專利名稱：支持mimo及智能天線技術(shù)的天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多陣元天線裝置，尤其涉及一種支持多輸入多輸出(MIMO， Multiple Input Multiple Output)及智能天線技術(shù)的天線陣列。
背景技術(shù)：
智能天線技術(shù)已經(jīng)成為移動(dòng)通信中最具有吸引力的技術(shù)之一 。智能天線 又叫陣列天線，其采用空分多址技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同 頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。 與無方向性天線相比較，其上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射 功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。智能天線技 術(shù)利用信號傳輸?shù)目臻g特性和數(shù)字信號處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)上行接收信號最 大比合并、賦形權(quán)矢量估計(jì)以及下行發(fā)射信號波束賦形，從而達(dá)到降低干擾、 增加容量、擴(kuò)大覆蓋、改善通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速 率的目的。
現(xiàn)有的智能天線陣列主要分為全向智能天線陣和定向智能天線陣。定向 智能天線因其單陣元增益較大，業(yè)務(wù)波束更尖銳，更容易分扇區(qū)組網(wǎng)等優(yōu)勢 而得到更廣泛地應(yīng)用。同時(shí)為了得到更好的賦形效果，盡量保證天線陣元之 間信號的相關(guān)性，天線陣元之間的間距一般控制在1/2發(fā)射信號波長左右。
而MIMO技術(shù)是長期演進(jìn)(LTE)及后向系統(tǒng)的關(guān)鍵:技術(shù)，通過使用獨(dú) 立的空間信道，最大可能地提高系統(tǒng)的容量。由于MIMO技術(shù)要求各天線 陣元信號之間無相關(guān)性，因此，天線陣元之間的間距應(yīng)盡可能的大，保證各 天線陣元信號的獨(dú)立性。
MIMO技術(shù)的核心是空時(shí)信號處理，也就是利用在空間中分布的多個(gè)時(shí)間域和空間域結(jié)合起來進(jìn)行信號處理。因此，MIMO技術(shù)可以看作是智能天 線的擴(kuò)展。智能天線通常也被稱作自適應(yīng)天線，主要用于完成空間濾波和定 位。從本質(zhì)上看，智能天線利用了天線陣列中各單元之間的位置關(guān)系，即利 用了信號的相位關(guān)系，這是它與傳統(tǒng)分集技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別。
基于以上分析，比較這兩種技術(shù)的異同點(diǎn)可以看出，MIMO和智能天線 技術(shù)共存的主要障礙是天線結(jié)構(gòu)智能天線要求天線間距取1/2信號波長； 而MIMO要求天線間距為lt個(gè)波長，并且只用于MIMO系統(tǒng)。而MIMO 4支 術(shù)是未來通信系統(tǒng)發(fā)展的方向，應(yīng)該考慮智能天線系統(tǒng)向該技術(shù)的演進(jìn)問 題，天線屬于通信系統(tǒng)的一部分，天線技術(shù)必須服從系統(tǒng)演進(jìn)和發(fā)展的方向。 MIMO技術(shù)可以大大增加無線通信系統(tǒng)的容量，并有效改善無線通信系統(tǒng)的 性能，非常適合未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中對高速率業(yè)務(wù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種支持MIMO及智能天線技 術(shù)的天線陣列，能同時(shí)支持MIMO技術(shù)及智能天線技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效 率及系統(tǒng)容量。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案為
一種支持MIMO及智能天線技術(shù)的天線陣列，包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同 的天線陣元組，兩天線陣元組之間的距離大于或等于二倍的信號波長；陣元 組內(nèi)的天線陣元釆用雙極化方式進(jìn)行極化，其中同極化的天線陣元之間的距 離為三分之一至三分之二信號波長。
優(yōu)選地，所述天線陣元雙極化方式具體為水平極化方式、垂直極化方式。
優(yōu)選地，所述天線陣元雙極化方式具體為正45°才及化方式、負(fù)45° 才及4匕方式。
優(yōu)選地，所述同極化的天線陣元之間的距離為二分之一信號波長。 優(yōu)選地，還包括校正耦合網(wǎng)絡(luò)、射頻單元和定向耦合單元，所述校正合網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號耦合端口通過定向耦合單元與射頻單元連接，形成完整 的校正網(wǎng)絡(luò)，所述校正網(wǎng)絡(luò)在天線外部接口表現(xiàn)為 一個(gè)校正射頻信號端口 。 優(yōu)選地，還包括天線外罩，所述天線外罩為鏤空結(jié)構(gòu)或?yàn)?U"型結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明通過對天線陣列的天線陣元進(jìn)行巧妙的布局，將天線陣元分為兩 組，使兩天線陣元組之間的距離大于二倍的信號波長，這樣，可使用兩天線
