多频阵列天线的制作方法

本发明涉及移动通信技术领域，涉及一种多频阵列天线。

背景技术：

随着移动通信技术和应用的迅猛发展，为整合天馈资源，提高天馈覆盖的精细化水平，采用多频阵列天线实现2g/3g/4g移动通信网络信号兼容已成为建网首选。

本申请的申请人在申请号为“201510160763.7”的中国专利中公开了一种多频阵列天线，其创新性提出了一种空间复用技术，即：将多个高频阵列的主体阵列及低频阵列均设于同一轴线上，各高频阵列的一端的部分阵列单元彼此相对的设置于该轴线两侧，相对于该专利申请日之前的多频阵列天线而言，可在不降低各子阵列辐射口径的情况下，缩短天线整机长度。

然而，上述天线技术可复用的高频间距空间有限(以三频阵列天线为例，通常仅能复用一个高频间距空间)，这对于工作于较高频段(例如2.6ghz频段)的天线阵列而言，为确保主瓣增益和方向性较好，由于所需的高频辐射单元数量较多，因此，实际应用时，通常仍有较多数量的高频辐射单元需沿上述轴线方向布设于天线的上半部分或下半部分，由此将大幅增加天线长度，且布设于天线上半部分的高频辐射单元将因主馈线增长而导致传输损耗增大，天线增益降低。

由此可见，现有的多频阵列天线，整机尺寸仍然较大。如何进一步缩小多频阵列天线的尺寸，以适应即将来临的5g时代对所有的非5g天线小型化的更高要求，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多频阵列天线，实现了多频天线系统中各子阵列的空间复用，旨在确保天线辐射性能较好的前提下，进一步实现天线的小型化。

为了解决上述技术问题，本发明的多频阵列天线采用的技术方案是：

一种多频阵列天线，包括：

低频阵列，所述低频阵列包括沿参考纵轴线方向由上至下依次设置的第一低频辐射单元、第二低频辐射单元和第三低频辐射单元，所述第一低频辐射单元的辐射臂和所述第三低频辐射单元的辐射臂均呈环状，所述第二低频辐射单元的辐射臂呈非环状；

第一高频阵列，所述第一高频阵列包括由上至下依次设置的第一高频主体阵列和第一高频枝节阵列，所述第一高频主体阵列包括在所述第二低频辐射单元上方的所述参考纵轴线方向上间隔设置的多个第一高频辐射单元，所述第一高频枝节阵列包括至少两个偏设于所述参考纵轴线横向一侧的第一高频辐射单元；

以及第二高频阵列，所述第二高频阵列包括由上至下依次设置的第二高频枝节阵列和第二高频主体阵列，所述第二高频枝节阵列包括至少两个偏设于所述参考纵轴线横向另一侧的第二高频辐射单元，所述第二高频主体阵列包括在所述第二低频辐射单元下方的所述参考纵轴线方向上间隔设置的多个第二高频辐射单元。

进一步的，所述第二低频辐射单元的两个极化的辐射臂呈正交的“×”状和“十”字形状中的任意一种形状；

或者，第二低频辐射单元的辐射臂呈状、“[]”状及中的任意一种形状，且所述第一高频枝节阵列中的一个所述第一高频辐射单元和所述第二高频枝节阵列中一个所述第二高频辐射单元被包括在所述第二低频辐射单元的设置范围内。

进一步的，所述第二低频辐射单元至少有两个，各所述第二低频辐射单元间隔设于所述第一低频辐射单元与所述第三低频辐射单元之间。

进一步的，所述第一高频枝节阵列的多个所述第一高频辐射单元中，相邻两个第一高频辐射单元之间间距为相邻两个第二低频辐射单元之间间距的0.3～0.5倍；

所述第二高频枝节阵列的多个所述第二高频辐射单元中，相邻两个第二高频辐射单元之间间距为相邻两个第二低频辐射单元之间间距的0.3～0.5倍。

进一步的，相邻两个所述第二低频辐射单元之间间距为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍；

所述第一高频枝节阵列的多个所述第一高频辐射单元中，相邻两个第一高频辐射单元之间间距为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍；

所述第二高频枝节阵列的多个所述第二高频辐射单元中，相邻两个第二高频辐射单元之间间距为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍。

