本实用新型属于5G移动通信技术领域，尤其涉及一种5G基站的MIMO相控阵天线。
背景技术：
随着移动通信技术的迅速发展，预计5G通信将在2020年后成为主要的移动通信系统。MIMO(多输入多输出)相控阵天线是实现5G通信的核心技术之一。现有5G基站的MIMO相控阵天线基本上都是采用均匀布阵的天线形式。均匀布阵形成的天线辐射方向图3dB波束宽度较宽，因此应用于MIMO系统中时，导致两个距离较近的用户会落在一个主波束覆盖范围内，此时系统会根据用户数在原主波束内生成两个相互独立的波束给每个用户，这将导致原有主波束出现明显的零陷，使得天线增益大幅下降，从而会降低原有用户的通信距离、速率以及抗干扰能力等。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种可以改善用户通信距离、速率及抗干扰能力的MIMO相控阵天线。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种MIMO相控阵天线，包括：馈电网络转换板，所述馈电网络转换板包括相邻设置的第一馈电网络板和第二馈电网络板；非均匀分布于所述馈电网络转换板正面的双极化微带天线单元，所述第一馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置与所述第二馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置以所述馈电网络转换板的中心成中心对称；设置于所述馈电网络转换板背面的射频连接器；叠放于所述馈电网络转换板下方的金属固定板；设置于所述馈电网络转换板上的天线罩。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述第一馈电网络板上设置有16组双极化微带天线单元，双极化微带天线单元按以下位置坐标排列：第一双极化微带天线单元的坐标为(0，3.7λ0)，第二双极化微带天线单元的坐标为(0.525λ0，3.1λ0)，第三双极化微带天线单元的坐标为(-0.525λ0，3.1λ0)，第四双极化微带天线单元的坐标为(0，2.7λ0)，第五双极化微带天线单元的坐标为(0.575λ0，2.1λ0)，第六双极化微带天线单元的坐标为(-0.575λ0，2.1λ0)，第七双极化微带天线单元的坐标为(0，1.7λ0)，第八双极化微带天线单元的坐标为(0.975λ0，1.4λ0)，第九双极化微带天线单元的坐标为(-0.975λ0，1.4λ0)，第十双极化微带天线单元的坐标为(0.45λ0，λ0)，第十一双极化微带天线单元的坐标为(-0.45λ0，λ0)，第十二双极化微带天线单元的坐标为(1.2λ0，0.3λ0)，第十三双极化微带天线单元的坐标为(0.675λ0，0.3λ0)，第十四双极化微带天线单元的坐标为(0，0.3λ0)，第十五双极化微带天线单元的坐标为(-0.675λ0，0.3λ0)，第十六双极化微带天线单元的坐标为(-1.2λ0，0.3λ0)，其中，坐标系原点为所述馈电网络转换板的中心点，λ0为相控阵天线中心工作频率对应的空间波长；将所述第一馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置绕馈电网络转换板的中心旋转180°后得到第二馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述第一馈电网络板和第二馈电网络板并排相邻设置。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述第一馈电网络板和第二馈电网络板错位相邻设置。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述第一馈电网络板中心线和所述第二馈电网络板的中心线之间的距离为1.2λ0。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述天线罩为环氧玻璃钢天线罩。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述双极化微带天线单元包括刻蚀在介质板上的4个方形的天线辐射片，4个天线辐射片相对介质板中心对称设置。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述双极化微带天线单元还包括位于介质板下方的凸起固定部，凸起固定部表面附着金属铜箔。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述馈电网络转换板的正面蚀刻有连接双极化微带天线单元与射频连接器的转换微带线，所述转换微带线的线宽为1.6mm，转换微带线的拐角处具有半径为1mm的圆弧。
