矩形賦形天線陣列的製作方法

2023-05-29 15:54:37 1

本發明屬於天線和無線通信技術領域，涉及一種方向圖快速跌落的矩形賦形天線陣列，通過陣列布局、幅度加權和相位配置來實現方向圖快速跌落的矩形賦形波束。

背景技術：

賦形天線是指可產生特定波束形狀的天線，目的是提高特定區域範圍內無線信號的強度，同時減小其他區域的幹擾，通常使用陣列天線技術優化設計天線的口面場分布從而得到期望的遠場波束形狀。

在移動通信技術中，通常將一個較大的服務區域劃分為多個小區分別提供移動通信服務，而每個小區都需要配備一臺收發無線信號的天線。但是，普通天線的覆蓋區域一般為圓形，不能滿足小區劃分的要求。因此，就有了對矩形波束賦形天線的要求，同時為了減小相鄰小區之間同頻幹擾，要求矩形波束賦形天線在半功率角外波瓣都能夠迅速跌落。以上特點使賦形天線可以有效消除相鄰復用小區的覆蓋重疊或盲區，使小區邊界儘量清晰。

目前，現有技術一般是採用矩形陣列幅度加權的方法來實現矩形波束賦形，但是在矩形賦形效果、方向圖跌落、副瓣抑制、重量體積等方面還有不足之處。因此優化賦形天線電性能、減少重量體積，對提高移動通信系統頻率復用效率和分布系統容量具有十分重要的意義。

根據現有理論研究背景，對該賦形天線進行優化設計的主要難點在以下三個方面：

1.現有技術中的矩形賦形天線半功率角外波瓣跌落不夠快、副瓣較高，不能有效地消除相鄰復用小區的覆蓋重疊或盲區；

2.現有技術中的矩形賦形天線陣列僅對幅度加權，可調節參數較少，賦形效果不夠明顯；以及

3.現有技術中的矩形賦形天線陣列單元數量較多，不能滿足小型化、低重量的要求。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題以及克服現有技術的難點，本發明提出了一種方向圖快速跌落的矩形賦形天線陣列的設計方案，解決了矩形賦形天線半功率角外波瓣跌落不夠快、副瓣較高的問題，通過陣列布局、幅度加權、相位配置實現了方向圖快速跌落的矩形賦形波束，且陣列天線使用單元較少，可有效滿足小型化、低重量的要求。

本發明提供了一種矩形賦形天線陣列，採用少量賦形天線的陣列單元，通過陣列布局、幅度加權和相位配置來實現方向圖快速跌落的矩形賦形波束，包括：第一圈的4個陣列單元；第二圈的8個陣列單元；以及第三圈的4個陣列單元，其中，三圈陣列單元是共圓心的。

在本發明中，陣列單元為同一種單極化或雙極化的十字交叉振子天線、貼片天線或波導天線。

在陣列單元中，第一圈的4個陣列單元的饋電幅度最大，從內圖向外圈，陣列單元的饋電幅度依次遞減，以及各圈陣列單元的饋電幅度一致。

進一步地，當第一圈的4個陣列單元的饋電幅度為0dB時，所述第二圈的8個陣列單元的饋電幅度為-5dB至-15dB，以及所述第三圈的4個陣列單元的饋電幅度為-8dB至-16dB。

在陣列單元中，所述第一圈的4個陣列單元和所述第二圈的8個陣列單元的饋電相位相同，所述第三圈的4個陣列單元的饋電相位與其他陣列單元的饋電相位相差180°。

第一圈的4個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為0.3λ～0.5λ的圓上均勻分布。其中，λ為工作波長。第二圈的8個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為0.7λ～0.9λ的圓上均勻分布。第三圈的4個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為1.2λ～1.8λ的圓上均勻分布。第二圈的8個陣列單元中有4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的，第三圈的4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的。

