个天线单元包括偶极子天线作为辐射部与传输部。其中，传输部包含双线差分馈电结构、微带-双线转接结构与微带结构。微带结构为非平衡馈电结构，包含信号线与地。双线差分馈电结构为相互平行的两条传输线，并且两条线上的电磁波为幅度相同，相位相反的差分信号。微带-双线转接结构提供微带结构到双线差分馈电结构件的转接。示例性的，微带结构中的地通过一个渐变的结构，宽度逐渐变得和信号线类似，变成双线结构。该渐变结构的边缘可以是直线性，也可以是弧形，或其它曲线的形状。微带馈电结构的一端与渐变结构相连，另外一端与天线端子相连，也可以通过共面波导-微带转接结构与共面波导相连或通过接地共面波导-微带转接结构与接地共面波导相连，方便天线端子或其它馈电形式。其中，共面波导或接地共面波导与传输线在同一平面的地也可采用上述渐变结构。为便于区分偶极子天线的各个部分，图3b中增加了一些虚线。
可理解，图3a所示的天线阵列和图3b所示的天线单元仅为示例，不应将其理解为对本申请实施例的限定。
本申请实施例中，相邻天线单元之间的间隔小于或等于半个波长，可以保证天线单元间耦合性大，有效实现天线阵列的超指向性。同时，N个子阵通过沿着第二方向排列，形成二维的天线阵列；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，形成三维的天线阵列，从而可以进一步增加超指向性的方向性。
本申请实施例所示的天线阵列还可以满足如下条件(或特征)：
示例性的，Mn个天线单元中的每个天线单元均可以有一个天线激励端口。可选地，Mn个天线单元中的多个天线单元还可以对应同一个天线激励端口，由此可以有效节省天线阵列的面积。对于天线激励端口与天线单元之间的关系，本申请实施例不再一一列举。
示例性的，第一方向可以为子阵的波束方向，即子阵端射的方向。本申请实施例中，天线单元沿着子阵的波束方向排列，可以有效保证天线阵列的超指向性，如实现第一方向上的超指向性。
示例性的，子阵间间隔可以大于λ。子阵间间隔大于二分之一波长，可以减少子阵间耦合，支持传统波束赋形以及MIMO分集与复用。
示例性的，子阵间间隔可以小于或等于λ。作为一个示例，沿着第二方向排列的N1个子阵之间的间隔可以小于或等于/>λ。由此，通过该天线阵列，可以有效实现第一方向或第二方向上的超指向性。作为另一个示例，沿着第三方向排列的N2个子阵之间的间隔可以小于或等于/>λ。由此，通过该天线阵列，可以有效实现第一方向或第三方向上的超指向性。作为又一个示例，沿着第二方向排列的N1个子阵之间的间隔可以小于或等于/>λ，以及沿着第三方向排列的N2个子阵之间的间隔可以小于或等于/>λ。子阵间间隔小于二分之一波长，可以利用子阵间的耦合实现其他方向上的超指向性，如实现第二方向上的超指向性等，提高天线阵列的方向性。
示例性的，子阵间可以采用数字波束赋形，如每个子阵都可以连接一个射频通道。或者，子阵间可以采用模拟波束赋形，如所有子阵都连接一个射频通道。或者，子阵间采用混合波束赋形的结构，如子阵与射频通道间具有一定的映射关系，如多个子阵可以对应一个射频通道等。可理解，上文图1和图2是以数字波束赋形为例示出的，不应将其理解为对本申请实施例的限定。为便于描述，下文均以子阵间采用数字波束赋形的结构为例说明本申请实施例提供的天线阵列。
可理解，以上所示的天线阵列是以N大于1为例示出的，在一些情况下，N可以等于1，该情况下，一个天线阵列可以包括一个子阵，该子阵中可以包括多个天线单元。该多个天线单元沿着第一方向排列，且该多个天线单元之间的间隔小于或等于λ。
本申请实施例中，相邻天线单元之间的间隔小于或等于半个波长，可以保证天线单元间耦合性，通过合理控制每个天线单元的幅度和相位，可以有效实现天线阵列的超指向性，相比较于子阵同样尺寸的传统天线，可实现更高的方向性。同时，N个子阵通过沿着第二方向排列，形成二维的天线阵列；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，形成三维的天线阵列，从而利用阵列的矢量叠加效应，可以进一步增加超指向性的方向性。
本申请实施例提供的二维天线阵列，相对于传统天线阵列来说，天线单元之间的间隔小于或等于半个波长，有效实现了第一方向上的超指向性。本申请实施例提供的三维天线阵列，相对于传统天线阵列来说，可以实现在三个维度上进行幅度相位的调整，提高了天线阵列调整的维度和自由度，而且还有效增加了天线阵列的超指向性。
