專利名稱：一種用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別涉及一種用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展和移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的急劇增加，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域在不斷的擴(kuò)大和完善，作為移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一的基站天線相應(yīng)地隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)而變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的基站天線是通過(guò)在覆蓋區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)固定的寬波束來(lái)進(jìn)行通信，這樣由于容易產(chǎn)生干擾而使通信容量降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種抗干擾效果好的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線。一種用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于包括金屬地板、至少6 列相互平行的直線天線陣、至少6個(gè)第一功分器、至少6個(gè)第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)、第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)，第一功分器的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，第二功分器的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，直線天線陣設(shè)置在金屬地板的上表面，第一功分器和第二功分器設(shè)置在金屬地板的下表面；
每列直線天線陣由至少2個(gè)相同的天線輻射單元組成，每個(gè)天線輻射單元由1個(gè)+45 度極化方式的天線單元和1個(gè)-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(wǎng)絡(luò)的各輸入端口與信號(hào)輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口分別與各第一功分器的功率合成端口電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸入端口與信號(hào)輸入電纜連接，第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口分別與各第二功分器的功率合成端口電性連接；
每個(gè)第一功分器的功率分配端口的數(shù)量與每列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元的個(gè)數(shù)相等，每個(gè)第二功分器的功率分配端口的數(shù)量與每列直線天線陣中的-45度極化方式的天線單元的個(gè)數(shù)相等；
每個(gè)第一功分器的各功率分配端口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(gè)第二功分器的各功率分配端口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(jié)構(gòu)相同，每個(gè)功分器的各功率分配端口的分配功率幅度是相同的，每個(gè)功分器的各相鄰功率分配端口的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個(gè)相同的傾角。所述傾角為上傾角或下傾角，上傾角的取值范圍為0度到40度，下傾角的取值范圍為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(duì)齊。各直線天線陣相互平行，且所有奇數(shù)列的兩端相互對(duì)齊，所有偶數(shù)列的兩端相互對(duì)齊。第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，當(dāng)直線天線陣的列數(shù)等于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣組成，六路巴特勒矩陣的各輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，六路巴特勒矩陣的各輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，當(dāng)直線天線陣的列數(shù)大于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣和1個(gè)功分器網(wǎng)絡(luò)組成，六路巴特勒矩陣的各輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸出端口連接功分器網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，功分器網(wǎng)絡(luò)的輸出端口的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，六路巴特勒矩陣的各輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，功分器網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)能在水平方向上形成5個(gè)固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個(gè)固定指向的雙極化波束，水平方向的5個(gè)波束之間的干擾小。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案制成的五波束天線，性能穩(wěn)定，信號(hào)容量大，易于安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。


圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖2為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)的示意圖。圖9為六路巴特勒矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為三路巴特勒矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明用于移動(dòng)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(jìn)行說(shuō)明)、金屬地板103、至少6個(gè)第一功分器105 (圖2中是以10個(gè)為例進(jìn)行說(shuō)明)、至少6個(gè)第二功分器106 (圖2中是以10個(gè)為例進(jìn)行說(shuō)明)、第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)107、第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)108，第一功分器 105的數(shù)量與直線天線陣104的列數(shù)相等，第二功分器106的數(shù)量與直線天線陣104的列數(shù)相等，直線天線陣104設(shè)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(shè)置在金屬地板103的下表面。