天线及有源天线系统.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102760974 A (43)申请公布日 2012.10.31 C N 1 0 2 7 6 0 9 7 4 A *CN102760974A* (21)申请号 201210243134.7 (22)申请日 2012.07.13 H01Q 21/00(2006.01) (71)申请人华为技术有限公司 地址 518129 广东省深圳市龙岗区坂田华为 总部办公楼 (72)发明人郭昕 柳涛 (54) 发明名称 天线及有源天线系统 (57) 摘要 本发明涉及无线通信领域，公开了一种天线， 包括至少一列单元振子和馈电网络，每列单元振 子包含多个单元振子，所述馈电网络用于为同一 列

2、单元振子中的每个单元振子提供相同的功分权 值，所述同一列单元振子中相邻振子之间的间距 疏密不等。本发明还提供了一种有源天线系统。 本发明通过将同一列单元振子中相邻振子之间的 间距设计为疏密不等，且馈电网络为同一列单元 振子中的每个振子提供相同的功分权值，简化了 馈电网络。并且提高了天线的可实现性、可制造性 及稳定性。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种天线，包括至少一列单元振子和馈电网络，其特征在于，每列包含多个单元振 子，所述馈电网络

3、用于为同一列单元振子中的每个单元振子提供相同的功分权值，所述同 一列单元振子中相邻单元振子之间的间距疏密不等。 2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述同一列单元振子中相邻单元振子之间 的间距是可调整的。 3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述每个单元振子的功分权值为所述馈电 网络通过功分节点提供给每个单元振子的电流值。 4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述同一列单元振子中相邻单元振子之间 的间距为dL 1 /2+L 2 /2，L 1 、L 2 分别为相邻的两个单元振子在列方向上所占据的长度，由下 式计算得出： L(I*L 已知天线 )/I 已知天线 ，其中I表示馈电网络供给

4、所述单元振子的功分权值，L 已知天线 表示已知天线中单元振子在列方向所占据的长度，I 已知天线 表示已知天线中单元振子的功分 权值。 5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，对于同一列单元振子，计算各个单元振子在 列方向上所占据的长度L与该列所有单元振子所占据的长度总和的比值，将该比值和对应 的已知天线的高度相乘，得到各个单元振子在列方向上所占据的优化后的长度L； 再根据： dL 1 /2+L 2 /2 计算得到相邻单元振子间的优化后的间距；或 将同一列单元振子中各个振子的间距按一定比例进行调整。 6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述至少一列单元振子中，从该列单元振子 的两端到中心，相

5、邻单元振子的间距逐渐减小。 7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述至少一列单元振子中，各个单元振子相 对于该列单元振子的中心对称排布。 8.如权利要求1-7中任意一项所述的天线，其特征在于，所述馈电网络通过至少一个 功分器为同一列的各个单元振子提供相同的电流值。 9.如权利要求1-7中任意一项所述的天线，其特征在于，所述至少一列单元振子中的 振子大小相同。 10.如权利要求1-7中任意一项所述的天线，其特征在于，当天线包含多列单元振子 时，同列单元振子中的振子大小相同，不同列单元振子中的振子大小不同。 11.如权利要求10所述的天线，其特征在于，不同列单元振子的振子疏密规律不同。 12.

6、如权利要求1-7任意一项所述的天线，其特征在于，同列单元振子中的振子大小不 相同。 13.一种有源天线系统，其特征在于，包括如权利要求112中任一项所述的天线，所 述系统还包括与所述天线连接的射频模块。 权 利 要 求 书CN 102760974 A 1/5页 3 天线及有源天线系统 技术领域 0001 本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种天线及有源天线系统。 背景技术 0002 如图1所示，现有天线由很多列天线构成，而每列天线都由很多个单元振子构成。 在每列天线中，各个单元振子由于布放的位置不同，中间的单元振子要求增加功分权值，以 增强垂直面的主瓣增益；边缘的单元振子要求减少功分权值，以抑