进一步的，所述低频阵列、所述第一高频主体阵列、所述第一高频枝节阵列、所述第二高频主体阵列以及所述第二高频枝节阵列中至少有一个阵列在纵向上呈“s”形分布。

进一步的，所述第一高频枝节阵列的各所述第一高频辐射单元与所述第二高频枝节阵列的各所述第二高频辐射单元呈一一对称设置。

进一步的，所述第一低频辐射单元中嵌设有所述第一高频辐射单元，所述第三低频辐射单元中嵌设有所述第二高频辐射单元。

进一步的，所述多频阵列天线包括多列沿横向间隔设置的低频阵列，至少部分所述低频阵列中对应设有所述第一高频阵列和所述第二高频阵列，相邻两列所述低频阵列之间的横向间距为0.5λ～1.1λ。

进一步的，所述低频阵列的工作频段为694～960mhz，所述第一高频阵列的工作频段为1427～2690mhz，所述第二高频阵列的工作频段为1427～2690mhz。

基于上述技术方案，本发明的多频阵列天线，通过采用辐射臂呈环状的第一低频辐射单元和第三低频辐射单元以及辐射臂呈非环状的第二低频辐射单元，形成第一低频辐射单元、第二低频辐射单元和第三低频辐射单元沿参考纵轴线由上至下依次设置的低频阵列，相对于现有技术至少具有以下有益效果：

1.可在第二低频辐射单元的横向两侧分别布设更多的第一高频辐射单元和第二高频辐射单元，实现多个辐射单元空间的复用，大幅缩短多频天线的纵向长度，同时可使第一高频阵列和第二高频阵列的方向图水平面半功率波束宽度收敛性较好；

2.第二低频辐射单元与第一低频辐射单元之间的间距以及第二低频辐射单元与第三低频辐射单元之间的间距相对于现有低频阵列均采用环状低频辐射单元而言，可相对缩小，进一步缩短了天线的纵向长度；

3.利用非环状的第二低频辐射单元，还可以在低频阵列的中心频点对应波长与高频阵列的中心频点对应波长的比值高达2.5倍的前提下，很好的避免各辐射单元的辐射臂在反射板的正投影面上存在干涉的情况，最大程度的降低各低频辐射单元与高频辐射单元之间的信号干扰；

4.第一高频阵列的部分第一高频辐射单元和第二高频阵列的部分第二高频辐射单元分设于第二低频辐射单元的两侧，还可以较好的避免辐射边界不对称的问题，进一步优化整体组阵效果，使多频阵列天线的整体电气性能较优；

5.可在设有多个第二低频辐射单元时，使相邻两个第二低频辐射单元之间的间距与相邻两个第一高频辐射单元之间的间距以及相邻两个第二高频辐射单元之间的间距无相关性，即在空间复用区域的高低频间距无相关性，从而在实际组阵时可进一步缩小天线的纵向长度。

总体而言，该多频阵列天线，组阵结构简单紧凑，能较好的实现多频天线的小型化，提升天线整机系统的电气性能，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第二种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第三种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第四种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第五种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第六种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第七种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第八种结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的第九种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

还需要说明的是，以下实施例中的上、下、顶、底、侧等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

参照图1、图3和图4，本发明实施例提供了一种多频阵列天线，具体在本实施例中，该多频阵列天线为三频天线，其包括低频阵列(未示出)以及由不同馈电网络馈电的第一高频阵列200和第二高频阵列300，其中低频阵列与第一高频阵列200和第二高频阵列300工作于不同频段范围，具体在本实施例中，低频阵列的工作频段范围为694～960mhz，涵盖当前全球范围内的2g、3g移动通信频段，第一高频阵列200的工作频段范围可为1427～2690mhz，第二高频阵列300的工作频段范围可为1427～2690mhz，涵盖当前全球范围内的4g如lte制式的移动通信频段。

上述低频阵列包括沿参考纵轴线a方向由上至下依次设置的第一低频辐射单元(具体在本实施例中包括三个第一低频辐射单元，即111、112、113)，第二低频辐射单元121和第三低频辐射单元(具体在本实施例中包括三个第三低频辐射单元，即131、132、133)，第一低频辐射单元111、112和113的辐射臂以及第三低频辐射单元131、132和133的辐射臂均呈环状，例如，可以是呈圆形、矩形、椭圆形或多边形的环状，当然可以是呈多边形的环状，具体可根据实际需要灵活选择。第二低频辐射单元121的辐射臂呈非环状。

在实际应用时，上述第二低频辐射单元121的辐射臂可优选正交的“×”状(参照图1至图5)和“十”字形状(参照图6)中的任意一种形状。应当理解的是，各低频辐射单元的辐射臂的形状指的是在反射板的正投影面上的形状。

