CN213878439U - 一种矩形赋形阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矩形赋形阵列天线，包括：金属反射板；安装在金属反射板上的辐射单元阵列，辐射单元阵列包括至少一个N×N单元阵列，N×N单元阵列包括N个辐射子阵列，辐射子阵列包括N个辐射单元；安装在金属反射板上的馈电网络，馈电网络包括至少一个水平功分网络和至少一个垂直功分网络，垂直功分网络包括N个垂直功分子网络，垂直功分子网络包括第一输入端和N个第一输出端，第一输出端与辐射单元通过接插结构电连接，水平功分网络包括第二输入端和N个第二输出端，第二输出端与第一输入端电连接；合路器，第二输入端与合路器电连接。本实用新型结构简单，减小了占用空间，提高了阵列天线的稳定性，可广泛应用于移动通信技术领域。

Description

一种矩形赋形阵列天线

技术领域

本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其是一种矩形赋形阵列天线。

背景技术

在一些人群密集的通信热点区域，如大型广场，大型运动会场馆等，传统移动通信网络因辐射针对场景不同，难以满足高速实时的网络流量需求，场馆天线的出现满足了这些特定场所用户的需求，因为场馆天线提高了特定区域的覆盖强度的同时，还减小了相邻区域间的干扰，提高了通信的质量。

为了消除分区覆盖时邻区干扰的问题，场馆天线现有的技术是采用幅度加权赋形来获得近似矩形的单一主波束赋形天线，这种赋形方式主波束在半功率角外波瓣具有迅速跌落的特点，能有效降低邻区间的干扰。但目前的场馆天线技术设计方案较为复杂，二维天线单元阵列和馈电网络采用分离式设计，辐射单元和垂直功分器以及垂直水平功分器与水平功分器之间均使用线缆连接，存在天线体积大，成本高、重量重、装配难度高等一系列问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、占用空间小的矩形赋形阵列天线。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种矩形赋形阵列天线，包括：

金属反射板；

安装在所述金属反射板上的辐射单元阵列，所述辐射单元阵列包括至少一个N×N单元阵列，所述N×N单元阵列包括N个辐射子阵列，所述辐射子阵列包括N个辐射单元；

安装在所述金属反射板上的馈电网络，所述馈电网络包括至少一个水平功分网络和至少一个垂直功分网络，所述垂直功分网络包括N个垂直功分子网络，所述垂直功分子网络包括第一输入端和N个第一输出端，所述第一输出端与所述辐射单元电连接，所述水平功分网络包括第二输入端和N个第二输出端，所述第二输出端与所述第一输入端电连接；

合路器，所述第二输入端与所述合路器电连接；

其中，所述第一输出端与所述辐射单元通过接插结构连接，N为大于等于3的正整数。

进一步，所述辐射单元为双极化辐射单元，所述双极化辐射单元包括金属材质偶极子和PCB材质偶极子中至少之一。

进一步，所述垂直功分子网络包括上接地面、下接地面、介质基板、金属化通孔以及接地共面波导传输线，所述接地共面波导传输线与所述上接地面位于同一平面，所述金属化通孔沿所述接地共面波导传输线两侧设置，所述上接地面与所述下接地面通过所述金属化通孔电连接，所述介质基板位于所述上接地面和所述下接地面之间。

进一步，所述接地共面波导传输线包括N个威尔金森式功分器。

进一步，所述水平功分网络包括威尔金森式微带传输线或威尔金森式带状线传输线。

进一步，所述第二输出端与所述第一输入端通过接插方式电连接。

进一步，所述辐射子阵列第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，所述第一辐射单元的相位为0°，所述第二辐射单元的相位为180°。

进一步，所述辐射单元在水平方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长，所述辐射单元在垂直方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长。

进一步，所述矩形赋形阵列天线包括第一N×N单元阵列和第二N×N单元阵列，所述第一N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为1710MHz至2690MHz，所述第二N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为3300MHz至3800MHz。

