具有控制波束寬度的小型化天線單元和大規(guī)模天線陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有控制波束寬度的小型化天 線單元和大規(guī)模天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端的興起及無線數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的豐富，無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)用戶數(shù) 大幅增加，數(shù)據(jù)內(nèi)容也不再限于傳統(tǒng)的文字或圖像，未來用戶對(duì)高清晰度視頻、手機(jī)電視等 多媒體業(yè)務(wù)的需求越來越多，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢。根據(jù)市場機(jī)構(gòu) 預(yù)測，未來十年，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將增長500-1000倍，平均每年增長1.6-2倍，該對(duì)無線通信 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量提出了更高的要求。提升無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量的方法有多種，主要包括 提升頻譜效率、提高網(wǎng)絡(luò)密度、增加系統(tǒng)帶寬、智能業(yè)務(wù)分流等。
[0003] 如圖1所示，大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)的基本特征就是通過在基站側(cè)配置數(shù)量眾多的 天線陣列（從幾十至幾千），獲得比傳統(tǒng)天線陣列系統(tǒng)（天線陣列數(shù)不超過8個(gè)）更為精確 地波數(shù)控制能力，然后通過空間復(fù)用技術(shù)，在相同的時(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)更多用戶來提升 無線通信系統(tǒng)的頻譜效率，從而滿足未來4G/5G無線通信系統(tǒng)中海量信息的傳輸需求。另 外大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)還可W很好的抑制無線通信系統(tǒng)中的干擾，帶來巨大的小區(qū)內(nèi)及小 區(qū)間的干擾抑制增益，使得整個(gè)無線通信系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍得到進(jìn)一步提高。
[0004] 大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)能夠深度利用空間無線資源，理論上可顯著提高系統(tǒng)的頻譜 效率和功率效率，是構(gòu)建未來高能效綠色寬帶無線通信系統(tǒng)的重要技術(shù)。但是，現(xiàn)有大規(guī)模 天線陣列的天線單元由于體積設(shè)計(jì)較大，進(jìn)一步造成大規(guī)模天線陣列的體積較大。目前， 128個(gè)單元的天線陣列的面積可W做到30cmX120cm。此外，普通天線的波束寬度一般在 65° ±10。左右，波束寬度較窄。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中天線單元體積較大的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方 面，提出一種具有控制波束寬度的小型化天線單元。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有控制波束寬度的小型化天線單元，包括；福射片、介 質(zhì)層、微帶縫隙天線基板和反射腔；介質(zhì)層設(shè)置于福射片與微帶縫隙天線基板的正面之間， 且介質(zhì)層的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)；微帶縫隙天線基板采用高介電常數(shù)基片，且高 介電常數(shù)基片的介電常數(shù)大于3. 5 ;反射腔設(shè)置于微帶縫隙天線基板的反面。
[0007] 在上述技術(shù)方案中，微帶縫隙天線基板包括高介電常數(shù)基片、微槽縫隙和微帶線； 微槽縫隙設(shè)置于高介電常數(shù)基片的正面，微帶線設(shè)置于高介電常數(shù)基片的反面；微帶縫隙 天線基板的正面與高介電常數(shù)基片的正面為同一面，微帶縫隙天線基板的反面與高介電常 數(shù)基片的反面為同一面。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，介質(zhì)層和高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)的取值范圍為：
[0009] 3. 5 <N< 10, 1 <M< 10 ;