目前存在一种基于偶极子的超指向性天线，天线单元为偶极子天线，如4个天线单元沿着y轴排列形成一个线性阵列。目前还存在一种基于数字波束合成的超指向性天线，这种天线也是通过多个天线单元形成一个线性阵列，采用全数字波束赋形，需要在基带处理电路进行数字域加权，需要具有与天线单元数量相同的射频通道数量等导致大量射频通道的硬件成本和射频功耗。上述两种超指向性天线均可以相当于本申请实施例提供的天线阵列中的子阵。由此上述两种超指向性天线的方向性均会受限，并且，由于超指向天线的波束沿着端射方向，为了实现更高的方向性，需要采用更多的天线单元，从而导致沿着波束方向的天线尺寸过大，不利于部署。又由于随着天线单元的增加，为了实现超指向性，阵列中每个天线的激励系数，尤其是幅度调整的实现变得更为复杂。然而，本申请实施例提供的天线阵列，多个天线单元构成一个子阵，多个子阵构成一个天线阵列，该种结构可以有效增强天线阵列的超指向性，并且增强了天线阵列的波束赋形效果。示例性的，本申请实施例提供的天线阵列中，实现超指向性的子阵内天线单元除了可以采用数字波束赋形之外，还可以采用模拟波束赋形，采用模拟波束赋形可以有效降低由于多个射频通道带来的硬件成本和功耗损失(相对于上述数字波束合成的超指向性天线)。另外，上述偶极子天线并没有考虑天线的馈电，接地及调幅调相的具体实现方式，偶极子天线和数字波束合成的天线均没有考虑宽带通信。然而，本申请的一些实施例中，天线阵列可以采用同轴差分馈电结构或微带差分馈电结构进行激励偶极子天线(如图3b、图7)，实现宽带响应(如图9b所示考虑了多个频点的带宽响应)，并考虑金属地对子阵的性能影响。
目前还存在一种基于多层基板的三维天线结构。这种天线结构为了降低二维天线的面积，实现相对紧凑的天线结构，将二维天线转换成三维天线。如将原二维天线的一部分位于基板第一层，一部分位于基板的第二层等以此类推。第一层与第二层之间有重叠，并且以通路相连。通过采用多层结构的形式，减小天线的整体面积。然而，这种天线阵列是基于多层结构进行天线小型化的方式，即上述天线阵列主要是为了实现天线的小型化，上述天线阵列的多层结构是由一个天线端口激励。然而，本申请实施例中，天线阵列的多层结构可以包含多个天线端口，并且以合适的权重激励，实现超指向性。
本申请实施例所示的天线阵列还可以满足如下条件：
示例性的，每个天线单元连接有幅度调节单元和相位调节单元，该幅度调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的幅度，该相位调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的相位。
本申请实施例中，每个天线单元均可以对应一个幅度调节单元和相位调节单元，或者，所有天线单元对应同一个幅度调节单元和同一个相位调节单元，或者多个天线单元(如大于1且小于Mn)对应一个幅度调节单元和相位调节单元。可选地，幅度调节单元和相位调节单元均可以是硬件器件，或者，该幅度调节单元和相位调节单元可以由基带处理电路控制。
可理解，本申请实施例所示的各个单元(如幅度调节单元、相位调节单元、下文所示的权重调节单元等)可以采用硬件的形式实现，或者，采用软件功能模块的形式实现。对模块的划分是示意性的，可以理解为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。可理解，以上所示的天线单元连接有幅度调节单元和相位调节单元可以是直接连接，也可以是间接连接，如图1和图2所示的天线单元与移相器之间的连接可以理解为直接连接，天线单元与衰减器之间的连接可以理解为间接连接。当然，本申请实施例所示的间接连接还可以有其他方式，本申请实施例不再一一列举。
如图1和图2所示，每个天线单元连接衰减器进行幅度调节，连接移相器进行相位调节，使得每个单元都具有幅度和相位调节的能力。可理解，图1和图2均是以每个天线单元均对应一个幅度调节单元和相位调节单元为例示出的，图1和图2中的移相器可以理解为相位调节单元，图1和图2所示的衰减器可以理解为幅度调节单元。图1和图2所示的移相器和衰减器仅为示例，不应将其理解为对本申请实施例的限定。当然，图1和图2所示的用于调节激励信号的幅度的衰减器和用于调节激励信号的相位的移相器仅为示例，在实际应用中，可能还可以通过其他器件实现，如可增益放大器可以用于幅度调节，又如下文所示的不等分功分器也可以用于幅度调节。图1和图2所示的子阵内天线单元之间可以采用并联或串联的馈电网络连接在一起。
