一种天线单元、天线以及通信装置的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线单元、天线以及通信装置。


背景技术：

2.随着第五代(5rd generation，5g)网络的建设，场景化补盲场景需求越发明显。对于一些建筑密集的场景时，例如特别是在居民区或者商业街区等场景中，对网络设备的覆盖能力提出了更高的要求。以居民区为例，由于居民区中常常存在多种不同尺寸的建筑物。受到建筑物高度、宽度以及不同建筑物之间距离的限制，因此网络设备中天线的波瓣宽度需要适应性调整以实现灵活覆盖。
3.目前，一种常见的天线如图1所示，图1为现有技术中的一种天线结构示意图。该天线中包括4个天线阵列单元(又称为阵子)，以及与上述天线阵列单元连接移相器。通过移相器将天线调节为垂直方向(与海平面方向相对)上仅保留一个天线阵列单元，以实现垂直方向上减小波束宽度的目的。
4.然而，上述方案使用移相器调节天线阵列单元后，天线的水平方向(即与海平面方向平行)上波束宽度无变化，造成网络设备在水平方向上越区干扰的问题。


技术实现要素：

5.第一方面，本技术实施例提出一种天线单元，包括：第一阵列单元、第二阵列单元、第三阵列单元、第四阵列单元、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一端口和第二端口；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关串联连接，其中，所述第一开关分别与所述第二开关和所述第三开关连接，所述第二开关分别与所述第一开关和所述第四开关连接，所述第三开关分别与所述第一开关和所述第四开关连接，所述第四开关分别于所述第二开关和所述第三开关连接；所述第一阵列单元设置于所述第一开关与所述第三开关之间，所述第一阵列单元分别与所述第一开关和所述第三开关连接；所述第二阵列单元设置于所述第一开关与所述第二开关之间，所述第二阵列单元分别与所述第一开关和所述第二开关连接；所述第三阵列单元设置于所述第三开关与所述第四开关之间，所述第三阵列单元分别与所述第三开关和所述第四开关连接；所述第四阵列单元设置于所述第二开关与所述第四开关之间，所述第四阵列单元分别与所述第二开关和所述第四开关连接；所述第一端口和所述第二端口用于驱动所述第一阵列单元、所述第二阵列单元、所述第三阵列单元和/或所述第四阵列单元。
6.本技术实施例提供了一种天线单元，该天线单元通过特殊的结构实现水平方向与垂直方向的波束宽度的调整。由于波束宽度的调整前后，天线增益不降低，因此，该天线的覆盖距离保持不变。有效提升应用该天线的通信装置的适用范围，提升该通信装置的场景化覆盖能力。
7.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一端口设置于所述第一开关与所述第二开关之间，所述第一端口分别与所述第二阵列单元、所述第一开关和所
述第二开关连接；所述第二端口设置于所述第三开关与所述第四开关之间，所述第二端口分别与所述第三阵列单元、所述第三开关和所述第四开关连接。
8.需要说明的是，本技术实施例中对第一开关、第二开关、第三开关和第四开关所使用的开关元件不作限制。上述开关使用的开关元件可以是pin二极管，也可以是微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，mems)开关，还可以是其它开关元件，本技术实施例对此不作限制。
9.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一开关截止、所述第四开关截止、所述第二开关导通、所述第三开关导通，实现所述第一端口驱动所述第二阵列单元和所述第四阵列单元，所述第二端口驱动所述第一阵列单元和所述第三阵列单元。即该天线单元在水平方向实现宽波束，在垂直方向实现窄波束。
10.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一开关导通、所述第四开关导通、所述第二开关截止、所述第三开关截止，实现所述第一端口驱动所述第一阵列单元和所述第二阵列单元，所述第二端口驱动所述第三阵列单元和所述第四阵列单元。即该天线单元在垂直方向实现宽波束，在水平方向实现窄波束。
11.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一端口与所述第二阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口与所述第四阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口与所述第一阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第三阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第一阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第四阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍。
12.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一端口设置于所述第一开关与所述第三开关之间，所述第一端口分别与所述第一阵列单元、所述第一开关和所述第三开关连接；所述第二端口设置于所述第二开关与所述第四开关之间，所述第二端口分别与所述第四阵列单元、所述第二开关和所述第四开关连接。通过多种结构实现水平方向与垂直方向的波束宽度的调整，提升了方案的实现灵活性。
13.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一开关截止、所述第四开关截止、所述第二开关导通、所述第三开关导通，实现所述第一端口驱动所述第二阵列单元和所述第三阵列单元，所述第二端口驱动所述第二阵列单元和所述第四阵列单元。即该天线单元在水平方向实现宽波束，在垂直方向实现窄波束。
14.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一开关导通、所述第四开关导通、所述第二开关截止、所述第三开关截止，实现所述第一端口驱动所述第一阵列单元和所述第二阵列单元，所述第二端口驱动所述第三阵列单元和所述第四阵列单元。即该天线单元在垂直方向实现宽波束，在水平方向实现窄波束。
