一種lte頻段多天線陣列增益補償方法
2023-07-28 02:11:31
一種lte頻段多天線陣列增益補償方法
【專利摘要】本發明為一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，主要針對LTE頻段多天線增益提升提供一種解決方案。本發明在不改變LTE多天線陣列原有結構（反射板、饋電網絡、陣列數量、振子數量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例）前提下，根據不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數量的引相器，多天線陣列，每一列包含1-n個引向器，引向器的位置位于振子正上方，距離振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。多天線陣列的引向器，為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2；以此來提高陣列天線的增益。
【專利說明】一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，此方法可以被廣泛應用於移動通信基站天線這一領域。
【背景技術】
[0002]天線增益是用來衡量天線朝某一特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋範圍，或者在確定範圍內增大接收信號電平的富餘量。表徵天線增益的參數有dBd和dBi，dBi是相對於點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對於對稱振子天線的增益，dBi = dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。
[0003]一般來說，提高基站天線增益的方法有:
(I)保持基站天線水平面波瓣寬度不變的同時，通過減小垂直面輻射的波瓣寬度來提高天線增益。具體有，按照確定的陣列間距，增加參與輻射的對稱振子數量來提高增益。如將兩個半波對稱振子增加為4個，乃至8個。對支持1710-2690MHZ頻段的基站天線，4個半波對稱振子排成一個垂直放置的直線陣時，一側再加有一個反射板就構成四元式直線陣，也就是最常規的板狀天線，其增益約14 一 17dBi，其長度在1.2m左右。同樣的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益16 — 19dBi，其長度也要增加許多，為常規板狀天線的I倍，達2.4m左右；或者，保持天線陣列的振子數目不變，在不出現柵瓣的前提下，儘可能的增大振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益；或者，保持天線尺寸不變，增加振子數量的同時，適當減小振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益。
[0004](2)通過增加反射板的辦法提高天線增益，平面反射板放在振子的一邊就構成扇形區域的覆蓋天線。反射板的作用既能把功率反射到單側方向.也能提高天線的增益。為了進一步改進性能，提高天線增益，反射板還可以做成拋物反射面，使天線的輻射像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內，從而獲得更高的增益。
[0005](3)設計高性能的對稱振子，通過提高單個振子的增益，來提高天線陣列的增益。
[0006]對於(I)方式，若按照確定的陣列間距，通過增加參與輻射的對稱振子數量來提高增益，天線的尺寸會顯著增加；若是保持天線陣列的振子數目不變，通過增大振子與振子之間的距離來提高增益，則增益提高的效果不理想，而且還會出現柵瓣；若是保持天線尺寸不變，增加振子數量的同時，適當減小振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益，則天線的隔離度指標可能會惡化，同時由于振子數量增加，原有的饋電網絡方案就必須重新設計。
[0007]對於(2 )方式，在天線的振子數量確定，水平面波瓣寬度確定後，為保證前後比、交叉極化比以及隔離度、駐波比等指標達到設計目標值，反射板的形狀已基本穩定在某一特定形狀，對增益的貢獻已無法進一步提升，即使設計多層反射板，也僅僅只能對天線的前後t匕、水平面波瓣寬度作小幅度的優化調整。
[0008]對於(3)方式，目前已有很多設計，單個振子帶寬可以做到支持698-960MHZ，或者帶寬可以做到支持1710-2690MHZ，但以該振子做基本輻射單元組成天線陣列後，仍然會面臨某一頻段內增益波度大，尤其是到高頻的LTE頻段，會在部分頻點出現增益偏低的情況。
【發明內容】
[0009]本發明的目的就在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法。
[0010]本發明的目的是這樣實現的:
本發明提供一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，主要針對LTE頻段多天線陣列增益提升提供一種解決方案。
[0011]本發明所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，具體的說，就是在不改變LTE多天線陣列原有結構(反射板、饋電網絡、陣列數量、振子數量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例)前提下，根據不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數量的引相器，以此來提高陣列天線的增益。
[0012]本發明所述的LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690MHZ工作頻段，包括一個以上反射板，每個反射板上安裝一列天線輻射振子(對基站天線而言，一般為半波長的對稱振子)，振子通過設於反射板背部的饋電網絡實現相互之間的電連接。安裝於反射板背面的饋電網絡，其作用是對每個振子進行饋電，並提供特定的功率和相位信息激勵。
[0013]本發明的特徵在於:根據不同天線輻射振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置分別引入引相器，以此提高陣列天線的增益。