上述第一高频阵列200由图中各空心方框所示的多个第一高频辐射单元组成(具体在本实施例中，第一高频阵列200包括八个第一高频辐射单元211、212、213、214、215、216、217、218)。该第一高频阵列200具体包括由上至下依次设置的第一高频主体阵列200a和第一高频枝节阵列200b，其中，第一高频主体阵列200a包括在第二低频辐射单元121上方的参考纵轴线a方向上间隔设置的多个第一高频辐射单元(具体在本实施例中为第一高频辐射单元211、212、213、214、215)；第一高频枝节阵列200b包括设于第二低频辐射单元121横向一侧的至少两个第一高频辐射单元(具体在本实施例中为第一高频辐射单元216、217、218)；

上述第二高频阵列300由图中各带剖面线的方框所示的多个第一高频辐射单元组成(具体在本实施例中，包括八个第二高频辐射单元311、312、313、314、315、316、317、318，如图中带剖面线的方框所示)。该第二高频阵列300具体包括由上至下依次设置的第二高频枝节阵列300b和第二高频主体阵列300a，其中，第二高频主体阵列300a包括在第二低频辐射单元121下方的参考纵轴线a方向上间隔设置的多个第二高频辐射单元(具体在本实施例中为第二高频辐射单元314、315、316、317、318)；第二高频枝节阵列300b包括设于第二低频辐射单元121横向另一侧的至少两个第二高频辐射单元(具体在本实施例为第二高频辐射单元311、312、313)。图中所示各空心方框和带剖面线的方框仅用于区分第一高频辐射单元和第二高频辐射单元，并不代表各第一高频辐射单元和各第二高频辐射单元的形状仅能为方框状，本发明实施例中对各第一高频辐射单元和各第二高频辐射单元的形状不作限制。

应当理解的是，当上述第一高频辐射单元216、217、218设于第二低频辐射单元121的左侧时，则第二高频辐射单元311、312、313设于第二低频辐射单元121的右侧；反之，当第一高频辐射单元216、217、218设于第二低频辐射单元121的右侧时，则第二高频辐射单元311、312、313设于第二低频辐射单元121的左侧；在实际应用时，可根据需要进行选择，在此不作限制。为了便于说明，具体在本实施例中，以第一高频辐射单元216、217、218位于第二低频辐射单元121的左侧为例进行阐述，下文亦同。

上述设于第二低频辐射单元121左侧的第一高频辐射单元216、217、218可沿第一纵轴线a1间隔布设，上述设于第二低频辐射单元121右侧的第二高频辐射单元311、312、313可沿第二纵轴线a2间隔布设，各纵轴线a1、a、a2优选为相互平行设置，以提高左右边界的对称性。需要说明的是，上述各参考纵轴线a1、a、a2均为虚设参考线，并且在实际应用中，该参考纵轴线a为反射板的轴对称线，即反射板关于该参考纵轴线a对称。

该多频阵列天线，通过采用辐射臂在反射板的正投影面上呈环状的第一低频辐射单元111、112、113和第三低频辐射单元131、132、133以及辐射臂在反射板的正投影面上呈正交的“×”状或“十”字形状的第二低频辐射单元121，形成上述低频阵列，至少具有以下优点：

1.可在第二低频辐射单元121的横向两侧分别布设三个第一高频辐射单元216、217、218和第二高频辐射单元311、312、313，实现三个高频间距空间的复用，大幅缩短天线的纵向长度，并且可使第一高频阵列200和第二高频阵列300的方向图水平面半功率波束宽度收敛性较好；

2.第二低频辐射单元121与相邻的第一低频辐射单元113之间的间距以及第二低频辐射单元121与相邻的第三低频辐射单元131之间的间距相对于均采用环状低频辐射单元而言，可相对缩小，进一步缩短了天线的纵向长度；

3.利用正交的“×”状或“十”字形状的第二低频辐射单元121，还可以在低频阵列的中心频点对应波长与高频阵列的中心频点对应波长的比值高达2.5倍的前提下，很好的避免各辐射单元的辐射臂在反射板的正投影面上存在干涉的情况，最大程度的降低各低频辐射单元与高频辐射单元之间的信号干扰；

4.第一高频阵列200的第一高频辐射单元216、217、218和第二高频阵列300的第二高频辐射单元311、312、313分设于第二低频辐射单元121的两侧，还可以很好的避免辐射边界不对称的问题，进一步优化整体组阵效果，使多频阵列天线的整体电气性能较优。

