[实用新型]一种模拟波束赋形的天线阵列

说明书

本实用新型公开一种模拟波束赋形的天线阵列，涉及通信技术领域，包含一个或者多个具备独立的模拟波束赋形功能的子阵列，每个子阵列包含金属反射板、天线辐射单元阵列和移相器；所述的移相器直接设置于天线辐射单元阵列的后端；子阵列间可灵活组合，从而很方便实现各种的数字通道数以及总阵列口径；子阵列可作为一个独立的天线模块，外接包括电源端口、小于天线单元数目的射频端口和数字信号控制接口，通过数字信号控制接口，可快速控制波束赋形。根据本实用新型实施例的模拟波束赋形方案，减少有源射频通道的数量，降低Massive MIMO天线阵列的复杂程度，降低了功耗与成本，为大规模的部署5G移动通信系统提供了一种经济而且更加实用的解决方法。

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种模拟波束赋形的天线阵列。

背景技术

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是指在发射端和接收端分别布置多个发射天线和接收天线，通过多个天线实现多发多收，充分利用空间资源，改善信号质量，成倍增加通信系统信道容量。第五代移动通信系统(5G)使用大规模的多输入输出(Massive MIMO)技术，基站天线侧部署多达64个或以上的天线单元，同时在移动终端布置多个天线，大幅度增强了空间复用能力，在无线传输技术上实现突破性创新，大幅度提高频谱效率以及功率效率。

理论上具有全数字的波束赋形方式的Massive MIMO系统具有最优的性能，但存在数模转换模块成本高、数据传输及处理量过大的难题，故提出了混合波束，即数字结合模拟方式的波束赋形，并成为了5G的一个研究热点。现有的混合波束中，模拟波束赋形的实现方式是每一个天线单元连接一个收发模块以及移相器，但这种设计由于有源射频通道多，存在硬件复杂度高，校准复杂，散热困难，成本高等问题，并且随着工作带宽的升高，复杂程度问题越发显著。

为了降低成本以及能耗，LG电子公司的Kitae KIM等人在公开号为US2017/0078001A的美国专利提出了混合波束的提案，即将部分的赋形处理放在模拟域实现，从而降低数字域的整体复杂度。混合波束主要包含全连接和子阵列两种形式。基于工程可实现性角度而言，子阵列方式将是主流方式。每个子阵列中的每个辐射单元或每个辐射单元组连接有完整的射频前端，包含双工器/开关、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)这几大基本部件以及移相器。其中移相器可工作在中频、本振和射频，其优点是能实现很高的基站有效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)，以及能最大限度地降低接收机噪声系数，但由于存在多路射频前端，存在电路复杂度高、散热处理难、校准复杂和成本较高等不足。

目前现有技术的系统框图见图1，经信道编码后的信源通过层映射和数字预编码的数字波束形成网络后，经过OFDM产生器并数模转换后上变频到射频，每个射频子通道通过移相器和功率放大后馈入各辐射单元或辐射单元组，电路较为复杂。

实用新型内容

本实用新型针对背景技术的问题提供一种模拟波束赋形的天线阵列，通过移相器位置的前移减少射频通道的数量，可降低射频电路的复杂程度和校准的难度，从而降低成本；本实用新型以有限的有源射频通道数量实现了Massive MIMO技术，以解决或者至少部分地缓解现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种模拟波束赋形的天线阵列，包含一个或者多个具备独立的模拟波束赋形功能的子阵列，每个子阵列包含金属反射板、天线辐射单元阵列和移相器；所述的移相器直接设置于天线辐射单元阵列的后端，波束扫描速度快于微秒级别，可进行模拟波束的快速赋形，所述子阵列与位于公共部分通道的射频前端部件相连，所述射频前端部件包括PA、LNA和滤波器。

优选地，所述子阵列的天线辐射单元阵列包含至少一列或者一行的多个辐射单元。

优选地，所述的辐射单元为双极化或者单极化的天线单元。