一種lte頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，主要針對(duì)LTE頻段多天線增益提升提供一種解決方案。本發(fā)明在不改變LTE多天線陣列原有結(jié)構(gòu)（反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)、陣列數(shù)量、振子數(shù)量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例）前提下，根據(jù)不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數(shù)量的引相器，多天線陣列，每一列包含1-n個(gè)引向器，引向器的位置位于振子正上方，距離振子h，0.08λ≤h≤0.35λ。多天線陣列的引向器，為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2；以此來提高陣列天線的增益。
【專利說明】一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，此方法可以被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信基站天線這一領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]天線增益是用來衡量天線朝某一特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。天線增益對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要，因?yàn)樗鼪Q定蜂窩邊緣的信號(hào)電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大接收信號(hào)電平的富余量。表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi，dBi是相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對(duì)于對(duì)稱振子天線的增益，dBi = dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。
[0003]一般來說，提高基站天線增益的方法有:
(I)保持基站天線水平面波瓣寬度不變的同時(shí)，通過減小垂直面輻射的波瓣寬度來提高天線增益。具體有，按照確定的陣列間距，增加參與輻射的對(duì)稱振子數(shù)量來提高增益。如將兩個(gè)半波對(duì)稱振子增加為4個(gè)，乃至8個(gè)。對(duì)支持1710-2690MHZ頻段的基站天線，4個(gè)半波對(duì)稱振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣時(shí)，一側(cè)再加有一個(gè)反射板就構(gòu)成四元式直線陣，也就是最常規(guī)的板狀天線，其增益約14 一 17dBi，其長(zhǎng)度在1.2m左右。同樣的八元式直線陣，即加長(zhǎng)型板狀天線，其增益16 — 19dBi，其長(zhǎng)度也要增加許多，為常規(guī)板狀天線的I倍，達(dá)2.4m左右；或者，保持天線陣列的振子數(shù)目不變，在不出現(xiàn)柵瓣的前提下，盡可能的增大振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益；或者，保持天線尺寸不變，增加振子數(shù)量的同時(shí)，適當(dāng)減小振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益。
[0004](2)通過增加反射板的辦法提高天線增益，平面反射板放在振子的一邊就構(gòu)成扇形區(qū)域的覆蓋天線。反射板的作用既能把功率反射到單側(cè)方向.也能提高天線的增益。為了進(jìn)一步改進(jìn)性能，提高天線增益，反射板還可以做成拋物反射面，使天線的輻射像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得更高的增益。
[0005](3)設(shè)計(jì)高性能的對(duì)稱振子，通過提高單個(gè)振子的增益，來提高天線陣列的增益。
[0006]對(duì)于(I)方式，若按照確定的陣列間距，通過增加參與輻射的對(duì)稱振子數(shù)量來提高增益，天線的尺寸會(huì)顯著增加；若是保持天線陣列的振子數(shù)目不變，通過增大振子與振子之間的距離來提高增益，則增益提高的效果不理想，而且還會(huì)出現(xiàn)柵瓣；若是保持天線尺寸不變，增加振子數(shù)量的同時(shí)，適當(dāng)減小振子與振子之間的距離來提高天線陣列的增益，則天線的隔離度指標(biāo)可能會(huì)惡化，同時(shí)由于振子數(shù)量增加，原有的饋電網(wǎng)絡(luò)方案就必須重新設(shè)計(jì)。
[0007]對(duì)于(2 )方式，在天線的振子數(shù)量確定，水平面波瓣寬度確定后，為保證前后比、交叉極化比以及隔離度、駐波比等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值，反射板的形狀已基本穩(wěn)定在某一特定形狀，對(duì)增益的貢獻(xiàn)已無法進(jìn)一步提升，即使設(shè)計(jì)多層反射板，也僅僅只能對(duì)天線的前后t匕、水平面波瓣寬度作小幅度的優(yōu)化調(diào)整。
