天线阵列及天线

摘要

本发明提供了一种天线阵列，包括至少一个第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，并且所述第二辐射单元垂直于第一辐射单元所在阵列的轴线，每个所述第一辐射单元包括两对极化正交的偶极子，所述第二辐射单元包括至少一对极化正交的偶极子，所述第一辐射单元的至少一个偶极子与第二辐射单元中相同极化的一个偶极子通过馈线相连，以通过馈电网络对其并联馈电。通过增大并联馈电的两个相同极化偶极子之间的间距，可以在一定程度上收窄天线水平面波束宽度，进而避免在天线尺寸收窄时出现水平面波束变宽的问题，提升天线的增益和前后比，有利于天线的小型化。此外，还涉及了一种应用上述天线阵列的天线，其具有较高的增益和前后比，实现了小型化。

权利要求

1.一种天线阵列，包括至少一个第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，其特征在于，所述第二辐射单元垂直于第一辐射单元所在阵列的轴线，每个所述第一辐射单元包括两对极化正交的偶极子，所述第二辐射单元包括至少一对极化正交的偶极子，所述第一辐射单元的至少一个偶极子与第二辐射单元中相同极化的一个偶极子通过馈线相连，以通过馈电网络对其并联馈电。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述第二辐射单元包括两对极化正交的偶极子，第二辐射单元的两对偶极子与第一辐射单元中相同极化的偶极子借助馈线一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述第一辐射单元和第二辐射单元一一对应相互平齐排布，并且第一辐射单元与第二辐射单元的间距在工作频段中心频点对应的0.5～0.9倍波长之间。

4.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述第一辐射单元和第二辐射单元各设有多个，并且分设于左、右天线阵列两个天线阵列中，所述左、右天线阵列中的第一、第二辐射单元在垂直方向上错开设置。

5.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，每个双极化振子中，四个偶极子的外轮廓构成圆形、矩形或其他多边形。

6.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，并联的偶极子之间相位同相或相位相对固定。

7.一种天线，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的天线阵列。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线包括多个第一辐射单元和多个第二辐射单元；其中一个或多个第一辐射单元的至少一个偶极子和对应的第二辐射单元中相同极化的偶极子并联馈电；其他第一辐射单元、第二辐射单元各自相同极化的两个偶极子并联馈电。

说明书

天线阵列及天线

技术领域

[0001] 本发明涉及移动通信天线技术领域，具体而言，本发明涉及一种天线阵列及一种采用该天线阵列的天线。

背景技术

[0002] 随着4G移动通信网络布网的逐步加速，为实现系统容量的提升，目前通用的实现手段为MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统。其中，基站天线技术方案为两天线阵列并列设置，在现有技术基础上，为确保天线辐射性能，并列设置的天线阵列间距较大，直观表现为天线宽度尺寸巨大，占用的安装空间较大。

[0003] 然而，随着建站空间的限制、物业协调难度的增大，小型化需求已经成为天线的发展趋势。特别是铁塔公司(即中国铁塔股份有限公司)成立后，为确保多家运营商能够实现共站址建站，对基站天线的小型化、多系统、宽频化需求日益加深。但是，随着频带的拓宽，天线的尺寸也相应地增大，造成了安装的不便。常规方案的天线都是采用同一个辐射单元中相同极化的两个偶极子并联馈电，导致其尺寸收窄后增益、水平面波束宽度和前后比等指标都急剧恶化，虽然天线尺寸得以减小，却带来网络覆盖质量的降低。

[0004] 为此，业界急需一种体积轻小且结构紧凑，同时还能具有满足多入多出系统的指标要求的基站天线。

发明内容

[0005] 本发明的首要目的旨在提供一种天线阵列，以解决在收窄天线尺寸下保证天线覆盖质量的问题。

[0006] 本发明的另一目的旨在提供一种应用上述天线阵列的天线，其具有较高的增益和前后比，并且具有小型化的特点。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

[0008] 一种天线阵列，包括至少一个第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，并且所述第二辐射单元垂直于第一辐射单元所在阵列的轴线；每个所述第一辐射单元包括两对极化正交的偶极子，所述第二辐射单元包括至少一对极化正交的偶极子，所述第一辐射单元的至少一个偶极子与第二辐射单元中相同极化的一个偶极子通过馈线相连，以通过馈电网络对其并联馈电。

[0009] 相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：通过增加并联馈电的两个相同极化偶极子的水平间距，使得水平面波束变窄，从而可以在天线物理尺寸收窄时实现水平面波束宽度的收窄，进而提升天线的增益，同时也提升了前后比指标，有利于实现天线的小型化设计。