该多频阵列天线，组阵结构简单紧凑，能较好的实现多频天线的小型化，提升天线整机系统的电气性能，应用前景广阔。

参照图2和图5，作为本发明的一个优选实施例，上述第二低频辐射单元至少有两个，各第二低频辐射单元间隔设于第一低频辐射单元与第三低频辐射单元之间。具体在本实施例中，第一高频阵列200包括第一高频辐射单元211、212、213、214、215、216、217、218、219和220；其中，第一高频主体阵列200a包括沿参考纵轴线a布设于第二低频辐射单元121上方的第一高频辐射单元211、212、213、214和215；第一高频枝节阵列200b包括沿第一纵轴线a1偏设于第二低频辐射单元121和122横向一侧的第一高频辐射单元216、217、218、219和220。第二高频阵列300包括第二高频辐射单元311、312、313、314、315、316、317、318、319和320；其中，第二高频枝节阵列300b包括沿第二纵轴线a2偏设于第二低频辐射单元121、122横向另一侧的第二高频辐射单元311、312、313、314和315，第二高频主体阵列300a包括沿参考纵轴线a布设于第二低频辐射单元122下方的第二高频辐射单元316、317、318、319和320；与图1所示实施例不同的是，本实施例设置有两个第二低频辐射单元121、122，这样进一步提高空间复用率，并且可使相邻两个第二低频辐射单元121、122之间的间距d2与相邻两个第一高频辐射单元之间的间距d1以及相邻两个第二高频辐射单元之间的间距d3无相关性，即在空间复用区域的高低频间距无相关性，从而在实际组阵时可进一步缩小天线的纵向长度。

应当理解的是，上述第一低频辐射单元、第二低频辐射单元及第三低频辐射单元的数量可以根据实际需要进行设置，具体不作限制。

参照图2和图5，作为本发明的一个优选实施例，第一高频枝节阵列200b的第一高频辐射单元216、217、218、219和220中，相邻两个第一高频辐射单元之间间距d1为相邻两个第二低频辐射单元121、122之间间距d2的0.3～0.5倍；第二高频枝节阵列300b的第二高频辐射单元311、312、313、314和315中，相邻两个第二高频辐射单元之间间距d3为相邻两个第二低频辐射单元121、122之间间距d2的0.3～0.5倍。采用该结构可以较好的抑制栅瓣，进一步优化辐射性能。

在低频阵列、第一高频阵列200及第二高频阵列300工作于上述指定工作频段范围时，还可以采用以下方式确定各辐射单元之间的组阵结构：相邻两个第二低频辐射单元121、122之间间距d2为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍，该间距d2进一步优选为0.8倍；类似的，第一高频枝节阵列200b的第一高频辐射单元216、217、218、219和220中，相邻两个第一高频辐射单元之间间距d1为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍，该间距d1同样优选为0.8倍；同理，第二高频枝节阵列300b的第二高频辐射单元311、312、313、314和315中，相邻两个第二高频辐射单元之间间距d3为其工作频段范围的中心频点所对应波长的0.5～1.0倍，该间距d3亦优选为0.8倍，采用这样的结构同样可以是确保各低频辐射单元和高频辐射单元的信号彼此互不干扰，或者至少能将干扰程度降到最低。

在实际应用时，上述第一高频辐射单元216、217、218、219、220之间的间距可以根据具体实施情况进行微调，排布为近似等间距，上述第二高频辐射单元311、312、313、314、315之间的间距同理亦可根据具体实施情况进行微调，排布呈近似等间距，本领域技术人员均知晓此种变通，因此不作详述。