[0008]對(duì)于(3)方式，目前已有很多設(shè)計(jì)，單個(gè)振子帶寬可以做到支持698-960MHZ，或者帶寬可以做到支持1710-2690MHZ，但以該振子做基本輻射單元組成天線陣列后，仍然會(huì)面臨某一頻段內(nèi)增益波度大，尤其是到高頻的LTE頻段，會(huì)在部分頻點(diǎn)出現(xiàn)增益偏低的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，主要針對(duì)LTE頻段多天線陣列增益提升提供一種解決方案。
[0011]本發(fā)明所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，具體的說，就是在不改變LTE多天線陣列原有結(jié)構(gòu)(反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)、陣列數(shù)量、振子數(shù)量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例)前提下，根據(jù)不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數(shù)量的引相器，以此來提高陣列天線的增益。
[0012]本發(fā)明所述的LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690MHZ工作頻段，包括一個(gè)以上反射板，每個(gè)反射板上安裝一列天線輻射振子(對(duì)基站天線而言，一般為半波長(zhǎng)的對(duì)稱振子)，振子通過設(shè)于反射板背部的饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互之間的電連接。安裝于反射板背面的饋電網(wǎng)絡(luò)，其作用是對(duì)每個(gè)振子進(jìn)行饋電，并提供特定的功率和相位信息激勵(lì)。
[0013]本發(fā)明的特征在于:根據(jù)不同天線輻射振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置分別引入引相器，以此提高陣列天線的增益。
[0014]而且，所述多天線陣列的列數(shù)為1-4列，每一列的振子數(shù)量為5-12個(gè)，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)；一列中相鄰振子的間距為d，取值范圍是O < d < λ。
[0015]多天線陣列任意一列振子的功率分配相同，具體比例為Ρ1:Ρ2:...:Pn72-!IPn72IPn^1:...: Pn-!: Pn,并且，P1〈 P2〈 P3〈...〈 Pn/2-l ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
[0016]所述多天線陣列，每一列包含1-η個(gè)引向器，η為振子數(shù)量。
[0017]所述多天線陣列，引向器的位置位于天線輻射振子正上方，距離振子h，0.08 λ 彡 h 彡 0.35 λ。
[0018]所述引向器為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2。
[0019]本發(fā)明的工作機(jī)理:引向器略短于二分之一波長(zhǎng)，主振子等于二分之一波長(zhǎng)，兩者間距四分之一波長(zhǎng)。此時(shí)，引向器對(duì)感應(yīng)信號(hào)呈“容性”，電流超前電壓90° ;引向器感應(yīng)的電磁波會(huì)向主振子輻射，輻射信號(hào)經(jīng)過四分之一波長(zhǎng)的路程使其滯后于從空中直接到達(dá)主振子的信號(hào)90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，兩者相位相同，于是信號(hào)迭加，得到加強(qiáng)。對(duì)于多天線陣列而言，天線陣列增益的高低取決于陣列的輻射效率，而陣列的輻射效率取決于單個(gè)振子的輻射效率，引向器提高了陣列中單個(gè)振子的輻射效率，從而可以提高多天線陣列的增益。
[0020]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，提高陣列天線增益的同時(shí)，天線的整體尺寸不會(huì)發(fā)生改變。
[0021]②根據(jù)振子在陣列中功率分配比例的不同，來確定引向器具體的安裝位置，提高天線陣列增益的同時(shí)，不會(huì)對(duì)天線陣列的其它電性能指標(biāo)造成破壞，尤其是對(duì)于其他輻射指標(biāo)良好，而增益有待提高的多天線陣列。
[0022]③適用于2G、3G以及LTE(Long Term Evolut1n,長(zhǎng)期演進(jìn))的兩通道雙極化天線、四通道雙極化天線、八通道雙極化天線以及其他多通道MIMO (Multiple Input MultipleOutput,多輸入多輸出)多天線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的應(yīng)用方案一；其中，圖(a)是應(yīng)用方案一未加載引向器前俯視圖；圖(b)是應(yīng)用方案一加載引向器后俯視圖；
圖3是本發(fā)明的應(yīng)用方案二 ；其中，圖(C)是應(yīng)用方案二未加載引向器前俯視圖；圖Cd)是應(yīng)用方案二加載弓I向器后俯視圖。
[0024]圖中:
Port I—天線輸入或輸出端口 I ;
Port2—天線輸入或輸出端口 2 ；
Port3—天線輸入或輸出端口 3 ；
Port4—天線輸入或輸出端口 4 ；
I 一天線輻射振子；
2—一列中相鄰振子的間距d ；
3一天線反射板；
4一相鄰列之間的間距λ/2;
5一引向器。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、總體結(jié)構(gòu)