7、制垂直面的副瓣增益。为 了天线整体拟合满足辐射特性(增强主瓣，抑制旁瓣)，引入了馈电网络，使各个不同位置 的单元振子采用不同的功分权值。其中，图1仅示出了天线的单元振子，其它部分(例如) 馈电网络没有示出。 0003 如图2所示，以单频天线为例，所有单元振子发射同一个频率，振子大小相同，传 统天线每列天线的单元振子中相邻振子的间距(包含振子长度和振子空隙长度)相等，馈 电网络通过多个功分，使提供给各个不同布放位置的振子电流不一样，从而起到抑制旁瓣， 满足天线垂直方向上的辐射要求。其中，图2仅示出了一列单元振子。 0004 然而，随着有源天线系统(Active Antenna System，AA

8、S)的快速发展，带来以下的 问题：AAS中集成有射频模块，这使得天线的馈电网络中节点大量增多，增加AAS的实现难 度，对AAS的可靠性、可制造性、稳定性带来很大风险；进一步的AAS宽频系统集成多个制 式，使馈电网络的电流分配越来越复杂、烦琐。 发明内容 0005 本发明一方面提供一种天线，以提高天线的可靠性及稳定性。 0006 所述天线包括至少一列单元振子和馈电网络，其特征在于，每列包含多个单元振 子，所述馈电网络用于为同一列单元振子中的每个单元振子提供相同的功分权值，所述同 一列中相邻单元振子之间的间距疏密不等。 0007 可选的，所述同一列单元振子中相邻单元振子之间的间距是可调整的。 00

9、08 可选的，所述每个单元振子的功分权值为所述馈电网络通过功分节点提供给每个 单元振子的电流值。 0009 可选的，所述同一列单元振子中相邻单元振子之间的间距为dL 1 /2+L 2 /2，其中 L 1 、L 2 分别为相邻的两个单元振子在列方向上所占据的长度，由下式计算得出： 0010 L(I*L 已知天线 )/I 已知天线 ，其中I表示馈电网络供给所述单元振子的功分权值，L 已 知天线 表示已知天线中单元振子在列方向所占据的长度，I 已知天线 表示已知天线中单元振子的 功分权值。 0011 可选的，对于同一列单元振子，计算各个单元振子在列方向上所占据的长度L与 该列所有单元振子所占据的长度

10、总和的比值，将该比值和对应的已知天线的高度相乘，得 到各个单元振子在列方向上所占据的优化后的长度L； 0012 再根据： 说 明 书CN 102760974 A 2/5页 4 0013 dL1/2+L2/2 0014 计算得到相邻单元振子间的优化后的间距；或 0015 将同一列单元振子中各个振子的间距按一定比例进行调整。 0016 所述至少一列单元振子中，从该列单元振子的两端到中心，相邻单元振子的间距 逐渐减小。 0017 可选的，所述至少一列单元振子中，各个单元振子相对于该列单元振子的中心对 称排布。 0018 可选的，所述馈电网络通过至少一个功分器为同一列的各个单元振子提供相同的 电流值。

11、 0019 可选的，所述至少一列单元振子中的振子大小相同。 0020 可选的，当天线包含多列单元振子时，同列单元振子中的振子大小相同，不同列单 元振子中的振子大小不同。 0021 可选的，不同列单元振子的振子疏密规律不同。 0022 可选的，同列单元振子中的振子大小不相同。 0023 本发明另一方面还提供一种有源天线系统，其特征在于，包括前面所述的天线。 0024 可选的，所述系统还包括与所述天线连接的射频模块。 0025 本发明通过将同一列单元振子中相邻单元振子之间的间距设计为疏密不等，且馈 电网络为同一列单元振子中的每个单元振子提供相同的功分权值，简化了馈电网络。并且 提高了天线的可实现性

12、、可制造性及稳定性。 附图说明 0026 图1是现有天线结构及其垂直辐射示意图； 0027 图2是现有天线中单元振子的结构及其与馈电网络的关系示意图； 0028 图3是本发明天线中单元振子的结构及其与馈电网络的关系示意图； 0029 图4表示相邻单元振子之间的间距与单元振子长度的关系。 0030 图5是进行对比说明时所使用的传统等间距天线结构示意图； 0031 图6是进行对比说明时所使用的本发明的稀疏不等天线结构示意图； 0032 图7是图5的传统天线结构和本发明结构所形成的垂直面辐射波形图； 0033 图8是本发明的AAS单频天线系统结构示意图； 0034 图9是本发明的AAS宽频天线系统中

