专利名称：支持mimo及智能天线技术的天线阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及多阵元天线装置，尤其涉及一种支持多输入多输出(MIMO， Multiple Input Multiple Output)及智能天线技术的天线阵列。
背景技术：
智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一 。智能天线 又叫阵列天线，其采用空分多址技术，利用信号在传输方向上的差别，将同 频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。 与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射 功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。智能天线技 术利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，可以实现上行接收信号最 大比合并、赋形权矢量估计以及下行发射信号波束赋形，从而达到降低干扰、 增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速 率的目的。
现有的智能天线阵列主要分为全向智能天线阵和定向智能天线阵。定向 智能天线因其单阵元增益较大，业务波束更尖锐，更容易分扇区组网等优势 而得到更广泛地应用。同时为了得到更好的赋形效果，尽量保证天线阵元之 间信号的相关性，天线阵元之间的间距一般控制在1/2发射信号波长左右。
而MIMO技术是长期演进(LTE)及后向系统的关键:技术，通过使用独 立的空间信道，最大可能地提高系统的容量。由于MIMO技术要求各天线 阵元信号之间无相关性，因此，天线阵元之间的间距应尽可能的大，保证各 天线阵元信号的独立性。
MIMO技术的核心是空时信号处理，也就是利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合起来进行信号处理。因此，MIMO技术可以看作是智能天 线的扩展。智能天线通常也被称作自适应天线，主要用于完成空间滤波和定 位。从本质上看，智能天线利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利 用了信号的相位关系，这是它与传统分集技术的本质区别。
基于以上分析，比较这两种技术的异同点可以看出，MIMO和智能天线 技术共存的主要障碍是天线结构智能天线要求天线间距取1/2信号波长； 而MIMO要求天线间距为lt个波长，并且只用于MIMO系统。而MIMO 4支 术是未来通信系统发展的方向，应该考虑智能天线系统向该技术的演进问 题，天线属于通信系统的一部分，天线技术必须服从系统演进和发展的方向。 MIMO技术可以大大增加无线通信系统的容量，并有效改善无线通信系统的 性能，非常适合未来移动通信系统中对高速率业务的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种支持MIMO及智能天线技 术的天线阵列，能同时支持MIMO技术及智能天线技术，提高数据传输效 率及系统容量。
为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为
一种支持MIMO及智能天线技术的天线阵列，包括两个结构完全相同 的天线阵元组，两天线阵元组之间的距离大于或等于二倍的信号波长；阵元 组内的天线阵元釆用双极化方式进行极化，其中同极化的天线阵元之间的距 离为三分之一至三分之二信号波长。
优选地，所述天线阵元双极化方式具体为水平极化方式、垂直极化方式。
优选地，所述天线阵元双极化方式具体为正45°才及化方式、负45° 才及4匕方式。
优选地，所述同极化的天线阵元之间的距离为二分之一信号波长。 优选地，还包括校正耦合网络、射频单元和定向耦合单元，所述校正合网络的各射频信号耦合端口通过定向耦合单元与射频单元连接，形成完整 的校正网络，所述校正网络在天线外部接口表现为 一个校正射频信号端口 。 优选地，还包括天线外罩，所述天线外罩为镂空结构或为"U"型结构。 本发明通过对天线阵列的天线阵元进行巧妙的布局，将天线阵元分为两 组，使两天线阵元组之间的距离大于二倍的信号波长，这样，可使用两天线
阵元组中的阵元实现MIMO数据的收发；同时，每个天线阵元组中的各天 线阵元采用不同的极化方式，同极化的天线阵元之间的距离保持在二分之一 信号波长左右，实现数据收发时，同极化的天线阵元之间仍采用波束赋形技 术，保证各天线阵元数据信号的高增益特性。本发明结构简单，可保证通信 系统的数据信号质量，同时又提高了系统的数据量吞吐量。
图1为本发明实施例的4阵元天线阵列的结构组成示意图； 图2为本发明实施例的8阵元天线阵列的结构组成示意图； 图3为本发明实施例的天线阵列的具体应用示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。
