專利名稱：天線及有源天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別是涉及一種天線及有源天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如圖I所示，現(xiàn)有天線由很多列天線構(gòu)成，而每列天線都由很多個(gè)單元振子構(gòu)成。在每列天線中，各個(gè)單元振子由于布放的位置不同，中間的單元振子要求增加功分權(quán)值，以增強(qiáng)垂直面的主瓣增益；邊緣的單元振子要求減少功分權(quán)值，以抑制垂直面的副瓣增益。為了天線整體擬合滿足輻射特性(增強(qiáng)主瓣，抑制旁瓣)，引入了饋電網(wǎng)絡(luò)，使各個(gè)不同位置的單元振子采用不同的功分權(quán)值。其中，圖I僅示出了天線的單元振子，其它部分(例如)饋電網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有示出。如圖2所示，以單頻天線為例，所有單元振子發(fā)射同一個(gè)頻率，振子大小相同，傳·統(tǒng)天線每列天線的單元振子中相鄰振子的間距(包含振子長(zhǎng)度和振子空隙長(zhǎng)度)相等，饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)多個(gè)功分，使提供給各個(gè)不同布放位置的振子電流不一樣，從而起到抑制旁瓣，滿足天線垂直方向上的輻射要求。其中，圖2僅示出了一列單元振子。然而，隨著有源天線系統(tǒng)(Active Antenna System,AAS)的快速發(fā)展,帶來(lái)以下的問(wèn)題-MS中集成有射頻模塊，這使得天線的饋電網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)大量增多，增加AAS的實(shí)現(xiàn)難度，對(duì)AAS的可靠性、可制造性、穩(wěn)定性帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)；進(jìn)一步的AAS寬頻系統(tǒng)集成多個(gè)制式，使饋電網(wǎng)絡(luò)的電流分配越來(lái)越復(fù)雜、煩瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供一種天線，以提高天線的可靠性及穩(wěn)定性。所述天線包括至少一列單元振子和饋電網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，每列包含多個(gè)單元振子，所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于為同一列單元振子中的每個(gè)單元振子提供相同的功分權(quán)值，所述同一列中相鄰單元振子之間的間距疏密不等?？蛇x的，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距是可調(diào)整的。可選的，所述每個(gè)單元振子的功分權(quán)值為所述饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)功分節(jié)點(diǎn)提供給每個(gè)單元振子的電流值?？蛇x的，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距為d = L/2+1^/2，其中U、L2分別為相鄰的兩個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度，由下式計(jì)算得出L= (1札5_線)/15_線，其中I表示饋電網(wǎng)絡(luò)供給所述單元振子的功分權(quán)值，Le !表示已知天線中單元振子在列方向所占據(jù)的長(zhǎng)度，表示已知天線中單元振子的
功分權(quán)值?？蛇x的，對(duì)于同一列單元振子，計(jì)算各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度L與該列所有單元振子所占據(jù)的長(zhǎng)度總和的比值，將該比值和對(duì)應(yīng)的已知天線的高度相乘，得到各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的優(yōu)化后的長(zhǎng)度L’ ；再根據(jù)
d，= L，1/2+L，2/2計(jì)算得到相鄰單元振子間的優(yōu)化后的間距；或?qū)⑼涣袉卧褡又懈鱾€(gè)振子的間距按一定比例進(jìn)行調(diào)整。所述至少一列單元振子中，從該列單元振子的兩端到中心，相鄰單元振子的間距逐漸減小?？蛇x的，所述至少一列單元振子中，各個(gè)單元振子相對(duì)于該列單元振子的中心對(duì)稱排布。可選的，所述饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)至少一個(gè)功分器為同一列的各個(gè)單元振子提供相同的電流值?？蛇x的，所述至少一列單元振子中的振子大小相同。 可選的，當(dāng)天線包含多列單元振子時(shí)，同列單元振子中的振子大小相同，不同列單元振子中的振子大小不同。 可選的，不同列單元振子的振子疏密規(guī)律不同?？蛇x的，同列單元振子中的振子大小不相同。本發(fā)明另一方面還提供一種有源天線系統(tǒng)，其特征在于，包括前面所述的天線?？蛇x的，所述系統(tǒng)還包括與所述天線連接的射頻模塊。本發(fā)明通過(guò)將同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距設(shè)計(jì)為疏密不等，且饋電網(wǎng)絡(luò)為同一列單元振子中的每個(gè)單元振子提供相同的功分權(quán)值，簡(jiǎn)化了饋電網(wǎng)絡(luò)。并且提高了天線的可實(shí)現(xiàn)性、可制造性及穩(wěn)定性。


