CN201307640Y - 振子单元、天线单元及天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种振子单元及其天线单元，该振子单元由至少三个呈不同极化方向的振子连接在一起构成。采用本实用新型提出的振子单元及其天线单元，可以使MIMO系统中的终端设备在能够使用足够多的天线单元进行通信时满足便携性要求，从而扩大MIMO系统的容量。同时，本实用新型还提供一种天线阵列，由于该天线阵列的迎风面积较小，因此施工的难度较低。

Description

振子单元、天线单元及天线阵列
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种振子单元、天线单元以及一种天线阵列。
背景技术
随着通信技术的发展，人们对大容量高速率的通信服务需求越来越强烈，因此传统采用单天线发单天线收(SISO，Single Input & Single Output)的通信系统已经不能再满足人们的需求，取而代之的是多发多收(MIMO，Multi Input& Multi Output)的多天线系统。
多天线系统顾名思义是在系统中采用了多个天线单元，可以是采用多天线单元发送或多天线接收，也可以同时采用多天线单元收发。通过在系统中采用多个天线单元的好处是：可以获得一定的分集增益，从而提升传输可靠性；或者形成多流传输，提高传输速率。
现有方案中，多天线系统的多个天线单元分布主要有两种方式：一种是采用空间意义上的多天线单元；另一种则是采用极化方向上的多天线单元，这里的极化是指构成天线单元的天线振子的电场矢量在空间运动的轨迹或变化的状态。
空间意义上的多天线单元是通过空间上的隔离使天线单元得到一定的独立性或相关性，比如多个天线单元之间相隔一定的空间(如TD-SCDMA系统中的智能天线阵列)或者相隔某些大间距(如各个天线间距大于波长)，这里的多个天线单元具有的极化方向往往相同。这一类多天线系统存在的缺陷是体积和迎风面积较大，以TD-SCDMA系统中的8天线阵列为例，其宽度接近800mm，因此安装时需要坚固的报杆，这就导致安装时的施工难度较大。并且，当采用较大间距分布天线单元时，比如各天线单元之间的间距为4倍波长、乃至10倍波长时，天线阵列的面积会变得更大，此类大面板式的天线阵列或者密集的大间距天线阵列会造成人们心理上的负担。
极化方向上的多天线单元则是利用天线单元的极化方向使天线单元获得一定的独立性，这里的多个天线单元具有的极化方向往往不同，天线单元的极化方向不同是指构成电线单元的天线振子的电场矢量在空间运动的轨迹或变化的状态不同。如图1所示，为一种垂直/水平(V/H)型双极化振子组成的振子单元示意图，该双极化振子单元是由两个极化方向不同的单极化振子11和单极化振子12安装在一起构成的，单极化振子11和单极化振子12分别位于x坐标轴和y坐标轴构成的平面内，以x坐标轴的正半轴方向为0°方向，则振子11的极化方向为0°方向，即水平方向，而振子12的极化方向则为90°方向，即垂直方向，振子11与振子12之间的夹角为90°；图2所示的则是一种45°/-45°交叉型双极化振子单元，由两个极化方向不同的单极化振子21和单极化振子22安装在一起构成，单极化振子21和单极化振子22分别位于x坐标轴和y坐标轴构成的平面内，同样以x坐标轴的正半轴方向为0°方向，则振子21的极化方向为45°方向，振子22的极化方向为-45°方向，振子21与振子22之间的夹角为90°。
在现有技术中，采用上述双极化振子单元构成双极化天线单元，再由多个这样的双极化天线单元组成多天线阵列，能够显著减小多天线阵列的迎风面积，但是当天线阵列增大，比如增大为8天线阵列时，由上述双极化天线构成的天线阵列仍然有400mm或者更大的宽度，因此，依然存在着较大的施工难度；此外，如果为了减小天线阵列面积，而采用将多个双极化天线单元做到不同天线板内的方式，则需要建设多根报杆，这同样也增加了施工的难度。
针对终端设备而言，受其便携性的要求，在终端设备中最多只能安装2根天线单元，即使每根天线单元都做成上述的双极化天线单元，也只能实现4天线对信号的收发。由于MIMO系统的系统容量取决于收发两端中天线单元个数更少的一端的天线单元的个数，因此这就限制了MIMO系统的容量。
综上可知，现有多天线系统中存在着天线阵列的迎风面积较大，施工难度较高，而且容易给人们造成心理负担的问题；此外，由于终端设备无法在满足便携性要求的同时实现采用足够多的天线进行通信，MIMO系统的容量也受到了较大的限制。
实用新型内容