13、高、低频单元振子每列独立布放结构示意 图； 0035 图10是本发明的AAS宽频天线系统中高、低频单元振子每列混合布放结构示意 图。 具体实施方式 0036 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 0037 本发明提供一种天线，包括至少一列单元振子和馈电网络，每列单元振子包含多 个单元振子，所述馈电网络用于为同一列单元振子中的每个单元振子提供相同的功分权 说 明 书CN 102760974 A 3/5页 5 值，所述同一列单元振子中相邻单元振子之间的间距疏密不等。 0038 所述馈电网络可以通过同轴电缆与每列单元振子

14、进行相连，单元振子可由十字正 交的两个振子、杆状振子或者螺旋振子等组成。 0039 可选的，对于每一列单元振子，从一列单元振子的两端到中心，相邻振子的间距逐 渐减小，振子相对于该列单元振子的中心对称排布。所述振子可由金属制成，可为半波振 子、全波振子或者1/4波长振子。所述振子可选择杆状振子或者正交十字振子。 0040 所述馈电网络包括至少一个功分器，用于为振子分配功分权值，优选为一个，也可 以用其他用于实现功分的电路来代替功分器，为振子分配功分权值。如果所述馈电网络包 括多个功分器，那么多个功分器之间可通过同轴电缆进行相连。 0041 如图3所示，馈电网络包括一级功分器，所述功分器为一个8路

15、功分器，所述8路 功分器为等分功分器，通过一个等分功分器就可为单列的八个单元振子提供相同的电流 值，而如图2所示的传统馈电网络，则包括三级功分器，第一级功分器为一个2路功分器，第 二级功分器为二个2路功分器，第三级功分器为四个2路功分器，这六个功分器均为不等分 功分器，通过六个不等分功分器来为单列8个单元振子提供不同的电流值，同时还需要根 据每个单元振子需要的电流值来设计不等分功分器的参数，可见图3所示的本发明馈电网 络和图2所示的传统馈电网络相比较，减少了网络节点数目，简化了馈电网络的结构，同时 易于设计和实现。 0042 以下通过一个实施例来说明单元振子间距的确定方法。 0043 设每个单

16、元振子的电流密度为D，单位是安培/米；功分权值表示馈电网络中的节 点提供给振子的电流值(图中简写为功分)，用字母I表示，单位为安培。 0044 如图4所示，相邻单元振子之间的间距为dL 1 /2+L 2 /2，其中L 1 、L 2 分别为相邻的 两个单元振子在列方向上所占据的长度，L 1 、L 2 根据与所述天线单位长度电流密度相同的传 统天线的功分权值和单元振子在列方向所占据的长度计算得出，单位为米。 0045 单元振子在列方向上所占据的长度内可任意放置，优选地，单元振子放置在所述 长度内中中间位置。 0046 电流密度D的计算公式为： 0047 DI/L (1) 0048 对于已知天线有：

17、 0049 D 已知天线 I 已知天线 /L 已知天线 (2) 0050 为了保证天线满足传统天线在垂直方向上的辐射要求，有： 0051 D 本发明天线 D 已知天线 (3) 0052 因此可以得到： 0053 L 本发明天线 (I 本发明天线 *L 已知天线 )/I 已知天线 (4) 0054 其中L 本发明天线 表示本发明中单元振子在列方向上所占据的长度(包含单元振子 和前后相邻的单元振子之间的部分空隙的长度)，I 本发明天 线表示本发明天线中馈电网络供 给单元振子的功分权值，L 已知天线 表示已知天线中相对应的单元振子在列方向所占据的长度 (包含单元振子和前后相邻的单元振子之间的部分空隙

18、的长度)，I 已知天线 表示已知天线中相 对应的单元振子的功分权值。公式(4)使用的优选前提是不改变已知天线的发射频率，即 本发明天线和已知天线的对应位置上的振子大小相同。 说 明 书CN 102760974 A 4/5页 6 0055 I 本发明天线 I 总 /m 单元振子个数 (5) 0056 公式(5)中，I 总 为馈电网络输入每列天线总的电流，m 单元振子个数 为此列天线单元振 子个数，公式(5)表示把总的电流等分给每个单元振子。 0057 I 本发明天线 、L 已知天线 、I 已知天线 值均已知，那么根据式(4)，就可以计算得到L 本发明天线 。 0058 由于L 本发明天线 根据与

