一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统转让专利
申请号 : CN202010074550.3
文献号 : CN111262029B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 丁一军 , 顾晓凤 , 陈娟 , 颜玉洁 , 王学仁 , 符小东 , 揭水平 , 袁宏伟 , 杨霖 , 丁建军 , 徐翠
申请人 : 中天通信技术有限公司 , 中天宽带技术有限公司 , 江苏中天科技股份有限公司
摘要 :
本申请公开了一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统，包括：下波束馈电网络，用于为辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；水平方向波束馈电网络，用于为辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化馈电；还用于为辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电。本申请能够将用于下波束的极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合格，降低对波束覆盖范围的影响。
权利要求 :
1.一种多波束天线的波束控制系统，其特征在于，包括：辐射单元阵列，下波束馈电网络，水平方向波束馈电网络，其中：所述下波束馈电网络，用于为所述辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；
所述水平方向波束馈电网络，用于为所述辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化馈电；还用于为所述辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
其中，所述第一极化为正极化、所述第二极化为负极化，或所述第一极化为负极化、所述第二极化为正极化。
2.根据权利要求1所述的波束控制系统，其特征在于，该波束控制系统还包括：波束形成网络，用于控制所述辐射单元阵列水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
3.根据权利要求2所述的多波束天线的波束控制系统，其特征在于，所述波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
4.根据权利要求2所述的多波束天线的波束控制系统，其特征在于，所述波束形成网络包括用于调整下波束电下倾角的移相器。
5.一种多波束天线的波束控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1‑4任意一项所述的波束控制系统，该波束控制方法包括：通过下波束馈电网络为辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；
通过水平方向波束馈电网络为所述辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化、所述辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
其中，所述第一极化为正极化、所述第二极化为负极化，或所述第一极化为负极化、所述第二极化为正极化。
6.根据权利要求5所述的波束控制方法，其特征在于，该波束控制方法还包括：通过波束形成网络控制所述辐射单元阵列水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
7.根据权利要求6所述的波束控制方法，其特征在于，所述波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
8.一种移动通信系统，其特征在于，包括如权利要求1‑4任意一项所述的多波束天线的波束控制系统。
说明书 :
一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统
技术领域
[0001] 本申请涉及移动通信领域，特别涉及一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统。
背景技术
[0002] 在移动通信网络的覆盖中，因一些特殊场景的覆盖需要多阵列、多波束天线。多波束天线可以包括水平左、中、右三个波束和一个大下倾可调下波束(电下倾角在13～19度可
调)，共四个波束。传统的馈电方案参照图1所示，最左侧的一列辐射单元用于形成下波束，
其余所有辐射单元用于形成水平左、中、右三个波束。处在多波束天线的边缘的两列辐射单
元在十度电下倾时，水平方向图覆盖变化不大，当大下倾角度覆盖时(下倾角超过10度)，按
现有技术的方案对辐射单元各个极化进行赋形馈电，其中最左侧一列的辐射单元的一个极
化会受到其右侧辐射单元的影响，参照图2所示，其水平面方向图存在严重变形的问题，且
形变随下倾角的增大变形更加严重，导致水平瓣宽指标不合格，严重影响波束覆盖范围。
调)，共四个波束。传统的馈电方案参照图1所示，最左侧的一列辐射单元用于形成下波束，
其余所有辐射单元用于形成水平左、中、右三个波束。处在多波束天线的边缘的两列辐射单
元在十度电下倾时，水平方向图覆盖变化不大，当大下倾角度覆盖时(下倾角超过10度)，按
现有技术的方案对辐射单元各个极化进行赋形馈电，其中最左侧一列的辐射单元的一个极
化会受到其右侧辐射单元的影响，参照图2所示，其水平面方向图存在严重变形的问题，且
形变随下倾角的增大变形更加严重，导致水平瓣宽指标不合格，严重影响波束覆盖范围。
[0003] 因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
[0004] 本申请的目的是提供一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统，能够将用于下波束的极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
