一种天线阵列、基站天线及天线指标提升方法与流程

本发明涉及无线通讯技术领域，特别是涉及一种天线阵列、基站天线及天线指标提升方法。

背景技术：

随着移动通信技术的发展，天面资源越来越紧张，移动数据量不断增加，天线逐渐向多制式、多端口、小型化方向发展。对于天线的指标如波宽、增益等需求也越来越高。所以当前小型化多频多端口天线已成为移动通信天线的主要发展趋势。

天线的水平波宽是衡量天线覆盖效果的指标之一，在小型化天线中，阵列之间的耦合或者是反射面的尺寸限制了水平波宽的收敛性，如何在小型化天线中，提升水平波宽收敛性是一个难题。目前在常规天线中，优化波宽收敛性的主要手段包括：第一种，加大反射板尺寸，增大阵列的辐射口径的同时减少两列间的耦合作用。第二种，通过不同的组阵方式改善波宽，如水平方向错位组阵或者l型并联组阵。

但是这两种方式都有各自的缺点：第一种方式增加的天线的物理尺寸，不满足当前小型化多端口的发展趋势和运营商的需求。第二种方式在现有的小型化需求下，水平面错位组阵无法达到最优水平，带来的效果微乎其微，而l型组阵则无疑增加了辐射单元数量和天线的物理长度，而且在辐射单元数量较少的阵列中，l型组阵会带来波宽增提偏窄的问题，造成覆盖范围不够。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种天线阵列、基站天线及天线指标提升方法，用于解决或部分解决目前在天线阵列中提升高频水平波宽收敛性对天线重量和尺寸要求较高，不利于天线小型化的问题。

本发明实施例提供一种天线阵列，包括高频辐射单元，还包括耦合边界，所述耦合边界呈金属片状结构，所述耦合边界设于至少一个所述高频辐射单元的一侧或两侧。

在上述方案的基础上，所述耦合边界包括耦合边和支撑边；所述耦合边和所述支撑边位于同一平面，且所述耦合边的底部与所述支撑边的顶部相连，所述支撑边的底部连接有固定边，所述耦合边界通过所述固定边固定于反射板。

在上述方案的基础上，所述耦合边界与所述高频辐射单元相对设置，且所述耦合边的长度方向的中心部位与所述高频辐射单元的中心部位相对应；所述支撑边与所述反射板垂直或不垂直。

在上述方案的基础上，所述耦合边的顶部相对反射板的垂直高度为所述高频辐射单元的高度的0.7-1.2倍；所述耦合边的长度为中心频点半波长的0.8-1.4倍；所述高频辐射单元的工作频段大于等于1.4ghz。

在上述方案的基础上，多个所述高频辐射单元形成至少一个高频阵列，任一所述高频阵列的两侧分别设有辐射边界，所述耦合边界设于所述高频阵列的侧边、所述辐射边界以内。

在上述方案的基础上，所述天线阵列还包括低频辐射单元，所述高频辐射单元与所述低频辐射单元交叉和/或嵌套设置。

在上述方案的基础上，所述高频辐射单元包括辐射臂、馈电片、巴伦柱和馈电柱，所述辐射臂和所述馈电片固定于所述巴伦柱的顶部，所述巴伦柱的底部设有所述馈电柱，所述高频辐射单元的底部固定于反射板。

在上述方案的基础上，所述高频辐射单元通过底座固定于所述反射板，所述底座上设有馈电柱孔，所述馈电柱依次穿过所述馈电柱孔和所述反射板，所述底座的两侧分别设有卡扣，所述巴伦柱的两侧外壁上分别设有与所述卡扣相配合的卡槽，所述底座上设有至少两个固定孔，所述底座通过固定孔与所述反射板相连。

本发明实施例提供一种基站天线，包括上述天线阵列。

本发明实施例提供一种基于上述天线阵列的天线指标提升方法，包括：在至少一个高频辐射单元的一侧或两侧设置耦合边界，对天线的水平波宽收敛性进行提升；并通过调节耦合边界的设置数量、设置部位、长度以及高度对天线的水平波宽收敛性的提升效果进行控制调节。