圖I是現(xiàn)有天線結(jié)構(gòu)及其垂直輻射示意圖；圖2是現(xiàn)有天線中單元振子的結(jié)構(gòu)及其與饋電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系示意圖；圖3是本發(fā)明天線中單元振子的結(jié)構(gòu)及其與饋電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系示意圖；圖4表示相鄰單元振子之間的間距與單元振子長(zhǎng)度的關(guān)系。圖5是進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明時(shí)所使用的傳統(tǒng)等間距天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明時(shí)所使用的本發(fā)明的稀疏不等天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖5的傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)所形成的垂直面輻射波形圖；圖8是本發(fā)明的AAS單頻天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的AAS寬頻天線系統(tǒng)中高、低頻單元振子每列獨(dú)立布放結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明的AAS寬頻天線系統(tǒng)中高、低頻單元振子每列混合布放結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供一種天線，包括至少一列單元振子和饋電網(wǎng)絡(luò)，每列單元振子包含多個(gè)單元振子，所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于為同一列單元振子中的每個(gè)單元振子提供相同的功分權(quán)值，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距疏密不等。所述饋電網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)同軸電纜與每列單元振子進(jìn)行相連，單元振子可由十字正交的兩個(gè)振子、桿狀振子或者螺旋振子等組成。可選的，對(duì)于每一列單元振子，從一列單元振子的兩端到中心，相鄰振子的間距逐漸減小，振子相對(duì)于該列單元振子的中心對(duì)稱排布。所述振子可由金屬制成，可為半波振子、全波振子或者1/4波長(zhǎng)振子。所述振子可選擇桿狀振子或者正交十字振子。所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括至少一個(gè)功分器，用于為振子分配功分權(quán)值，優(yōu)選為一個(gè)，也可以用其他用于實(shí)現(xiàn)功分的電路來(lái)代替功分器，為振子分配功分權(quán)值。如果所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)功分器，那么多個(gè)功分器之間可通過(guò)同軸電纜進(jìn)行相連。如圖3所示，饋電網(wǎng)絡(luò)包括一級(jí)功分器，所述功分器為一個(gè)8路功分器，所述8路功分器為等分功分器，通過(guò)一個(gè)等分功分器就可為單列的八個(gè)單元振子提供相同的電流值，而如圖2所示的傳統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)，則包括三級(jí)功分器，第一級(jí)功分器為一個(gè)2路功分器，第 二級(jí)功分器為二個(gè)2路功分器，第三級(jí)功分器為四個(gè)2路功分器，這六個(gè)功分器均為不等分功分器，通過(guò)六個(gè)不等分功分器來(lái)為單列8個(gè)單元振子提供不同的電流值，同時(shí)還需要根據(jù)每個(gè)單元振子需要的電流值來(lái)設(shè)計(jì)不等分功分器的參數(shù)，可見(jiàn)圖3所示的本發(fā)明饋電網(wǎng)絡(luò)和圖2所示的傳統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)相比較，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，簡(jiǎn)化了饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。以下通過(guò)一個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明單元振子間距的確定方法。設(shè)每個(gè)單元振子的電流密度為D，單位是安培/米；功分權(quán)值表示饋電網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供給振子的電流值(圖中簡(jiǎn)寫(xiě)為功分)，用字母I表示，單位為安培。如圖4所示，相鄰單元振子之間的間距為d = !V2+L2/2，其中LpL2分別為相鄰的兩個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度，LpLdg據(jù)與所述天線單位長(zhǎng)度電流密度相同的傳統(tǒng)天線的功分權(quán)值和單元振子在列方向所占據(jù)的長(zhǎng)度計(jì)算得出，單位為米。單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度內(nèi)可任意放置，優(yōu)選地，單元振子放置在所述長(zhǎng)度內(nèi)中中間位置。電流密度D的計(jì)算公式為D = I/L(I)對(duì)于已知天線有 D己知天線=I己知天線/L己知天線(2)為了保證天線滿足傳統(tǒng)天線在垂直方向上的輻射要求，有D 本麵天⑶因此可以得到 L本發(fā)明天線=(I本發(fā)明天線*L己知天線)/I己知天線⑷其中表示本發(fā)明中單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度(包含單元振子和前后相鄰的單元振子之間的部分空隙的長(zhǎng)度)，I 線表示本發(fā)明天線中饋電網(wǎng)絡(luò)供給單元振子的功分權(quán)值，L 5_^表示已知天線中相對(duì)應(yīng)的單元振子在列方向所占據(jù)的長(zhǎng)度(包含單元振子和前后相鄰的單元振子之間的部分空隙的長(zhǎng)度)，I MPM!表示已知天線中相對(duì)應(yīng)的單元振子的功分權(quán)值。公式(4)使用的優(yōu)選前提是不改變已知天線的發(fā)射頻率，即本發(fā)明天線和已知天線的對(duì)應(yīng)位置上的振子大小相同。