15.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一端口与所述第一阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口与所述第二阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口与所述第三阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波
波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第二阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第三阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口与所述第四阵列单元之间连接线的长度为所述天线单元辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍。
16.结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方案中，所述第一阵列单元与所述第二阵列单元设置于同一垂直方向上，所述第三阵列单元与所述第四阵列单元设置于同一垂直方向上；所述第一阵列单元与所述第三阵列单元设置于同一水平方向上，所述第二阵列单元与所述第四阵列单元设置于同一水平方向上。
17.第二方面，本技术实施例提出一种天线，所述天线包括一个或多个如前述第一方面中中任一项所述的天线单元和馈电网络，所述馈电网络与所述天线单元电连接。
18.第三方面，本技术实施例提出一种通信装置，所述通信装置包括如前述第二方面中所述的天线。
附图说明
19.图1为现有技术中的一种天线结构示意图；
20.图2为本技术实施例提出的一种天线单元100结构示意图；
21.图3为本技术实施例提出的又一种天线单元100结构示意图；
22.图4为本技术实施例涉及的一种应用场景示意图；
23.图5为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图；
24.图6为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图；
25.图7为本技术实施例提出的一种双极化天线示意图；
26.图8为本技术实施例提出的一种天线单元100的结构示意图；
27.图9为本技术提供的通信装置示意图。
具体实施方式
28.本技术实施例提供了一种天线单元、天线以及通信装置。该天线单元通过特殊的结构实现水平方向与垂直方向的波束宽度的调整。由于波束宽度的调整前后，天线增益不降低，因此，该天线的覆盖距离保持不变。有效提升应用该天线的通信装置的适用范围，提升该通信装置的场景化覆盖能力。
29.下面结合附图，对本技术的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
30.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本技术的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。
31.本技术实施例提出的天线单元100，由于端口设置的位置存在多种实现方案，因此，可以是图2示意的结构，即第一端口109设置于第一开关105和第二开关106之间，第二端
口110设置于第三开关107与第四开关108之间；也可以是图3示意的结构，即第一端口109设置于第一开关105与第三开关107之间，第二端口110设置于第二开关106与第四开关108之间。下面进行详细介绍。
32.请参阅图2，图2为本技术实施例提出的一种天线单元100结构示意图。图2示意的天线单元100包括第一阵列单元101、第二阵列单元102、第三阵列单元103、第四阵列单元104、第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110。
33.所述第一开关105、所述第二开关106、所述第三开关107和所述第四开关108串联连接，其中，所述第一开关105分别与所述第二开关106和所述第三开关107连接，所述第二开关106分别与所述第一开关105和所述第四开关108连接，所述第三开关107分别与所述第一开关105和所述第四开关108连接，所述第四开关108分别于所述第二开关106和所述第三开关107连接。即第一开关105、第二开关106、第三开关107与第四开关108依次连接，形成一个收尾相连的开关电路。
34.上述第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110组成波束切换网络。对于单极化天线，则使用一个波束切换网络控制各个阵列单元的波束切换；对于双极化天线，则使用两个波束切换网络控制各个阵列单元的波束切换。示例性的，如图7所示，图7为本技术实施例提出的一种双极化天线示意图。图7中，第一波束切换网络与第二波束切换网络结构类似。以第一波束切换网络为例，第一波束切换网络包括：上述第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110。第一波束切换网络与第二波束切换网络分别连接至阵列单元的各个端点，实现双极化。
35.需要说明的是，本技术实施例中对第一开关105、第二开关106、第三开关107和第四开关108所使用的开关元件不作限制。上述开关使用的开关元件可以是pin二极管，也可以是微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，mems)开关，还可以是其它开关元件，本技术实施例对此不作限制。
36.所述第一阵列单元101设置于所述第一开关105与所述第三开关107之间，所述第一阵列单元101分别与所述第一开关105和所述第三开关107连接；所述第二阵列单元102设置于所述第一开关105与所述第二开关106之间，所述第二阵列单元102分别与所述第一开关105和所述第二开关106连接；所述第三阵列单元103设置于所述第三开关107与所述第四开关108之间，所述第三阵列单元103分别与所述第三开关107和所述第四开关108连接；所述第四阵列单元104设置于所述第二开关106与所述第四开关108之间，所述第四阵列单元104分别与所述第二开关106和所述第四开关108连接；所述第一端口109和所述第二端口110用于驱动所述第一阵列单元101、所述第二阵列单元102、所述第三阵列单元103和/或所述第四阵列单元104。
