專利名稱：一種用于移動通信基站的雙極化八波束天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信基站用的天線，具體涉及一種應用于移動通信環(huán)境下的低旁瓣的移動通信基站雙極化八波束天線。
背景技術：
多波束天線的概念最早出現(xiàn)在衛(wèi)星通信中，在衛(wèi)星上使用多波束天線，用不同的波束覆蓋不同的區(qū)域范圍。用在衛(wèi)星上的多波束天線主要有多波束透鏡天線、多波束反射面天線以及多波束相控陣天線等。這些天線的工作頻率均為衛(wèi)星通信的頻段，頻率不同，采用的技術也不同。在移動通信系統(tǒng)中，基站采用智能天線技術以實現(xiàn)空分多址，可以增加網(wǎng)絡覆蓋距離，擴大通信網(wǎng)絡系統(tǒng)容量，降低通信系統(tǒng)的靈敏度要求，改善鏈路通信質量，提高抗多徑衰落的能力等優(yōu)點。由于智能天線的優(yōu)異性能，近幾年來已成為移動通信技術中的關鍵技術與研發(fā)熱點。傳統(tǒng)基站天線通過在覆蓋區(qū)域產(chǎn)生一個固定的寬波束來進行通信，這樣由于容易產(chǎn)生干擾而使通信容量降低，多波束天線為了適應移動環(huán)境高通信容量的性能需求，采用了多個固定的波束來覆蓋工作區(qū)域。而在現(xiàn)有技術中，通常使用雙層微帶輻射單元，其頻帶雖有所展寬，但結構復雜、 成本高，可靠性有所下降，使得雙頻的輻射單元難以形成。本發(fā)明天線單元采用單根天線實現(xiàn)8個窄輻射波束，同時可以有效地拓展帶寬。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于移動通信基站雙極化八波束天線，以克服現(xiàn)有移動通信基站天線普遍采用一個固定的寬波束，需要空間分集和抗干擾能力差等缺點， 提高移動通信基站的通信容量。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
一種用于移動通信基站的雙極化八波束天線，包括天線陣列、金屬底板、2個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡和若干個功分器，天線陣列固定在金屬地板上表面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡、功分器固定在金屬地板下表面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口與功分器的輸入端相連，功分器的輸出端口與輻射單元相連，所述巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡包括1個8路巴特勒矩陣；所述天線陣列包括至少8列直線天線陣，直線天線陣中的輻射單元包括-45°和+45°兩個極化方式排列的貼片天線。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，每列直線天線陣包括至少2個所述輻射單元。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案各直線天線陣相互平行， 且所有直線天線陣的兩端相互對齊。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，各直線天線陣相互平行，且相鄰兩列直線天線陣的兩端不對齊，以最邊上的一列直線天線陣為第一列，其中所有奇數(shù)列的兩端相互對齊，所有偶數(shù)列的兩端相互對齊。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，把所述若干功分器分為兩組，每組結構一樣，每組功分器的個數(shù)和直線天線陣的列數(shù)相同；每個功分器的輸出端口的數(shù)量和直線天線陣中輻射單元的個數(shù)相同；對于其中一組功分器，每個功分器的各個輸出端口各自與同一列直線天線陣中各輻射單元的+45°極化貼片天線連接；對于另一組功分器，每個功分器的各個輸出端口各自與同一列直線天線陣中各輻射單元的-45°極化貼片天線連接。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，其中一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口和一組功分器的輸入端口相連，另外一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口和另一組功分器的輸入端口相連。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，每個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡有8個輸入端口，輸出端口的數(shù)目和直線天線陣的數(shù)目相同。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，當直線天線陣的數(shù)目為 8列時，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡由1個8路巴特勒矩陣組成，8路巴特勒矩陣由12個90°混合器、8個移相器組成，每個90°混合器具有2個輸入端口和2個輸出端口，12個90°混合器為3行4列的矩陣排列，第一行的4個90°混合器的輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸入端口，這4個90°混合器各有一個輸出端口自經(jīng)過一個移相器接到第二行的4個90° 