本实用新型提供一种振子单元及其天线单元，以使MIMO系统中的终端设备在能够使用足够多的天线进行通信时满足便携性要求，从而扩大MIMO系统的容量。
本实用新型还提供一种天线阵列，以减小天线阵列的迎风面积，降低施工难度。
为此，本实用新型采用以下方案：
一种振子单元，包括至少三个呈不同极化方向的振子；以及所述各个振子连接在一起。
较优地，所述的振子单元中的各个振子基于同一连接点连接在一起。
较优地，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
较优地，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
一种天线单元，包括至少一个振子单元，所述振子单元包括至少三个呈不同极化方向的振子；以及所述各个振子之间连接在一起；且所述天线单元中包括的不同振子单元间具有相同极化方向的振子，分别与所述天线单元中的同一输入/输出端口存在电连接。
较优地，所述天线单元中各个振子之间基于同一连接点连接在一起。
较优地，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
较优地，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或所述各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
一种天线阵列，包括至少一个天线单元，所述天线单元中包括至少一个振子单元，所述振子单元包括：至少三个呈不同极化方向的振子；以及所述各个振子之间连接在一起；且每一天线单元中包括的不同振子单元间具有相同极化方向的振子，分别与该天线单元中的同一输入/输出端口存在电连接。
较优地，所述的天线阵列中的各个振子之间基于同一连接点连接在一起。
较优地，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
较优地，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或所述各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
较优地，所述一个天线单元中包括的振子单元结构相同，且不同天线单元中包括的振子单元结构不同或相同。
本实用新型实施例通过采用三个及三个以上具有不同极化方向的振子构成多极化振子单元，并采用这样的多极化振子单元构成多极化天线单元，从而实现了MIMO系统中的终端设备在能够使用足够多的天线进行通信时满足便携性要求的目的，从而扩大了MIMO系统的容量。
同时，本实用新型实施例还通过采用多个上述的多极化天线单元构成天线阵列，从而有效地减小了天线阵列的迎风面积，降低了施工的难度。
附图说明
图1为现有技术中的垂直/水平型双极化振子单元的结构示意图；
图2为现有技术中的+45°/-45°交叉型双极化振子单元的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提出的一种三极化振子单元的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提出的一种四极化振子单元的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提出的一种N极化振子单元的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提出的一种空间三极化振子单元的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提出的一种三极化天线单元的结构示意图；
图8为本实用新型实施例提出的一种四极化天线单元的结构示意图；
图9为本实用新型实施例提出的一种三极化天线单元内部各个振子单元的电连接示意图；
图10为现有技术中采用三个单极化天线单元构成天线阵列的具体结构示意图；
图11为本实用新型实施例提出的一种三极化天线阵列的结构示意图；
图12为本实用新型实施例提出的一种混合多极化天线阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面结合各个附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细的阐述。