如I圖所示，本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]本發(fā)明所述的LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690ΜΗΖ工作頻段，包括一個(gè)以上反射板，每個(gè)反射板上安裝一列天線輻射振子(對(duì)基站天線而言，一般為半波長(zhǎng)的對(duì)稱振子)，振子通過設(shè)于反射板背部的饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互之間的電連接。
[0027]安裝于反射板背面的饋電網(wǎng)絡(luò)，其作用是對(duì)每個(gè)振子進(jìn)行饋電，并提供特定的功率和相位信息激勵(lì)。
[0028]而且，多天線陣列的列數(shù)為1-4列，每一列的振子數(shù)量為5-12個(gè)，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)；一列中相鄰振子的間距為d，取值范圍是O < d < λ。
[0029]多天線陣列任意一列振子的功率分配相同，具體比例為Ρ1:Ρ2:...: Pn72-! IPn72IPn^1:...: Pn-!: Pn,并且，P1〈 P2〈 P3〈...〈 Pn/2-l ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
[0030]多天線陣列，每一列包含1-η個(gè)引向器(η為振子數(shù)量)。
[0031]多天線陣列，引向器的位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ。
[0032]多天線陣列，引向器為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2。
[0033]本發(fā)明所述的一種LTE頻段多天線增益補(bǔ)償方法，具體的說，就是在不改變LTE多天線陣列原有結(jié)構(gòu)(反射板、饋電網(wǎng)絡(luò)、陣列數(shù)量、振子數(shù)量、陣列間距、振子間距、極化方式、功率分配比例)前提下，根據(jù)不同振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置引入若干數(shù)量的引相器，以此來提高陣列天線的增益。
[0034]實(shí)施例1如2圖所不,是本發(fā)明應(yīng)用方案一。
[0035]對(duì)于圖(a)，是支持1710-2690ΜΗΖ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構(gòu)成,包含port 1、port2、port3、port4四個(gè)天線輸入或輸出端口，兩列天線均由6個(gè)輻射振子I構(gòu)成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個(gè)反射板3及安裝于反射板背后的饋電網(wǎng)絡(luò)。振子自上而下排列，分別對(duì)應(yīng)第一列1-1號(hào)、1-2號(hào)、1-3號(hào)、1-4號(hào)、1-5號(hào)、1-6號(hào)振子，第二列2_1號(hào)、2-2號(hào)、2-3號(hào)、2-4號(hào)、2-5號(hào)、2-6號(hào)振子,任意一列振子的功率分配相同,具體比例為P1 = P2 = P3 = P4 = P5 = P6,并且，P1 < P2 < P3=P4 > P5 > P6。
[0036]加引向器后，天線陣列就轉(zhuǎn)變?yōu)閳D(b)。支持1710-2690MHZ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構(gòu)成，包含portl、port2、port3、port4四個(gè)天線輸入或輸出端口，兩列天線均由6個(gè)輻射振子I構(gòu)成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個(gè)反射板3及安裝于反射板背后的饋電網(wǎng)絡(luò)。振子自上而下排列，分別對(duì)應(yīng)第一列1-1號(hào)、1-2號(hào)、1-3號(hào)、1-4號(hào)、1-5號(hào)、1_6號(hào)振子,第二列2_1號(hào)、2-2號(hào)、2-3號(hào)、2-4號(hào)、2-5號(hào)、2_6號(hào)振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1:P2:P3:P4:P5:P6，并且，P1 < P2 < P3=P4 > P5 > P60
[0037]引向器為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2，位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ，本實(shí)施例中，引向器加載的數(shù)量為8個(gè)，分別位于第一列的1-1號(hào)振子、1-2號(hào)振子、1-5號(hào)振子、1-6號(hào)振子正上方,第二列的2-1號(hào)振子、2-2號(hào)振子、2_5號(hào)振子、2-6號(hào)振子正上方。
[0038]根據(jù)振子在陣列中功率分配比例的不同，在功率分配較小的振子正上方引入引向器，提高天線陣列增益的同時(shí)，不會(huì)對(duì)天線陣列的其它電性能指標(biāo)造成破壞，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多天線陣列增益的小幅提升。
[0039]實(shí)施例2
如3圖所示，是本發(fā)明的應(yīng)用方案二。
