一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线的制作方法

本发明涉及一种微波天线技术领域，特别是一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线。

背景技术

目前为了解决大型场馆、演艺中心的移动通信数据流量爆发式增长的问题，通常的解决途径多为规划较多的扇区进行分区覆盖。在实际应用中，多采用单一主瓣，3db波束宽度在45°～50°范围内，3db到20db的跌落电平覆盖角度不大于20°，全空间副瓣电平不大于20db的方向图的覆盖区域为矩形的阵列天线进行多扇区覆盖，在在需要分区数量较多时可以有效消除相邻复用蜂窝区的覆盖重叠或盲区，使扇区间的边界清晰，从而有效提高通信质量。

目前现有技术来实现场馆赋形阵列天线仍有不足及需要改进的地方，例如：张涛等人申请的《矩形赋形天线阵列》国家发明专利(专利申请号：201510936949.7)，采用了共计21辐射单元，配置了4圈圆环阵，对每一圈的子阵单独激励不同的幅度相位来实现特定的方向图赋形效果。该发明实现了在高段频率(2.3ghz～2.7ghz)的副瓣电平不大于17db，3db到20db的跌落电平覆盖角度不大于20°，但是在高段频率上相对带宽较小，利用该技术在实现低段频率(1.71ghz～2.17ghz)上效果会更差一些，同时该技术阵列的阵元数目较多，副瓣电平效果较差，实现阵列馈电网络均较复杂。

徐明明等人申请的《一种半功率角外波瓣快速跌落的矩形波束赋形天线》国家发明专利，(专利申请号：201710322793.2)，该赋形天线共采用16个阵元进行稀疏分布，配置了三圈的圆环稀疏阵列，对每一圈的子阵单独激励不同的幅度相位来实现特定的方向图赋形效果。该发明存在的问题为：1、该专利仅给出了高段频率(2.3ghz～2.7ghz)设计结果，未能给出低段频率(1.71ghz～2.17ghz)设计结果，而低段频率相对带宽更宽，虽然在高段频率上能实现了3db到20db的跌落电平覆盖角度不大于18.5°，旁瓣电平抑制优于20db，然而，利用该技术在低段频率也仅能实现3db到20db的跌落电平覆盖角度不大于20°；2、该发明实现的矩形赋形效果较差，等高线的矩形的四边形中间部位会出现内陷；3、该发明需要设计1分16的馈电网络，直接1分16的馈电网络不仅效果较差，而且实现的效果并不很好，这都直接会影响整个阵列天线的性能。

吴泽海等人申请的《一种宽频阵列天线》国家发明专利(专利申请号：201510705631.8)，利用5×5共计25单元实现了3db～20db的跌落电平覆盖角度不大于25°，旁瓣电平抑制优于20db。利用该发明专利存在的问题是：1、阵元数目较多，制造成本上略高；2、3db～20db的跌落电平覆盖角度较大，在分区覆盖的时候边界质量差，通信质量会恶化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，保证3db～20db的跌落电平覆盖角度不大于20°，全空间副瓣电平不大于25db前提下，天线阵元数目尽量少，天线的馈电网络设计实现模块化设计，设计复杂度简单，从而降低生产成本。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，包括辐射阵面和馈电网络；其中，辐射阵面包括n个辐射子阵；馈电网络包括n个水平功分网络和1个垂直功分网络；每个辐射子阵均与对应的1个水平功分网络的输出端口连通；且n个水平功分网络的输入端口均与垂直功分网络的输出端口连通；垂直功分网络的输入端口与外部合路器连通；n为大于等于3的正整数。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述阵列天线的适用频率包括2个波段频率；第一波段频率的范围为1710mhz～2170mhz；适用第二波段频率的范围为2300mhz～2690mhz。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述n个辐射子阵竖直排列；其中，第一个辐射子阵与第二个辐射子阵之间的间距为2d；其余n-1个辐射子阵之间的间距为d；d为0.4～1.6倍阵列天线适用频率的中心频率的波长。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述辐射子阵为矩形结构；每个辐射子阵均包括n个辐射单元；n个辐射单元水平分布在辐射子阵上；n为大于等于3的正整数。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述第一个辐射单元与第二个辐射单元之间的间距为2d；其余n-1个辐射单元之间的间距为d；d为0.4～1.6倍阵列天线适用频率的中心频率的波长。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述辐射单元采用双极化十字交叉振子天线或者双极化金属贴片天线。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述辐射单元包括两个极化端口，分别为+45°极化端口和45°极化端口；辐射单元两个极化端口均与水平功分网络的输出端口连接。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述水平功分网络采用微带式微波网络、威尔金森功分器或者微带式定向耦合器其中的一种；所述垂直功分网络采用微带式微波网络、威尔金森功分器或者微带式定向耦合器其中的一种。