作为一种可能的实现方式，上述权重可以由权重生成单元确定，即该权重生成单元可以用于生成权重。示例性的，该权重可以包括超指向性权重，该超指向性权重用于天线阵列生成超指向性波束。超指向天线可以理解为方向性明显高于相同尺寸的等幅同相激励的天线阵列，如超指向天线可以理解为该超指向天线的方向性与相同尺寸的等幅同相激励的天线阵列的方向性的差值大于某一阈值，对于该某一阈值的具体取值，本申请实施例不作限定，如该某一阈值可以大于0。对应的，超指向权重可以理解为实现超指向天线的激励系数。
作为一种可能的实现方式，N个子阵可以对应至少一个角度估计单元，该角度估计单元可以用于接收波束，或者，发送波束。
示例性的，N个子阵中每个子阵中的任一个天线单元可以作为角度估计单元，该角度估计单元可以与收发链路，权重生成单元连接。示例性的，该角度估计单元执行的步骤或功能也可以由基带处理电路实现。示例性的，基带处理电路可以基于角度估计单元接收到的波束或发送的波束估计波束的到达角(angle of arrival，AoA)和/或出发角(angle ofdeparture，AoD)，并将该AoA和/或AoD输入到权重生成单元。作为一个示例，角度估计单元可以基于接收到的探测信号估计AoA或AoD，如基于接收到的探测信号估计AoA，又如基于接收到的探测信号估计AoA之后，基于信道互异性确定AoD。作为另一个示例，角度估计单元可以基于发送的探测信号估计AoD，基于信道互异性确定AoA。作为另一个示例，角度估计单元可以基于发送的探测信号估计AoA和/或AoD。
示例性的，基带处理电路可以根据权重生成单元的输出结果对所有天线单元的幅度和相位进行配置。示例性的，基带处理电路可以根据权重生成单元的输出结果控制幅度调节单元和相位调节单元。可选地，如图4a所示，角度估计单元根据接收到的探测信号获取到AoA之后，基带处理电路可以判断AoA是否在第一阈值范围，若AoA在第一阈值范围内，则权重生成单元可以生成超指向权重，激励子阵内的天线单元，使子阵生成超指向波束。若AoA不在第一阈值范围则权重生成单元可以生成其他相应的权重，使子阵内的天线单元部分或全部激活，并且生成全向或定向的波束的权重。可选地，如图4a所示，角度估计单元根据发送的探测信号获取到AoD之后，基带处理电路可以判断AoD是否在第二阈值范围，若AoD在第二阈值范围内，则权重生成单元可以生成超指向权重，激励子阵内的天线单元，使子阵生成超指向波束。若AoD不在第二阈值范围，则权重生成单元可以生成其他相应的权重，使子阵内的天线单元部分或全部激活，并且生成全向或定向的波束的权重。例如，若AoA或AoD的方向位于子阵边射波束所在的方向，则权重生成单元可生成相应的权重配置(如天线单元等幅同相)，使子阵生成边射波束。又例如，权重生成单元可以只激活一个天线单元的权重，生成全向波束。
示例性的，子阵内天线单元间的波束调整还可以与子阵间的波束调整配合，进一步提升整体阵列波束赋形的能力。如下文涉及的改善大角度扫描的相关描述，又如下文图10a中的相关描述。示例性的，子阵的波束方向可以配置为指向y轴(端射)，因此天线阵列的波束方向可以在包含y轴的半球内扫描。如图10a所示，子阵沿着z轴部署，波束可以在yz面内扫描。子阵的波束方向也可配置为指向x轴(边射)，因此天线阵列的波束方向可以在包含x轴的半球内扫描。
图4b是本申请实施例提供的一种通信装置的结构示意图，如图4b所示，该通信装置包括如下至少一项：基带处理电路、数模转换(digital-to-analog converter，DAC)、模数转换(analog-to-digital converter，ADC)、射频链路、移相器、衰减器、低噪声放大器和天线阵列等。可理解，图4b中所示的移相器和衰减器与图1、图2中的不同，图4b中的移相器、衰减器和低噪声放大器等可以理解为图1和图2中的射频通道，图4b中的天线阵列中的移相器和衰减器未示出。图4b所示的权重生成单元和角度估计单元仅为示例，如权重生成单元可以由基带处理电路实现，又如N个子阵中每个子阵中的任一个天线单元可以作为角度估计单元等。
可理解，图4b所示的通信装置仅为示例，在具体实现中，还可能有其他结构，本申请实施例对此不作限定。该通信装置可以结合图1或图2所示的天线阵列，或者，还可以结合下文例子1至例子7等。