本发明实施例提供的一种天线阵列、基站天线及天线指标提升方法，基于表面电流耦合技术设置耦合边界，通过波束合成，使高频辐射单元表面电流耦合到耦合边界上，使耦合边界产生弱辐射，进而和高频天线阵列合成较窄波束，提升天线高频水平波宽收敛性；该天线阵列通过设置片状的耦合边界，对安装空间的要求较低，且在占用空间较小的情况下即可实现高频水平波宽收敛性的提升，有利于实现天线的小型化、轻型化，降低天线迎风面积和重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中天线阵列的第一结构示意图；

图2为本发明实施例中耦合边界的总体结构示意图，

图3为本发明实施例中高频辐射单元安装结构示意图；

图4为本发明实施例中天线阵列加耦合边界前后水平波宽对比图；

图5为本发明实施例中天线阵列的第二结构示意图；

图6为本发明实施例中天线阵列的第三结构示意图；

图7为本发明实施例中天线阵列的第四结构示意图。

附图标记说明：

1—高频频辐射单元；2—耦合边界；3—底座；

4—反射板；5—双列高频反射板；6—折弯挡板；

7—低频十字辐射单元；8—共轴反射板；

9—窄带低频辐射单元；10—高频框形辐射单元；

11—高频折弯辐射边界；12—宽带低频辐射单元；

13—h型高频辐射单元；14—双频反射板；15—高频z型挡板；

16—l型辐射板；101—辐射臂；102—卡槽；

103—馈电片；104—巴伦柱；105—馈电柱；

201—耦合边；202—支撑边；203—第一安装孔；

204—固定边；301—馈电柱孔；302—限位孔；

303—卡扣；304—固定孔；401—第二安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种天线阵列，参考图1，该天线阵列包括高频辐射单元1，还包括耦合边界2，耦合边界2呈金属片状结构，耦合边界2设于至少一个高频辐射单元1的一侧或两侧。

本实施例提供的一种天线阵列，提出基于表面电流耦合技术，通过设置耦合边界2，将高频辐射单元1表面电流耦合到耦合边界2上，使耦合边界2产生辐射波束与高频阵列合成较窄波束，对高频水平波宽收敛性起到提升效果。

耦合边界2设于至少一个高频辐射单元1的侧边，且可在高频辐射单元1的一侧设置耦合边界2，也可在高频辐射单元1的两侧同时设置耦合边界2；且在耦合边界2设于多个高频辐射单元1的侧边时，不同高频辐射单元1侧边的耦合边界2设置情况可以一样，也可以不一样。即可以有的高频辐射单元1侧边的耦合边界2设在一侧，有的高频辐射单元1侧边的耦合边界2设在两侧。耦合边界2可选择性的设置在至少一个高频辐射单元1的侧边。耦合边界2的具体设置部位以及设置数量不限，根据实际情况灵活设置。

本实施例提供的一种天线阵列，基于表面电流耦合技术设置耦合边界2，通过波束合成，使高频辐射单元1表面电流耦合到耦合边界2上，使耦合边界2产生弱辐射，进而和高频天线阵列合成较窄波束，提升天线高频水平波宽收敛性；该天线阵列通过设置片状的耦合边界2，对安装空间的要求较低，且在占用空间较小的情况下即可实现高频水平波宽收敛性的提升，有利于实现天线的小型化、轻型化，降低天线迎风面积和重量。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，耦合边界2包括耦合边201和支撑边202；耦合边201和支撑边202位于同一平面，且耦合边201的底部与支撑边202的顶部相连，支撑边202的底部连接有固定边204，耦合边界2通过固定边204固定于反射板4。