I本發(fā)明天線=I總/mipt元振子個(gè)*(5)公式(5)中，1,6為饋電網(wǎng)絡(luò)輸入每列天線總的電流，^為此列天線單元振子個(gè)數(shù)，公式(5)表示把總的電流等分給每個(gè)單元振子。 I本發(fā)明天線、L己知天線、I己知天線值均已知，那么根據(jù)式⑷，就可以計(jì)算得到L本發(fā)明天線。由于根據(jù)與本發(fā)明天線電流密度相同的已知天線的功分權(quán)值和對(duì)應(yīng)的單元振子在列方向所占據(jù)的長(zhǎng)度計(jì)算得出，那么對(duì)于各種已知天線，均可利用本發(fā)明進(jìn)行單元振子間間距的稀疏不等化，且能取得和已知天線相同的垂直輻射面上的輻射特性。一般來(lái)說(shuō)，作為計(jì)算依據(jù)的所述已知天線為單元振子間等間距布置的天線，所述已知天線滿足垂直面輻射特性(增強(qiáng)主瓣、抑制旁瓣)要求。再根據(jù) 第i個(gè)相鄰單元振子間距Cli = L2 (6)就可以計(jì)算得到相鄰單元振子間的間距。然而，如果按照公式(6)進(jìn)行計(jì)算，可能會(huì)把天線的高度拉長(zhǎng)或縮短。為了使得本發(fā)明的天線和已知天線的高度保持相同，可對(duì)所述計(jì)算出進(jìn)行優(yōu)化，S卩對(duì)于同一列單元振子，計(jì)算各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度與所述列的所有單元振子所占據(jù)的長(zhǎng)度總和的比值，將該比值和對(duì)應(yīng)的已知天線的高度相乘，便可得到各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的優(yōu)化后的長(zhǎng)度L’本發(fā)明天線。再根據(jù)第i個(gè)相鄰單元振子間距Cli = L’本發(fā)明天線i/2+L’本發(fā)明天線i+1/2(6)就可以計(jì)算得到相鄰單元振子間的優(yōu)化后的間距；也可以將同一列單元振子中各個(gè)振子的間距按一定比例進(jìn)行調(diào)整，即，將各個(gè)振子的間距按比例進(jìn)行縮放，以靈活適應(yīng)不同長(zhǎng)度的天線；每一列單元振子都可按照上述方式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。實(shí)際上，相鄰振子之間的間距是可調(diào)整的，有很多布置的方式，只要布置的方式能夠增強(qiáng)主瓣、抑制旁瓣，滿足在垂直方向上的輻射要求即可。以下用現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明實(shí)施例的天線進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。傳統(tǒng)等間距天線結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖5中僅示出了一列單元振子，其中的饋電網(wǎng)絡(luò)需要多個(gè)功分節(jié)點(diǎn)(例如為功分器)，為每個(gè)振子所分配的功分權(quán)值不同，而相鄰振子間距相同，均為0. 8324 A。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖6中僅示出了一列單元振子，其中的饋電網(wǎng)絡(luò)只需要一個(gè)功分節(jié)點(diǎn)，為每個(gè)振子所分配的功分權(quán)值都相同，而相鄰振子間距不同，因此減少了功分節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了饋電網(wǎng)絡(luò)。圖7示出了圖5的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)所得到的垂直剖面波形圖對(duì)比。從圖7可以看出，本發(fā)明的天線與傳統(tǒng)天線的垂直剖面波形圖相近，同樣可以增強(qiáng)主瓣、抑制旁瓣，滿足天線垂直輻射要求。如圖8所示，本發(fā)明提供一種單頻單一制式有源天線系統(tǒng)，包括上述實(shí)施例中的天線。所述系統(tǒng)還包括與所述天線連接的射頻模塊。如圖9所示，本發(fā)明還提供了一種寬頻有源天線系統(tǒng)，此結(jié)構(gòu)示意圖為高、低頻單元振子每列獨(dú)立布放，此實(shí)施例中n = 4，為4列天線，所述系統(tǒng)還可以包括與所述天線連接的射頻模塊(未示出)。從圖9可以看出，相同頻率列的單元振子大小相同，而不同頻率列的單元振子大小不同。稀疏不等間距設(shè)計(jì)可針對(duì)不同頻率進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，且相同頻率列稀疏不等規(guī)律可相同。