[0040]對(duì)于圖(C)，是支持1710-2690ΜΗΖ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構(gòu)成,包含portl、port2、port3、port4四個(gè)天線輸入或輸出端口，兩列天線均由6個(gè)輻射振子I構(gòu)成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個(gè)反射板3及安裝于反射板背后的饋電網(wǎng)絡(luò)。振子自上而下排列，分別對(duì)應(yīng)第一列1-1號(hào)、1-2號(hào)、1-3號(hào)、1-4號(hào)、1-5號(hào)、1-6號(hào)振子，第二列2_1號(hào)、2-2號(hào)、2-3號(hào)、2-4號(hào)、2-5號(hào)、2-6號(hào)振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1: P2: P3: P4: P5: P6,并且，P1 < P2 < P3=P4 > P5 > P6。
[0041]加引向器后，天線陣列就轉(zhuǎn)變?yōu)閳D(d)。支持1710-2690MHZ頻段工作的LTE頻段多天線陣列，由兩列±45°雙極化基站天線構(gòu)成，包含portl、port2、port3、port4四個(gè)天線輸入或輸出端口，兩列天線均由6個(gè)輻射振子I構(gòu)成，振子間距為2，列與列之間的間距為4。兩列中任意一列均包含一個(gè)反射板3及安裝于反射板背后的饋電網(wǎng)絡(luò)。振子自上而下排列，分別對(duì)應(yīng)第一列1-1號(hào)、1-2號(hào)、1-3號(hào)、1-4號(hào)、1-5號(hào)、1_6號(hào)振子,第二列2_1號(hào)、2-2號(hào)、2-3號(hào)、2-4號(hào)、2-5號(hào)、2_6號(hào)振子,任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1:P2:P3:P4:P5:P6，并且，P1 < P2 < P3=P4 > P5 > P60
[0042]引向器為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2，位置位于振子正上方，距離振子h，0.08 λ彡h彡0.35 λ，本實(shí)施例中，引向器加載的數(shù)量為8個(gè)，分別位于第一列的1-2號(hào)振子、1-3號(hào)振子、1-4號(hào)振子、1-5號(hào)振子正上方，第二列的2-2號(hào)振子、2-3號(hào)振子、2_4號(hào)振子、2-5號(hào)振子正上方。
[0043]根據(jù)振子在陣列中功率分配比例的不同，在功率分配較大的振子正上方引入引向器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多天線陣列增益的大幅提升；在功率分配較小的振子正上方引入引向器，可提升陣列天線增益0.3-0.SdBi ;在功率分配較大的振子正上方引入引向器，可提升陣列天線增益 0.8-1.5dBi ο
【權(quán)利要求】
1.一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，所述LTE頻段多天線陣列，支持1710-2690MHZ工作頻段，包括一個(gè)以上反射板，每個(gè)反射板上安裝一列天線輻射振子，振子通過設(shè)于反射板背部的饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互之間的電連接；其特征在于:根據(jù)不同天線輻射振子的功率分配比例，在陣列中不同的位置分別引入引相器，以此提高陣列天線的增益。
2.如權(quán)利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，其特征在于:所述多天線陣列的列數(shù)為1-4列，每一列的振子數(shù)量為5-12個(gè)，振子的極化方式為±45°雙極化；相鄰列之間的間距為λ/2，λ是多天線陣列工作的中心頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)；一列中相鄰振子的間距為山取值范圍是O < d < λ。
3.如權(quán)利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，其特征在于:任意一列振子的功率分配相同，具體比例為P1: P2:...: Pn/2-1 ^ Pn/2: Ρη/2+1:...: Pn-1: Pn? 并且，P1 < P2〈P3〈...〈 PnZ2-1 ^ Ρη/2〉Ρη/2+1〉...〉Pn-1〉Ρη。
4.如權(quán)利要求1所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，其特征在于:所述多天線陣列每一列包含1-η個(gè)引向器，η為振子數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1-4所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，其特征在于:所述多天線陣列引向器的位置位于天線輻射振子正上方，距離振子h，0.08 λ < h < 0.35 λ。
6.如權(quán)利要求5所述的一種LTE頻段多天線陣列增益補(bǔ)償方法，其特征在于:所述引向器為十字形或圓環(huán)狀金屬片，其尺寸小于λ/2。
【文檔編號(hào)】H01Q19/00GK104393423SQ201410666447
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】郭繼權(quán), 田宇興 申請(qǐng)人:武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司