[0014]而且，所述多天線陣列的列數為1-4列，每一列的振子數量為5-12個，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點對應的電磁波波長；一列中相鄰振子的間距為d，取值範圍是O < d < λ。
[0015]多天線陣列任意一列振子的功率分配相同，具體比例為Ρ1:Ρ2:...:Pn72-!IPn72IPn^1:...: Pn-!: Pn,並且，P1〈 P2〈 P3〈...〈 Pn/2-l ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
[0016]所述多天線陣列，每一列包含1-η個引向器，η為振子數量。
[0017]所述多天線陣列，引向器的位置位於天線輻射振子正上方，距離振子h，0.08 λ 彡 h 彡 0.35 λ。
[0018]所述引向器為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2。
[0019]本發明的工作機理:引向器略短於二分之一波長，主振子等於二分之一波長，兩者間距四分之一波長。此時，引向器對感應信號呈「容性」，電流超前電壓90° ;引向器感應的電磁波會向主振子輻射，輻射信號經過四分之一波長的路程使其滯後於從空中直接到達主振子的信號90°，恰好抵消了前面引起的「超前」，兩者相位相同，於是信號迭加，得到加強。對於多天線陣列而言，天線陣列增益的高低取決於陣列的輻射效率，而陣列的輻射效率取決於單個振子的輻射效率，引向器提高了陣列中單個振子的輻射效率，從而可以提高多天線陣列的增益。
[0020]本發明具有下列優點和積極效果:
①一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，提高陣列天線增益的同時，天線的整體尺寸不會發生改變。
[0021]②根據振子在陣列中功率分配比例的不同，來確定引向器具體的安裝位置，提高天線陣列增益的同時，不會對天線陣列的其它電性能指標造成破壞，尤其是對於其他輻射指標良好，而增益有待提高的多天線陣列。
[0022]③適用於2G、3G以及LTE(Long Term Evolut1n,長期演進)的兩通道雙極化天線、四通道雙極化天線、八通道雙極化天線以及其他多通道MIMO (Multiple Input MultipleOutput,多輸入多輸出)多天線。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的總體結構示意圖；
圖2是本發明的應用方案一；其中，圖(a)是應用方案一未加載引向器前俯視圖；圖(b)是應用方案一加載引向器後俯視圖；
圖3是本發明的應用方案二 ；其中，圖(C)是應用方案二未加載引向器前俯視圖；圖Cd)是應用方案二加載弓I向器後俯視圖。
[0024]圖中:
Port I—天線輸入或輸出埠 I ;
Port2—天線輸入或輸出埠 2 ；
Port3—天線輸入或輸出埠 3 ；
Port4—天線輸入或輸出埠 4 ；
I 一天線輻射振子；
2—一列中相鄰振子的間距d ；
3一天線反射板；
4一相鄰列之間的間距λ/2;
5一引向器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例詳細說明:
一、總體結構
如I圖所示，本發明的總體結構示意圖。
[0026]本發明所述的LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690ΜΗΖ工作頻段，包括一個以上反射板，每個反射板上安裝一列天線輻射振子(對基站天線而言，一般為半波長的對稱振子)，振子通過設於反射板背部的饋電網絡實現相互之間的電連接。
[0027]安裝於反射板背面的饋電網絡，其作用是對每個振子進行饋電，並提供特定的功率和相位信息激勵。
[0028]而且，多天線陣列的列數為1-4列，每一列的振子數量為5-12個，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點對應的電磁波波長；一列中相鄰振子的間距為d，取值範圍是O < d < λ。
[0029]多天線陣列任意一列振子的功率分配相同，具體比例為Ρ1:Ρ2:...: Pn72-! IPn72IPn^1:...: Pn-!: Pn,並且，P1〈 P2〈 P3〈...〈 Pn/2-l ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
[0030]多天線陣列，每一列包含1-η個引向器(η為振子數量)。
[0031]多天線陣列，引向器的位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ。
[0032]多天線陣列，引向器為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2。
[0033]本發明所述的一種LTE頻段多天線增益補償方法，具體的說，就是在不改變LTE多天線陣列原有結構(反射板、饋電網絡、陣列數量、振子數量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例)前提下，根據不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數量的引相器，以此來提高陣列天線的增益。
[0034]實施例1如2圖所不,是本發明應用方案一。
[0035]對於圖(a)，是支持1710-2690ΜΗΖ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構成,包含port 1、port2、port3、port4四個天線輸入或輸出埠，兩列天線均由6個輻射振子I構成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個反射板3及安裝於反射板背後的饋電網絡。振子自上而下排列，分別對應第一列1-1號、1-2號、1-3號、1-4號、1-5號、1-6號振子，第二列2_1號、2-2號、2-3號、2-4號、2-5號、2-6號振子,任意一列振子的功率分配相同,具體比例為P1 = P2 = P3 = P4 = P5 = P6,並且，P1 < P2 P5 > P6。