[0010] 优选地，所述第二辐射单元包括两对极化正交的偶极子，第二辐射单元的两对偶极子与第一辐射单元中相同极化的偶极子借助馈线一一对应连接。

[0011] 优选地，所述第一辐射单元和第二辐射单元并列排布，并且第一辐射单元与第二辐射单元的间距在工作频段中心频点对应的0.5～0.9倍波长之间。

[0012] 优选地，并联的偶极子之间相位同相或相位相对固定。

[0013] 优选地，所述第一辐射单元和第二辐射单元各设有多个，所述左、右天线阵列中的第一、第二辐射单元在垂直方向上错开设置。

[0014] 优选地，每个双极化振子中，四个偶极子的外轮廓构成圆形、矩形或其他多边形。

[0015] 一种天线，包括上述的天线阵列，具有较高的增益和前后比，实现了小型化。

[0016] 优选地，所述天线包括多个第一辐射单元和多个第二辐射单元；其中一个或多个第一辐射单元的至少一个偶极子和对应的第二辐射单元中相同极化的偶极子并联馈电；其他第一辐射单元、第二辐射单元各自相同极化的两个偶极子并联馈电。

[0017] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0018] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0019] 图1本发明的天线阵列的第一实施例示意图；

[0020] 图2本发明的天线阵列的第二实施例示意图；

[0021] 图3本发明的天线阵列的第三实施例示意图；

[0022] 图4本发明的天线阵列的第四实施例示意图；

[0023] 图5本发明的天线阵列的第五实施例示意图；

[0024] 图6本发明的天线阵列组成的天线的示意图。

具体实施方式

[0025] 下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0026] 如图1至图5共同示出了本发明的天线阵列，可适用于MIMO系统的基站天线中，以提升系统容量。应用该天线阵列的基站天线，可以在收窄天线物理尺寸的同时，保证天线水平面波束的收窄，进而保证天线的正常覆盖。

[0027] 该天线阵列包括至少一个第一辐射单元和至少一个第二辐射单元，并且所述第一辐射单元与第二辐射单元之间具有水平距离设置，也即所述第二辐射单元垂直于第一辐射单元所在阵列的轴线。所述第一辐射单元包括两对极化正交的偶极子，所述第二辐射单元包括至少一对极化正交的偶极子，并且第一辐射单元的至少一个偶极子与第二辐射单元中相同极化的一个偶极子借助馈线相连，以通过馈电网络对其并联馈电。

[0028] 由于通过具有水平距离的两个辐射单元的相同极化偶极子并联馈电，增大了并联馈电的两个偶极子之间的水平间距，从而一定程度上使得水平面波束被收窄，通过该变窄的波束与其他较宽的波束叠加，使得整个天线阵列的波束宽度位于该变窄的波束宽度与其他波束最宽的一个波束之间。优选地，在本实施方式中，整个天线阵列的波束宽度可以在30°～60°之间调节。

[0029] 实施例一

[0030] 在本实施例中，所述天线阵列包括至少一个第一辐射单元(未标号，下同)与至少一个第二辐射单元(未标号，下同)，并且第一、第二辐射单元均为双极化振子，各自包括两对极化正交的偶极子。在该天线阵列中，以一个所述第一辐射单元和一个第二辐射单元并列的方式一一对应排布在天线反射板上，以构造出左、右两列天线。

[0031] 如图1所示，在图1中，实线表示左列天线的馈线，虚线表示右列天线的馈线。以一个第一辐射单元和一个第二辐射单元平齐设置为例，第一辐射单元(即左边的一个双极化振子)包含两对极化正交的偶极子101、102、103、104，其中，偶极子101、102为正极化偶极子，偶极子103、104为负极化偶极子；第二辐射单元(即右边的一个双极化振子)包含两对极化正交的偶极子201、202、203、204，其中，偶极子201、202为正极化偶极子，偶极子203、204为负极化偶极子。所述正极化优选为+45°极化；所述负极化优选为-45°极化。

[0032] 所述偶极子101和偶极子202通过馈线直接连接，以借助外部的馈电网络对其并联馈电，换言之，偶极子101和偶极子202并联组阵作为左列天线的正极化。同理地，偶极子104和偶极子203并联组阵作为左列天线的负极化，偶极子102和偶极子201并联组阵作为右列天线的正极化，偶极子103和偶极子204并联组阵作为右列天线的负极化。