耦合边201的作用是用于电流耦合产生辐射，为主要起到电流耦合作用的部件。支撑边202主要起到支撑耦合边、控制耦合边界高度的作用。通过固定边204与反射板4固定连接，可将耦合边界2固定于反射板4上。固定边204上可设有第一安装孔203，通过第一安装孔203与反射板4相连。固定边204的形状可为任意能够将耦合边界2固定于反射板4的形状，不做限定。

进一步地，为减小耦合边界2的重量，可尽量减小支撑边202沿耦合边201长度方向的宽度，以减小支撑边202的尺寸，进而减小耦合边界2的重量。优选的，支撑边202可与耦合边201的中间部位相连，便于对耦合边201进行牢固稳定的支撑。耦合边界2整体呈t型。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，耦合边界2与高频辐射单元1相对设置，且耦合边201的长度方向的中心部位与高频辐射单元1的中心部位相对应；支撑边202与反射板4垂直或不垂直。耦合边界2的支撑边202可以垂直于反射板4，也可以与反射板4有夹角。

耦合边界2与高频辐射单元1相对设置，即耦合边201的长度方向与高频辐射单元1设置耦合边界2的一侧侧边平行设置，而不是垂直或者相交设置。其中耦合边201呈片状，具有相对反射板4的高度方向和长度方向两个方向。支撑边202具有相对反射板4的高度方向和宽度方向两个方向。

耦合边201的长度方向的中心部位与高频辐射单元1的中心部位相对应，即耦合边201关于高频辐射单元1的中心部位对称分布，即耦合边201在高频辐射单元1的中心部位的两侧的长度相同。有利于耦合边更好更均匀的进行电流耦合。

在上述实施例的基础上，进一步地，耦合边201的顶部相对反射板4的垂直高度为高频辐射单元1的高度的0.7-1.2倍；耦合边201的长度为中心频点半波长的0.8-1.4倍；高频辐射单元1的工作频段大于等于1.4ghz。高频辐射单元1的工作频段为大于等于1.4ghz的频率范围。

高频辐射单元1两侧或者单侧的耦合边界2的高度、长度会影响高频水平波宽的提升效果；上端耦合边201长度为中心频点波长的0.8-1.4倍，耦合边界2高度介于高频辐射单元1高度的0.7-1.2倍，在此基础上调节耦合边界2耦合边201的长度和支撑边202的高度可以调节特定频点的高频水平波宽收敛性。其中中心频点半波长根据高频辐射单元的实际工作频段计算确定。

在上述实施例的基础上，进一步地，多个高频辐射单元1形成至少一个高频阵列，任一高频阵列的两侧分别设有辐射边界，耦合边界2设于高频阵列的侧边、辐射边界以内。即对于高频阵列，耦合边界2优选位于高频阵列的侧边，而不是高频阵列中相邻两个高频辐射单元1之间。

进一步优选的，高频阵列可为单列形式，每列包括若干个高频辐射单元1。在天线阵列包括多个高频阵列时，相邻两列高频阵列之间设有辐射边界，对于每列高频阵列，可在侧边与辐射边界之间设置耦合边界2。

进一步地，辐射边界包括挡板结构，具体可为折弯挡板6、l型挡板以及z型挡板等。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5、图6和图7，天线阵列还包括低频辐射单元，高频辐射单元1与低频辐射单元交叉和/或嵌套设置。交叉设置即在相邻的高频辐射单元1之间设有低频辐射单元，或者在相邻的低频辐射单元之间设有高频辐射单元1。嵌套设置即高频辐射单元1可嵌入设置在低频辐射单元的内部。

同样的，低频辐射单元也可形成低频阵列。天线阵列可以包含多个高频阵列和多个低频阵列；应至少包含一个高频阵列；高频阵列中至少包含一个高频辐射单元1和一个耦合边界2。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，高频辐射单元1包括辐射臂101、馈电片103、巴伦柱104和馈电柱105，辐射臂101和馈电片103固定于巴伦柱104的顶部，巴伦柱104的底部设有馈电柱105，高频辐射单元1的底部固定于反射板4。

