本發(fā)明涉及一種半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束賦形天線，屬于天線和無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

大型場館在舉辦某些重要活動時通信數(shù)量急劇增加，而能使用的頻率資源又有限，因此需通過頻率復(fù)用技術(shù)來提高通信容量。然而，天線的輻射方向圖的形狀對蜂窩通信質(zhì)量有著較大的影響。為滿足場館的通信覆蓋要求，需要天線的波瓣在橫截面方向上趨向于矩形，同時要求天線半功率角外波瓣快速的跌落。由于常規(guī)的矩形陣列通過幅相加權(quán)的方法來實現(xiàn)矩形波束賦形，但天線在矩形賦形效果、波瓣跌落、陣元數(shù)量等存在不足，因此需要研究并優(yōu)化新的矩形波束賦形天線，以減少陣元數(shù)量的同時提高矩形波束半功率角外波瓣跌落能力，對提高通信系統(tǒng)頻率復(fù)用以及降低成本等方面具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束賦形天線，該賦形天線采用了較少的陣元數(shù)量，實現(xiàn)了矩形波束半功率角外波瓣快速跌落，同時有效的消除鄰近頻率復(fù)用蜂窩區(qū)的覆蓋重疊，使蜂窩區(qū)的邊界盡量清晰，提高了頻率復(fù)用效率和系統(tǒng)的通信容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束賦形天線，包括三組子陣列，三組子陣列的排布方式為：以n×n子陣列a組為中心，在a組子陣列的上、下、左、右分別增加n個陣元構(gòu)成b組子陣列，再在b組子陣列的上、下、左、右分別外擴(kuò)不多于n個陣元構(gòu)成c組子陣列，其中n≥1；

同一組子陣列中陣元的激勵幅度相同，且a組子陣列中陣元的激勵幅度最大；a組和b組子陣列中陣元的相位相同，c組子陣列中陣元的相位與其它組陣元相差180°。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述a組子陣列中相鄰陣元間距為0.5λ～0.8λ，b組與a組子陣列中對應(yīng)相鄰陣元間距為0.5λ～0.85λ，c組與b組子陣列中相對應(yīng)陣元的水平間距或豎直間距為0.5λ～0.85λ，其中λ為天線的中心工作頻率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

第一，本發(fā)明通過靈活配置陣列布局、激勵幅度和相位，實現(xiàn)了不同的半功率波束寬度以及半功率角外波瓣的快速跌落，具有較好的矩形波束賦形效果，能有效降低熱點通信區(qū)域的鄰區(qū)干擾，實現(xiàn)相鄰小區(qū)的頻率復(fù)用，提高網(wǎng)絡(luò)容量。

第二，本發(fā)明采用了較少的陣元數(shù)量，在移動通信等領(lǐng)域應(yīng)用中可以顯著降低生產(chǎn)成本和維護(hù)費(fèi)用；相對于目前的矩形波束賦形天線，本發(fā)明能有效降低熱點通信區(qū)域的鄰區(qū)干擾，實現(xiàn)相鄰小區(qū)的頻率復(fù)用，提高網(wǎng)絡(luò)容量。

附圖說明

圖1為矩形波束賦形天線陣列的稀疏分布圖(n＝2)；

圖2為波束寬度為48°～56°的矩形波束賦形天線陣列的激勵幅度和相位(n＝2)；

圖3為矩形波束賦形天線陣列的三維方向圖及梯度圖；

圖4為矩形波束賦形天線2.3ghz和2.7ghz的二維方向圖及2.5ghz的各個切面方向圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實例對本發(fā)明的具體實施做詳細(xì)的描述，以便進(jìn)一步理解本方案的原理、特點和優(yōu)點。

本發(fā)明一種半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束賦形天線，其設(shè)計要點包括陣列布局、陣元激勵幅度和相位設(shè)計。該天線包括三組子陣列，三組子陣列采用陣元稀疏分布的排布方式，具體為：以n×n子陣列a組為中心，在a組子陣列的上、下、左、右分別增加n個陣元構(gòu)成b組子陣列，再在b組子陣列的上、下、左、右分別外擴(kuò)不多于n個陣元構(gòu)成c組子陣列，其中n≥1；

a組子陣列中陣元的激勵幅度最大且一致，b組和c組子陣列中的陣元激勵幅度相對較小，其中b組和c組子陣列中的陣元激勵幅度組內(nèi)相同。通過靈活配置b組和c組中的陣元激勵幅度值，不僅可以實現(xiàn)不同的半功率波束寬度，而且能有效控制半功率角外波瓣跌落能力以及旁瓣電平抑制水平。陣列中a組陣元和b組陣元的相位相同，c組陣元與其它陣元相差180°。

其中各組陣列中的陣元可采用±45°極化的偶極子、微帶天線或波導(dǎo)天線等。

矩形波束賦形天線陣列a組子陣列中相鄰陣元間距為0.5λ～0.8λ，b組與a組子陣列中對應(yīng)相鄰陣元間距為0.5λ～0.85λ，c組與b組子陣列中相對應(yīng)的陣元的水平間距或豎直間距為0.5λ～0.85λ，其中λ為天線的中心工作頻率。

實例一：

工作頻率為2.3ghz～2.7ghz的矩形波束賦形天線共采用16個陣元進(jìn)行稀疏分布，如圖1所示，陣元采用±45°極化偶極子天線，各個陣元中心在xoy坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)分別為a1(31,-31)、a2(31,31)、a3(-31,31)、a4(-31,-31)、b1(93,-31)、b2(93,31)、b3(31,93)、b4(-31,93)、b5(-93,31)、b6(-93,-31)、b7(-31,-93)、b8(31,93)、c1(155,0)、c2(0,155)、c3(-155,0)、c4(0,-155)，其中單位為mm。

圖2給出了波束寬度為48°～56°情況下的幅相分布，其中a組中的單元激勵幅度最大且一致(設(shè)a組中的單元激勵幅度為0db)，b組的單元激勵幅度為-16.5db，c組的單元激勵幅度為-11.5db。陣列中a組和b組單元的激勵相位相同，而c組中的激勵相位與陣列中的其它單元相差180°。

圖3給出了矩形波束賦形天線陣列的三維方向圖及梯度圖；圖4為矩形波束賦形天線2.3ghz和2.7ghz的二維方向圖及2.5ghz的各個切面方向圖。從以上結(jié)果可以看出，該矩形波束賦形天線不僅具有陣元數(shù)少、半功率角外波瓣跌落快、旁瓣和背瓣電平低的優(yōu)點，而且具有較好的矩形波束賦形效果。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。

盡管為說明目的公開了本發(fā)明的最佳實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實施例和附圖所公開的內(nèi)容。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束賦形天線，包括三組子陣列，三組子陣列的排布方式為：以N×N子陣列A組為中心，在A組子陣列的上、下、左、右分別增加N個陣元構(gòu)成B組子陣列，再在B組子陣列的上、下、左、右分別外擴(kuò)不多于N個陣元構(gòu)成C組子陣列，其中N≥1；同一組子陣列中陣元的激勵幅度相同，且A組子陣列中陣元的激勵幅度最大；A組和B組子陣列中陣元的相位相同，C組子陣列中陣元的相位與其它組陣元相差180°。該賦形天線采用了較少的陣元數(shù)量，實現(xiàn)了矩形波束半功率角外波瓣快速跌落。

技術(shù)研發(fā)人員：徐明明;國愛燕;韓運(yùn)忠;高文軍;張濤;馬炳;藺祥宇;呂爭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京空間飛行器總體設(shè)計部
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.09
技術(shù)公布日：2017.10.03