37.所述第一端口109设置于所述第一开关105与所述第二开关106之间，所述第一端口109分别与所述第二阵列单元102、所述第一开关105和所述第二开关106连接；所述第二端口110设置于所述第三开关107与所述第四开关108之间，所述第二端口110分别与所述第三阵列单元103、所述第三开关107和所述第四开关108连接。
38.在一种可能的实现方式中，所述第一阵列单元101与所述第二阵列单元102设置于同一垂直方向上，所述第三阵列单元103与所述第四阵列单元104设置于同一垂直方向上；所述第一阵列单元101与所述第三阵列单元103设置于同一水平方向上，所述第二阵列单元
102与所述第四阵列单元104设置于同一水平方向上。
39.例如图4所示，图4为本技术实施例涉及的一种应用场景示意图。该应用场景中包括天线单元100的通信装置设置于建筑物顶部。该天线单元100中第一阵列单元101、第二阵列单元102、第三阵列单元103和第四阵列单元104处于同一平面，该平面与海平面(或者地面)互相垂直，即该天线单元100与地面垂直放置。以第一阵列单元101和第二阵列单元102作为垂直方向的阵列单元，第三阵列单元103和第四阵列单元104作为垂直方向的阵列单元。第一阵列单元101和第三阵列单元103作为水平方向的阵列单元，第二阵列单元102和第四阵列单元104作为水平方向的阵列单元。
40.图2示意的天线单元100的一种工作状态如下：所述第一开关105截止、所述第四开关108截止、所述第二开关106导通、所述第三开关107导通，实现所述第一端口109驱动所述第二阵列单元102和所述第四阵列单元104，所述第二端口110驱动所述第一阵列单元101和所述第三阵列单元103。
41.示例性的，结合图5说明该天线单元100的一种仿真实验结果。图5为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图。在这种工作状态下，当天线单元100垂直放置时，该天线单元100的可以实现天线波束为水平波束65度，垂直波束33度。即该天线单元100在水平方向实现宽波束，在垂直方向实现窄波束。
42.图2示意的天线单元100的一种工作状态如下：所述第一开关105导通、所述第四开关108导通、所述第二开关106截止、所述第三开关107截止，实现所述第一端口109驱动所述第一阵列单元101和所述第二阵列单元102，所述第二端口110驱动所述第三阵列单元103和所述第四阵列单元104。
43.示例性的，结合图6说明该天线单元100的一种仿真实验结果。图6为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图。在这种工作状态下，当天线单元100垂直放置时，该天线单元100的可以实现天线波束为垂直波束65度，水平波束33度。即该天线单元100在垂直方向实现宽波束，在水平方向实现窄波束。
44.可选的，所述第一端口109与所述第二阵列单元102之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口109与所述第四阵列单元104之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口109与所述第一阵列单元101之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第三阵列单元103之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第一阵列单元101之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第四阵列单元104之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍。
45.本技术实施例提供了一种天线单元100，该天线单元100通过特殊的结构实现水平方向与垂直方向的波束宽度的调整。由于波束宽度的调整前后，天线增益不降低，因此，该天线的覆盖距离保持不变。有效提升应用该天线的通信装置的适用范围，提升该通信装置的场景化覆盖能力。
46.下面介绍本技术实施例中天线单元100的又一种结构，请参阅图3，图3为本技术实施例提出的又一种天线单元100结构示意图。图2示意的天线单元100包括第一阵列单元101、第二阵列单元102、第三阵列单元103、第四阵列单元104、第一开关105、第二开关106、
第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110。
47.所述第一开关105、所述第二开关106、所述第三开关107和所述第四开关108串联连接，其中，所述第一开关105分别与所述第二开关106和所述第三开关107连接，所述第二开关106分别与所述第一开关105和所述第四开关108连接，所述第三开关107分别与所述第一开关105和所述第四开关108连接，所述第四开关108分别于所述第二开关106和所述第三开关107连接。即第一开关105、第二开关106、第三开关107与第四开关108依次连接，形成一个收尾相连的开关电路。
48.上述第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110组成波束切换网络。对于单极化天线，则使用一个波束切换网络控制各个阵列单元的波束切换；对于双极化天线，则使用两个波束切换网络控制各个阵列单元的波束切换。示例性的，与前述图7示意的天线单元100类似，此处不作赘述。
49.需要说明的是，本技术实施例中对第一开关105、第二开关106、第三开关107和第四开关108所使用的开关元件不作限制。上述开关使用的开关元件可以是pin二极管，也可以是微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，mems)开关，还可以是其它开关元件，本技术实施例对此不作限制。
50.所述第一阵列单元101设置于所述第一开关105与所述第三开关107之间，所述第一阵列单元101分别与所述第一开关105和所述第三开关107连接；所述第二阵列单元102设置于所述第一开关105与所述第二开关106之间，所述第二阵列单元102分别与所述第一开关105和所述第二开关106连接；所述第三阵列单元103设置于所述第三开关107与所述第四开关108之间，所述第三阵列单元103分别与所述第三开关107和所述第四开关108连接；所述第四阵列单元104设置于所述第二开关106与所述第四开关108之间，所述第四阵列单元104分别与所述第二开关106和所述第四开关108连接；所述第一端口109和所述第二端口110用于驱动所述第一阵列单元101、所述第二阵列单元102、所述第三阵列单元103和/或所述第四阵列单元104。