在上述实施例的基础上，进一步地，高频辐射单元1通过底座3固定于反射板4，底座3上设有馈电柱孔301，馈电柱105依次穿过馈电柱孔301和反射板4，底座3的两侧分别设有卡扣303，巴伦柱104的两侧外壁上分别设有与卡扣303相配合的卡槽102，底座3上设有至少两个固定孔304，底座3通过固定孔304与反射板4相连。

高频辐射单元1通过底座3固定于反射板4上。反射板4上与馈电柱孔301对应位置处设有第二安装孔401，馈电柱105穿过底座3上的馈电柱孔301和反射板4上的第二安装孔401，固定卡扣303扣住高频辐射单元巴伦柱104，装置于反射板4上。螺钉等固定件穿过固定孔304将底座3固定于反射板4，进而将高频辐射单元1固定于反射板4上，至少两个固定孔304可一个用于固定连接，其他用作限位孔302装置于反射板4上，防止高频辐射单元1受力而出现位移或偏转。

至少两个固定孔304可在至少两个部位对底座3进行固定连接，可更好的固定底座和高频辐射单元1的位置，防止位移和偏转。在高频辐射单元1和反射板4之间设置底座3，使得高频辐射单元1并不与反射板4直接相连，可减小高频辐射单元1与反射板4的接触面积，从而可提升互调指标。

在上述实施例的基础上，进一步地，高频辐射单元1和低频辐射单元的实现形式分别为压铸形式、钣金成型、印刷电路板以及贴片单元形式中的至少一种。高频辐射单元1和低频辐射单元的实现形式不局限压铸形式、也可以是印制电路板、钣金成型以及贴片单元的形式。低频辐射单元和高频辐射单元分别通过压铸、印制电路板、钣金成型以及贴片单元中的至少一种形式实现。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基站天线，该基站天线包括上述任一实施例所述的天线阵列。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述任一实施例所述天线阵列的天线指标提升方法，该方法包括：在至少一个高频辐射单元的一侧或两侧设置耦合边界，对天线的水平波宽收敛性进行提升；并通过调节耦合边界的设置数量、设置部位、长度以及高度对天线的水平波宽收敛性的提升效果进行控制调节。

高频辐射单元1单侧或者两侧耦合边界的数量、耦合边界相对高频辐射单元的位置、长度以及高度均会影响高频水平波宽的提升效果；可以通过调节耦合边界的具体设置来控制高频水平波宽的提升效果。通过调节耦合边界的数量、耦合边界相对高频辐射单元的位置、耦合边界的高度及耦合边的长度对高频水平波宽收敛度进行调节。

进一步地，一种天线指标提升方法还包括：通过调节高频辐射单元的数量以及低频辐射单元的数量，对天线的增益进行控制调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于表面电流耦合技术设置耦合边界的天线阵列，具体包括：将高频辐射单元装置在反射板上；在高频辐射单元单侧或双侧增加至少一个耦合边界。设置高频辐射单元与耦合边界的具体连接方式为：可设置至少一个高频辐射单元的底部通过高频辐射单元底座与反射板相连，且高频两侧或者单侧放置耦合边界，耦合边界以高频辐射单元的中心为对称中心放置。

设置耦合边界，将高频辐射单元表面电流耦合到耦合边界上，使耦合边界产生弱辐射，辐射的波束与高频阵列合成较窄波束，对高频水平波宽收敛性有较大提升。耦合边界采用钣金成型而成，重量轻且不增加反射板和阵列尺寸。本实施例提供的天线阵列，通过波束合成的思想，在不增加天线重量和尺寸的条件下，提升高频波宽收敛性。

参考图1，本实施例提供的天线阵列主要由多个高频辐射单元1、多个高频辐射单元底座3、多个耦合边界2组成。其中高频辐射单元1通过高频单元底座3装置于反射板4上；耦合边界2关于高频辐射单元1中心对称装置于高频辐射单元1单侧或两侧；耦合边界2的数量根据性能确定，不局限于每个高频辐射单元1都有耦合边界2；本实施例中耦合边界2的高度和高频辐射单元1的高度相同。