19、本发明天线电流密度相同的已知天线的功分权值和对应的单 元振子在列方向所占据的长度计算得出，那么对于各种已知天线，均可利用本发明进行单 元振子间间距的稀疏不等化，且能取得和已知天线相同的垂直辐射面上的辐射特性。一般 来说，作为计算依据的所述已知天线为单元振子间等间距布置的天线，所述已知天线满足 垂直面辐射特性(增强主瓣、抑制旁瓣)要求。 0059 再根据： 0060 第i个相邻单元振子间距d i L 本发明天线i /2+L 本发明天线i+1 /2 (6)就可以计算得到相 邻单元振子间的间距。 0061 然而，如果按照公式(6)进行计算，可能会把天线的高度拉长或缩短。为了使得本 发明的天线和已知天

20、线的高度保持相同，可对所述计算出L 本发明天线 进行优化，即：对于同一 列单元振子，计算各个单元振子在列方向上所占据的长度与所述列的所有单元振子所占据 的长度总和的比值，将该比值和对应的已知天线的高度相乘，便可得到各个单元振子在列 方向上所占据的优化后的长度L 本发明天线 。 0062 再根据： 0063 第i个相邻单元振子间距d i L 本发明天线i /2+L 本发明天线i+1 /2(6)就可以计算得到 相邻单元振子间的优化后的间距；也可以将同一列单元振子中各个振子的间距按一定比例 进行调整，即，将各个振子的间距按比例进行缩放，以灵活适应不同长度的天线；每一列单 元振子都可按照上述方式进行调

21、整优化。 0064 实际上，相邻振子之间的间距是可调整的，有很多布置的方式，只要布置的方式能 够增强主瓣、抑制旁瓣，满足在垂直方向上的辐射要求即可。 0065 以下用现有技术与本发明实施例的天线进行对比说明。 0066 传统等间距天线结构如图5所示，图5中仅示出了一列单元振子，其中的馈电网络 需要多个功分节点(例如为功分器)，为每个振子所分配的功分权值不同，而相邻振子间距 相同，均为0.8324。本发明的天线结构如图6所示，图6中仅示出了一列单元振子，其中 的馈电网络只需要一个功分节点，为每个振子所分配的功分权值都相同，而相邻振子间距 不同，因此减少了功分节点，简化了馈电网络。图7示出了图5的

22、结构和本发明结构所得到 的垂直剖面波形图对比。从图7可以看出，本发明的天线与传统天线的垂直剖面波形图相 近，同样可以增强主瓣、抑制旁瓣，满足天线垂直辐射要求。 0067 如图8所示，本发明提供一种单频单一制式有源天线系统，包括上述实施例中的 天线。所述系统还包括与所述天线连接的射频模块。 0068 如图9所示，本发明还提供了一种宽频有源天线系统，此结构示意图为高、低频单 元振子每列独立布放，此实施例中n4，为4列天线，所述系统还可以包括与所述天线连接 的射频模块(未示出)。从图9可以看出，相同频率列的单元振子大小相同，而不同频率列 的单元振子大小不同。稀疏不等间距设计可针对不同频率进行独立设计

23、，且相同频率列稀 疏不等规律可相同。 说 明 书CN 102760974 A 5/5页 7 0069 如图10所示，本发明提供另一种宽频有源天线系统，此系统结构示意图为高、低 频的单元振子在每列混合布置，此实施例中n4，为4列天线，同列单元振子中的振子大小 不相同，每列中发射相同频率的单元振子大小相同，所述系统还可以包括与所述天线连接 的射频模块(未示出)。从图10可以看出，虽然高、低频混合布放，但仍可根据发射同一频 率的单元振子，进行疏密不等间距设计，然后再按照设计的距离把高低频穿插布放。 0070 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书CN 102760974 A 1/4页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102760974 A 2/4页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102760974 A 3/4页 10 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102760974 A 10 4/4页 11 图7 图8 图9 图10 说 明 书 附 图CN 102760974 A 11