CN206558679U - 一种小型化多端口天线阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于无线通信系统基站中的小型化多端口天线阵列，其组成结构包括金属反射板、主阵列辐射单元、副阵列辐射单元和"∧"型隔离墙,更进一步的还包括嵌套高频辐射单元。所述小型化多端口阵列采用主阵列辐射单元与副阵列辐射单元联合组阵方式，能有效降低水平面半功率波束波宽，提升前后比；所述"∧"型隔离墙位于两主阵列的中心位置，降低阵列互偶，有效降低水平半功率波束宽度。更进一步的，所述主阵列低频辐射单元中嵌套高频辐射单元可形成多频段小型化多端口天线阵列。与现有技术相比，本实用新型在实现多端口天线小型化基础上，提升了水波半功率波束宽度和前后比指标，保证无线网络覆盖的质量。

Description

一种小型化多端口天线阵列

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种小型化多端口天线阵列。

背景技术

随着移动通信系统的迅速发展，系统的复杂度越来越高，天线作为其重要组成部分也面临着严峻的考验。近年来，2G、3G和4G的多种网络制式共存共站，使得站址资源日益紧张，尤其在城市，已经没有多余的站址资源可供利用。而多系统天线共站能极大的节省天面空间，省建设资源，多端口天线成为趋势，为多系统多制式共站提供了技术基础，而多端口天线不可避免的带来天线尺寸的增加，带来了安装，安全风险。尤其在涉及包含多列低频段(800M 900M)的多端口天线，由于天线的频率特性，天线尺寸较大，安装不方便，风载大，影响安全，因此天线需要往小型化设计，以减少天线重量，减少迎风面积，多端口小型化天线在天线安装，使用安全，天面资源利用方面有着巨大的优势。现有技术中，低频多端口天线设计一般采用二列低频直线阵肩并肩排列，通过缩小两列直线阵之间的横向间距来实现小型化，同时会辅以一些特殊的边界结构来减少这种普通的小型化设计带来的多列阵元之间的互偶，但这种设计对于天线指标提升有限，尤其在水平半功率波速宽度指标上，由于两列天线横向距离过近，互偶增大，在较低频段会带来水平半功率波速宽度偏宽，容易带来越区干扰。因此，如何在小型化的基础上，进一步保证天线的性能，也已经成为天线设计者的重要研究方向。本实用新型基于以上问题，提出一种基于小型化设计基础上降低水平半功率波束宽度，提高前后比的多端口小型化天线组阵方式。

本实用新型设计的一种新的小型化多端口天线组阵方式，在天线实现小型化的基础上保证天线性能，尤其保证水平半功率波束宽度指标不会因过宽而影响越区覆盖，可广泛应用于移动通信基站天线。

实用新型内容

本实用新型目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种小型化多端口天线组阵方法，在天线小型化基础上提高天线的水平波束宽度和前后比指标。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种小型化多端口天线阵列，包括主阵列辐射单元，副阵列辐射单元，“∧”型隔离墙，反射板；主阵列辐射单元有两列，分别为主阵列第一列和主阵列第二列，副阵列辐射单元有两个，分别为第一副阵列辐射单元、第一副阵列辐射单元，主阵列第一列和第一副阵列辐射单元组成第一阵列，主阵列第二列和第二副阵列辐射单元组成第二阵列，“∧”型隔离墙位于第一阵列和第二阵列的横向中心位置，第一阵列和第二阵列的横向间距为d₀；d₀＜0.8λ，λ为中心工作频率的工作波长；

所述主阵列第一列和主阵列第二列均包括N个辐射单元；主阵列第一列的1至N-1单元按照d₁间距组成纵向直线阵，第N-1和N单元按照d₂距离组成纵向直线阵；主阵列的第二列的第1和第2个单元按照d₂单元间距组成直线阵，第2至N单元按照d₁间距组成直线阵，d₂＞d₁。

所述第一副阵列辐射单元位于主阵列第一列的第N-1和N单元之间，与第N-1单元的中心距离为d₃，与主阵列横向偏离距离为d₄，(d₂+d₃)/2≈d₁，0.9d₁≤(d₂+d₃)/2≤1.1d₁，d₄≤0.5*d₀，第一副阵列辐射单元与第一主阵列的第N个单元组成的组合单元，其合成的水平半功率波束宽度要小于任一第一主阵列的其它辐射单元的水平半功率波束宽度，第一主阵列和第一副阵列共同组成小型化多端口天线的第一阵列，由于第一主阵列的第N个单元与第一副阵列单元的合成水平波束宽度较窄，使得第一阵列的水平半功率波束宽度要窄于背景技术里面介绍的无副阵列辐射单元方式的常规组阵方式。