本申请实施例所提供的天线阵列不仅具有高方向性，还具有高增益。如子阵内单元间隔小于半个波长，通过合理调整单元的幅度和相位，可以实现超指向性子阵。当用该超指向性子阵组成更大的天线阵列时，天线阵列的方向性也高于传统阵列的方向性，利用天线高度这一维度，突破了传统阵列的方向性受口径面积的限制。子阵内采用幅度相位控制单元，使得子阵支持波束赋形。子阵可以在端射和边射方向间进行波束扫描，支持波束从-90度到90度的波束扫描。因此，基于该子阵结构的天线阵列，可以支持大角度扫描，从而解决了大角度扫描情况下，增益骤降的问题。
以下结合具体的例子说明本申请实施例提供的天线阵列。
例子1
本申请实施例所示的天线单元可以包括单极子天线，该单极子天线的第一端为馈电端，该单极子天线的第二端设置有横向枝节，第二端与单极子天线垂直方向上的尺寸小于或等于天线单元之间的间隔。
对于天线单元，单元各个方向的尺寸都小于或等于相应方向上的天线单元间隔，从而保证可以组成阵列结构。采用单极子结构作为天线单元可以有效保证单元结构的紧凑性。单极子的长度大约为四分之一波长或小于四分之一波长。
图5是本申请实施例提供的一种基于单极子的天线单元结构示意图。如图5所示，上述第二端可以理解为单极子的尾端，单极子的尾端加载有横向枝节，可以有效降低单极子天线的长度。尾端与单极子垂直方向上的尺寸小于或等于天线单元之间的间隔。尾端与单极子同一方向上的尺寸小于或等于四分之一波长。单极子天线可采用接地共面波导或共面波导提供激励。
本申请实施例中，单极子天线的第二端通过设置横向枝节，可以有效降低单极子天线的长度，保证天线单元结构的紧凑性，保证了带宽效果。
例子2
本申请实施例所示的天线单元可以包括差分激励的偶极子天线，如采用差分激励的偶极子天线作为天线单元并组成子阵的结构。图6是本申请实施例提供的一种基于同轴差分馈电的偶极子的天线单元结构示意图。如图6所示，每个天线单元可以为偶极子天线，天线单元的长度L可以为半个波长，其中波长为考虑了介质影响之后的电磁波的波长。示例性的，偶极子天线可以位于介质板的第一表面。每个天线单元由同轴结构提供差分馈电，即幅度相同，相位相反的激励信号。同轴结构中间的信号线通过介质板的金属孔连接偶极子的一边，同轴结构的外圈地通过位于介质板第二表面的金属图案连接偶极子的另一边。该金属图案可以为环状结构，也可以是方形结构。该金属图案具有圆形开孔，该孔的尺寸与同轴外圈地和信号间包围的非金属部分尺寸可以相等(或有一定的误差)。第一表面和第二表面可以分别位于介质板的上下表面，或者位于不同介质板的两个表面。
例子3
本申请实施例所示的天线单元可以包括基于微带差分馈电结构的偶极子天线。关于基于微带差分馈电的偶极子的天线单元结构示意图可以参考图3b。图7是本申请实施例提供的一种子阵结构示意图。如图7所示和图3b，每个天线单元包括偶极子天线作为辐射部与传输部。其中，传输部包含双线差分馈电差分结构、微带-双线转接结构与微带结构等，关于偶极子天线的说明可以参考上文图3b的相关描述，这里不再详述。如图7所示，渐变结构的边缘沿着y＝C1*ea*x+C2排布。通过合理调整C1、C2和a的值，可以使得天线的阻抗匹配带宽满足要求，并且偶极子的辐射方向图为全向方向图且具有较小(如小于-15dB等)的交叉极化。
以下结合偶极子天线通过全波仿真验证包含金属地板的超指向天线阵列性能。
图8a是一个包括4个天线单元的子阵结构示意图，图8b是包括四个子阵的均匀线阵的结构示意图。即图8a的结构可以作为一个子阵，4个子阵排列成一个如图8b的结构。M1＝M2＝M3＝M4＝4，N＝4。天线单元之间的间隔dy＝3mm＝λ/10，这里所示的λ是频段为10GHz的电磁波在真空中的波长。全波仿真表明，图8a所示的包括4个天线单元的子阵的方向性为10.05dBi，增益为9.06dBi。子阵间间隔dx＝15mm＝λ/2。经全波仿真，图8b所示的包括4个子阵的天线阵列的方向性为14.53dBi，增益为13.76dBi。可理解，图8a和图8b所示的平行四边形可以理解为金属地板。
示例性的，如同样辐射口径下的传统天线阵列，等效口径为14mm*46mm，根据上述公式则传统天线阵列D0＝9.54dBi。从上可以看出，本申请实施例通过紧致耦合的端射阵带来了约5dB的阵列方向性增益。