[0033] 通过以上的方式进行天线的组阵，一定程度上增加了并联馈电的两个相同极化偶极子的水平间距，使得水平面波束变窄，从而可以在天线物理尺寸收窄时实现水平面波束宽度的收窄，进而提升天线的增益，同时也提升了前后比指标，有利于实现天线的小型化设计。

[0034] 优选地，所述两个双极化振子的水平振子间距在双极化振子工作频段中心频点对应的0.5～0.9倍波长之间，以免水平面波束被收缩得过窄，进而影响天线的覆盖范围，从而满足天线覆盖范围的需求。

[0035] 优选地，当天线阵列由多个第一辐射单元和多个第二辐射单元构成时，第一辐射单元与第二辐射单元被划分成两列排布，并且两列阵列中对应的辐射单元相互平齐或错位排布。

[0036] 在本实施方式中，每个双极化振子的外轮廓组成圆形。在其他实施方式中，所述双极化振子的外轮廓为矩形或其他多边形。

[0037] 实施例二

[0038] 本实施例的天线阵列与实施例一相类似，其不同在于：

[0039] 参见图2，在本实施例中，偶极子101和偶极子201并联组阵作为左列天线的正极化。同理地，偶极子104和偶极子204并联组阵作为左列天线的负极化，偶极子102和偶极子202并联组阵作为右列天线的正极化，偶极子103和偶极子203并联组阵作为右列天线的负极化。

[0040] 实施例三

[0041] 本实施例的天线阵列与实施例一相类似，其不同在于：

[0042] 参见图3，在本实施例中，左、右天线阵列的第一、第二辐射单元在垂直方向上错位排布，即相对应组阵的两个双极化振子的中心的连线为斜线。

[0043] 实施例四

[0044] 本实施例的天线阵列与实施例二相类似，其不同在于：

[0045] 参见图4，在本实施例中，左、右天线阵列的第一、第二辐射单元在垂直方向上错位排布，即相对应组阵的两个双极化振子的中心之间具有水平间距和垂直间距。

[0046] 实施例五

[0047] 本实施例的天线阵列与实施例一相类似，其不同在于：

[0048] 参见图5，在本实施例中，偶极子101和偶极子202并联组阵作为左列天线的正极化，偶极子104和偶极子203并联组阵作为左列天线的负极化，偶极子102或201单独工作作为右列天线的正极化，偶极子103或204单独工作作为右列天线的负极化。

[0049] 实施例六

[0050] 参见图6，本发明还提供了一种应用以上实施例示例的天线阵列的天线。

[0051] 所述天线包括左、右两列天线阵列，所述第一辐射单元分布于所述左天线阵列，所述第二辐射单元分布于右天线阵列，并且第一、第二辐射单元均为双极化振子。

[0052] 以左、右天线阵列各具有五个双极化振子为例，左天线阵列五个双极化振子包括偶极子101～120，右天线阵列五个双极化振子包括偶极子201～220。其中，偶极子101、202，105、106，109、110，113、114，117、118各自两个并联组阵作为左列天线的正极化；偶极子
104、203，107、108，111、112，115、116，119、120各自两个并联组阵作为左列天线的负极化；
偶极子102、201，205、206，209、210，213、214，217、218各自两个并联组阵作为右列天线的正极化；偶极子103、204，207、208，211、212，215、216，219、220各自两个并联组阵作为右列天线的负极化。

[0053] 由于第一辐射单元的偶极子101、102、103、104与第二辐射单元的偶极子202、201、204、203一一对应连接组阵，增大了并联馈电的两个偶极子之间的水平距离，从而可以在一定程度上收窄天线的水平面波束宽度，进而可以在天线物理尺寸缩小时，满足水平面波束宽度收窄的要求，提升天线的增益，同时也提升了前后比指标，实现了天线的小型化设计。

[0054] 以上示出了一个第一辐射单元与一个第二辐射单元相同极化的偶极子并联馈电的组阵方式。在其他实施方式中，可以由本领域技术人员根据天线尺寸和天线增益的需要，将多个第一辐射单元与多个第二辐射单元相同极化的偶极子一一对应并联馈电组阵。

[0055] 优选地，左右两个天线阵列之内的第一辐射单元和第二辐射单元错位排布。

[0056] 优选地，所述天线通过馈电网络对天线阵列同相或不同相馈电，并且并联的偶极子之间相位同相或相位相对固定设置，以实现天线下倾角指标，进而满足天线的信号覆盖需求。

[0057] 以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。