一種雙頻兩波束天線陣列及雙頻兩波束天線的製作方法

2023-05-21 00:47:11 1

本發明涉及通信技術領域，具體涉及移動通信領域內的天線。

背景技術：

隨著智慧型手機和平板電腦等移動智能終端的大規模使用，伴隨著Facebook，WhatsApp，Twitter和微信等即時通訊軟體的驚人增長，以及移動視頻等無線業務的快速發展，移動通信的數據流量呈現爆發式的增長,用戶對通信系統的容量提出了越來越高的要求；提升系統容量一個有效的方法是天線採用多波束天線,使用水平面波束分裂的多波束天線，常規單個扇區的覆蓋區域可細分為多個扇區，無線信道容量成倍增加。另一方面，目前為了滿足移動通信中對高速數據傳輸的要求，國內外各大運營商正在大力發展以TD-LTE和FDD-LTE兩種制式為主的第四代(簡稱4G)移動通信技術。使得如今，2G，3G和即將普及的4G LTE網絡並存。為了兼容多種通信制式，節約站址資源，減少天線數目，使多個不同頻段的系統同時存在，需要使用能同時工作在不同頻段的基站天線。

現有專利號為US20110205119A1的美國專利提出了混合使用2×3和2×4的巴特勒矩陣電路形成的雙波束天線，具有20dB的方位角旁瓣抑制性能；中國專利201210207884.9提出方形柵格和三角形柵格交替排列方式，形成具有18dB的方位角旁瓣抑制性能的雙波束天線。但是它們工作帶寬只有25％(1710-2200MHz)，不能同時兼容4G LTE的2300和2600MHz頻段，不能做到超寬頻(1710-2700MHz).而且只是單個頻段，不能同時兼顧兩個頻段。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供一種雙頻兩波束天線陣列及雙頻兩波束天線，以實現超寬頻和同時兼容兩個頻段。

本發明採用如下技術方案，構造雙頻兩波束天線陣列，包括相互嵌套的低頻輻射單元陣列和高頻輻射單元陣列；低頻輻射單元陣列由多個低頻輻射單元子陣列，水平方向相鄰錯開排列組成；高頻輻射單元陣列由多個高頻輻射單元子陣列，水平方向相鄰錯開排列組成；低頻輻射單元子陣列由行數不大於二，且垂直方向和水平方向都採用直線排列的低頻輻射單元組成；高頻輻射單元子陣列由行數不大於三，且垂直方向和水平方向都採用直線排列的高頻輻射單元組成。

優選的，相鄰低頻輻射單元子陣列錯開排列的錯開間距為0.4～0.7倍的低頻輻射單元之間的列間距；相鄰高頻輻射單元子陣列之間的相鄰行錯開排列的錯開間距為0.4～0.7倍的高頻輻射單元之間的列間距。

優選的，所述低頻輻射單元之間的列間距為二分之一的低頻中心波長；所述高頻輻射單元之間的列間距為二分之一的高頻中心波長。

優選的，所述低頻輻射單元陣列之間的行間距相等。

優選的，位於相鄰兩行低頻輻射單元之間的多行高頻輻射單元的行間距相等，為第一間距；分別位於同一行低頻輻射單元兩側的相鄰高頻輻射單元的行間距為第二間距；第一間距和第二間距之和等於低頻輻射單元之間的行間距。

優選的，所述第二間距大於第一間距。

優選的，所述低頻輻射單元陣列的行數和為M，所述高頻輻射單元陣列的行數和不大於2M；所述低頻輻射單元陣列每行單元數和所述高頻輻射單元陣列每行單元數均不小於3。

優選的，包括高頻移相器，與高頻移相器輸出端連接的高頻波束成形網絡，以及如權利要求1至7任一所述的寬頻雙頻兩波束天線陣列，所述寬頻雙頻兩波束天線陣列與高頻波束成形網絡連接；

還包括低頻移相器，與低頻移相器輸出端連接的低頻波束成形網絡，以及如權利要求1至7任一所述的寬頻雙頻兩波束天線陣列，所述寬頻雙頻兩波束天線陣列與低頻波束成形網絡連接。

優選的，所述低頻波束成形網絡採用相位補償電路和2×3巴特勒矩陣形成，所述高頻波束成形網絡採用相位補償電路和2×4巴特勒矩陣形成；巴特勒矩陣的輸入端與相位補償電路相連。

本發明的有益技術效果是：本發明的雙頻兩波束天線陣列由低頻輻射單元陣列和高頻輻射單元陣列彼此嵌套且陣列之間水平錯開排列構成，不僅可以實現超寬頻，而且同時支持低頻頻段和高頻頻段，且能得到具有良好的水平旁瓣抑制的方向圖。採用本發明的雙頻兩波束天線經測試得水平方向：低頻水平旁瓣抑制在16dB以上，高頻水平旁瓣抑制在20dB以上。該天線能夠在超寬頻範圍內提供較低的水平面副瓣電平，有效降低了對相鄰小區的幹擾，同時一幅天線可以同時支持兩種頻段(694-960MHz/1695-2690MHz),使多個不同頻段的系統同時存在,兼容多種通信制式，在不增加天線站址和天面資源的條件下實現相鄰小區的頻率復用，提高網絡容量，節約站址資源，減少天線數目。