本实用新型的有益效果是：矩形赋形阵列天线包括金属反射板、辐射单元阵列、馈电网络和合路器，其中，辐射单元阵列包括辐射子阵列，辐射子阵列包括辐射单元，馈电网络包括水平功分网络和垂直功分网络，垂直功分网络包括垂直功分子网络，垂直功分子网络的第一输出端与辐射单元通过接插结构连接，从而使得垂直功分网络与辐射单元阵列插接一体化，无需使用线缆连接，一方面结构简单，减小了阵列天线的占用空间、降低了天线的重量、减少了生产成本、降低了装配难度，另一方面提高了阵列天线信号传输的一致性和稳定性。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的整体俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的N×N单元阵列的辐射单元相位分布示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第一N×N单元阵列的辐射单元在金属反射板上的分布示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第一N×N单元阵列的辐射单元与金属反射板、垂直功分子网络的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第二N×N单元阵列的辐射单元在金属反射板上的分布示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第二N×N单元阵列的辐射单元与金属反射板、垂直功分子网络的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的垂直功分子网络的正面的局部结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的垂直功分子网络的背面的局部结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为1710MHz时的二维方向图；

图11为本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为2200MHz时的二维方向图；

图12为本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为2690MHz时的二维方向图；

图13本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为3300MHz时的二维方向图；

图14本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为3500MHz时的二维方向图；

图15本实用新型实施例提供的一种矩形赋形阵列天线的工作频点为3800MHz时的二维方向图。

附图标记：

100、金属反射板；101、隔离边界条；200、垂直功分网络；300、水平功分网络；400、合路器；201A、第一N×N单元阵列的辐射单元；201B、第二N×N单元阵的辐射单元；202、垂直功分子网络；203、垂直功分子网络与辐射单元组成的一体化结构；202A上接地面；202B、下接地面；202C、介质基板，202D、金属化通孔；202E、接地共面波导传输线；D1、第一N×N单元阵列中的辐射单元的间距；D2、第二N×N单元阵列中的辐射单元的间距；K11-K15、辐射单元在水平方向的方位；K21-K25、辐射单元在垂直方向的方位。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种矩形赋形阵列天线，包括：

金属反射板100；

安装在金属反射板100上的辐射单元阵列，辐射单元阵列包括至少一个N×N单元阵列，N×N单元阵列包括N个辐射子阵列，辐射子阵列包括N个辐射单元；

安装在金属反射板100上的馈电网络，馈电网络包括至少一个水平功分网络300和至少一个垂直功分网络200，垂直功分网络200包括N个垂直功分子网络202，垂直功分子网络202包括第一输入端和N个第一输出端，第一输出端与辐射单元电连接，水平功分网络300包括第二输入端和N个第二输出端，第二输出端与第一输入端电连接；

合路器400，第二输入端与合路器400电连接；

其中，第一输出端与辐射单元通过接插结构连接，N为大于等于3的正整数。

具体地，本实用新型实施例的垂直功分子网络202的第一输出端与辐射单元通过接插结构连接，如图5和图7所示，辐射单元与垂直功分子网络形成一体化结构(即中所示203)，从而使得垂直功分网络200与辐射单元阵列插接一体化，无需使用线缆连接，一方面结构简单，减小了阵列天线的占用空间、降低了天线的重量、减少了生产成本、降低了装配难度，另一方面提高了阵列天线信号传输的一致性和稳定性。

进一步作为可选的实施方式，辐射单元为双极化辐射单元，双极化辐射单元包括金属材质偶极子和PCB材质偶极子中至少之一。

参照图8和9，进一步作为可选的实施方式，垂直功分子网络202包括上接地面202A、下接地面202B、介质基板202C、金属化通孔202D以及接地共面波导传输线202E，接地共面波导传输线202E与上接地面202A位于同一平面，金属化通孔202D沿接地共面波导传输线202E两侧设置，上接地面202A与下接地面202B通过金属化通孔202D电连接，介质基板202C位于上接地面202A和下接地面202B之间。