参考图4为该实施例中添加耦合边界前后高频水平波宽对比情况。从图4可以看到，添加耦合边界后，高频水平波宽在起始频段变窄，在截至频段变宽，整体水平波宽趋于收敛。波宽整体指标有较大提升。

参考图5，本实施例提供另一种具体的天线阵列，阵列包含一个低频阵列、两个高频阵列，如图5所示，高频阵列、低频阵列以直线阵的形式排布在反射板4上，低频阵列包含3个低频十字辐射单元7，每个高频阵列包含6个高频辐射单元1，阵列中包含6个耦合边界2，分布于高频辐射单元1的两侧和一侧。折弯挡板6置于反射板4中间对称放置。反射板4的两侧设有双列高频反射板5。

同样地，实际应用的时候，高频辐射单元的数量、低频十字辐射单元的数量根据实际应用的增益要求而定，耦合边界的数量、设置部位、长度、高度根据天线波宽指标的收敛情况而定。

进一步地，参考图6和图7，低频辐射单元为碗状结构，天线阵列包括至少一列，任一列中低频辐射单元和高频辐射单元交叉设置，且至少一个低频辐射单元的内侧同时嵌设有高频辐射单元。任一列中低频辐射单元和高频辐射单元交叉设置，即指的是任一列中既有低频辐射单元又有高频辐射单元，且二者之间存在交叉情况。

同样地，实际应用的时候，高频辐射单元的数量、低频辐射单元的数量根据实际应用的增益要求而定，耦合边界的数量、设置部位、长度、高度根据天线波宽指标的收敛情况而定。

参考图6，本实施例提供另一种具体的天线阵列，阵列包含一个低频阵列、一个高频阵列，按图6所示，高频阵列、低频阵列以直线阵的形式排布于反射板上，高频辐射单元1分为嵌套外辐射单元和嵌套辐射单元，低频阵列包含2个窄带低频辐射单元9，每个高频阵列包含5个高频框形辐射单元10，阵列中包含2个耦合边界，分布于嵌套外高频辐射单元的两侧。高频折弯辐射边界11置于高频辐射单元两侧。反射板4的具体形式为共轴反射板8。

同样地，实际应用的时候，高频辐射单元的数量、低频辐射单元的数量根据实际应用的增益要求而定，耦合边界的数量、设置部位、长度、高度根据天线波宽指标的收敛情况而定。

参考图7，本实施例提供另一种具体的天线阵列，阵列包含两个个低频阵列、两个高频阵列，按图7所示，高频阵列、低频阵列以直线阵的形式排布于反射板上，高频辐射单元分为嵌套外辐射单元和嵌套辐射单元，低频阵列包含2个宽带低频辐射单元12，每个高频阵列包含5个h型高频辐射单元13，每个高频阵列中包含2个耦合边界，分布于嵌套外高频辐射单元的两侧。l型辐射板16置于反射板中间位置。高频z型挡板15置于高频辐射单元两侧。反射板4的形式为双频反射板14。

同样地，实际应用的时候，高频辐射单元的数量、低频十字辐射单元的数量根据实际应用的增益要求而定，耦合边界的数量、设置部位、长度、高度根据天线波宽指标的收敛情况而定。

本实施例提供的一种基于表面电流耦合技术设置耦合边界的天线阵列，在高频阵列中，通过在高频两侧或单侧加耦合边界，可在不改变整机外形尺寸的前提下，利用波束合成的思想，提升高频水平波宽的收敛性，可以在更窄的反射板宽度、长度下，实现水平波宽最优。通过一种波束合成的思想，提升高频波宽收敛性；同时提升高频的阵列增益；在相同高频水平波宽的要求下，此技术可以实现更窄的反射板宽度，进而实现整机尺寸的小型化，降低天线的迎风面积和重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。