作为本实用新型MIMO相控阵天线的一种改进，所述金属固定板为铝板。
由以上技术方案可知，本实用新型对馈电网络板上微带天线单元的排布方式进行空间优化，采用非均匀的稀布方式，与现有均匀布阵的MIMO相控阵天线相比，同时实现了比均匀布阵的MIMO相控阵天线水平面主瓣波束窄3°～4°的方向图波束，有效地解决了多用户通信时，用户通信距离、速率、抗干扰能力大幅下降的问题，同时天线垂直面比均匀布阵的MIMO相控阵天线增加10°的扫描角度，有效增加了MIMO相控阵天线的俯仰面扫描角度，解决同一方位上不同高度的用户通信问题。而且在优选方案中，将两块馈电网络板进行错位排列，还能实现比均匀布阵的MIMO相控阵天线水平面主瓣波束窄7°～10°的方向图波束。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的分解结构示意图；
图3为实施例1的馈电网络转换板上双极化微带天线单元的排布位置示意图；
图4为实施例1双极化微带天线单元的俯视图；
图5为实施例1双极化微带天线单元的侧视图；
图6为实施例1的天线和现有的均匀布阵天线水平面扫描0度的辐射方向对比图；
图7为实施例1的天线和现有的均匀布阵天线水平面扫描60度的辐射方向对比图；
图8为现有的均匀布阵天线垂直面扫描10度的辐射方向图；
图9为实施例1的天线垂直面扫描15度的辐射方向图；
图10为本实用新型实施例2的第一馈电网络板和第二馈电网络板的位置设置示意图；
图11为实施例2的天线和现有的均匀布阵天线水平面扫描0度的辐射方向对比图；
图12为实施例2的天线和现有的均匀布阵天线水平面扫描60度的辐射方向对比图。
下面结合附图和各实施例对本实用新型进一步详细说明。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
实施例1
如图1、图2和图3所示，本实施例的MIMO相控阵天线包括天线罩1、双极化微带天线单元2、馈电网络转换板3、金属固定板4及射频连接器5。其中，馈电网络转换板3包括第一馈电网络板3-1和第二馈电网络板3-2，本实施例的第一馈电网络板3-1和第二馈电网络板3-2并排相邻设置，即第一馈电网络板3-1的中心线a1和第二馈电网络板3-2的中心线a2重合。本实用新型的相邻设置是指第一馈电网络板3-1和第二馈电网络板3-2之间没有间隔。双极化微带天线单元2分布于馈电网络转换板3的正面，射频连接器5设置于馈电网络转换板3的背面。金属固定板4位于馈电网络转换板3的下方，馈电网络转换板3与金属固定板4上下叠放在一起。天线罩1罩在馈电网络转换板3上。
在第一馈电网络板3-1和第二馈电网络板3-2上分别设置有16组双极化微带天线单元2。第一馈电网络板3-1上双极化微带天线单元2的排布位置与第二馈电网络板3-2上双极化微带天线单元2的排布位置以馈电网络转换板3的中心成中心对称。下面以第一馈电网络板3-1上双极化微带天线单元2的排布方式为例进行说明，第一馈电网络板3-1上的16组双极化微带天线单元2按以下位置坐标排列：第一双极化微带天线单元2-1的坐标为(0，3.7λ0)，第二双极化微带天线单元2-2的坐标为(0.525λ0，3.1λ0)，第三双极化微带天线单元2-3的坐标为(-0.525λ0，3.1λ0)，第四双极化微带天线单元2-4的坐标为(0，2.7λ0)，第五双极化微带天线单元2-5的坐标为(0.575λ0，2.1λ0)，第六双极化微带天线单元2-6的坐标为(-0.575λ0，2.1λ0)，第七双极化微带天线单元2-7的坐标为(0，1.7λ0)，第八双极化微带天线单元2-8的坐标为(0.975λ0，1.4λ0)，第九双极化微带天线单元2-9的坐标为(-0.975λ0，1.4λ0)，第十双极化微带天线单元2-10的坐标为(0.45λ0，λ0)，第十一双极化微带天线单元2-11的坐标为(-0.45λ0，λ0)，第十二双极化微带天线单元2-12的坐标为(1.2λ0，0.3λ0)，第十三双极化微带天线单元2-13的坐标为(0.675λ0，0.3λ0)，第十四双极化微带天线单元2-14的坐标为(0，0.3λ0)，第十五双极化微带天线单元2-15的坐标为(-0.675λ0，0.3λ0)，第十六双极化微带天线单元2-16的坐标为(-1.2λ0，0.3λ0)，其中，坐标系原点为馈电网络转换板3的中心点，λ0为相控阵天线中心工作频率对应的空间波长。将第一馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置绕馈电网络转换板的中心旋转180°后得到第二馈电网络板上双极化微带天线单元的排布位置，即将第一馈电网络板3-1绕馈电网络转换板3的中心旋转180°后即为第二馈电网络板3-2。