請(qǐng)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(gè)(圖3中是以6個(gè)為例進(jìn)行說(shuō)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。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(duì)齊。2、各直線天線陣相互平行，且所有奇數(shù)列的兩端相互對(duì)齊，所有偶數(shù)列的兩端相互對(duì)齊。請(qǐng)參閱圖4，每個(gè)天線輻射單元203由1個(gè)+45度極化方式的天線單元202和1 個(gè)-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(qǐng)參閱圖5和圖6，每個(gè)第一功分器105具有1個(gè)功率合成端口 402和若干個(gè)功率分配端口 403，每個(gè)第一功分器105的功率分配端口 403的數(shù)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(gè)數(shù)相等(圖5中采用的是一分六功分器)；每個(gè)第二功分器106具有1個(gè)功率合成端口 404和若干個(gè)功率分配端口 405，每個(gè)第二功分器106的功率分配端口 404的數(shù)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(gè)數(shù)相等 (圖6中采用的是一分六功分器)。每個(gè)第一功分器105的各功率分配端口 403和第二功分器106的各功率分配端口 405的分配功率幅度和相位可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)確定。在本實(shí)施例中，第一功分器105和第二功分器106的結(jié)構(gòu)相同。具體地，每個(gè)功分器的各功率分配端口的分配功率幅度是相同的，每個(gè)功分器的各相鄰功率分配端口的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個(gè)相同的傾角。所述傾角為上傾角或下傾角；上傾角的取值范圍為0度到40度，下傾角的取值范圍為0度到40度。在本實(shí)施例中，取下傾角6度。第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)107和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)108的結(jié)構(gòu)是相同的。 當(dāng)直線天線陣的列數(shù)等于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣602組成， 如圖7所示。六路巴特勒矩陣602的各輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣602的各輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，六路巴特勒矩陣602的各輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。當(dāng)直線天線陣的列數(shù)大于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣 602和1個(gè)功分器網(wǎng)絡(luò)601組成，如圖8所示。六路巴特勒矩陣602的輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣602的輸出端口連接功分器網(wǎng)絡(luò)601的輸入端口，功分器網(wǎng)絡(luò)601的輸出端口的數(shù)量與直線天線陣104的列數(shù)相同。圖9是六路巴特勒矩陣602的具體電路結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。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(gè)混合器包括第一輸入端口、第二輸入端口、第一輸出端口、第二輸出端口，每個(gè)移相器包括一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。第一混合器801的兩個(gè)輸入端口、第二混合器802的第二輸入端口分別作為三路巴特勒矩陣的輸入端口。第一混合器801的第一輸出端口通過(guò)第一移相器804與第三混合器803的第一輸入端口連接，第一混合器801的第二輸出端口與第二混合器802的第一輸入端口連接，第二混合器802的第一輸出端口與第三混合器803的第二輸入端口連接；
第二移相器805的輸入端口與第三混合器803的第一輸出端口連接，第三移相器806 的輸入端口與第二混合器802的第二輸出端口連接。第二移相器805的輸出端口、第三混合器803的第二輸出端口、第三移相器806的輸出端口分別作為三路巴特勒矩陣602的輸出端口。綜上，本發(fā)明的整體電性連接關(guān)系如下
第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)107和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)108的各輸入端口與信號(hào)輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)107的各輸出端口分別與各第一功分器105的功率合成端口 402電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)108的各輸出端口分別與各第二功分器 106的功率合成端口 404電性連接。每個(gè)第一功分器105的各功率分配端口 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(gè)第二功分器106 的各功率分配端口 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(wǎng)絡(luò)的各輸入端口饋電時(shí)，輸出端口的信號(hào)相位呈不同的線性變化。因此，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸入端口饋電時(shí)，天線水平方向的輻射波束指向不同， 其中輸入端口 1產(chǎn)生水平0度指向的波束，輸入端口 2產(chǎn)生水平+70度指向的波束，輸入端口 3產(chǎn)生水平+20度指向的波束，輸入端口 4產(chǎn)生水平-40度指向的波束，輸入端口 5產(chǎn)生水平-20度指向的波束，輸入端口 6產(chǎn)生水平+40度指向的波束。在本實(shí)施例中，輸入端口 2連接50歐姆負(fù)載，即一個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)能產(chǎn)生5個(gè)水平方向不同指向的波束。當(dāng)?shù)谝话吞乩站仃囸侂娋W(wǎng)絡(luò)107的5個(gè)端口同時(shí)饋電時(shí)，天線產(chǎn)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(gè)+45度極化波束；當(dāng)?shù)诙吞乩站仃囸侂娋W(wǎng)絡(luò)108的5個(gè)端口同時(shí)饋電時(shí)，天線產(chǎn)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(gè)-45度極化波束。因此，當(dāng)這兩個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的10個(gè)端口同時(shí)饋電時(shí)，天線能產(chǎn)生5個(gè)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(gè)波束。