一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線的製作方法
2023-05-20 02:33:26
專利名稱：一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，特別涉及一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線。
背景技術：
隨著移動通信技術的迅速發展和移動通信業務量的急劇增加，移動通信網絡的覆蓋區域在不斷的擴大和完善，作為移動通信系統關鍵部件之一的基站天線相應地隨著移動通信網絡的建設而變得越來越重要。傳統的基站天線是通過在覆蓋區域產生一個固定的寬波束來進行通信，這樣由於容易產生幹擾而使通信容量降低。
發明內容
有鑑於此，有必要針對上述問題，提供一種抗幹擾效果好的用於移動通信基站的雙極化五波束天線。一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於包括金屬地板、至少6 列相互平行的直線天線陣、至少6個第一功分器、至少6個第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網絡、第二巴特勒矩陣饋電網絡，第一功分器的數量與直線天線陣的列數相等，第二功分器的數量與直線天線陣的列數相等，直線天線陣設置在金屬地板的上表面，第一功分器和第二功分器設置在金屬地板的下表面；
每列直線天線陣由至少2個相同的天線輻射單元組成，每個天線輻射單元由1個+45 度極化方式的天線單元和1個-45度極化方式的天線單元組成，且+45度極化方式的天線單元和-45度極化方式的天線單元垂直交叉組合在一起；
第一巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠與信號輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網絡的各輸出埠分別與各第一功分器的功率合成埠電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠與信號輸入電纜連接，第二巴特勒矩陣饋電網絡的各輸出埠分別與各第二功分器的功率合成埠電性連接；
每個第一功分器的功率分配埠的數量與每列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元的個數相等，每個第二功分器的功率分配埠的數量與每列直線天線陣中的-45度極化方式的天線單元的個數相等；
每個第一功分器的各功率分配埠分別與同一列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元電性連接；每個第二功分器的各功率分配埠分別與同一列直線天線陣中的-45 度極化方式的天線單元電性連接。第一功分器和第二功分器的結構相同，每個功分器的各功率分配埠的分配功率幅度是相同的，每個功分器的各相鄰功率分配埠的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個相同的傾角。所述傾角為上傾角或下傾角，上傾角的取值範圍為0度到40度，下傾角的取值範圍為0度到40度。相鄰兩列直線天線陣的距離為0. 3 λ -1. 5 λ，每列直線天線陣中相鄰天線輻射單元的距離為0. 3λ-1. 5入。各直線天線陣相互平行，且所有直線天線陣的兩端相互對齊。各直線天線陣相互平行，且所有奇數列的兩端相互對齊，所有偶數列的兩端相互對齊。第一巴特勒矩陣饋電網絡和第二巴特勒矩陣饋電網絡的結構是相同的，當直線天線陣的列數等於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣組成，六路巴特勒矩陣的各輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸入埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸入埠，六路巴特勒矩陣的各輸出埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸出埠。第一巴特勒矩陣饋電網絡和第二巴特勒矩陣饋電網絡的結構是相同的，當直線天線陣的列數大於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣和1個功分器網絡組成，六路巴特勒矩陣的各輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸出埠連接功分器網絡的輸入埠，功分器網絡的輸出埠的數量與直線天線陣的列數相等，六路巴特勒矩陣的各輸入埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸入埠，功分器網絡的各輸出埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸出埠。本發明的天線結構能在水平方向上形成5個固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個固定指向的雙極化波束，水平方向的5個波束之間的幹擾小。根據本發明的技術方案製成的五波束天線，性能穩定，信號容量大，易於安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。
圖1為本發明總體結構的側視圖。圖2為本發明總體結構的俯視圖。圖3為直線天線陣的平面排列示意圖。圖4為天線輻射單元的示意圖。圖5為第一功分器的示意圖。圖6為第二功分器的示意圖。圖7和圖8為巴特勒矩陣饋電網絡的示意圖。圖9為六路巴特勒矩陣的結構示意圖。圖10為三路巴特勒矩陣的結構示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1和圖2，本發明用於移動通信基站的雙極化五波束天線包括至少6列相互平行的直線天線陣104 (圖1中是以10列為例進行說明)、金屬地板103、至少6個第一功分器105 (圖2中是以10個為例進行說明)、至少6個第二功分器106 (圖2中是以10個為例進行說明)、第一巴特勒矩陣饋電網絡107、第二巴特勒矩陣饋電網絡108，第一功分器 105的數量與直線天線陣104的列數相等，第二功分器106的數量與直線天線陣104的列數相等，直線天線陣104設置在金屬地板103的上表面，第一功分器105和第二功分器106設置在金屬地板103的下表面。請參閱圖3，相鄰兩列直線天線陣104的距離為0. 3λ-1. 5λ。每列直線天線陣 104由至少2個(圖3中是以6個為例進行說明)相同的天線輻射單元203組成，且每列中相鄰天線輻射單元203的距離為0.3λ-1.5λ。其中，λ表示天線工作頻段的中心頻率在空氣中對應的波長。各直線天線陣104的排列方式有