实施例1提供了一种三极化振子单元，如图3所示，为该三极化振子单元的结构示意图。该三极化振子单元由极化方向位于x坐标轴和y坐标轴构成的同一平面内的单极化振子31、单极化振子32以及单极化振子33构成，三根单极化振子中两两之间的最小夹角都是60°。单极化振子31、单极化振子32以及单极化振子33的极化方向各不相同，以x坐标轴的正半轴方向为0°方向，则单极化振子31的极化方向为90°方向，单极化振子32的极化方向为30°方向，而单极化振子33的极化方向为-30°方向。具体的，单极化振子31、单极化振子32以及单极化振子33可以采用现有通常的连接方式连接在一起。
实施例2提供了一种四极化振子单元，如图4所示，为该四极化振子单元的结构示意图。该四极化振子单元由极化方向位于x坐标轴和y坐标轴构成的同一平面内的单极化振子41、单极化振子42、单极化振子43以及单极化振子44构成，四根单极化振子中，相邻两根振子之间的最小夹角都是45°。单极化振子41、单极化振子42、单极化振子43以及单极化振子44的极化方向各不相同，以x坐标轴的正半轴方向为0°方向，则单极化振子41的极化方向为90°方向，单极化振子42的极化方向为45°方向，单极化振子43的极化方向为0°方向，单极化振子44的极化方向为-45°方向。
实施例3提供了一种N(N值理论上为大于2的正整数)极化振子单元，如图5所示，为该N极化振子单元的结构示意图。该N极化振子由极化方向位于x坐标轴和y坐标轴构成的同一平面内的包含单极化振子51、单极化振子52、单极化振子53、单极化振子54、单极化振子55以及单极化振子56在内的N根单极化振子构成。这N根单极化振子的极化方向各不相同，相邻两根振子之间按照一定的角度间隔进行排列。
实施例4提供了一种空间三极化振子单元，如图6所示，为该三极化振子单元的结构示意图。该三极化振子单元由单极化振子61、单极化振子62以及单极化振子63构成，其中，单极化振子61和单极化振子63的极化方向位于由x坐标轴和y坐标轴构成的同一平面内，而单极化振子62的极化方向则垂直于x坐标轴和y坐标轴构成的平面，单极化振子61、单极化振子62以及单极化振子62的极化方向两两垂直。这三根单极化振子的极化方向各不相同，以x坐标轴的正半轴方向为0°方向，则单极化振子61的极化方向为90°方向，单极化振子63的极化方向为0°方向，由于单极化振子62不在由x坐标轴和y坐标轴构成的平面内，显然单极化振子62与单极化振子61和单极化振子63的极化方向均不会相同。
具体的，在本实用新型上述所列举的各个实施例中，各个单极化振子具体可以通过现有技术的连接手段连接在一起，组成本实用新型所保护的多极化振子单元。并且，在本实用新型上述所列举的各个实施例中，组成多极化振子单元的各单极化振子的连接点可以是在各单极化振子的中心，如图3～6所示的振子单元，各振子就是通过在中心点处进行连接，而组成如图3～6所示的振子单元的；此外各单极化振子连接点的位置还可以是在各单极化振子的其他位置处，比如在振子的末端位置进行连接也可以，这些变型方式也在本实用新型的保护范围之内；此外，各单极化振子进行连接时，可以如图3～6所示只有一个连接点，也可以存在多个连接点，比如3个单极化振子可以通过两个连接点连接在一起组成三极化振子单元，也可以通过3个连接点而组成三角形的三极化振子单元。采用上述各种连接方式对单极化振子进行连接而构成的各种振子单元，均在本实用新型的保护范围内。
实施例5提供了一种三极化天线单元，该三极化天线单元的结构示意图如图7所示，其包含多个上述图3所示的三极化振子单元，具体可以包含1～N个三极化振子单元，其中N为自然数，N的取值可以根据天线单元长度的具体需要而设定。其中该天线单元中包含的各三极化振子单元可以按照间隔距离d进行排列。
实施例6提供了一种四极化天线单元，该四极化天线单元的结构示意图如图8所示，其包含多个上述图4所示的四极化振子单元，具体可以包含1～N个四极化振子单元，其中N为自然数，N的取值可以根据天线单元长度的具体需要而设定。其中该天线单元中包含的各四极化振子单元可以按照间隔距离d进行排列。
在上述实施例5、6中，各振子单元之间的间隔距离d可以为天线振子单元接收(或发送)的信号的波长0.5倍或若干倍。
需要说明的是，上述实施例中的图7、图8中，未表示出各振子单元之间的连接关系。实际上，对于天线单元，其内部的各个振子单元所包含的振子之间是存在电连接的，如图9所示，为实施例5提供的三极化天线单元内部各个振子单元的电连接示意图。由于该天线单元为三极化天线单元，因此，该天线单元中包含的振子单元共有三个不同的极化方向，从图中可以看出，具有相同极化方向的振子之间存在电连接，并且，每个电连接都引出了一个天线端口作为天线单元的输入/输出端口，如端口1、端口2和端口3，该端口可以进行信号的接收/发送。一般的，这里的电连接可以采用电缆连接的方式来实现。
