[发明专利]全向阵列天线及其波束赋形方法

说明书

本发明的全向阵列天线，包括N个全向子阵单元沿圆周排列成圆形阵，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。本发明全向阵列天线波束赋形方法，对各全向子阵单元采用等幅、同相或不同相方式激励形成全向、双波束、三波束和四波束等不同类型事务波束。本发明实现了全向天线的多种MIMO波束赋形能力，其增益高、赋形波束多、算法简单、阵元耦合低、成本低，且所述全向阵列天线将在未来5G应用中展现出巨大的潜力。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于并为H、V单极化全向阵列天线或H/V双极化全向天线的波束赋形设计提供也是有效和适用的。

【技术领域】

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种适合5G应用的MIMO全向阵列天线波束赋形方法及技术。

【背景技术】

工程上，越是简单的东西越是有用。全向天线是天线家族中最原始、最简单，同时也是最有应用价值的类型。首先，水平全向辐射是全向天线最显著、而又恰好是无线通信最需要的特点。在无线通信系统中，因发射台和接收设备的相互位置不固定，双方均需要安装全向天线以确保彼此处于任意方位关系时仍能保持链路畅通。其次，全向天线具有小型化和低成本的天然优势，易安装、易部署、视觉隐蔽。相比之下，定向天线用于水平全向覆盖时，需要多副共圆周排列、分扇区方式实现。由于天线数量多、尺寸大、重量重、安装要求高，站点建设成本高，且用户视觉感差。上述优点，使得全向天线成为无线通信领域中一种经典的天线类型，已在短波通信、蜂窝通信、交通警务、国防军事、航空航天、航海探险、业余无线电等领域获得了广泛应用。在无线业务持续、强劲的需求刺激下，全向天线获得了大量创新研究，其性能不断提升和增强，应用领域进一步扩展。可以预见，全向天线将焕发新的生命力，并在未来无线系统中继续大放异彩。

在5G时代，蜂窝系统将实现高容量、高数据率、高可靠性、低延迟、低功耗等。为了提高系统容量，大规模天线阵列(Massive MIMO,mMIMO)技术将得到广泛应用，使得数据传输率数十或百倍提升。目前，mMIMO天线的研发工作主要集中于大型宏基站场景。由于容量要求高、覆盖范围大、覆盖模式多，该类基站的天线阵列规模通常很大，如128单元或256单元，工作频段为低频2.6G、3.5G和4.5G。显然，跟传统宏站天线一样，mMIMO阵列的天线尺寸大、重量重、选址难、安装困难，而且成本更高。高成本可由容量提升所带来利润增加而抵消。然而，除了高容量、多模式场合，5G还存在很多低容量、少模式的应用场景。这时迫切需要一种阵列规模较小，但尺寸、重量和成本都大大减少的低阶MIMO天线，如8单元或16单元。这种情况下，全向天线小型化、低成本的优势，使其成为最具诱惑力的mMIMO方案。然而，全向天线实现波束赋形，将遇到增益低、赋形波束少、算法复杂、阵元耦合强、可借鉴经验少等挑战。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种增益高、赋形波束多、算法简单的全向阵列天线波束赋形方法及全向阵列天线。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种全向阵列天线，其包括N个全向子阵单元沿圆周排列组成的天线组阵，圆形阵的直径为中心波长λ_c的整数倍(即D＝2·R＝m·λ_c，m为自然数)，每个所述全向子阵单元包括p个共轴组阵的对称振子，其中N和p均为自然数。

优选的，所述全向子阵单元的共轴组阵的对称振子为半波振子，也可以包括半波振子或其他波长的振子。

优选的，所述全向子阵单元的对称振子共轴组阵成垂直极化子阵或共面组阵成水平极化子阵。

优选的，所述N个全向子阵单元竖直等间隔排列，圆周方位角其中n＝1,2,3,...,N。

优选的，所述全向子阵单元的对称振子印制于PCB介质板，所述介质板垂直于圆阵的直径方向。在其他一些实施方式中，也可以所述全向子阵单元的对称振子构造形式为金属管。