第二副阵列辐射单元位于主阵列第二列的第1和2单元之间,与第2单元的中心距离为d₃，与主阵列横向偏离距离为d₄，(d₂+d₃)/2≈d₁，0.9d₁≤(d₂+d₃)/2≤1.1d₁，d₄＜0.5*d₀，第二副阵列辐射单元与第二主阵列的第1个单元组成的组合单元，其合成的水平半功率波束宽度要小于任一第二主阵列的其它辐射单元的水平半功率波束宽度，第二主阵列和第二副阵列共同组成小型化多端口天线的第二阵列，由于第二主阵列的第1个单元与第二副阵列单元的合成水平波束宽度较窄，使得第二阵列的水平半功率波束宽度要窄于背景技术里面介绍的无副阵列辐射单元方式的常规组阵方式。

“∧”型隔离墙位于第一主阵列和第二主阵列的中心位置，隔离墙“∧”设置于主阵列的第一列与主阵列的第二列两个阵列之间，有效降低两列之间的互偶，降低水平半功率水平波束宽度。

主阵列辐射单元，副阵列辐射单元，“∧”型隔离墙,全部位于反射板的正面并固定在反射板上，其中主阵列辐射单元，副阵列辐射单元需与反射板电连接接地，“∧”型隔离墙需与反射板绝缘连接。

优选的，主阵列低频辐射单元采用现有的组合型结构高增益辐射单元，以提高阵列增益。

优选的，副阵列辐射单元采用“十”字形半波振子，其辐射臂与极化方向成45°夹角。采用该结构形式的副阵列辐射单元辐射臂远离主阵列极化单元，互相之间的互偶影响较小。

进一步的，在主阵列单元间距为d₁的低频辐射单元内部和低频辐射单元之间嵌套高频辐射单元，可形成多频段小型化多端口阵列，满足不同系统制式的需求。

与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用主阵列辐射单元和优选的副阵列辐射单元联合组阵方式，可以有效减小水平面半功率波束宽，提升前后比。

2、本实用新型采用的“∧”型隔离墙能有效降低相邻阵列之间的互偶，降低水平半功率波束宽度。

3、进一步的，本实用新型可在主阵列低频辐射单元之间嵌套高频辐射单元，形成多频段小型化多端口阵列，满足不同系统制式的需求。

附图说明

图1为本实用新型小型化多端口天线阵列组成图；

图2为本实用新型小型化多端口天线阵列结构示意图；

图3为本实用新型副阵列辐射单元示意图；

图4为本实用新型主阵列辐射单元示意图；

图5为本实用新型多频段小型化多端口天线阵列结构示意图；

其中：301、出线孔；302、辐射臂；303、金属馈电连接片；401、金属馈电连接片；501、金属反射板；502、“∧”隔离墙；503、金属围框。

具体实施方式

该实用新型采用双列嵌套错位排布形式，低频阵列则采用主阵列与副阵列结合的方式，用于实现低频和高频两个不同频段正负极化的收发功能。以下结合附图和实施例详细说明本实用新型技术方案。

参见图1。主阵列由两列低频辐射单元组成的直线阵按照一定的横向距离平行排布；图中虚线框内为第一阵列，主阵列第一列的第1和第N辐射单元位置固定，第1至第N-1个辐射单元等间距排列。图中实线框内为第二阵列，主阵列第二列的第1和第N辐射单元位置固定，第2至第N个辐射单元等间距排列。副阵列分为两列，分别位于天线阵列的两端。第一副阵列辐射单元位于主阵列第一列的第N-1和N单元之间。第二副阵列辐射单元位于主阵列第二列的第1和2单元之间。

参见图2。主阵列由两列低频辐射单元组成的直线阵按照一定的横向距离d₀排布，且d₀＜0.8λ。λ为中心工作频率的工作波长。主阵列第一阵列中第1至N-1单元等间距排列，其间距为d₁，即图2中虚线框内所示。第N-1和N单元间距为d₂；主阵列的第二列第1和第2个单元间距为d₂。第2至N单元按照d₁间距组成直线阵，如图2中虚线框内所示。d₂和d₁的关系为：d₂＞d₁。

第一副阵列辐射单元位于主阵列第一列的第N-1和N单元之间，与第N-1单元的中心距离为d₃，且与第一主阵列不在同一条直线上，与主阵列横向偏离距离为d₄，通过调节d₃和d₄，可以改变其与主阵列第一列中第N个振子和第N-1个振子之间的耦合。单元间距d₂，d₃，d₄，d₀的关系为：(d₂+d₃)/2≈d₁，0.9d₁≤(d₂+d₃)/2≤1.1d₁，d₄≤0.5*d₀。

