[发明专利]基站天线及其波束整形方法

说明书

本发明应用于基站天线的波束整形方法，不同通道的两列天线相应阵元通过弱耦合电桥实现波束叠加，所述弱耦合电桥的四个端口分别连接两列天线阵列馈电电缆以及两列天线阵列的相应阵元，组成二元子阵，采用所述弱耦合电桥对所述二元子阵进行波束整形时，当其中一个通道为使用通道时，另一通道的阵元通过耦合端馈入微弱电信号进行激励，与使用通道的主馈电列中对应阵元通过波束叠加达到所需水平半功率角。本发明创造性地提出利用弱耦合电桥构建分组的二元子阵，通过优化二元子阵组合配置方案实现所需水平半功率角；显著改善了水平半功率角的一致性，扩大了水平半功率角设计区间，在一定程度上改善了天线前后比和交叉极化。

【技术领域】

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基站天线及其波束整形方法。

【背景技术】

随着小型化的发展，多通道天线的隔离成为基站天线设计中一道技术难题：一方面，反射板宽度越来越窄，致使通道间距变小，系统间隔离度变差；另一方面，不同通道阵元之间的耦合严重影响了天线的辐射方向图，如：水平半功率角变宽、增益下降、前后比变差、交叉极化恶化等。通信技术的发展对辐射波束的形状提出了越来越高的要求，对于宏基站天线，不仅要满足增益和下倾角的要求，水平半功率角也要具有一致性，必须落在规定的角度区间，从而满足减少噪声和提高空间分集的要求。基站天线需要在保证信号覆盖的同时尽量减少信号重叠区域，这就要求更精确的辐射方向图控制-不仅要使交叉极化、前后比和副瓣抑制满足要求，与此同时，半功率角也必须限制在规定的区间，一些特殊的应用甚至对波束形状提出了更为严格的要求。

目前大部分基站天线按照频率、极化方向和独立电调划分成若干相互独立的系统，每一系统往往由一列同频率阵元组成。对于一个系统，垂直方向是一列线阵，对应半功率角主要由阵元数量和间距决定；而水平方向只有一个阵元，对应半功率角只能通过边界进行控制。上述现实决定了水平方向半功率角的优化成为基站天线设计的一道难题。由于采用高低频阵元交错排列，混合组阵方式，在优化低频半功率角时必须兼顾对高频半功率角的影响；反之，在优化高频半功率角时亦需兼顾对高频半功率角的影响。不仅于此，基站天线的小型化使得系统与系统之间的耦合愈发严重，相邻两列之间阵元的电磁耦合，特别是低频阵元之间的电磁耦合使辐射波束变形严重，水平波宽展宽，增益下降。现有技术一般设计流程是：通过优化反射板翻边、隔离条、升高阵元、弯折地板、地板开槽，及加载寄生单元等边界手段使每一个阵元的辐射方向图均达到指标要求。这种设计方法固然可以使天线整体性能达标，然而，设计难度大、优化参数多，且存在诸多不确定因素，特别是对天线尺寸和性能要求较为苛刻的时候仅通过优化边界很难同时满足各项指标。单纯依靠优化边界，很多情况下水平半功率角过宽而不满足设计指标；利用常见的3dB电桥，从另一个通道“借用”一个单元压缩波宽又会使半功率角过窄，同时造成波束变形严重。为解决以上设计难题。

因此，提供一种小型化、性能优越、成本低、低损耗、高隔离、波束宽、实现所需半功率角的基站天线及其波束整形方法实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种波束宽、隔离度高、性能优越的基站天线及其波束整形方法。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种基站天线，其包括至少两列共轴排列的辐射单元阵列，还包括分别给所述两列辐射单元馈电的电缆，所述电缆通过弱耦合电桥与所述两列辐射单元连接，并且通过所述弱耦合电桥对辐射单元波束进行赋形。

优选的，所述弱耦合电桥采用两条微带线实现，包括耦合段、过渡段和四个端口，所述四个端口分别包括输入端、耦合端、直通端、隔离端，两条微带线在耦合段并行，在过渡段实现阻抗匹配。

优选的，所述弱耦合电桥的四个端口分别连接两列天线阵列馈电电缆以及两列天线阵列的相应阵元，组成二元子阵。

优选的，所述两列辐射单元的馈电电缆分别连接所述弱耦合电桥的输入端和隔离端，所述耦合端和直通端分别连接所述两列辐射单元，所述隔离端与输入端保持高度隔离。