附圖說明

圖1a實施例一中的低頻波束成形網絡結構圖；

圖1b實施例一中的高頻波束成形網絡結構圖；

圖2a實施例一中的低頻波束饋電網絡圖；

圖2b實施例一中的高頻波束饋電網絡圖；

圖3實施例一中的雙頻兩波束天線陣列排布圖；

圖4a實施例一中的雙頻兩波束天線低頻段水平方向方向圖；

圖4b實施例一中的雙頻兩波束天線高頻段水平方向方向圖；

圖5實施例二中的雙頻兩波束天線陣列排布圖；

圖6實施例三中的雙頻兩波束天線陣列排布圖；

圖7實施例四中的雙頻兩波束天線陣列排布圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例中的雙頻兩波束天線工作在低頻(694-960MHz)和高頻(1695-2690MHz)兩個寬頻段。

每個波束包括移相器，波束成形網絡以及與該網絡連接的天線陣列。移相器用於垂直方向的波束賦形，波束成形網絡用於方位角方向的波束賦形。

低頻波束成形網絡採用相位補償電路和2×3巴特勒(Butler)矩陣形成，高頻波束成形網絡採用相位補償電路和2×4巴特勒(Butler)矩陣形成。巴特勒矩陣的輸入端與相位補償電路相連，低頻波束成形網絡和高頻波束成形網絡的具體組成圖見圖1a,1b。

波束成形網絡的各輸出端將與同行振子相連，波束成形網絡的輸入端與移相器相連。低頻波束饋電網絡圖見圖2a，高頻波束饋電網絡圖見圖2b。天線陣列主要採用不同行的輻射單元在水平方向按照一定規律偏移，並在饋電網絡裡對偏移的輻射單元添加一定的相位補償來抑制旁瓣，這種排列等效地增加了陣列水平面的振子數目，有效地增大了天線水平面的有效口徑，從而提高了陣列水平面的旁瓣抑制。

如圖3，本實施例中的雙頻兩波束天線陣列，包括相互嵌套的低頻輻射單元陣列和高頻輻射單元陣列；低頻輻射單元陣列由6個低頻輻射單元子陣列1組成，且相鄰低頻輻射單元子陣列水平方向錯開排列；高頻輻射單元陣列由12個高頻輻射單元子陣列2組成，且相鄰高頻輻射單元子陣列水平方向錯開排列；每個低頻輻射單元子陣列1隻有一行低頻單元；每個高頻輻射單元子陣列2隻有一行高頻單元。

低頻輻射單元子陣列1每行的單元數不小於3，每行低頻輻射單元之間的列間距L11相等，列間距L11為二分之一低頻中心波長；相鄰行低頻輻射單元之間的行間距L12相等，且相鄰行低頻輻射單元錯開排列，錯開間距L13為0.4～0.7倍列間距L11。

高頻輻射單元子陣列2嵌入低頻輻射單元子陣列1中。每行高頻輻射單元的單元數不小於3。每行高頻輻射單元之間的列間距L21相等，列間距為二分之一高頻中心波長。相鄰行高頻輻射單元錯開排列，錯開間距約為L23為0.4～0.7倍列間距L21。相鄰行高頻輻射單元的行間距有兩種：

1、位於相鄰兩行低頻輻射單元之間的兩行高頻輻射單元的行間距為第一間距d1；

2、分別位於同一行低頻輻射單元兩側的相鄰高頻輻射單元的行間距為第二間距d2。

第二間距d2大於第一間距d1，使低頻輻射單元子和高頻輻射單元之間的行距離儘可能拉開，以減少低頻輻射單元對高頻輻射單元的遮擋。第一間距d1和第二間距d2之和等於低頻輻射單元之間的行間距L12，具體排布見圖3。

該實施例中的的雙頻兩波束天線，經測試得水平方向圖如圖4a,4b所示：低頻水平旁瓣抑制在16dB以上，高頻水平旁瓣抑制在20dB以上。該天線能夠在超寬頻範圍內提供較低的水平面副瓣電平，有效降低了對相鄰小區的幹擾，同時一幅天線可以同時支持兩種頻段(694-960MHz/1695-2690MHz),使多個不同頻段的系統同時存在,兼容多種通信制式，在不增加天線站址和天面資源的條件下實現相鄰小區的頻率復用，提高網絡容量，節約站址資源，減少天線數目。

實施例二：

本實施例中的雙頻兩波束天線陣列低頻輻射單元子陣列1的排布和實施例一中的相同；高頻輻射單元陣列由六個高頻輻射單元子陣列2組成，每個高頻輻射單元子陣列2由兩行高頻輻射單元，兩行高頻輻射單元水平方向無偏移排列，具體見圖5。同行高頻輻射單元的列間距與實施例一中的相同，相鄰兩行高頻輻射單元錯開的間距與實施例一中的相同，第一間距和第二間距也滿足實施例一中的關係。

實施例三：

本實施例中的雙頻兩波束天線陣列低頻輻射單元子陣列1的排布和實施例一中的相同，高頻輻射單元陣列由四個高頻輻射單元子陣列2組成，每個高頻輻射單元子陣列2由三行高頻輻射單元，三行高頻輻射單元水平方向無偏移排列，具體見圖6。同行高頻輻射單元的列間距與實施例一中的相同，相鄰三行高頻輻射單元錯開的間距與實施例一中的相同，第一間距和第二間距也滿足實施例一中的關係。

實施例四：

本實施例中的雙頻兩波束天線陣列低頻輻射單元子陣列1的排布和實施例一中的相同，高頻輻射單元陣列由七個高頻輻射單元子陣列2組成，第一個和最後一個高頻輻射單元子陣列2各由一行高頻輻射單元組成，中間高頻輻射單元子陣列2各由兩行高頻輻射單元組成，兩行高頻輻射單元水平方向無偏移排列，具體見圖7。同行高頻輻射單元的列間距與實施例一中的相同，相鄰高頻輻射單元子陣列錯開的間距與實施例一中的相同，第一間距和第二間距也滿足實施例一中的關係。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。