1、各直線天線陣相互平行，且所有直線天線陣的兩端相互對齊。2、各直線天線陣相互平行，且所有奇數列的兩端相互對齊，所有偶數列的兩端相互對齊。請參閱圖4，每個天線輻射單元203由1個+45度極化方式的天線單元202和1 個-45度極化方式的天線單元201組成，且+45度極化方式的天線單元202和-45度極化方式的天線單元201垂直交叉組合在一起。請參閱圖5和圖6，每個第一功分器105具有1個功率合成埠 402和若干個功率分配埠 403，每個第一功分器105的功率分配埠 403的數量與每列直線天線陣104中的+45度極化方式的天線單元的個數相等(圖5中採用的是一分六功分器)；每個第二功分器106具有1個功率合成埠 404和若干個功率分配埠 405，每個第二功分器106的功率分配埠 404的數量與每列直線天線陣104中的-45度極化方式的天線單元的個數相等 (圖6中採用的是一分六功分器)。每個第一功分器105的各功率分配埠 403和第二功分器106的各功率分配埠 405的分配功率幅度和相位可以根據實際需求來確定。在本實施例中，第一功分器105和第二功分器106的結構相同。具體地，每個功分器的各功率分配埠的分配功率幅度是相同的，每個功分器的各相鄰功率分配埠的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個相同的傾角。所述傾角為上傾角或下傾角；上傾角的取值範圍為0度到40度，下傾角的取值範圍為0度到40度。在本實施例中，取下傾角6度。第一巴特勒矩陣饋電網絡107和第二巴特勒矩陣饋電網絡108的結構是相同的。 當直線天線陣的列數等於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣602組成， 如圖7所示。六路巴特勒矩陣602的各輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣602的各輸入埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸入埠，六路巴特勒矩陣602的各輸出埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸出埠。當直線天線陣的列數大於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣 602和1個功分器網絡601組成，如圖8所示。六路巴特勒矩陣602的輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣602的輸出埠連接功分器網絡601的輸入埠，功分器網絡601的輸出埠的數量與直線天線陣104的列數相同。圖9是六路巴特勒矩陣602的具體電路結構。圖9中，701表示混合器，702表示移相器，703表示三路巴特勒矩陣。圖10是三路巴特勒矩陣703的具體電路結構。三路巴特勒矩陣703由第一混合器801、第二混合器802、第三混合器803、第一移相器804、第二移相器805、第三移相器806 組成。每個混合器包括第一輸入埠、第二輸入埠、第一輸出埠、第二輸出埠，每個移相器包括一個輸入埠和一個輸出埠。第一混合器801的兩個輸入埠、第二混合器802的第二輸入埠分別作為三路巴特勒矩陣的輸入埠。第一混合器801的第一輸出埠通過第一移相器804與第三混合器803的第一輸入埠連接，第一混合器801的第二輸出埠與第二混合器802的第一輸入埠連接，第二混合器802的第一輸出埠與第三混合器803的第二輸入埠連接；
第二移相器805的輸入埠與第三混合器803的第一輸出埠連接，第三移相器806 的輸入埠與第二混合器802的第二輸出埠連接。第二移相器805的輸出埠、第三混合器803的第二輸出埠、第三移相器806的輸出埠分別作為三路巴特勒矩陣602的輸出埠。綜上，本發明的整體電性連接關係如下
第一巴特勒矩陣饋電網絡107和第二巴特勒矩陣饋電網絡108的各輸入埠與信號輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網絡107的各輸出埠分別與各第一功分器105的功率合成埠 402電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網絡108的各輸出埠分別與各第二功分器 106的功率合成埠 404電性連接。每個第一功分器105的各功率分配埠 403分別與同一列直線天線陣104中的+45度極化方式的天線單元202電性連接；每個第二功分器106 的各功率分配埠 405分別與同一列直線天線陣104中的-45度極化方式的天線單元201 電性連接。巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠饋電時，輸出埠的信號相位呈不同的線性變化。因此，巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠饋電時，天線水平方向的輻射波束指向不同， 其中輸入埠 1產生水平0度指向的波束，輸入埠 2產生水平+70度指向的波束，輸入埠 3產生水平+20度指向的波束，輸入埠 4產生水平-40度指向的波束，輸入埠 5產生水平-20度指向的波束，輸入埠 6產生水平+40度指向的波束。在本實施例中，輸入埠 2連接50歐姆負載，即一個巴特勒矩陣饋電網絡能產生5個水平方向不同指向的波束。當第一巴特勒矩陣饋電網絡107的5個埠同時饋電時，天線產生水平指向0度、 士20度、士40度，且在垂直方向下傾6度的5個+45度極化波束；當第二巴特勒矩陣饋電網絡108的5個埠同時饋電時，天線產生水平指向0度、士20度、士40度，且在垂直方向下傾6度的5個-45度極化波束。因此，當這兩個巴特勒矩陣饋電網絡的10個埠同時饋電時，天線能產生5個水平方向圖指向0度、士20度、士40度且垂直方向圖具有6度下傾的士 45度雙極化的5個波束。本發明的天線結構能在水平方向上形成5個固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個固定指向的雙極化波束，水平方向的5個波束之間的幹擾小。根據本發明的技術方案製成的五波束天線，性能穩定，信號容量大，易於安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。