[0005] 为解决上述技术问题，本申请提供了一种多波束天线的波束控制系统，包括：辐射单元阵列，下波束馈电网络，水平方向波束馈电网络，其中：
[0006] 所述下波束馈电网络，用于为所述辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；还用于为所述辐射单元
阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的
第一极化馈电；
阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的
第一极化馈电；
[0007] 所述水平方向波束馈电网络，用于为所述辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化馈电；
[0008] 其中，所述第一极化为正极化、所述第二极化为负极化，或所述第一极化为负极化、所述第二极化为正极化。
[0009] 优选的，该波束控制系统还包括：
[0010] 波束形成网络，用于控制所述辐射单元阵列水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
[0011] 优选的，所述波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
[0012] 优选的，所述波束形成网络包括用于调整下波束电下倾角的移相器。
[0013] 为解决上述技术问题，本申请还提供了一种多波束天线的波束控制方法，应用于如上文任意一项所述的波束控制系统，该波束控制方法包括：
[0014] 通过下波束馈电网络为辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与所述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；
[0015] 通过水平方向波束馈电网络为所述辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化、所述辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及所
述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
述辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
[0016] 其中，所述第一极化为正极化、所述第二极化为负极化，或所述第一极化为负极化、所述第二极化为正极化。
[0017] 优选的，该波束控制方法还包括：
[0018] 通过波束形成网络控制所述辐射单元阵列水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
[0019] 优选的，所述波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
[0020] 为解决上述技术问题，本申请还提供了一种移动通信系统，包括如上文任意一项所述的多波束天线的波束控制系统。
[0021] 本申请提供了一种多波束天线的波束控制系统，将用于形成下波束的两个极化分开馈电，间距较远，极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。本申请还提供了一种多波束天线的波束控制方法及移动
通信系统，具有和上述波束控制系统相同的有益效果。
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。本申请还提供了一种多波束天线的波束控制方法及移动
通信系统，具有和上述波束控制系统相同的有益效果。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人
员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为现有技术中的一种辐射单元阵列的结构示意图；
[0024] 图2为现有技术中的一种下波束的水平面方向图；
[0025] 图3为本申请所提供的一种多波束天线的波束控制系统的结构示意图；
[0026] 图4为本申请所提供的一种辐射单元阵列的结构示意图；
[0027] 图5为本申请所提供的一种下波束的水平面方向图；
[0028] 图6为本申请所提供的一种多波束天线的波束控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0029] 本申请的核心是提供一种多波束天线的波束控制系统、方法及移动通信系统，能够将用于下波束的极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
[0030] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031] 请参照图3，图3为本申请所提供的一种多波束天线的波束控制系统的结构示意图，该波束控制系统包括下波束馈电网络1，辐射单元阵列2及水平方向波束馈电网络3，其
中：
中：
[0032] 下波束馈电网络1，用于为辐射单元阵列2第一列的所有辐射单元的第一极化与辐射单元阵列2最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；
[0033] 水平方向波束馈电网络3，用于为辐射单元阵列2第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化馈电；还用于为辐射单元阵列2第一列的所有辐射单元的第二
极化及辐射单元阵列2最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
极化及辐射单元阵列2最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
[0034] 其中，第一极化为正极化、第二极化为负极化，或第一极化为负极化、第二极化为正极化。
[0035] 具体的，参照图4所示，图4为本申请所提供的一种辐射单元阵列2的结构示意图，每个辐射单元均包括一个正45°极化和一个负45°极化，其中，白色的极化用于下波束(电下