混合器的輸入端，這4個90°混合器的另外4個輸出端口直接連接到第二行的4個90°混合器的輸入端，第二行的4個90°混合器各有一個輸出端口經(jīng)過一個移相器后接到第三行的4個90°混合器的輸入端，另外4個輸出端口直接連接到第三行的4個90°混合器的輸入端，第三行的4個90°混合器的8個輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，當直線天線陣的數(shù)目多于8個時，1個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡由1個8路巴特勒矩陣和1個功分器網(wǎng)絡組成，功分器網(wǎng)絡輸出端口的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相同；8路巴特勒矩陣的輸出端口與功分器網(wǎng)絡的輸入端口相連，功分器網(wǎng)絡的輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口。作為上述的移動通信基站雙極化八波束天線的優(yōu)化方案，所述輻射單元包括兩個介質板、金屬蓋片和基座板；兩個介質板的結構相同或相似，介質板的兩個面分別附著有印刷電路和匹配電路，兩個介質板以90度十字形交叉固定，并焊接在基座板上，匹配電路由微帶傳輸線組成，金屬蓋片固定在介質板上方。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果通過本發(fā)明，提供了一種可以通過單根天線實現(xiàn)8個窄的輻射波束的技術方案，為移動通信領域提供一種可以提供高信道容量、寬頻帶、波束之間干擾小、波束可以精確控制的天線。根據(jù)本發(fā)明原則制成的八波束天線，性能穩(wěn)定，易于安裝。并且可以有效降低成本，更好的滿足用戶需求。


圖1為實施方式中天線的總體結構示意圖。圖2為實施方式中天線陣列的一種平面排列示意圖。圖3為實施方式中天線陣列的另一種平面排列示意圖。
圖4為實施方式中輻射單元整體結構示意圖。圖5為實施方式中輻射單元的俯視圖。圖6為實施方式中輻射單元的+45度排列的介質板結構示意圖。圖7為實施方式中輻射單元的-45度排列的介質板結構示意圖。圖8為實施方式中輻射單元的基座板結構示意圖。圖9為實施方式中輻射單元的金屬蓋片結構示意圖。圖10為實施方式中一分六功分器結構示意圖。圖11為實施方式中巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡結構示意圖。圖12為實施方式中8路巴特勒矩陣的結構示意圖。
具體實施例方式以上內容已經(jīng)對本發(fā)明作了充分的說明，以下再結合附圖和具體實施措施對本發(fā)明的實施做進一步詳細說明，但對于本領域技術人員來說，本發(fā)明的保護范圍不限于此。如圖1所示，一種用于移動通信基站的八波束天線，包括天線陣列101、巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡102、功分器組103和金屬底板104。其中，天線陣列101位于金屬底板104上面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡102和功分器103位于金屬底板104下面。金屬底板104用于固定輻射單元105、巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡102以及功分器103。如圖2所示，天線陣列101由14列直線天線陣(201、202、203…214)組成，這14 列直線天線陣相互平行錯位排列；如圖3所示為天線陣列的另一種平面排列示意圖，天線陣列或者由14列直線天線陣(301、302、303…314)組成，這14列直線天線陣相互平行不錯位排列。相鄰兩列直線天線陣的距離都為0. 5 λ，每列直線天線陣由6個相同的輻射單元 105組成，相鄰輻射單元的距離為0.8 λ。這樣天線陣列由6行14列共84個輻射單元105 組成。如圖4所示，天線輻射單元由一個+45度極化的貼片天線和一個-45度極化的貼片天線組成。+45度極化的貼片天線包括金屬蓋片401、介質板402和基座板404，-45度極化的貼片天線包括金屬蓋片401、基座板404和另一介質板403，即+45、-45度極化的貼片天線共用金屬蓋片401和基座板404，兩個介質板(402、403)分別以+45度和-45度方式排
布，交叉組合在一起，以十字形
交叉固定，如圖5所示。如圖6所示，該詳細電路僅作為舉例，本發(fā)明不限于此。介質板兩個表面分別附著有第一環(huán)狀印刷電路和第一匹配電路；環(huán)狀印刷電路雕刻在第一介質板402的一面，由兩個倒L形金屬電路(601、602)組成，兩個倒L形金屬電路(601、602)之間存在空隙卡口 606， 介質板402中開了一個孔603。匹配電路由引線端607和三段線寬不一樣的傳輸線(608、 609、610)串聯(lián)組成。介質板下端604、605穿過基座板上的第一對縫隙(807、805)固定在基座板上。第二介質板403的結構基本和介質板402相似，如圖7所示，第二環(huán)狀印刷電路雕刻在該介質板的一面，由另外兩個倒L形金屬電路(701、702)組成，該兩個倒L形金屬電路之間存在另一空隙卡口 704;該介質板也開了另一個孔703，其第二匹配電路也由引線端 707和三段線寬不一樣的傳輸線(708、709、710)串聯(lián)組成。第二介質板下端(705、706)穿過基座板上的第二對縫隙(804、806)固定在基座板上。第一介質板402上的空隙卡口 606 和第二介質板403上的空隙卡口 704交叉固定。金屬蓋片401為正方形形狀，固定在兩個介質板(402、403)上方。基座板404下側有一層十字形電路801，十字形電路801下側有一層絕緣介質層808。兩個介質板(402、403)的下端(604、605、705、706)通過基座板上的縫隙(807、805、804、806)固定在基座板上?