参照图3至图5，在部分实施例中，低频阵列、第一高频枝节阵列200b、第一高频主体阵列200a、第二高频枝节阵列300b、第二高频主体阵列300a中的至少一个阵列在纵向上可呈“s”形分布。具体而言，第一高频枝节阵列200b的各第一高频辐射单元中，部分第一高频辐射单元可位于第一纵轴线a1上，其余第一高频辐射单元可位于第三纵轴线a3上，第三纵轴线a1与第三纵轴线a3保持横向间隔设置；第二高频枝节阵列300b的各第二高频辐射单元中，部分第二高频辐射单元可位于第二纵轴线a2上，其余第二高频辐射单元可位于第四纵轴线a4上，第二纵轴线a2与第四纵轴线a4保持横向间隔设置。图3示出了第一高频枝节阵列200b和第二高频枝节阵列300b呈s形分布的一种实施例，具体是，第一高频辐射单元216和218位于第三纵轴线a3上，第一高频辐射单元217则位于第一纵轴线a1上；第二高频辐射单元311和313位于第四纵轴线a4上，第二高频辐射单元312则位于第二纵轴线a2上。类似的，图5也示出了第一高频枝节阵列200b和第二高频枝节阵列300b呈s形分布的一种实施例，具体是，第一高频辐射单元216、218和220位于第三纵轴线a3上，第一高频辐射单元217和219则位于第一纵轴线a1上，从而使第一高频枝节阵列200b大致呈s形分布，换句话说，第一高频枝节阵列200b的各第一高频辐射单元在纵向上交错分布，而不是呈直线分布；第二高频辐射单元311、313和315位于第四纵轴线a4上，第一高频辐射单元312和314则位于第二纵轴线a2上，从而使第二高频枝节阵列300b大致呈s形分布，换句话说，第二高频枝节阵列300b的各第二高频辐射单元在纵向上交错分布，而不是呈直线分布。类似的，图4示出了低频阵列呈s形分布的一种实施例，具体是，第一低频辐射单元111、112，第三低频辐射单元132和133均相对于参考纵轴线a朝横向偏移一定距离，从而使低频阵列大致呈s形分布，而并非呈直线分布。这样的组阵形式同样可以达到较好的空间复用效果。

若第一低频辐射单元与第二低频辐射单元之间的间距允许，在纵向上相邻的第一低频辐射单元与第二低频辐射单元之间还可以设有位于参考纵轴线a上的第一高频辐射单元，以充分利用第一低频辐射单元和第二低频辐射单元之间的间距空间。类似的，在纵向上相邻的第二低频辐射单元与第三低频辐射单元之间也可设有位于参考纵轴线a上的第二高频辐射单元。

参照图7至图9，在部分实施例中，与图1至图6不同的是，该第二低频辐射单元121的辐射臂在反射板的正投影面上呈状(参照图7)、“[]”状(参照图9)或状(参照图8)。在本实施例中，第一高频枝节阵列200b的一个第一高频辐射单元217和第二高频枝节阵列300b的一个第二高频辐射单元312被包括在第二低频辐射单元121的设置范围内。采用该形状的第二低频辐射单元可以达到与图1至图6所示交叉状第二低频辐射单元类似的组阵优点，具体参照前文的叙述，此处不赘述。

参照图1至图9，为了进一步改善天线的辐射性能，并降低辐射单元的布设难度，上述第一高频枝节阵列200b的各第一高频辐射单元与第二高频枝节阵列300b的各第二高频辐射单元优选呈一一对称设置。

参照图1至图9，作为本发明的一个优选实施例，上述各第一低频辐射单元中分别对应嵌设有一个第一高频辐射单元，上述各第三低频辐射单元中分别对应嵌设有一个第二高频辐射单元。采用高、低频同轴嵌套方案，相对于传统的sidebyside邻接的技术方案，无论是天线宽度还是迎风面积均较小，有利于进一步缩小天线尺寸，对进一步提升电气性能具有较好的效果。

在实际应用时，本发明实施例提供的多频阵列天线还可以包括多列沿横向间隔设置的上述低频阵列，其中，至少部分低频阵列中对应设有第一高频阵列200和第二高频阵列300，相邻两列低频阵列之间的横向间距为0.5λ～1.1λ。λ指的是这两列低频阵列低频辐射单元的中心工作频率对应的波长。这样的组阵形式可以将多频阵列天线拓展为四频阵列天线、五频阵列天线等。

在部分实施例中，根据本发明的上述技术思路，还可以在参考纵轴线a方向上增加对第一高频辐射单元和第二高频辐射单元的高频间距空间的复用次数，从而使本发明实施例提供的多频阵列天线拓展为四频阵列天线、五频阵列天线等。

需要说明的是，本发明实施例的多频阵列天线中，各第一低频辐射单元、第二低频辐射单元、第三低频辐射单元、第一高频辐射单元以及第二高频辐射单元在反射板上布设时需满足：任意两个辐射单元之间在物理位置上反射板上的正投影范围内无干涉。并且，上述各辐射单元均优选为对称振子，其各自的辐射臂有对称振子的巴伦支承。各辐射单元既可以是具有三维空间立体结构设置形式，也可以采用现有的平面印刷辐射单元(例如微带振子)、贴片振子或半波振子等；也可以是上述任意类型的天线振子的组合。此外，上述各辐射单元优选采用双极化辐射单元，以利于提高通信性能稳定性，具体在本实施例中，该双极化辐射单元可以是常见的±45°极化元件，也可以是垂直/水平极化元件，此处不做限制。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。