本实施例的双极化微带天线单元2通过光绘技术在介质板上刻蚀而成，双极化微带天线单元2的整体高度h≈0.27λ0。如图4所示，双极化微带天线单元2包括刻蚀在介质板上的4个方形的天线辐射片2a，4个天线辐射片2a相对介质板中心对称设置。双极化微带天线单元2还包括位于介质板下方的凸起固定部2b，凸起固定部2b表面附着金属铜箔，凸起固定部2b的高度为2mm。在馈电网络转换板3上对应于双极化微带天线单元2的安装位置处开设有宽度为1mm的槽缝，凸起固定部2b可穿过馈电网络转接板3上的槽缝，并与馈电网络转换板3背面的覆铜层焊接相连，从而将双极化微带天线单元2固定于馈电网络转换板3上，凸起固定部2b表面附着的金属铜箔还可实现接地功能。
本实施例的馈电网络转换板3的正面蚀刻有连接双极化微带天线单元2与射频连接器5的转换微带线，转换微带线的线宽为1.6mm，从而可以保证转换微带线的特性阻抗为50Ω，转换微带线的拐角处导有半径为1mm的圆弧，可以减少电磁波在拐角处的反射。射频连接器5表贴焊接于馈电网络转换板3背面的焊盘处，焊盘的大小为7mm*7mm。本实施例的双极化微带天线单元2、馈电网络转换板3均采用型号为ROGERS/RO4350B的PCB板材作为介质板，介质板的介电常数为3.48，厚度为0.762mm，介质板双面覆35μm的铜箔。
金属固定板4位于馈电网络转换板3的下方，本实施例的金属固定板采用厚度为2mm的铝板，铝板表面平整度良好并可导电氧化。金属固定板4上对应于双极化微带天线单元2和射频连接器5的位置处分别开设有φ23mm的圆孔和U形孔。双极化微带天线单元2的凸起固定部2a穿过馈电网络转换板3后，继续穿过金属固定板4上的圆孔。射频连接器5与馈电网络转换板3表贴焊接后底部穿过金属固定板4上的U形孔，从而使馈电网络转换板3和金属固定板4可以平整贴合。采用非金属铆钉穿过金属固定板4和馈电网络转换板3上的铆钉孔，将金属固定板4和馈电网络转换板3固定在一起。
本实施例的天线罩3采用环氧玻璃钢材料制成，介电常数为4.4，厚度为2mm。天线罩3可对相控阵天线起到保护作用，使得相控阵天线在室外各种恶劣的环境下都能正常工作。
将实施例1的MIMO相控阵天线进行水平面扫描仿真，同时与采用现有技术中均匀布阵方式的MIMO相控阵天线进行对比，均匀布阵方式的MIMO相控阵天线除了双极化微带天线单元的排列方式与实施例1不同之外，其它结构均与实施例1相同，均匀布阵方式的MIMO相控阵天线的排列方式采用现有技术中常规的均布排布的方式。实施例1和均匀布阵天线在水平面0°和60°扫描的辐射方向对比图分别如图6和图7所示，从图6和图7可以看出，实施例1的MIMO相控阵天线水平面具有比均匀布阵的MIMO相控阵天线主瓣波束窄3°～4°的方向波束。
将实施例1的MIMO相控阵天线和均匀布阵的MIMO相控阵天线进行垂直面扫描仿真。图8为均匀布阵的MIMO相控阵天线垂直面扫描10度的辐射方向图，图9为实施例1的MIMO相控阵天线垂直面扫描15度的辐射方向图。从图8可以看出，均匀布阵的MIMO相控阵天线垂直面辐射方向仅能扫描至5°左右，而实施例1的MIMO相控阵天线直面辐射方向可扫描至15°，比均匀布阵的MIMO相控阵天线增加10°扫描角度，能解决同一方位上不同高度的用户通信问题。
实施例2
如图10所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的第一馈电网络板3-1和第二馈电网络板3-2相邻错位设置，即第一馈电网络板3-1的中心线a1和第二馈电网络板3-2的中心线a2相互平行，且第一馈电网络板3-1中心线a1和第二馈电网络板3-2的中心线a2之间的距离为1.2λ0。
将实施例2的天线进行水平面扫描仿真，同时与采用现有技术中均匀布阵方式的MIMO相控阵天线进行对比，均匀布阵方式的MIMO相控阵天线除了双极化微带天线单元的排列方式与实施例1不同之外，其它结构均与实施例1相同，均匀布阵方式的MIMO相控阵天线的排列方式采用现有技术中常规的均布排布的方式。实施例2和均匀布阵天线在水平面0°和60°扫描的辐射方向对比图分别如图11和图12所示，从图11和图12可以看出，实施例2的MIMO相控阵天线具有比均匀布阵的MIMO相控阵天线主瓣波束窄7°～10°的方向图波束，而且实施例2的MIMO相控阵天线水平面辐射方向图3dB波束宽度比实施例1的MIMO相控阵天线水平面辐射方向图3dB波束宽度窄4°～6°。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。这些零部件之间的组合关系并不只是实施例所公开的形式，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。