[0010] 其中，N為高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)，M為介質(zhì)層的介電常數(shù)。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例提供的小型化天線單元，通過提高基片的介電常數(shù)，使在基片中激 勵(lì)出來的頻率信號(hào)波長變短，該樣為了達(dá)到諧振福射，微槽縫隙就需要相應(yīng)的變短，從而可 W大大減小了天線基片的尺寸。此外，當(dāng)天線福射出的信號(hào)經(jīng)過具有更高介電常數(shù)的介質(zhì) 層時(shí)，縮小了信號(hào)的波長，與其產(chǎn)生諧振的福射片的尺寸也相應(yīng)減??；同時(shí)，由于介質(zhì)層的 介電常數(shù)變高，其損耗相應(yīng)變大，當(dāng)天線福射出的信號(hào)經(jīng)過具有更高介電常數(shù)的介質(zhì)層時(shí)， 天線的福射效率便會(huì)降低，即天線增益降低，從而使得天線的波束寬度變寬。所W，介質(zhì)層 的介電常數(shù)越高，波束寬度越寬，即本發(fā)明實(shí)施例提供的小型化天線單元通過改變介質(zhì)層 的材質(zhì)（即改變介質(zhì)層的介電常數(shù)），可W控制天線的波束寬度。
[0012] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中大規(guī)模天線陣列體積較大的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一 個(gè)方面，提出一種具有控制波束寬度的小型化大規(guī)模天線陣列。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有控制波束寬度的小型化大規(guī)模天線陣列，由上述的 具有控制波束寬度的小型化天線單元組成。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，具有控制波束寬度的小型化大規(guī)模天線陣列為二維大規(guī)模天 線陣列。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例提供的具有控制波束寬度的小型化大規(guī)模天線陣列，采用小型化天 線單元，體積小，因此具有小型化、輕薄緊湊、受風(fēng)面積小、重量輕、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)， 通過改變天線單元中介質(zhì)層和高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)，可W實(shí)現(xiàn)控制波束寬度。該小 型化天線陣列還可W實(shí)現(xiàn)綠色隱形化，將天線陣列設(shè)置于路標(biāo)等建筑物中，實(shí)現(xiàn)高效信號(hào) 覆蓋。
[0016] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書、W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0017] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0018] 附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)配置圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中小型化天線單元的結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中4X4小型化大規(guī)模天線陣列的俯視圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中4X4小型化大規(guī)模天線陣列的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0024]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種具有控制波束寬度的小型化天線單元，圖2為該 小型化天線單元的結(jié)構(gòu)圖，包括；福射片10、介質(zhì)層20、微帶縫隙天線基板30和反射腔40。 [00巧]其中，如圖2所示，介質(zhì)層20設(shè)置于福射片10與微帶縫隙天線基板30的正面之 間，且介質(zhì)層20的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)；微帶縫隙天線基板30采用高介電常數(shù)基 片301，且高介電常數(shù)基片301的介電常數(shù)大于3. 5 ;同時(shí)，反射腔40設(shè)置于微帶縫隙天線 基板30的反面。反射腔40的反射面401用于反射微帶縫隙天線發(fā)射的信號(hào)，保證天線單 元只在一個(gè)方向上發(fā)射信號(hào)。