如图6所示的结构，当天线单元之间的间隔dy＝7.5mm＝λ/4时，全波仿真结果表明，如图9a所示，每个天线单元的带宽均覆盖10-10.5GHz，具有宽带的S11响应特性，并且如图9b所示在10GHz和10.5GHz上的方向性变化较小。图9a中的各个线条分别与数字对应，如右侧的第一条线条对应图9a中的数字1，第二条线条对应图9a中的数字2，依次类推。
如图10a所示，天线阵列为(M1＝M2＝M3＝M4＝M5＝M6＝M7＝4,N＝7)的结构，其中，通过合理配置每个子阵内单元的激励系数，可使得子阵支持波束赋形。传统的天线阵列中，不考虑极化等其它因素时，每个子阵均包含一个天线端口时，依赖子阵间波束赋形实现波束扫描，波束方向在子阵的边射方向。然而，本申请实施例提供的天线阵列结构中，每个子阵内均包含多个天线端口，子阵的波束方向可以在边射方向和端射方向及两者所确定的平面上扫描。以图10a的结构为例，子阵的端射方向为+y或-y方向，边射方向为+x或-x方向。端射方向和边射方向所确定的平面为xoy平面。其中，坐标系的原点为o。转换成球坐标系，子阵的波束可以在phi＝-90°～90°范围内扫描。由子阵组成的天线阵列，具有增强的波束扫描效果。示例性的，当子阵的主瓣角度不是phi＝-90°或90°时，可能会产生两个主瓣。但是即便如此，仍提升了波束扫描的角度，改善了阵列在大角度扫描时，一定程度上波束增益急剧降低的问题。图10b给出了当子阵的波束沿着端射方向时，子阵(M1＝7,N＝1)与由4个子阵(M1＝7,N＝1)所组成的阵列(M1＝M2＝M3＝M4＝7,N＝4)的对比方向图。图10c给出了当子阵的波束沿着边射方向时，子阵(M1＝7,N＝1)与阵列(M1＝M2＝M3＝M4＝7,N＝4)的对比方向图。可以看出，当子阵波束沿着边射方向时，子阵与阵列在0°与180°方向上分别有一个主瓣波束。
可理解，图9a中的横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示幅值，单位为dB。图9b、图10b和图10c中的横坐标表示角度，单位为度，纵坐标表示方向性，单位为dBi。
例子4
本申请实施例所示的天线单元可以包括双极化天线，或称为正交的两种极化天线，即子阵可以是基于双极化天线的子阵结构。如图11所示，子阵内每个天线单元包含正交的两种极化，可以有效提升极化自由度与波束赋形的维度。示例性的，双极化单元的每个极化天线的位置可以不完全重合，可分别由馈电V与馈电H激励。激励系数的设计可以与双极化与天线位置有关。天线单元除了上文所示的偶极子天线之外，还可以是平面倒F天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)，单极子等，本申请实施例不再列举。可理解，图11仅示例性地示出了四个双极化天线，不应将图11所示的双极化天线的数量理解为对本申请实施例的限定。
例子5
本申请实施例中，Mn个天线单元中至少有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同。可理解，这里所示的至少有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同，指的是相对于同一个子阵中的Mn个天线单元来说的，对于一个子阵与另一个子阵中的阻抗匹配电路之间的关系，本申请实施例不作限定。
作为一个示例，一个子阵中每个天线单元所对应的阻抗匹配电路均可以不同。作为另一个示例，一个子阵中可以有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同，或者，可以有三个或三个以上的天线单元对应的阻抗匹配电路不同。一般来说，子阵或天线阵列的带宽由每个天线单元的重叠带宽确定。由于受周围天线的耦合效应的影响，处于子阵或天线阵列边缘的天线单元与处于子阵中间或天线阵列中间的天线单元的阻抗不一致。如果都采用同样的阻抗匹配电路，则容易造成边缘与中间的天线单元无法同时实现最佳的阻抗匹配，从而影响子阵或天线阵列的整体带宽。尤其是在天线间隔小于或等于半波长的情况下，周围天线单元的影响更大，边缘与中间的天线单元可能无法同时实现阻抗匹配。因此为了改善子阵或天线阵列的整体带宽，边缘与中间的天线单元可以采用不同的阻抗匹配电路。