进一步作为可选的实施方式，接地共面波导传输线202E包括N个威尔金森式功分器。

进一步作为可选的实施方式，水平功分网络300包括威尔金森式微带传输线或威尔金森式带状线传输线。

进一步作为可选的实施方式，第二输出端与第一输入端通过接插方式电连接。

参照图3，进一步作为可选的实施方式，辐射子阵列第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，第一辐射单元的相位为0°，第二辐射单元的相位为180°。

进一步作为可选的实施方式，辐射单元在水平方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长，辐射单元在垂直方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长。

参照图1和2，进一步作为可选的实施方式，矩形赋形阵列天线包括第一N×N单元阵列和第二N×N单元阵列，第一N×N单元阵列的辐射单元201A的波段频率为1710MHz至2690MHz，第二N×N单元阵列的辐射单元201B的波段频率为3300MHz至3800MHz，图2中还是示出了隔离边界条101。如图4和6所示分别为第一N×N单元阵列的辐射单元201A和第二N×N单元阵列的辐射单元201B在金属反射板100上的布局示意图。

本实用新型实施例具有以下优点：

1)本实用新型实施例在1710-2690MHz和3300-3800MHz工作频带范围内，水平面和垂直面3dB波束宽度为35°至58°之间，从3dB到20dB功率跌落角小于21°，副瓣电平小于20dB。在确保具有矩形赋形方向图快跌落、低副瓣的优点的同时，本实用新型实施例实现了馈电网络与天线单元模块化和一体小型化设计，其中辐射单元与垂直功分网络200插接形式，具有组装工序方便简单，重量轻和方案成本低的特点；

2)本实用新型实施例的天线频段实现范围宽，工作频段范围为1710MHz～2690MHz；3300MHz～3800MHz，支持2G、3G、4G、5G通信频带，通信容量高；

3)本实用新型实施例的垂直功分网络200与辐射单元插接一体化，垂直网络采用接地共面波导传输线202E，该方案可减小相邻传输线的耦合，幅度相位更加输出更加平坦，有利于方向图在宽频范围的稳定性。同时，水平功分网络300与垂直功分网络200也可以进行插接，实现二者之间的无线缆连接，提高信号传输的一致性和批量稳定性。

以上对本实用新型实施例的结构和优点进行了说明，下面结合具体实施例对本实用新型实施例作进一步解释说明。

如图1所示，本实用新型实施例包括金属反射板100、辐射单元阵列、馈电网络以及合路器400，辐射单元阵列包括两个5×5单元阵列，每个5×5单元阵列包括5个辐射子阵列，每个辐射子阵列包括5个辐射单元，每一个辐射子阵列均沿垂直参考线排列，馈电网络包括两个垂直功分网络200和两个水平功分网络300，合路器400采用射频信号合路器。

1个垂直功分网络200可分为5个垂直功分子网络202，1个垂直功分子网络202包括1个输入端口和5个输出端口，垂直功分子网络2025个输出端口与对应设置的5个辐射单元插接一体化结构，没有射频线缆连接。因此，1个垂直功分子网络202与对应的5个辐射单元组成1个垂直功分与辐射单元一体化结构。

垂直功分网络200可位于金属反射板100正面，也可位于金属反射板100背部，辐射单元可插接在垂直功分子网络202传输线正面或者垂直功分子网络202传输线背面。

两组垂直功分网络200分别对应辐射阵列的正负极化，垂直功分网络200采用接地共面波导和带状线两种传输线，每组垂直功分子网络202分别由上接地面202A、下接地面202B、介质基板202C、金属化通孔202D以及传输线组成,垂直功分子网络202与辐射单元直接插接一体化电性连接。

两组水平功分网络300分别对应辐射阵列的正负极化，每组水平功分器网络分别由一个五路不等分功分器组成，功分器采用威尔金森式带状线传输线，水平功分网络300的输出端与垂直功分子网络202的输入端电连接，水平功分网络300与垂直功分子网络202采取插接方式电性连接，水平网络位于垂直功分子网络202之下，水平功分网络300插接在垂直功分子网络202底部固定，中间无需同轴线缆连接。