陣元組中的陣元實(shí)現(xiàn)MIMO數(shù)據(jù)的收發(fā)；同時(shí)，每個(gè)天線陣元組中的各天 線陣元采用不同的極化方式，同極化的天線陣元之間的距離保持在二分之一 信號波長左右，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，同極化的天線陣元之間仍采用波束賦形技 術(shù)，保證各天線陣元數(shù)據(jù)信號的高增益特性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可保證通信 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號質(zhì)量，同時(shí)又提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量吞吐量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的4陣元天線陣列的結(jié)構(gòu)組成示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的8陣元天線陣列的結(jié)構(gòu)組成示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的天線陣列的具體應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖l為本發(fā)明實(shí)施例的4陣元天線陣列的結(jié)構(gòu)組成示意圖，如圖l所示， 本發(fā)明實(shí)施例的4陣元天線陣列包括4個(gè)天線陣元， 一皮分成2個(gè)天線陣元組， 兩個(gè)天線陣元組之間的間距A《〉2義，這主要是考慮到MIMO技術(shù)所致，由 于MIMO技術(shù)要求各天線陣元信號之間無相關(guān)性，因此，必須保證2天線 陣元組之間的距離，才能保證在信號收發(fā)時(shí)2天線陣元組所發(fā)送或接收的無 線信號不會(huì)相干涉，從而不會(huì)有任何相關(guān)性。對于天線陣元組內(nèi)的2個(gè)天線 陣元而言，它們必須是極化方式不同的，對于同極化的天線陣元之間的間距 M a5A，這是為了滿足智能天線技術(shù)對于天線陣列中天線陣元強(qiáng)相關(guān)性的要求，以保證同極化的天線陣元所發(fā)射的信號具有相同的相位和幅度，從而 實(shí)現(xiàn)信號發(fā)射的波束賦形。同極化的天線陣元之間的間距的范圍在三分之一 至三分之二信號波長之間，需要根據(jù)具體的天線陣列情況而定，天線陣元間
距過大，會(huì)降低信號之間的相關(guān)度；天線陣元間距過小，將在方向圖引起不 必要的波瓣，因此，天線陣元半波長間距通常是優(yōu)選的，會(huì)根據(jù)具體的測試 應(yīng)用有所微調(diào)。
圖1中，每天線陣元組中的2個(gè)天線陣元之間分別采用正45°極化方 式、負(fù)45°極化方式，也可采用水平極化方式、垂直極化方式來實(shí)現(xiàn)。其 中，正、負(fù)45°極化方式能有效減小天線陣列的尺寸，這利于天線的成本 節(jié)約、方i"更安裝。天線陣元向周圍空間輻射電^茲波，而電J茲波由電場和^茲場 構(gòu)成，其中，電場的方向就是天線極化方向。
以下介紹本發(fā)明實(shí)施例的天線陣列的工作過程。
對于一個(gè)時(shí)隙中的用戶數(shù)據(jù)，被分解為天線陣元組的個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)流，每 一個(gè)數(shù)據(jù)流均通過一個(gè)天線陣元組發(fā)送出去。再根據(jù)每個(gè)天線陣元組中的天 線陣元個(gè)數(shù)對數(shù)據(jù)流再次分解，對于每個(gè)天線陣元的數(shù)據(jù)流，通過定向耦合 器對發(fā)射信號幅度及相位的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號的相關(guān)，形成波束賦形 的效果。從而使本發(fā)明天線陣列同時(shí)支持MIMO技術(shù)和智能天線技術(shù)。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的8陣元天線陣列的結(jié)構(gòu)組成示意圖，如圖2所示， 本發(fā)明實(shí)施例的8陣元天線陣列包括8個(gè)天線陣元，其實(shí)現(xiàn)原理與圖1所示 的天線陣列完全相同，不同的是，本發(fā)明實(shí)施例是通過8個(gè)天線陣元來實(shí)現(xiàn) 的，每個(gè)天線陣元組中的天線陣元數(shù)目變?yōu)榱?4個(gè)，這樣的結(jié)構(gòu)可提高數(shù)據(jù) 的吞吐率，但所需要的數(shù)據(jù)處理量也比較大，需要高處理性能的處理器來支 持，其工作原理、天線陣元的極化方式等與圖1所示的天線陣列完全相同。 需要說明的是，圖2所示的天線陣列中，每個(gè)天線陣元組中的天線陣元個(gè)數(shù) 為4，其中的2個(gè)天線陣元極化方式可與另2個(gè)天線陣元的極化方式不同， 例如其中2個(gè)采用正負(fù)45°極化方式，另2個(gè)可采用水平、垂直極化方式 來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，對于天線陣列的2個(gè)天線陣元組而言，它們的結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)是相同的。