第二副阵列辐射单元位于主阵列第二列的第1和2单元之间，与第2单元的中心距离为d₃，且与第一主阵列不在同一条直线上，与主阵列横向偏离距离为d₄，单元间距d₂，d₃，d₄，d₀的关系为：(d₂+d₃)/2≈d₁，0.9d₁≤(d₂+d₃)/2≤1.1d₁，d₄≤0.5*d₀。

参见图3。副阵列辐射单元采用“十”字形半波振子，同轴线内芯穿过出线孔(301)，通过金属馈电连接片(303)对振子进行馈电。其极化方向如图中虚线箭头所示，其辐射臂(302)与极化方向成45°夹角。

参见图4。主阵列低频辐射单元采用组合型结构的高增益辐射单元，该振子由四个偶极子封闭组合为一个辐射元，具有较优的增益效果。同轴线的内芯连接金属馈电连接片(401)对辐射单元进行馈电，其极化方向参照图中箭头方向。

参见图5。该实用新型采用嵌套高频辐射单元用来实现多频带信号传输，第一列高频辐射单元以主阵列第一列中第2个辐射单元为起始嵌套点，依次嵌套2(N-2)个辐射单元，且为等间距排列，每两个相邻的高频振子单元相距d₁/2。其中非嵌套的高频振子周围设计有金属围框(503)，用来调节其水平波宽。所有振子均固定于金属反射板(501)的正面。

第二列高频辐射单元以主阵列第二列中第2个辐射单元为起始嵌套点，依次嵌套2(N-2)个辐射单元，且为等间距排列，每两个相邻的高频振子单元相距d₁/2。其中非嵌套的高频振子周围设计有金属围框(503)，用来调节其水平波宽。所有振子均固定于反射板(501)的正面。

主阵列与副阵列中间用底部绝缘的“∧”型隔离墙(502)隔开，用以降低互耦，降低水平波宽。“∧”型隔离墙(502)的长度两端分别不超过低频主阵列第一列的第2个辐射单元以及低频主阵列第二列的第N-1个辐射单元。

Claims (5)

1.一种小型化多端口天线阵列，其特征在于：包括主阵列辐射单元、副阵列辐射单元、“∧”型隔离墙、反射板；主阵列辐射单元有两列，分别为主阵列第一列和主阵列第二列，副阵列辐射单元有两个，分别为第一副阵列辐射单元、第一副阵列辐射单元，主阵列第一列和第一副阵列辐射单元组成第一阵列，主阵列第二列和第二副阵列辐射单元组成第二阵列，“∧”型隔离墙位于第一阵列和第二阵列的横向中心位置，第一阵列和第二阵列的横向间距为d₀，d₀＜0.8λ，λ为中心工作频率的工作波长；主阵列辐射单元，副阵列辐射单元，“∧”型隔离墙均位于反射板的正面并固定在反射板上，其中主阵列辐射单元，副阵列辐射单元与反射板电连接接地，“∧”型隔离墙与反射板绝缘连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化多端口天线阵列，其特征在于：所述主阵列第一列和主阵列第二列均包括N个辐射单元；主阵列第一列的第1至N-1单元按照d₁间距组成纵向直线阵，第N-1和N单元按照d₂距离组成纵向直线阵；主阵列的第二列的第1和第2个单元按照d₂单元间距组成直线阵，第2至N单元按照d₁间距组成直线阵，d₂＞d₁；所述第一副阵列辐射单元位于主阵列第一列的第N-1和N辐射单元之间偏离主阵列d₄，第二副阵列辐射单元位于主阵列第二列的第1和2辐射单元之间偏离主阵列d₄，其中，d₄≤0.5*d₀。

3.根据权利要求2所述的一种小型化多端口天线阵列，其特征在于：所述主阵列第一列的第1至第N-1个辐射单元的单元中心距离为d₁，第N-1与N单元的单元中心距离为d₂，第一副阵列辐射单元与主阵列第一列第N-1辐射单元的中心距为d₃，主阵列第二列的第2至第N个辐射单元的单元距离为d₁，第1与2单元的单元中心距离为d₂，第二副阵列辐射单元与主阵列第二列第2个辐射单元的中心距为d₃，其中d₁≈(d₂+d₃)/2，0.9d₁≤(d₂+d₃)/2≤1.1d₁。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种小型化多端口天线阵列，其特征在于：所述副阵列辐射单元为“十”字型半波振子，其辐射臂与极化方向成45°夹角。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种小型化多端口天线阵列，其特征在于：所述主阵列的辐射单元为低频辐射单元，在主阵列的低频辐射单元之间及低频辐射单元内部嵌套高频辐射单元，形成多频段小型化多端口阵列，满足不同系统制式的需求。