倾角在13～19度可调)的辐射，黑色的极化用于水平方向波束的辐射，水平方向波束包括水
平左、中、右三个方向的波束。
倾角在13～19度可调)的辐射，黑色的极化用于水平方向波束的辐射，水平方向波束包括水
平左、中、右三个方向的波束。
[0036] 可以理解的是，为避免下波束在大下倾角度时水平面变形，本申请利用了多波束天线左右两侧的两列辐射单元，将最左侧一列辐射单元的一个极化和最右侧一列辐射单元
相对称的一个极化用做下波束的辐射，具体可以通过最左侧一列辐射单元的正45°极化和
最右侧一列辐射单元的负45°极化用做下波束的辐射，即图4中白色的极化，其余所有极化
用作水平方向波束的辐射，即图4中黑色的极化，参照图4可以看出用做下波束的两个极化
相距较远，因此提高了极化间的隔离，使极化间的抗干扰能力增强。通过下波束馈电网络1
为用于下波束辐射的极化馈电，同时通过水平方向波束馈电网络3为用于水平波束辐射的
极化馈电，由于将用于下波束的两个极化分开馈电，一方面可以解决用于下波束的极化的
水平方向图变形的问题，另一方面可以保证不影响水平三波束的赋形馈电。
相对称的一个极化用做下波束的辐射，具体可以通过最左侧一列辐射单元的正45°极化和
最右侧一列辐射单元的负45°极化用做下波束的辐射，即图4中白色的极化，其余所有极化
用作水平方向波束的辐射，即图4中黑色的极化，参照图4可以看出用做下波束的两个极化
相距较远，因此提高了极化间的隔离，使极化间的抗干扰能力增强。通过下波束馈电网络1
为用于下波束辐射的极化馈电，同时通过水平方向波束馈电网络3为用于水平波束辐射的
极化馈电，由于将用于下波束的两个极化分开馈电，一方面可以解决用于下波束的极化的
水平方向图变形的问题，另一方面可以保证不影响水平三波束的赋形馈电。
[0037] 参照图5所示，图5为采用本申请所提供的馈电方案后的一种下波束的水平面方向图，将图2和图5进行比较，不难看出采用本申请的方案，可以解决下波束水平瓣宽变形的问
题，在5G大规模阵列天线的多波束天线中，本申请将辐射单元阵列2中的正负45°极化分开
馈电，合理分配，分别运用于不同的波束之中，即可避免天线面的耦合干扰，结构简单，未增
加天线的硬件成本。
题，在5G大规模阵列天线的多波束天线中，本申请将辐射单元阵列2中的正负45°极化分开
馈电，合理分配，分别运用于不同的波束之中，即可避免天线面的耦合干扰，结构简单，未增
加天线的硬件成本。
[0038] 本申请提供了一种多波束天线的波束控制系统，将用于形成下波束的两个极化分开馈电，间距较远，极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
引起水平面变形的问题，同时本申请不影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合
格，降低对波束覆盖范围的影响。
[0039] 在上述实施例的基础：
[0040] 作为一种优选的实施例，该波束控制系统还包括：
[0041] 波束形成网络，用于控制辐射单元阵列2水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
[0042] 作为一种优选的实施例，波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
[0043] 作为一种优选的实施例，波束形成网络包括用于调整下波束电下倾角的移相器。
[0044] 具体的，通过波束形成网络控制辐射单元阵列2在水平方向和垂直方向的幅度和相位即可控制辐射单元阵列2形成对应方向的波束，具体可以通过巴特勒矩阵控制波束的
方向。进一步的，对下波束电下倾角的调整可以通过移相器来实现。
方向。进一步的，对下波束电下倾角的调整可以通过移相器来实现。
[0045] 请参照图6，图6为本申请所提供的一种多波束天线的波束控制方法，应用于如上文任意一项的波束控制系统，该波束控制方法包括：
[0046] S101：通过下波束馈电网络为辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第一极化与辐射单元阵列最后一列的所有辐射单元的第二极化馈电；
[0047] S102：通过水平方向波束馈电网络为辐射单元阵列第二列至倒数第二列的所有辐射单元的第一极化和第二极化、辐射单元阵列第一列的所有辐射单元的第二极化及辐射单
元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
元阵列最后一列的所有辐射单元的第一极化馈电；
[0048] 其中，第一极化为正极化、第二极化为负极化，或第一极化为负极化、第二极化为正极化。
[0049] 本实施例将用于形成下波束的两个极化分开馈电，间距较远，极化间的抗干扰能力加强，避免在大下倾角度覆盖时，因天线阵列干扰引起水平面变形的问题，同时本申请不
影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合格，降低对波束覆盖范围的影响。
影响水平三波束的赋形馈电，保证水平瓣宽指标合格，降低对波束覆盖范围的影响。
[0050] 作为一种优选的实施例，该波束控制方法还包括：
[0051] 通过波束形成网络控制辐射单元阵列水平方向和垂直方向的幅度和相位，以形成对应方向的波束。
[0052] 作为一种优选的实施例，波束形成网络为基于巴特勒矩阵的波束形成网络。
[0053] 作为一种优选的实施例，波束形成网络包括用于调整下波束电下倾角的移相器。
[0054] 另一方面，本申请还提供了一种移动通信系统，包括如上文任意一个实施例所描述的多波束天线的波束控制系统。
[0055] 对于本申请所提供的一种移动通信系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
[0056] 本申请所提供的一种移动通信系统具有和上述多波束天线的波束控制系统相同的有益效果。
[0057] 还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0058] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。
一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。