51.所述第一端口109设置于所述第一开关105与所述第三开关107之间，所述第一端口109分别与所述第一阵列单元101、所述第一开关105和所述第三开关107连接；所述第二端口110设置于所述第二开关106与所述第四开关108之间，所述第二端口110分别与所述第四阵列单元104、所述第二开关106和所述第四开关108连接。
52.在一种可能的实现方式中，所述第一阵列单元101与所述第二阵列单元102设置于同一垂直方向上，所述第三阵列单元103与所述第四阵列单元104设置于同一垂直方向上；所述第一阵列单元101与所述第三阵列单元103设置于同一水平方向上，所述第二阵列单元102与所述第四阵列单元104设置于同一水平方向上。
53.图3示意的天线单元100的一种工作状态如下：所述第一开关105截止、所述第四开关108截止、所述第二开关106导通、所述第三开关107导通，实现所述第一端口109驱动所述第二阵列单元102和所述第三阵列单元103，所述第二端口110驱动所述第二阵列单元102和所述第四阵列单元104。
54.示例性的，结合图5说明该天线单元100的一种仿真实验结果。图5为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图。在这种工作状态下，当天线单元100垂直放置时，该天线单元100的可以实现天线波束为水平波束65度，垂直波束33度。即该天线单元100在水
平方向实现宽波束，在垂直方向实现窄波束。
55.图3示意的天线单元100的一种工作状态如下：所述第一开关105导通、所述第四开关108导通、所述第二开关106截止、所述第三开关107截止，实现所述第一端口109驱动所述第一阵列单元101和所述第二阵列单元102，所述第二端口110驱动所述第三阵列单元103和所述第四阵列单元104。
56.示例性的，结合图6说明该天线单元100的一种仿真实验结果。图5为本技术实施例中天线单元100的一种天线方向示意图。在这种工作状态下，当天线单元100垂直放置时，该天线单元100的可以实现天线波束为垂直波束65度，水平波束33度。即该天线单元100在垂直方向实现宽波束，在水平方向实现窄波束。
57.可选的，所述第一端口109与所述第一阵列单元101之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口109与所述第二阵列单元102之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第一端口109与所述第三阵列单元103之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第二阵列单元102之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第三阵列单元103之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍；所述第二端口110与所述第四阵列单元104之间连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/4倍到1/2倍。
58.本技术实施例提供了一种天线单元100，该天线单元100通过特殊的结构实现水平方向与垂直方向的波束宽度的调整。由于波束宽度的调整前后，天线增益不降低，因此，该天线的覆盖距离保持不变。有效提升应用该天线的通信装置的适用范围，提升该通信装置的场景化覆盖能力。
59.下面，结合附图介绍本技术实施例提出的一种天线单元100的示例。请参阅图8，图8为本技术实施例提出的一种天线单元100的结构示意图。该天线单元100包括：第一阵列单元101、第二阵列单元102、第三阵列单元103、第四阵列单元104、第一开关105、第二开关106、第三开关107、第四开关108、第一端口109和第二端口110。具体结构与前述图2示意的天线单元100结构类似，此处不作赘述。
60.具体的，如图8所示，该天线单元100中第一端口109至第二阵列单元102的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍；第二开关106至第四开关108的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍，第二开关106至第四阵列单元104的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍。
61.该天线单元100中第二端口110至第三阵列单元103的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍；第三开关107至第一开关105的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍，第三开关107至第一阵列单元101的连接线的长度为所述天线单元100辐射的电磁波波长的1/2倍。
62.可选的，本技术实施例提出的天线单元100还可以包括2n个阵列单元，n为大于或等于1的整数。
63.可选的，本技术实施例提出的天线单元100还可以包括x个开关，x为大于或等于1的整数。
64.接下来，介绍本身实施例提出的一种天线901，该天线包括前述实施例介绍的天线
nodeb，或home node b，hnb)、基带单元(base band unit，bbu)、传输点(transmitting and receiving point，trp)、发射点(transmitting point，tp)、小基站设备(pico)、移动交换中心，或者未来网络中的网络设备等。采用不同无线接入技术的系统中，具备接入网设备功能的设备的名称可能会有所不同。
70.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
71.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
72.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。