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)能在水平方向上形成5個(gè)固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個(gè)固定指向的雙極化波束，水平方向的5個(gè)波束之間的干擾小。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案制成的五波束天線，性能穩(wěn)定，信號(hào)容量大，易于安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，本發(fā)明的實(shí)施和要求保護(hù)的范圍并不局限于上述實(shí)施例的范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明的波束的指向和波束寬度可以根據(jù)不同的需求做出調(diào)整，通過(guò)調(diào)整本方案中直線天線陣的列數(shù)、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(gè)數(shù)、相鄰輻射單元之間的距離、功分器功率分配端口的分配功率幅度和相位，從而調(diào)節(jié)波束指向和寬度的改動(dòng)亦在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。另外， 通過(guò)調(diào)整饋電端口的數(shù)量而改變水平波束的數(shù)量的改動(dòng)也在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于包括金屬地板、至少6列相互平行的直線天線陣、至少6個(gè)第一功分器、至少6個(gè)第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)、第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)，第一功分器的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，第二功分器的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，直線天線陣設(shè)置在金屬地板的上表面，第一功分器和第二功分器設(shè)置在金屬地板的下表面；每列直線天線陣由至少2個(gè)相同的天線輻射單元組成，每個(gè)天線輻射單元由1個(gè)+45 度極化方式的天線單元和1個(gè)-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(wǎng)絡(luò)的各輸入端口與信號(hào)輸入電纜連接，第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口分別與各第一功分器的功率合成端口電性連接；第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸入端口與信號(hào)輸入電纜連接，第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口分別與各第二功分器的功率合成端口電性連接；每個(gè)第一功分器的功率分配端口的數(shù)量與每列直線天線陣中的+45度極化方式的天線單元的個(gè)數(shù)相等，每個(gè)第二功分器的功率分配端口的數(shù)量與每列直線天線陣中的-45度極化方式的天線單元的個(gè)數(shù)相等；每個(gè)第一功分器的各功率分配端口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(gè)第二功分器的各功率分配端口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(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于第一功分器和第二功分器的結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)功分器的各功率分配端口的分配功率幅度是相同的，每個(gè)功分器的各相鄰功率分配端口的分配功率具有相同的相位差，使天線垂直方向圖有一個(gè)相同的傾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于所述傾角為上傾角或下傾角，上傾角的取值范圍為0度到40度，下傾角的取值范圍為0度到40度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于各直線天線陣相互平行，且所有直線天線陣的兩端相互對(duì)齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于各直線天線陣相互平行，且所有奇數(shù)列的兩端相互對(duì)齊，所有偶數(shù)列的兩端相互對(duì)齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，當(dāng)直線天線陣的列數(shù)等于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣組成，六路巴特勒矩陣的各輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，六路巴特勒矩陣的各輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)通信基站的雙極化五波束天線，其特征在于第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)和第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，當(dāng)直線天線陣的列數(shù)大于6時(shí)，每個(gè)巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)由1個(gè)六路巴特勒矩陣和1個(gè)功分器網(wǎng)絡(luò)組成，六路巴特勒矩陣的各輸入端口之間相互隔離，六路巴特勒矩陣的各輸出端口連接功分器網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，功分器網(wǎng)絡(luò)的輸出端口的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相等，六路巴特勒矩陣的各輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口，功分器網(wǎng)絡(luò)的各輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)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(gè)第一功分器、至少6個(gè)第二功分器、第一巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)、第二巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)。其中，每列直線天線陣由至少2個(gè)相同的天線輻射單元組成。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)能在水平方向上形成5個(gè)固定指向的雙極化波束，在垂直方向上形成單個(gè)固定指向的雙極化波束，水平方向的5個(gè)波束之間的干擾小。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案制成的五波束天線，性能穩(wěn)定，信號(hào)容量大，易于安裝，能有效降低成本，很好地滿足用戶需求。
文檔編號(hào)H01Q21/24GK102570057SQ20121008101
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者葉亮華, 吳壁群 申請(qǐng)人:廣東博緯通信科技有限公司