这样，一个如实施例5提供的三极化天线单元，就可以提供三个信号的接收/发送端口。
而现有技术中，如果采用单极化振子单元构成单极化天线单元来提供三个信号的接口/发送端口，则需要采用包含3个天线单元的天线阵列来实现，如图10所示。对比图9和图10可知，图9所示的天线单元相比图10所示的天线阵列，大大减小了体积。
实施例7提供了一种三极化天线阵列，该三极化天线阵列的结构示意图如图11所示，其由两个如上述图7所示的三极化天线单元构成，这两个三极化天线单元按照间隔距离d1进行排列。这种天线阵列属于在天线阵列中，一个天线单元中包括的振子单元结构相同，且不同天线单元中包括的振子单元结构也相同的情况。
实施例8提供了一种混合多极化天线阵列，该混合多极化天线阵列的结构示意图如图12所示，其由一个如上述图1所示的双极化振子单元构成的双极化天线单元和一个如上述图8所示的四极化天线单元构成，该双极化天线单元和四极化天线单元按照间隔距离d1进行排列。这种天线阵列属于在天线阵列中，一个天线单元中包括的振子单元结构相同，而不同天线单元中包括的振子单元结构不相同的情况。
需要说明的是，上述的多极化天线阵列或混合多极化天线阵列中至少包括一个多极化天线单元，如果一个多极化天线阵列或混合多极化天线阵列中包含的多极化天线单元为若干个，并且不同的天线单元中的天线振子的极化方向相同或不同，同样也属于本实用新型的权利要求所要求保护的范围。
在上述实施例7、8中，各天线单元之间的间隔距离d1可以根据天线的实际应用情况而定，例如对于天线阵列应用于基站侧的情况，d1等于天线接收(或发送)的信号的波长的0.5倍或若干倍。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1、一种振子单元，其特征在于，包括：
至少三个呈不同极化方向的振子；以及
所述各个振子连接在一起。
2、如权利要求1所述的振子单元，其特征在于，所述各个振子基于同一连接点连接在一起。
3、如权利要求2所述的振子单元，其特征在于，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
4、如权利要求1、2或3所述的振子单元，其特征在于，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或
所述各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
5、一种天线单元，其特征在于，包括至少一个振子单元，所述振子单元包括：
至少三个呈不同极化方向的振子；以及
所述各个振子之间连接在一起；且
所述天线单元中包括的不同振子单元间具有相同极化方向的振子，分别与所述天线单元中的同一输入/输出端口存在电连接。
6、如权利要求5所述的天线单元，其特征在于，所述各个振子之间基于同一连接点连接在一起。
7、如权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
8、如权利要求5、6或7所述的天线单元，其特征在于，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或
所述各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
9、一种天线阵列，其特征在于，包括至少一个天线单元，所述天线单元中包括至少一个振子单元，所述振子单元包括：
至少三个呈不同极化方向的振子；以及
所述各个振子之间连接在一起；且
每一天线单元中包括的不同振子单元间具有相同极化方向的振子，分别与该天线单元中的同一输入/输出端口存在电连接。
10、如权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，所述各个振子之间基于同一连接点连接在一起。
11、如权利要求10所述的天线阵列，其特征在于，所述同一连接点分别处于各个振子的中心处。
12、如权利要求9、10或11所述的天线阵列，其特征在于，所述各个振子的极化方向均处于同一平面内；或
所述各个振子的极化方向处于至少两个平面内。
13、如权利要求9、10或11所述的天线阵列，其特征在于，所述一个天线单元中包括的振子单元结构相同，且不同天线单元中包括的振子单元结构不同或相同。
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