；迳线€開有兩個孔(803、802)，+45度極化的貼片天線的第一饋電電纜穿過其中一個孔803，且第一饋電電纜的外導體焊接在第一倒L 形金屬電路601上，第一饋電電纜的內導體穿過第一介質板402上的孔603焊接在第一匹配電路的引線端607上。-45度極化的貼片天線的第二饋電電纜穿過基座板的另一孔802， 且第二饋電電纜的外導體焊接在的第二介質板403的倒L形金屬電路702上，第二饋電電纜的內導體穿過第二介質板403上的所述另一個孔703焊接在第二匹配電路的引線端707 上。本實施方式中包含兩組結構相同的功分器，功分器采用一分六功分器19 (如圖 10)，且每組功分器的個數(shù)為14。一分六功分器有一個功率合成端口 12和6個功率分配端口 (13、14、15、16、17、18)，一分六功分器19的各個功率分配端口( 13、14、15、16、17、18)的分配功率幅度和相位可以根據(jù)實際需求來確定。對于其中一組功分器，每個一分六功分器19 的各個功率分配端口(13、14、15、16、17、18)各自與同一列直線天線陣中各輻射單元105的 +45°極化的貼片天線電性連接；對于另一組功分器，每個一分六功分器的各個功率分配端口各自與同一列直線天線陣中各輻射單元的-45°極化的貼片天線電性連接。在本具體實例中，一分六功分器19的各相鄰功率分配端口的分配功率可有一定的相位差，使垂直方向圖有一定的下傾角并指向-6度。本發(fā)明包括兩個結構相同的巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡102。如圖11，每個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡102由1個8路巴特勒矩陣32和1個功分器網(wǎng)絡31組成，8路巴特勒矩陣32的輸出端口與功分器網(wǎng)絡31的輸入端口連接，功分器網(wǎng)絡輸出端口的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相同，為14。8路巴特勒矩陣32由12個結構相同的90度混合器(41、42、43、44、45、 46、47、48、49、50、51、52)和若干個移相器(53、54、55)組成，具體結構示例如圖12所示。8 路巴特勒矩陣32有8個輸入端口和8個輸出端口(輸入輸出端口都匹配)，輸入口之間相互隔離，輸入端口連接信號輸入電纜，輸出端口連接功分器網(wǎng)絡的輸入端口。對于其中一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡，其功分器網(wǎng)絡的各輸出端口分別與其中一組功分器19的各輸入端口電性連接；對于另外一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡，其功分器網(wǎng)絡的各輸出端口分別與另外一組功分器19的各輸入端口電性連接。對于整個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡，當不同的輸入端口(1、2、3、4、5、6、7、8)饋電時，輸出端口的信號相位呈不同的線性變化，因此，當其巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的不同輸入端饋電時，天線水平方向的輻射波束指向不同，其中輸入端口 1產(chǎn)生水平+10度指向的波束，輸入端口 2產(chǎn)生水平+60度指向的波束，輸入端口 3產(chǎn)生水平-40度指向的波束，輸入端口 4產(chǎn)生水平+20度指向的波束，輸入端口 5產(chǎn)生水平-20度指向的波束，輸入端口 6產(chǎn)生水平 +40度指向的波束，輸入端口 7產(chǎn)生水平-60度指向的波束，輸入端口 8產(chǎn)生水平-10度指向的波束。在本具體實例中，當兩個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的8個端口同時饋電時，天線產(chǎn)生兩個不同極化方式且水平指向士 10度、士20度、士40度和士60度的8個波束，且這8個波束在垂直方向下傾6度。綜上所述，通過本發(fā)明的上述實施例，提供了一種可以通過單根天線實現(xiàn)8個窄輻射波束的技術方案，因而可以提供高信道容量、寬頻帶、波束之間干擾小、波束可以精確控制的天線。根據(jù)本發(fā)明原則制成的八波束天線，性能穩(wěn)定，易于安裝。并且可以有效降低成本，更好的滿足用戶需求。以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，本發(fā)明的實施和要求保護的范圍并不局限于上述實施例的范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。特別需要強調的是，對于本領域技術人員來說，本發(fā)明的波束的指向和波束寬度可以根據(jù)不同的需求做出調整，通過調整本方案中直線天線陣的列數(shù)、相鄰兩列直線天線陣之間的距離、每列直線天線陣的輻射單元個數(shù)、相鄰輻射單元之間的距離、功分器功率分配端口的分配功率幅度和相位，從而調節(jié)波束指向和寬度的改動亦在本發(fā)明保護范圍之內。另外，通過調整饋電端口的數(shù)量而改變水平波束的數(shù)量的改動也在本發(fā)明保護范圍。
權利要求
1.一種用于移動通信基站的雙極化八波束天線，其特征在于包括天線陣列、金屬底板、 2個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡和若干個功分器，天線陣列固定在金屬地板上表面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡、功分器固定在金屬地板下表面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口與功分器的輸入端相連，功分器的輸出端口與輻射單元相連，所述巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡包括1個8路巴特勒矩陣；所述天線陣列包括至少8列直線天線陣，直線天線陣中的輻射單元包括-45°和 +45°兩個極化方式排列的貼片天線。