[0036]加引向器後，天線陣列就轉變為圖(b)。支持1710-2690MHZ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構成，包含portl、port2、port3、port4四個天線輸入或輸出埠，兩列天線均由6個輻射振子I構成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個反射板3及安裝於反射板背後的饋電網絡。振子自上而下排列，分別對應第一列1-1號、1-2號、1-3號、1-4號、1-5號、1_6號振子,第二列2_1號、2-2號、2-3號、2-4號、2-5號、2_6號振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1:P2:P3:P4:P5:P6，並且，P1 < P2 P5 > P60
[0037]引向器為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2，位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ，本實施例中，引向器加載的數量為8個，分別位於第一列的1-1號振子、1-2號振子、1-5號振子、1-6號振子正上方,第二列的2-1號振子、2-2號振子、2_5號振子、2-6號振子正上方。
[0038]根據振子在陣列中功率分配比例的不同，在功率分配較小的振子正上方引入引向器，提高天線陣列增益的同時，不會對天線陣列的其它電性能指標造成破壞，可實現對多天線陣列增益的小幅提升。
[0039]實施例2
如3圖所示，是本發明的應用方案二。
[0040]對於圖(C)，是支持1710-2690ΜΗΖ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構成,包含portl、port2、port3、port4四個天線輸入或輸出埠，兩列天線均由6個輻射振子I構成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個反射板3及安裝於反射板背後的饋電網絡。振子自上而下排列，分別對應第一列1-1號、1-2號、1-3號、1-4號、1-5號、1-6號振子，第二列2_1號、2-2號、2-3號、2-4號、2-5號、2-6號振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1: P2: P3: P4: P5: P6,並且，P1 < P2 P5 > P6。
[0041]加引向器後，天線陣列就轉變為圖(d)。支持1710-2690MHZ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構成，包含portl、port2、port3、port4四個天線輸入或輸出埠，兩列天線均由6個輻射振子I構成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個反射板3及安裝於反射板背後的饋電網絡。振子自上而下排列，分別對應第一列1-1號、1-2號、1-3號、1-4號、1-5號、1_6號振子,第二列2_1號、2-2號、2-3號、2-4號、2-5號、2_6號振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1:P2:P3:P4:P5:P6，並且，P1 < P2 P5 > P60
[0042]引向器為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2，位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ，本實施例中，引向器加載的數量為8個，分別位於第一列的1-2號振子、1-3號振子、1-4號振子、1-5號振子正上方，第二列的2-2號振子、2-3號振子、2_4號振子、2-5號振子正上方。
[0043]根據振子在陣列中功率分配比例的不同，在功率分配較大的振子正上方引入引向器，可實現對多天線陣列增益的大幅提升；在功率分配較小的振子正上方引入引向器，可提升陣列天線增益0.3-0.SdBi ;在功率分配較大的振子正上方引入引向器，可提升陣列天線增益 0.8-1.5dBi ο
【權利要求】
1.一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，所述LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690MHZ工作頻段，包括一個以上反射板，每個反射板上安裝一列天線輻射振子，振子通過設於反射板背部的饋電網絡實現相互之間的電連接；其特徵在於:根據不同天線輻射振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置分別引入引相器，以此提高陣列天線的增益。
2.如權利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，其特徵在於:所述多天線陣列的列數為1-4列，每一列的振子數量為5-12個，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點對應的電磁波波長；一列中相鄰振子的間距為山取值範圍是O < d < λ。
3.如權利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，其特徵在於:任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1: P2:...: Pn/2-1 ^ Pn/2: Ρη/2+1:...: Pn-1: Pn? 並且，P1 < P2〈P3〈...〈 PnZ2-1 ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
4.如權利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，其特徵在於:所述多天線陣列每一列包含1-η個引向器，η為振子數量。
5.如權利要求1-4所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，其特徵在於:所述多天線陣列引向器的位置位於天線輻射振子正上方，距離振子h，0.08 λ < h < 0.35 λ。
6.如權利要求5所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補償方法，其特徵在於:所述引向器為十字形或圓環狀金屬片，其尺寸小於λ/2。
【文檔編號】H01Q19/00GK104393423SQ201410666447
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】郭繼權, 田宇興 申請人:武漢虹信通信技術有限責任公司