图12是本申请实施例提供的一种基于不同阻抗匹配电路的子阵结构示意图。图12仅示例性地示出了四个天线单元，对于天线单元的数量和子阵的数量，本申请实施例不作限定。如图12所示，天线单元1与天线单元4处于子阵的边缘，因此具有相似的阻抗，它们分别对应的匹配电路1与匹配电路4也可以采用相似的结构及参数。天线单元2与天线单元3处于子阵的中间，因此也具有相似的阻抗，它们分别对应的匹配电路2和匹配电路3也可以采用相似的结构及参数。对于较大规模的二维与三维阵列也类似，如位于子阵边缘的天线单元可以采用相似的阻抗匹配电路，位于子阵中间的天线单元可以采用相似的阻抗匹配电路。
示例性的，为了实现不同的阻抗匹配电路，可以在天线端口处采用传输线阻抗匹配电路，如微带线等，或者也可以调整传输线部分参数，使得天线达到匹配(如反射系数小于系数阈值，如该系数阈值可以等于-10dB)。以图7为例，通过调整位于子阵边缘与中间的天线单元的双线差分馈电结构，微带-双线转接结构，接地共面波导-微带转接结构部分的参数，使得每个天线单元都达到良好的匹配效果，即具备较低的反射系数与较大的重叠带宽。此外，阻抗匹配电路也可以由应用于相应频段的集总电路元件组成，如串联或并联合适的电容或电感等实现。本申请实施例对于阻抗匹配电路的具体实现方式不作限定。
本申请实施例中，通过采用不同的阻抗匹配电路，使得不同的天线单元都可以与其它射频器件，如移相器等实现良好的阻抗匹配，进而实现良好的功率传输，提升天线的整体带宽。
本申请实施例中，Mn个天线单元中每个天线单元可以对应一个不等分功分器，或者，Mn个天线单元中多个天线单元对应一个不等分功分器。该不等分功分器可以用于调节天线单元的激励信号的幅度。示例性的，上文所示的幅度调节单元可以由不等分功分器实现。关于不等分功分器的说明可以参考下文例子6和例子7。
例子6
图13a和图13b是本申请实施例提供的一种基于串联馈电网络的子阵结构示意图。如图13a所示，子阵中可以包括天线单元、不等分功分器与移相器。其中，每个天线单元的幅度可以由不等分串联馈电网络实现，相位偏移由移相器实现。通过给每个天线单元合理的幅度和相位控制，实现方向性固定的超指向性子阵。可理解，图13a和图13b所示的子阵结构仅为示例，对于一个子阵所包括的天线单元数量，以及一个天线阵列所包括的子阵数量，本申请实施例不作限定。可理解，图1和图2所示的天线阵列中调节天线单元的激励信号的幅度是以衰减器为例示出的，而图13a和图13b中用于调节天线单元的激励信号的幅度是以不等分功分器为例示出的。不应将图1和图2所示的天线阵列的结构理解为对本申请实施例的限定。
示例性的，不等分功分器可以由微带线、带状线或波导等构建。也可以采用威尔金森(Wilkinson)功分器。示例性的，不等分功分器也可以采用漏波结构，通过改变泄露能量的大小可以改变每个天线端口的激励幅度。示例性的，不等分功分器可以采用耦合式的馈电结构，通过改变耦合系数的大小，改变每个天线端口的激励幅度。图13c是本申请实施例提供的一种基于微带结构的固定幅度相位调节结构示意图。如图13c所示，通过合理设置传输线的阻抗，可以改变分配到每个天线端口的功率。如图13c所示的传输线3的宽度不同表示传输线的阻抗不同。每个天线端口的相位可以由不同长度的传输线或数字移相器构建。示例性的，通过采用不同长度的传输线，改变每个天线的激励相位，实现所需的固定相位。如图13c所示的连接天线1的传输线1和连接天线2的传输线2的长度不同。移相器包括数字移相器的情况下，天线阵列还可以实现相位可调。
可理解，图13a和图13b所示的最后一个不等分功分器可以用于对幅度进行等分，由此，图13a和图13b中的最后一个不等分功分器可以是等分功分器。即本申请实施例中等分功分器可以作为不等分功分器的特例。
本申请实施例所示的天线阵列，每个天线单元可以对应一个不等分功分器，由此使得天线阵列的结构更紧凑，而且还可以降低功耗。
例子7
图14是本申请实施例提供的一种基于并联馈电网络的子阵结构示意图。如图14所示，子阵中可以包括天线单元、不等分功分器与移相器。其中，每个天线单元的幅度可以由不等分并联馈电网络实现，相位偏移由移相器实现。该移相器可以是固定相位，也可以是可调相位。并联馈电网络可以由多个1分2的功分器构建，每个不等分功分器可以将功率不等分至两个输出端口，以此类推。关于不等分功分器的说明以及移相器等的说明可以参考例子6，这里不再详述。
本申请实施例所示的天线阵列，采用并联馈电网络的子阵结构可以降低系统复杂度与功耗。
需要说明的是，上述各个例子之间可以相互结合，如例子6或例子7可以分别与例子1至例子5结合；又如例子1至例子4中的任一个例子可以与例子5结合。上述例子1至例子7均可以与上文图1或图2结合，或者，上述例子1至例子7均可以与上文图4b结合，或者，图1或图2可以与图4b结合等，这里不再一一列举。