辐射单元可为设计为在不同工作频段，本实用新型实施例中，矩形赋形阵列天线包括第一N×N单元阵列和第二N×N单元阵列，第一N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为1710MHz至2690MHz，第二N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为3300MHz至3800MHz。本实用新型实施例支持的第一工作频带范围为：1710MHz～2690MHz，第二工作频率范围为：3300MHz～3800MHz。

第一N×N单元阵列中辐射单元与相邻辐射单元均匀间距统一为D1＝0.4λ～0.7λ，第二N×N单元阵列中辐射单元与相邻辐射单元均匀间距统一为D2＝0.4λ～0.7λ，λ表示工作波长。一个5X5单元阵列的相位分布，如图3所示，其中水平方向K11-K12辐射单元0°相位，K13-K15辐射单元反转180°相位；垂直方向K21-K22辐射单元0°相位，K23-K25辐射单元相反180°相位，反相相位可通过反转辐射单元获得，由此可以得到各个位置的辐射单元的相位如图3所示。

本实用新型实施例在1710MHz～2690MHz；3300MHz～3800MHz工作频带范围内可实现：水平面和垂直面3dB波束宽度为35°至58°之间，从3dB到20dB功率跌落角小于21°，副瓣电平小于20dB，如图10、图11、图12、图13、图14、图15所示分别为本实用新型实施例的工作频点为1710MHz、2200MHz、2690MHz、3300MHz、3500MHz、3800MHz时的二维方向图。

由上可知，本实用新型实施例在确保具有矩形赋形方向图快跌落、低副瓣的同时，提供了一种高容量和天线结构组成简单、体积小、方案成本低的矩形赋形阵列天线。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种矩形赋形阵列天线，其特征在于，包括：

金属反射板；

安装在所述金属反射板上的辐射单元阵列，所述辐射单元阵列包括至少一个N×N单元阵列，所述N×N单元阵列包括N个辐射子阵列，所述辐射子阵列包括N个辐射单元；

安装在所述金属反射板上的馈电网络，所述馈电网络包括至少一个水平功分网络和至少一个垂直功分网络，所述垂直功分网络包括N个垂直功分子网络，所述垂直功分子网络包括第一输入端和N个第一输出端，所述第一输出端与所述辐射单元电连接，所述水平功分网络包括第二输入端和N个第二输出端，所述第二输出端与所述第一输入端电连接；

合路器，所述第二输入端与所述合路器电连接；

其中，所述第一输出端与所述辐射单元通过接插结构连接，N为大于等于3的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述辐射单元为双极化辐射单元，所述双极化辐射单元包括金属材质偶极子和PCB材质偶极子中至少之一。

3.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述垂直功分子网络包括上接地面、下接地面、介质基板、金属化通孔以及接地共面波导传输线，所述接地共面波导传输线与所述上接地面位于同一平面，所述金属化通孔沿所述接地共面波导传输线两侧设置，所述上接地面与所述下接地面通过所述金属化通孔电连接，所述介质基板位于所述上接地面和所述下接地面之间。

4.根据权利要求3所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述接地共面波导传输线包括N个威尔金森式功分器。

5.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述水平功分网络包括威尔金森式微带传输线或威尔金森式带状线传输线。

6.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述第二输出端与所述第一输入端通过接插方式电连接。

7.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述辐射子阵列第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，所述第一辐射单元的相位为0°，所述第二辐射单元的相位为180°。

8.根据权利要求1所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述辐射单元在水平方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长，所述辐射单元在垂直方向的间距为0.4至0.7倍的工作波长。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种矩形赋形阵列天线，其特征在于：所述矩形赋形阵列天线包括第一N×N单元阵列和第二N×N单元阵列，所述第一N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为1710MHz至2690MHz，所述第二N×N单元阵列的辐射单元的波段频率为3300MHz至3800MHz。

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