以上所述為本發明的優選實施例而已，本發明的實施和要求保護的範圍並不局限於上述實施例的範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍之內。特別需要強調的是本發明的波束的指向和波束寬度可以根據不同的需求做出調整，通過調整本方案中直線天線陣的列數、相鄰兩列直線天線陣之間的距離、每列直線天線陣的輻射單元個數、相鄰輻射單元之間的距離、功分器功率分配埠的分配功率幅度和相位，從而調節波束指向和寬度的改動亦在本發明保護範圍之內。另外， 通過調整饋電埠的數量而改變水平波束的數量的改動也在本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於包括金屬地板、至少6列相互平行的直線天線陣、至少6個第一功分器、至少6個第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網絡、第二巴特勒矩陣饋電網絡，第一功分器的數量與直線天線陣的列數相等，第二功分器的數量與直線天線陣的列數相等，直線天線陣設置在金屬地板的上表面，第一功分器和第二功分器設置在金屬地板的下表面；每列直線天線陣由至少2個相同的天線輻射單元組成，每個天線輻射單元由1個+45 度極化方式的天線單元和1個-45度極化方式的天線單元組成，且+45度極化方式的天線單元和-45度極化方式的天線單元垂直交叉組合在一起；第一巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠與信號輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網絡的各輸出埠分別與各第一功分器的功率合成埠電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網絡的各輸入埠與信號輸入電纜連接，第二巴特勒矩陣饋電網絡的各輸出埠分別與各第二功分器的功率合成埠電性連接；每個第一功分器的功率分配埠的數量與每列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元的個數相等，每個第二功分器的功率分配埠的數量與每列直線天線陣中的-45度極化方式的天線單元的個數相等；每個第一功分器的各功率分配埠分別與同一列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元電性連接；每個第二功分器的各功率分配埠分別與同一列直線天線陣中的-45 度極化方式的天線單元電性連接。
2.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於第一功分器和第二功分器的結構相同，每個功分器的各功率分配埠的分配功率幅度是相同的，每個功分器的各相鄰功率分配埠的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個相同的傾角。
3.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於所述傾角為上傾角或下傾角，上傾角的取值範圍為0度到40度，下傾角的取值範圍為0度到40度。
4.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於相鄰兩列直線天線陣的距離為0. 3 λ -1. 5 λ，每列直線天線陣中相鄰天線輻射單元的距離為 0. 3λ-1· 5入。
5.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於各直線天線陣相互平行，且所有直線天線陣的兩端相互對齊。
6.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於各直線天線陣相互平行，且所有奇數列的兩端相互對齊，所有偶數列的兩端相互對齊。
7.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於第一巴特勒矩陣饋電網絡和第二巴特勒矩陣饋電網絡的結構是相同的，當直線天線陣的列數等於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣組成，六路巴特勒矩陣的各輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸入埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸入埠，六路巴特勒矩陣的各輸出埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸出埠。
8.根據權利要求1所述的用於移動通信基站的雙極化五波束天線，其特徵在於第一巴特勒矩陣饋電網絡和第二巴特勒矩陣饋電網絡的結構是相同的，當直線天線陣的列數大於6時，每個巴特勒矩陣饋電網絡由1個六路巴特勒矩陣和1個功分器網絡組成，六路巴特勒矩陣的各輸入埠之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸出埠連接功分器網絡的輸入埠，功分器網絡的輸出埠的數量與直線天線陣的列數相等，六路巴特勒矩陣的各輸入埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸入埠，功分器網絡的各輸出埠作為巴特勒矩陣饋電網絡的輸出埠。
全文摘要
本發明涉及一種用於移動通信基站的雙極化五波束天線，包括金屬地板、至少6列相互平行的直線天線陣、至少6個第一功分器、至少6個第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網絡、第二巴特勒矩陣饋電網絡。其中，每列直線天線陣由至少2個相同的天線輻射單元組成。本發明的天線結構能在水平方向上形成5個固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個固定指向的雙極化波束，水平方向的5個波束之間的幹擾小。根據本發明的技術方案製成的五波束天線，性能穩定，信號容量大，易於安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。
文檔編號H01Q21/24GK102570057SQ20121008101
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月26日 優先權日2011年11月9日
發明者葉亮華, 吳壁群 申請人:廣東博緯通信科技有限公司