本申请实施例提供的天线阵列可以实现如下至少一项：
1.高方向增益和高天线增益，增益来源是采用的超指向性的端射天线阵列结构，不论是子阵还是天线阵列的增益与方向性均都高于传统阵列。
2.扫描角度，增益来源是在子阵的边射或端射方向上分别进行扫描角权重生成和超指向权重生成，支持超指向子阵的波束赋形，解决了互耦矩阵与扫描角度相关的问题。
3.支持宽带通信，增益来源是利用宽带的差分馈电结构如同轴结构或双线结构或枝节加载的单极子使能互耦条件下的S11宽带响应。当然，这里所示的单极子仅为示例，对于其他的天线单元可以参考上文。
本申请实施例还提供一种有源天线单元(active antenna unit，AAU)，该AAU可以包括上文所示的天线阵列。该AAU可以理解为网络设备的主要设备，可以有效实现大规模天线阵列。
本申请实施例还提供一种通信装置，该通信装置可以上文所示的天线阵列和基带处理电路。如该通信装置可以为终端设备，又如该通信装置可以为网络设备。示例性的，终端设备是一种具有无线收发功能的装置。终端设备可以与无线接入网(radio accessnetwork，RAN)中的接入网设备(或者也可以称为接入设备)进行通信。终端设备也可以称为用户设备(user equipment，UE)、接入终端、终端(terminal)、用户单元(subscriberunit)、用户站、移动站、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、用户代理或用户装置等。在一种可能的实现方式中，终端设备可以部署在陆地上，包括室内或室外、手持或车载；也可以部署在水面上(如轮船等)等。在一种可能的实现方式中，终端设备可以是具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、传感器、物联网中的终端、车联网中的终端、无人机、5G网络或未来网络中的任意形态的终端设备等，本申请实施例对此不作限定。可理解，本申请实施例示出的终端设备不仅可以包括车联网中的车辆(如汽车)、而且还可以包括车联网中的车载设备或车载终端等，本申请实施例对于该终端设备应用于车联网时的具体形态不作限定。
示例性的，网络设备可以是一种部署在无线接入网中，为终端设备提供无线通信服务的装置。该网络设备也可以称为接入网设备、接入设备或RAN设备等。示例性的，网络设备可以是下一代节点B(next generation node B，gNB)、下一代演进型基站(nextgeneration evolved nodeB，ng-eNB)、或者6G通信中的网络设备等。网络设备可以是任意一种具有无线收发功能的设备，包括但不限于以上所示的基站(包括部署于卫星上的基站)。该网络设备还可以是6G中具有基站功能的装置。可选的，该网络设备可以为Wi-Fi系统中的接入节点、无线中继节点、无线回传节点等。可选的，该网络设备可以是云无线接入网络(cloud radio access network，CRAN)场景下的无线控制器。可选的，该网络设备可以是可穿戴设备或车载设备等。可选的，该网络设备还可以是小站，传输接收节点(transmission reception point，TRP)(或也可以称为传输点)等。可理解，该网络设备还可以是未来演进的公共陆地移动网络(public land mobile network，PLMN)中的基站、卫星等。该网络设备还可以为非地面通信系统、D2D、V2X或M2M中承载基站功能的通信装置等，本申请实施例对网络设备的具体类型不作限定可选的，在网络设备的一些部署中，网络设备可以包括集中式单元(centralized unit，CU)和分布式单元(distributed unit，DU)等。在网络设备的另一些部署中，CU还可以划分为CU-控制面(control plane，CP)和CU-用户面(user plan，UP)等。在网络设备的又一些部署中，网络设备还可以是天线单元(radiounit，RU)等。在网络设备的又一些部署中，网络设备还可以是开放的无线接入网(openradioaccessnetwork，ORAN)架构等，本申请实施例对于网络设备的具体部署方式不作限定。示例性的，在网络设备是ORAN架构时，本申请实施例所示的网络设备可以是ORAN中的接入网设备，或者是接入网设备中的模块等。在ORAN系统中，CU还可以称为开放(open，O)-CU，DU还可以称为O-DU，CU-CP还可以称为O-CU-CP，CU-UP还可以称为O-CU-UP，RU还可以称为O-RU。这里所列举的网络设备的部署方式仅为示例，随着标准技术的演进，网络设备可能会存在其他部署形式，但凡网络设备中具备本申请实施例所示的天线阵列均属于本申请实施例的保护范围之内。