在上述的一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，所述阵列天线在三维空间内的副瓣电平不大于20db。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明在保证较少数量的阵元前提下，实现了更佳的矩形赋形效果，同时实现了在较少阵元数目前提下的馈电网络模块化，即行馈电、和列馈电均为单独馈电方式，且可以行馈电网络和列馈电网络完全相同。这在移动通信等领域应用中可以显著降低生产成本和维护费用；

(2)本发明全阵列共采用16个单元，阵列布局所述的辐射单元为矩形排布，阵元分布为稀疏布置且具有一定规律，即：每一行的辐射子阵中的第一辐射单元和第二辐射单元间距是本子阵内其他相邻辐射单元间距的二倍；同时第一行辐射子阵和第二行辐射子阵间距是其他相邻辐射子阵间距的二倍；配置方便，且信号传递效果好；

(3)本发明一种双极化低副瓣快速跌落场馆赋形稀疏阵列天线馈电网络采用行列馈电方式，且水平馈电网络和垂直馈电网络可以是完全相同的配置；最大化的平衡力天线的技术难度和复杂度和生产成本；

(4)本发明实现了天线工作在1710mhz～2170mhz或者2300mhz～2690mhz频段工作范围内，3db波束宽度在45±5°范围内，3db～20db电平滚降控制在19.1°范围内，全空间副瓣电平不大于21.3db，在辐射方向图的3db～20db的等高线图上，为近正方向形状。相比较与现有产品，在阵元数量，馈电网络复杂度上综合性能更优。

附图说明

图1为本发明稀疏阵列天线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供一种在保证3db～20db的跌落电平覆盖角度不大于20°，全空间副瓣电平不大于25db前提下，天线阵元数目尽量少，天线的馈电网络设计实现模块化设计，设计复杂度简单，从而降低生产成本。

如图1所示为稀疏阵列天线示意图，由图可知，一种双极化矩形赋形场馆稀疏阵列天线，包括辐射阵面1和馈电网络2；其中，辐射阵面1包括n个辐射子阵1-1；馈电网络2包括n个水平功分网络2-1和1个垂直功分网络2-2；每个辐射子阵1-1均与对应的1个水平功分网络2-1的输出端口连通；且n个水平功分网络2-1的输入端口均与垂直功分网络2-2的输出端口连通；垂直功分网络2-2的输入端口与外部合路器连通；水平功分网络2-1采用微带式微波网络、威尔金森功分器或者微带式定向耦合器其中的一种；所述垂直功分网络2-2采用微带式微波网络、威尔金森功分器或者微带式定向耦合器其中的一种。n为大于等于3的正整数。其中，n个辐射子阵1-1竖直排列；其中，辐射子阵1-1为矩形结构；每个辐射子阵1-1均包括n个辐射单元1-1-1；辐射单元1-1-1采用双极化十字交叉振子天线或者双极化金属贴片天线。n个辐射单元1-1-1水平分布在辐射子阵1-1上；n为大于等于3的正整数。辐射单元1-1-1包括两个极化端口，分别为+45°极化端口和45°极化端口；辐射单元1-1-1两个极化端口均与水平功分网络2-1的输出端口连接。阵列天线在三维空间内的副瓣电平不大于20db。

阵列天线的适用频率包括2个波段频率；第一波段频率的范围为1710mhz～2170mhz；适用第二波段频率的范围为2300mhz～2690mhz。

第一个辐射子阵1-1与第二个辐射子阵1-1之间的间距为2d；其余n-1个辐射子阵1-1之间的间距为d；d为0.4～1.6倍阵列天线适用频率的中心频率的波长。第一个辐射单元1-1-1与第二个辐射单元1-1-1之间的间距为2d；其余n-1个辐射单元1-1-1之间的间距为d；d为0.4～1.6倍阵列天线适用频率的中心频率的波长。

在相位配置上，第一行辐射子阵中1-1中的第一辐射单元1-1-1为0°相位，其余辐射单元1-1-1为180°相位，其余行辐射子阵1-1中的第一辐射单元1-1-1为180°相位，其余辐射单元1-1-1为0°相位。相应的，上述180°信号激励也仅需要物理旋转辐射单元180°即可实现。

为了最大限度简化馈电网络设计繁琐度，文中的水平功率分配网络和垂直功率分配网络是完全相同的配置，在实际工程中，也可以是不同的配置，且不同配置下的自由度更多，实现的性能会更佳。由于不脱离本发明的构思，也在本发明的保护范围内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。