如圖10所示，本發(fā)明提供另一種寬頻有源天線系統(tǒng)，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖為高、低頻的單元振子在每列混合布置，此實(shí)施例中η = 4，為4列天線，同列單元振子中的振子大小不相同，每列中發(fā)射相同頻率的單元振子大小相同，所述系統(tǒng)還可以包括與所述天線連接的射頻模塊(未示出)。從圖10可以看出，雖然高、低頻混合布放，但仍可根據(jù)發(fā)射同一頻率的單元振子，進(jìn)行疏密不等間距設(shè)計(jì)， 然后再按照設(shè)計(jì)的距離把高低頻穿插布放。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種天線，包括至少一列單元振子和饋電網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，每列包含多個(gè)單元振子，所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于為同一列單元振子中的每個(gè)單元振子提供相同的功分權(quán)值，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距疏密不等。
2.如權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距是可調(diào)整的。
3.如權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述每個(gè)單元振子的功分權(quán)值為所述饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)功分節(jié)點(diǎn)提供給每個(gè)單元振子的電流值。
4.如權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述同一列單元振子中相鄰單元振子之間的間距為d = U/2+V2, L1^L2分別為相鄰的兩個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度，由下式計(jì)算得出 L = (I*LB知天線)/1 5知天線，其中I表示饋電網(wǎng)絡(luò)供給所述單元振子的功分權(quán)值，Le知天線表示已知天線中單元振子在列方向所占據(jù)的長(zhǎng)度，I !表示已知天線中單元振子的功分權(quán)值。
5.如權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，對(duì)于同一列單元振子，計(jì)算各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的長(zhǎng)度L與該列所有單元振子所占據(jù)的長(zhǎng)度總和的比值，將該比值和對(duì)應(yīng)的已知天線的高度相乘，得到各個(gè)單元振子在列方向上所占據(jù)的優(yōu)化后的長(zhǎng)度L’ ； 再根據(jù) d，= L，1/2+L> J2 計(jì)算得到相鄰單元振子間的優(yōu)化后的間距；或 將同一列單元振子中各個(gè)振子的間距按一定比例進(jìn)行調(diào)整。
6.如權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述至少一列單元振子中，從該列單元振子的兩端到中心，相鄰單元振子的間距逐漸減小。
7.如權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，所述至少一列單元振子中，各個(gè)單元振子相對(duì)于該列單元振子的中心對(duì)稱排布。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)至少一個(gè)功分器為同一列的各個(gè)單元振子提供相同的電流值。
9.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述至少一列單元振子中的振子大小相同。
10.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，當(dāng)天線包含多列單元振子時(shí)，同列單元振子中的振子大小相同，不同列單元振子中的振子大小不同。
11.如權(quán)利要求10所述的天線，其特征在于，不同列單元振子的振子疏密規(guī)律不同。
12.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，同列單元振子中的振子大小不相同。
13.一種有源天線系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求I 12中任一項(xiàng)所述的天線，所述系統(tǒng)還包括與所述天線連接的射頻模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，公開(kāi)了一種天線，包括至少一列單元振子和饋電網(wǎng)絡(luò)，每列單元振子包含多個(gè)單元振子，所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于為同一列單元振子中的每個(gè)單元振子提供相同的功分權(quán)值，所述同一列單元振子中相鄰振子之間的間距疏密不等。本發(fā)明還提供了一種有源天線系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)將同一列單元振子中相鄰振子之間的間距設(shè)計(jì)為疏密不等，且饋電網(wǎng)絡(luò)為同一列單元振子中的每個(gè)振子提供相同的功分權(quán)值，簡(jiǎn)化了饋電網(wǎng)絡(luò)。并且提高了天線的可實(shí)現(xiàn)性、可制造性及穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK102760974SQ20121024313
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者柳濤, 郭昕 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司