可理解，本申请实施例所示的通信装置可以应用于无线通信系统，或者无线定位系统，或者感知系统，或者成像系统等射频无线系统中。当然，上述通信装置还可能应用于其他系统，这里不再一一列举。

Claims (14)

1.一种天线阵列，其特征在于，包括：
N个子阵，第n个子阵包括Mn个天线单元，N为大于1的整数，n的取值为1至N的整数，Mn为正整数，且所述N个子阵中至少有一个子阵的天线单元数大于1；
在Mn大于1时，所述Mn个天线单元沿着第一方向排列，且所述Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔小于或等于所述λ为基于所述天线阵列工作的频率确定的波长；
所述N个子阵沿着第二方向排列，所述第一方向与所述第二方向垂直；或者，沿着第二方向排列的子阵有N1个，沿着第三方向排列的子阵有N2个，N1和N2均为正整数，且第一方向与所述第二方向垂直，所述第二方向与所述第三方向垂直，所述第一方向与所述第三方向垂直。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，N＝N1*N2。
3.根据权利要求1或2所述的天线阵列，其特征在于，所述第一方向为所述子阵的波束方向。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述Mn个天线单元中相邻天线单元之间的间隔中至少有一个间隔小于或等于
5.根据权利要求1-4任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线单元包括单极子天线，所述单极子天线的第一端为馈电端，所述单极子天线的第二端设置有横向枝节，所述第二端与所述单极子天线垂直方向上的尺寸小于或等于天线单元之间的间隔。
6.根据权利要求1-4任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述天线单元包括如下任一项：差分激励的偶极子天线、微带差分馈电结构的偶极子天线、双极化天线。
7.根据权利要求1-6任一项所述的天线阵列，其特征在于，每个天线单元连接有幅度调节单元和相位调节单元，所述幅度调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的幅度，所述相位调节单元用于基于权重调节对应天线单元的激励信号的相位。
8.根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列还包括权重生成单元，所述权重生成单元用于生成所述权重。
9.根据权利要求7或8所述的天线阵列，其特征在于，所述权重包括超指向性权重，所述超指向性权重用于所述天线阵列生成超指向性波束。
10.根据权利要求1-9任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述Mn个天线单元中至少有两个天线单元对应的阻抗匹配电路不同。
11.根据权利要求7-10任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述幅度调节单元包括不等分功分器，所述Mn个天线单元中每个天线单元对应一个不等分功分器，或者，所述Mn个天线单元中多个天线单元对应一个不等分功分器。
12.根据权利要求1-11任一项所述的天线阵列，其特征在于，子阵间采用的波束赋形包括如下至少一项：数字波束赋形、模拟波束赋形。
13.一种有源天线单元，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的天线阵列。
14.一种通信装置，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的天线阵列、基带处理电路。
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