[发明专利]三波束双极化阵列天线

说明书

本发明公开一种三波束双极化阵列天线，包括反射板、辐射单元阵列、若干侧壁及两馈电网络，辐射单元阵列包括N列设于反射板上的双极化振子，N为9或11，每列包括至少两双极化振子，奇数列的双极化振子与偶数列的双极化振子分别至于不同的行。每行中相邻的双极化振子之间设有一侧壁，且该行的首端和末端也分别设有一侧壁。馈电网络包括波束成形网络和N个多路功分器，每一多路功分器的输出端各并联一列双极化振子，波束成形网络用以产生三个不同指向的波束，其N个输出端对应接至N个多路功分器以将波束成形网络的输出信号耦合到对应的各个双极化振子列。

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种三波束双极化阵列天线。

背景技术

传统技术中，用于基站的阵列天线在120度扇区工作时大多是在垂直平面处创建窄波束，在水平平面处创建宽波束。当通过120度扇区的流量对一个基站来说太大时，则增加第二个基站，并且该120度扇区被分成两个60度扇区，此时，阵列天线需形成两个波束来覆盖两个120度扇区。当通过120度扇区的流量对于两个基站来说仍然太大时，则需要增加第三个基站，并且一个基站用于40度扇区，此时，阵列天线需要三个波束来覆盖120度扇区，并在120度扇区的边缘提供约-10dB的相邻波束交叉和衰减水平。而且，还要求三个波束中的每一个波束都在水平平面处提供低旁瓣，以减少与其他扇区之间的相互干扰，以及垂直平面的波束宽度为6-10度，并提供低旁瓣以减少与其他阵列天线之间的干扰。此外，阵列天线的尺寸也应尽可能的小以提供理想的方向图，并减少其风载和生产成本。

CN106252901A公开了一种宽频三波束阵列天线，如图1a所示，其36个辐射振子排成6行，每行包括有6个辐射振子，偶数行的辐射振子相对奇数行的辐射振子向右偏移，共构成12列。图1b是其波束成形网络(3x6BFN)的示意图，每个3x6BFN包括一3x3巴特勒矩阵和连接到3x3巴特勒矩阵的输出端的配电网络，两个3x3巴特勒矩阵的输入端连接到图1c所示的三相补偿电路的输出端。由CN106252901A的附图图6a和图6b可知，其阵列天线的3个波束仅在频率1700MHz覆盖120度扇区，而在频率2700MHz，阵列天线仅覆盖80度扇区。由此可知，该阵列天线仅能在窄频带提供理想的方向图。

CN208189786U公开了一种基于宽频合路器的多波束天线，如图2a所示，其72个辐射振子排成6列，相邻的两列之间通过纵向墙隔开，偶数列的辐射振子相对奇数列的辐射振子向上移动一个辐射振子的距离，每列中的12个辐射振子对应接一12路功分器的输出端。图2b示出了该阵列天线的波束形成网络，其中包含两个不同的巴特勒矩阵，两个巴特勒矩阵连接到组合器并在两个分离的频段中工作。若其仅在一个频段工作，则只需要包含一个巴特勒矩阵，因此其结构比CN106252901A中公开的阵列天线更简单。为对比该天线在1.71-2.17GHz频段的性能，在尺寸为500x1330mm的反射板上放置相同结构和排列方式的辐射振子进行仿真，发现其增益可达到21dB以上。通过对辐射振子的耦合端口的振幅进行优化，并由软件获得方向图，发现在频段2.17GHz，该天线在120度扇区的边缘可提供大约-15dB的衰减。

图3a示出了72个辐射振子排成12行的排列方案，其偶数行相对奇数行向右移动半个辐射振子的距离。如CN106252901A所公开的阵列天线，辐射振子排成12列，每列的6个辐射振子对应连接至一6路功分器的6个输出端，12个6路功分器的输入端连接到图1b所示的两个3x6BFN的输出端，3x6BFN的输入端连接到图1c所示的三相补偿电路的输出端。由6路功分器馈电各列中的6个辐射振子时输出端的振幅分布如下表1所示。