因此，與現有技術相比，本發明可以實現以下的有益效果：

1)相對於現有技術的矩形賦形天線，本發明的半功率角外波瓣跌落更快、副瓣更低，可有效地消除相鄰復用小區的覆蓋重疊或盲區；

2)相對於現有技術的矩形賦形天線，本發明通過陣列布局、幅度加權、相位配置的調整，實現了更好的矩形波束賦形效果；

3)相對於現有技術的矩形賦形天線，本發明減少了陣列單元數量，實現了矩形賦形天線的小型化、低重量設計；以及

4)本發明可更好的應用於移動通信等領域，達到節約成本、節省時間目的。

附圖說明

圖1為本發明的矩形賦形天線陣列的布局圖；

圖2為本發明具體實施方式所涉及的矩形賦形天線陣列的幅度加權圖；

圖3為本發明具體實施方式所涉及的矩形賦形天線陣列的幅相位配置圖；

圖4為本發明具體實施方式所涉及的矩形賦形天線陣列的三維方向圖；以及

圖5為本發明具體實施方式所涉及的矩形賦形天線陣列的二維方向圖。

具體實施方式

應了解，本發明包括賦形天線陣列單元的布局、幅度加權和相位配置，所述陣列單元為同一種十字交叉振子天線、貼片天線或波導天線，陣列布局為第一圈的4個陣列單元、第二圈的8個陣列單元、第三圈的4個陣列單元。第一圈陣列單元的饋電幅度最大，從內圈向外圈，陣列單元的饋電幅度依次遞減，以及各圈陣列單元的饋電幅度一致。陣列饋電相位為第一圈的4個陣列單元和所述第二圈的8個陣列單元的饋電相位相同，第三圈的4個陣列單元的饋電相位與其他陣列單元的饋電相位相差180°。

下面結合附圖1-5及具體實施方式對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，在用於移動通信的矩形賦形天線陣列中，陣列單元都為雙極化的十字交叉振子天線，設計工作頻率為2.3GHz～2.7GHz，陣列布局為第一圖的4個陣列單元、第二圈的8個陣列單元、第三圈的4個陣列單元。

如圖1所示，第一圈陣列單元與陣列中心距離為50mm，第二圈陣列單元與陣列中心距離為100mm，第三圈陣列單元與陣列中心距離為150mm。第二圈的8個陣列單元中有4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的，第三圈的4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的。

如圖2和圖3所示，陣列饋電幅度為第一圈陣列單元最大，由內圈至外圈饋電幅度依次遞減，各圈陣列單元饋電幅度一致。相比於第一圈陣列單元(設中心單元饋電幅度為0dB)，第二圈陣列單元饋電幅度為-8dB，第二圈陣列單元饋電幅度為-13dB。陣列饋電相位為第一圖陣列單元以及第二圈陣列單元饋電相位相同，第三圈陣列單元饋電相位與其他陣列單元相差180°。

圖4和圖5為通過計算得到的矩形賦形天線陣列方向圖，其中，圖4為矩形賦形天線陣列的三維方向圖，圖5為矩形賦形天線陣列的二維方向圖。根據以上結果，可看出該天線陣列實現了很好的矩形波束賦形效果，半功率角外波瓣跌落快，且副瓣和背瓣抑制效果好。

可見，本發明的方向圖快速跌落的矩形賦形天線陣列單元為同一種單極化或雙極化的十字交叉振子天線、貼片天線或波導天線，陣列布局為由三圈共圓心陣列單元組成，第一圈的4個陣列單元，第二圈的8個陣列單元，第三圈的4個陣列單元。

該賦形天線陣列第一圈的4個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為0.3λ～0.5 λ的圓上均勻分布。其中，λ為工作波長。第二圈的8個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為0.7λ～0.9λ的圓上均勻分布。第三圈的4個陣列單元布局是在以陣列中心為圓心，半徑為1.2λ～1.8λ的圓上均勻分布。第二圈的8個陣列單元中有4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的，第三圈的4個陣列單元的位置是通過將所述第一圈的4個陣列單元分別沿陣列天線外邊框縱橫二個方向平移而獲得的。

另外，該賦形天線陣列第一圈陣列單元的饋電幅度最大，從內圈向外圈，陣列單元的饋電幅度依次遞減，以及各圈陣列單元的饋電幅度一致。當第一圈的4個陣列單元的饋電幅度為0dB時，所述第二圈的8個陣列單元的饋電幅度為-5dB至-15dB，以及所述第三圈的4個陣列單元的饋電幅度為-8dB至-16dB。在陣列單元中，所述第一圈的4個陣列單元和所述第二圖的8個陣列單元的饋電相位相同，所述第三圈的4個陣列單元的饋電相位與其他陣列單元的饋電相位相差180°。

綜上所述，採用本發明的矩形賦形天線陣列，可有效地消除相鄰復用小區的覆蓋重疊或盲區，實現了更好的矩形波束賦形效果，降低副瓣，減少了陣列單元數量，實現了矩形賦形天線的小型化、低重量設計，從而本發明可更好的應用於移動通信等領域，達到節約成本、節省時間目的。

本發明中未說明部分屬於本領域的公知技術。