图l为本发明实施例的4阵元天线阵列的结构组成示意图，如图l所示， 本发明实施例的4阵元天线阵列包括4个天线阵元， 一皮分成2个天线阵元组， 两个天线阵元组之间的间距A《〉2义，这主要是考虑到MIMO技术所致，由 于MIMO技术要求各天线阵元信号之间无相关性，因此，必须保证2天线 阵元组之间的距离，才能保证在信号收发时2天线阵元组所发送或接收的无 线信号不会相干涉，从而不会有任何相关性。对于天线阵元组内的2个天线 阵元而言，它们必须是极化方式不同的，对于同极化的天线阵元之间的间距 M a5A，这是为了满足智能天线技术对于天线阵列中天线阵元强相关性的要求，以保证同极化的天线阵元所发射的信号具有相同的相位和幅度，从而 实现信号发射的波束赋形。同极化的天线阵元之间的间距的范围在三分之一 至三分之二信号波长之间，需要根据具体的天线阵列情况而定，天线阵元间
距过大，会降低信号之间的相关度；天线阵元间距过小，将在方向图引起不 必要的波瓣，因此，天线阵元半波长间距通常是优选的，会根据具体的测试 应用有所微调。
图1中，每天线阵元组中的2个天线阵元之间分别采用正45°极化方 式、负45°极化方式，也可采用水平极化方式、垂直极化方式来实现。其 中，正、负45°极化方式能有效减小天线阵列的尺寸，这利于天线的成本 节约、方i"更安装。天线阵元向周围空间辐射电^兹波，而电J兹波由电场和^兹场 构成，其中，电场的方向就是天线极化方向。
以下介绍本发明实施例的天线阵列的工作过程。
对于一个时隙中的用户数据，被分解为天线阵元组的个数的数据流，每 一个数据流均通过一个天线阵元组发送出去。再根据每个天线阵元组中的天 线阵元个数对数据流再次分解，对于每个天线阵元的数据流，通过定向耦合 器对发射信号幅度及相位的调整，从而实现发射信号的相关，形成波束赋形 的效果。从而使本发明天线阵列同时支持MIMO技术和智能天线技术。
图2为本发明实施例的8阵元天线阵列的结构组成示意图，如图2所示， 本发明实施例的8阵元天线阵列包括8个天线阵元，其实现原理与图1所示 的天线阵列完全相同，不同的是，本发明实施例是通过8个天线阵元来实现 的，每个天线阵元组中的天线阵元数目变为了 4个，这样的结构可提高数据 的吞吐率，但所需要的数据处理量也比较大，需要高处理性能的处理器来支 持，其工作原理、天线阵元的极化方式等与图1所示的天线阵列完全相同。 需要说明的是，图2所示的天线阵列中，每个天线阵元组中的天线阵元个数 为4，其中的2个天线阵元极化方式可与另2个天线阵元的极化方式不同， 例如其中2个采用正负45°极化方式，另2个可采用水平、垂直极化方式 来实现。当然，对于天线阵列的2个天线阵元组而言，它们的结构永远是相同的。
需要说明的是，图1、图2所示的天线阵列结构中的天线阵元数目不受 限定，当天线阵元数目较多时，所需的天线信号处理器的计算能力足够强大 即可。
图3为本发明实施例的天线阵列的具体应用示意图，如图3所示，本发 明实施例的天线阵列可应用于通信系统的基站中，图中示出了 3扇区的几何 结构示意图，按照该排布方式，将三个按照图1、图2所述结构设计的天线 阵列应用在一个基站中，形成三扇区覆盖即可。由于天线阵列的结构在前文 中已经详细说明，这里不再赘述。
为减少风阻，本发明实施例的天线阵列外罩采用为镂空技术或者"U" 型封装技术。
需要说明的是，随着技术的不断发展，图1、图2所述天线阵列的结构 也可应用于用户终端中。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护 范围。
权利要求
1、一种支持MIMO及智能天线技术的天线阵列，其特征在于，包括两个结构完全相同的天线阵元组，两天线阵元组之间的距离大于或等于二倍的信号波长；阵元组内的天线阵元采用双极化方式进行极化，其中同极化的天线阵元之间的距离为三分之一至三分之二信号波长。
2、 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵元双极 化方式具体为水平极化方式、垂直极化方式。
3、 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵元双极 化方式具体为正45°极化方式、负45°极化方式。
4、 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述同极化的天线 阵元之间的距离为二分之一信号波长。
5、 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，还包括校正耦合网 络、射频单元和定向耦合单元，所述校正耦合网络的各射频信号耦合端口通 过定向耦合单元与射频单元连接，形成完整的校正网络，所述校正网络在天 线外部接口表现为一个校正射频信号端口。
6、 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，还包括天线外罩， 所述天线外罩为镂空结构或为"U"型结构。
全文摘要
本发明公开了一种支持MIMO及智能天线技术的天线阵列。天线阵列包括两个结构完全相同的天线阵元组，阵元组之间的距离大于或等于二倍的信号波长，阵元组内的天线阵元采用双极化方式进行极化，其中同极化的天线阵元之间的距离在二分之一信号波长左右；校正耦合网络的各射频信号耦合端口通过定向耦合单元与射频单元连接，形成完整的校正网络，所述校正网络在天线外部接口上表现为一个校正射频信号端口；当天线整体风阻太大时，天线外罩可以采取“镂空”技术或者“∪”型封装技术。本发明结构简单，可保证通信系统的数据信号质量，同时又提高了系统的数据量吞吐量。
文档编号H01Q21/00GK101635391SQ200810129920
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月24日 优先权日2008年7月24日
发明者曾召华 申请人:中兴通讯股份有限公司