需要說明的是，圖1、圖2所示的天線陣列結(jié)構(gòu)中的天線陣元數(shù)目不受 限定，當(dāng)天線陣元數(shù)目較多時(shí)，所需的天線信號處理器的計(jì)算能力足夠強(qiáng)大 即可。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的天線陣列的具體應(yīng)用示意圖，如圖3所示，本發(fā) 明實(shí)施例的天線陣列可應(yīng)用于通信系統(tǒng)的基站中，圖中示出了 3扇區(qū)的幾何 結(jié)構(gòu)示意圖，按照該排布方式，將三個(gè)按照圖1、圖2所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的天線 陣列應(yīng)用在一個(gè)基站中，形成三扇區(qū)覆蓋即可。由于天線陣列的結(jié)構(gòu)在前文 中已經(jīng)詳細(xì)說明，這里不再贅述。
為減少風(fēng)阻，本發(fā)明實(shí)施例的天線陣列外罩采用為鏤空技術(shù)或者"U" 型封裝技術(shù)。
需要說明的是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，圖1、圖2所述天線陣列的結(jié)構(gòu) 也可應(yīng)用于用戶終端中。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求
1、一種支持MIMO及智能天線技術(shù)的天線陣列，其特征在于，包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的天線陣元組，兩天線陣元組之間的距離大于或等于二倍的信號波長；陣元組內(nèi)的天線陣元采用雙極化方式進(jìn)行極化，其中同極化的天線陣元之間的距離為三分之一至三分之二信號波長。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列，其特征在于，所述天線陣元雙極 化方式具體為水平極化方式、垂直極化方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列，其特征在于，所述天線陣元雙極 化方式具體為正45°極化方式、負(fù)45°極化方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列，其特征在于，所述同極化的天線 陣元之間的距離為二分之一信號波長。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列，其特征在于，還包括校正耦合網(wǎng) 絡(luò)、射頻單元和定向耦合單元，所述校正耦合網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號耦合端口通 過定向耦合單元與射頻單元連接，形成完整的校正網(wǎng)絡(luò)，所述校正網(wǎng)絡(luò)在天 線外部接口表現(xiàn)為一個(gè)校正射頻信號端口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線陣列，其特征在于，還包括天線外罩， 所述天線外罩為鏤空結(jié)構(gòu)或?yàn)?U"型結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持MIMO及智能天線技術(shù)的天線陣列。天線陣列包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的天線陣元組，陣元組之間的距離大于或等于二倍的信號波長，陣元組內(nèi)的天線陣元采用雙極化方式進(jìn)行極化，其中同極化的天線陣元之間的距離在二分之一信號波長左右；校正耦合網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號耦合端口通過定向耦合單元與射頻單元連接，形成完整的校正網(wǎng)絡(luò)，所述校正網(wǎng)絡(luò)在天線外部接口上表現(xiàn)為一個(gè)校正射頻信號端口；當(dāng)天線整體風(fēng)阻太大時(shí)，天線外罩可以采取“鏤空”技術(shù)或者“∪”型封裝技術(shù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可保證通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號質(zhì)量，同時(shí)又提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量吞吐量。
文檔編號H01Q21/00GK101635391SQ200810129920
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者曾召華 申請人:中興通訊股份有限公司