[0026] 具體的，微帶縫隙天線基板30包括高介電常數(shù)基片301、微槽縫隙302和微帶線 303。其中，微槽縫隙302設(shè)置于高介電常數(shù)基片301的正面，微帶線303設(shè)置于高介電常 數(shù)基片301的反面；微帶縫隙天線基板30的正面與高介電常數(shù)基片301的正面為同一面， 微帶縫隙天線基板30的反面與高介電常數(shù)基片301的反面為同一面。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供的小型化天線單元，通過提高基片的介電常數(shù)，使在基片中激 勵(lì)出來的頻率信號(hào)波長變短，該樣為了達(dá)到諧振福射，微槽縫隙就需要相應(yīng)的變短，從而可 W大大減小了天線基片的尺寸。此外，當(dāng)天線福射出的信號(hào)經(jīng)過具有更高介電常數(shù)的介質(zhì) 層時(shí)，縮小了信號(hào)的波長，與其產(chǎn)生諧振的福射片的尺寸也相應(yīng)減?。煌瑫r(shí)，由于介質(zhì)層的 介電常數(shù)變高，其損耗相應(yīng)變大，當(dāng)天線福射出的信號(hào)經(jīng)過具有更高介電常數(shù)的介質(zhì)層時(shí)， 天線的福射效率便會(huì)降低，即天線增益降低，從而使得天線的波束寬度變寬。所W，介質(zhì)層 的介電常數(shù)越高，波束寬度越寬，即本發(fā)明實(shí)施例提供的小型化天線單元通過改變介質(zhì)層 的材質(zhì)（即改變介質(zhì)層的介電常數(shù)），可W控制天線的波束寬度。
[0028] 本發(fā)明實(shí)施例提供的小型化天線單元，采用的單元天線結(jié)構(gòu)具有高增益的特點(diǎn)： 當(dāng)介質(zhì)層為空氣時(shí)，小型化天線單元的增益可達(dá)到8. 3地，而傳統(tǒng)天線單元的增益一般在 6地左右。提高介質(zhì)層介電常數(shù)后，單元天線增益雖然下降到跟傳統(tǒng)天線單元一樣的情況， 但體積卻比傳統(tǒng)天線單元小很多。
[0029] 下面WLTE天線為例，采用不同介電常數(shù)的基片和介質(zhì)層時(shí)的測試結(jié)果如下表1 所示：
[0030] 表1
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有控制波束寬度的小型化天線單元，其特征在于，包括：輻射片、介質(zhì)層、微 帶縫隙天線基板和反射腔； 所述介質(zhì)層設(shè)置于所述輻射片與所述微帶縫隙天線基板的正面之間，且所述介質(zhì)層的 介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)； 所述微帶縫隙天線基板采用高介電常數(shù)基片，且所述高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)大于 3. 5 ； 所述反射腔設(shè)置于所述微帶縫隙天線基板的反面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化天線單元，其特征在于，所述微帶縫隙天線基板包括 高介電常數(shù)基片、微槽縫隙和微帶線； 所述微槽縫隙設(shè)置于所述高介電常數(shù)基片的正面，所述微帶線設(shè)置于所述高介電常數(shù) 基片的反面；所述微帶縫隙天線基板的正面與所述高介電常數(shù)基片的正面為同一面，所述 微帶縫隙天線基板的反面與所述高介電常數(shù)基片的反面為同一面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型化天線單元，其特征在于，所述介質(zhì)層和所述高介電 常數(shù)基片的介電常數(shù)的取值范圍為： 3. 5 <N< 10 ；1 <M< 10 ； 其中，N為高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)，M為介質(zhì)層的介電常數(shù)。
4. 一種具有控制波束寬度的小型化大規(guī)模天線陣列，其特征在于，所述具有控制波束 寬度的小型化大規(guī)模天線陣列由權(quán)利要求1-3任一所述的具有控制波束寬度的小型化天 線單元組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化大規(guī)模天線陣列，其特征在于，所述具有控制波束寬 度的小型化大規(guī)模天線陣列為二維大規(guī)模天線陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型化大規(guī)模天線陣列，其特征在于，所述具有控制波束寬 度的小型化大規(guī)模天線陣列為4X4、4X16、8X8、8X16或8X32陣列的大規(guī)模天線陣列。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有控制波束寬度的小型化天線單元和大規(guī)模天線陣列，其中，該小型化天線單元包括：輻射片、介質(zhì)層、微帶縫隙天線基板和反射腔；介質(zhì)層設(shè)置于輻射片與微帶縫隙天線基板的正面之間，且介質(zhì)層的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)；微帶縫隙天線基板采用高介電常數(shù)基片，且高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)大于3.5；反射腔設(shè)置于微帶縫隙天線基板的反面。該小型化天線單元和大規(guī)模天線陣列具有更小的體積，且通過改變天線單元中介質(zhì)層和高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)控制波束寬度。
【IPC分類】H01Q13-08, H01Q13-10, H01Q1-38, H01Q21-00
【公開號(hào)】CN104701610
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410392011
【發(fā)明人】莊昆杰
【申請(qǐng)人】莊昆杰
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2014年8月11日