2.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于每列直線天線陣包括至少2個所述輻射單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于各直線天線陣相互平行，且所有直線天線陣的兩端相互對齊。
4.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于各直線天線陣相互平行，且相鄰兩列直線天線陣的兩端不對齊，以最邊上的一列直線天線陣為第一列，其中所有奇數(shù)列的兩端相互對齊，所有偶數(shù)列的兩端相互對齊。
5.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于把所述若干功分器分為兩組，每組結構一樣，每組功分器的個數(shù)和直線天線陣的列數(shù)相同；每個功分器的輸出端口的數(shù)量和直線天線陣中輻射單元的個數(shù)相同；對于其中一組功分器，每個功分器的各個輸出端口各自與同一列直線天線陣中各輻射單元的+45°極化貼片天線連接； 對于另一組功分器，每個功分器的各個輸出端口各自與同一列直線天線陣中各輻射單元的-45°極化貼片天線連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于其中一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口和一組功分器的輸入端口相連，另外一個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口和另一組功分器的輸入端口相連。
7.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于每個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡有8個輸入端口，輸出端口的數(shù)目和直線天線陣的數(shù)目相同。
8.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于當直線天線陣的數(shù)目為8列時，1個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡由1個8路巴特勒矩陣組成，8路巴特勒矩陣由 12個90°混合器、8個移相器組成，每個90°混合器具有2個輸入端口和2個輸出端口，12 個90°混合器為3行4列的矩陣排列，第一行的4個90°混合器的輸入端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸入端口，這4個90°混合器各有一個輸出端口自經(jīng)過一個移相器接到第二行的4個90°混合器的輸入端，這4個90°混合器的另外4個輸出端口直接連接到第二行的4個90°混合器的輸入端，第二行的4個90°混合器各有一個輸出端口經(jīng)過一個移相器后接到第三行的4個90°混合器的輸入端，另外4個輸出端口直接連接到第三行的4個 90°混合器的輸入端，第三行的4個90°混合器的8個輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口。
9.根據(jù)權利要求1所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于當直線天線陣的數(shù)目多于8個時，1個巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡由1個8路巴特勒矩陣和1個功分器網(wǎng)絡組成， 功分器網(wǎng)絡輸出端口的數(shù)量與直線天線陣的列數(shù)相同；8路巴特勒矩陣的輸出端口與功分器網(wǎng)絡的輸入端口相連，功分器網(wǎng)絡的輸出端口作為巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡的輸出端口。
10.根據(jù)權利要求廣9任一項所述的移動通信基站雙極化八波束天線，其特征在于所述輻射單元包括金屬蓋片、基座板和兩個介質板；兩個介質板的結構相同或相似，介質板的兩個面分別附著有印刷電路和匹配電路，兩個介質板以90度十字形交叉固定，并焊接在基座板上，匹配電路由微帶傳輸線組成，金屬蓋片固定在介質板上方。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于移動通信基站的雙極化八波束天線，包括天線陣列、巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡、功分器組和金屬底板。天線陣列位于金屬底板上面，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡和功分器位于金屬底板下面。本天線在水平方向上形成8個固定指向的窄波束，這8個波束之間干擾小，每個波束具有兩個極化方式。本發(fā)明天線具有高容量、寬頻帶、低旁瓣、寬輻射范圍的特點。本發(fā)明克服現(xiàn)有移動通信基站天線普遍采用一個固定的寬波束，需要空間分集和抗干擾能力差等缺點，提高了移動通信基站的通信容量。
文檔編號H01Q1/36GK102570055SQ20121001872
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者葉亮華, 吳壁群 申請人:廣東博緯通信科技有限公司