[发明专利]一种用于5G-Sub6G Massive MIMO的多波束双极化天线

说明书

该发明公开了一种用于5G‑Sub6G Massive MIMO的多波束双极化天线，涉及5G天线技术领域，特别是正交混合模数多波束双极化天线阵列。本发明提出的8X8多波束网络的交叉方式实现了多波束网络与8X8双极化天线阵面的直接拼接形成一体化设计，且在交叉出的天线阵面上形成T形双极化单元，提高了极化纯度，同时这种一体化设计避免了采用复杂的同轴线连接带来的数字端相位校准问题和模拟端的波束恶化问题。在交叉时，将延长部分的传输线地板变窄有效的降低了交叉板之间的相互影响。该双极化天线阵列通过正交的模拟数字混合扫描布局，可在分别在俯仰角或方位角实现数字或模拟的波束扫描，从而实现全方位的双极化覆盖。

技术领域

本发明涉及5G天线技术领域，特别是正交混合模数多波束双极化天线阵列。

背景技术

第五代移动通信技术中有许多关键性的技术突破，其中Massive MIMO技术是5G通信中比较重要的技术。根据Massive MIMO技术的相关要求，5G通信的基站天线应具有高增益、多波束、宽频段及高隔离度等技术特征，以满足5G通信的高传输速率、波束智能赋形、波束能量聚集等功能。

根据世界无线电通信大会确定的候选频段，5G频谱的新增频段主要分布在Sub-6G的中频段和毫米波频段两个范围内，Sub-6G和毫米波在基站端均要求采用Massive MIMO技术来提高网络容量和信号质量。在Sub-6G中频段上，3.5GHz兼具良好的无线传播性能和带宽优势，被全球多个国家视为5G网络的先锋频段，也就是最有可能率先商用的频段。

在设计双极化Massive MIMO阵列天线中有两个难点，一个是传统的双极化天线阵列的馈电多采用一个天线一个数字通道的方式来进行馈电，但随着双极化天线阵列规模的增加，数字波束架构的校准、复杂性和成本都是难题。另一个是混合数字和模拟多波束架构，在实际的大规模MIMO部署中通常采用这种架构，既减少了数据计算复杂度，更少的通道也减小了射频链路的散热负担。

由于双极化阵列天线的馈电密度更高，且馈电位置难以排布成一个点阵，双极化多波束的混合波束赋形方案多数是天线、多波束网络单独设计，再通过同轴线或卡扣接头将多波束网络与天线连接。随着频率的升高，同轴线或卡扣接头引入的相位误差越来越大，在数字端会造成相位校准困难，在模拟端则直接使波束性能恶化。所以实现双极化天线阵与多波束网络的一体化设计是一个紧迫的任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在5G-Sub6G设计一个混合波束的大规模双极化天线阵列，在空间中实现俯仰角或方位角的数字或模拟波束覆盖。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于5G-Sub6G MassiveMIMO的多波束双极化天线，该天线包括：N张A型多波束网络板、N张B型多波束网络板、2N张一分N射频开关板、开缝反射板；

其中，每张A型多波束网络板由：输入段、中间段、输出段组成，该输入段上均匀间隔开设有N+1条插缝(18)，相邻的插缝之间贴有一条输入端延长线(16)，共N条输入端延长线，对应N个输入点；该输出段为具有N个矩形凸起的栅状结构，每个矩形凸起上设置有一个偶极子天线(15)，每个矩形凸起的中线对应与一条插缝的延长线重合，N个矩形凸起对应N条相邻的插缝；该中间段上印制有多波束网络，该多波束网络包括N个输入点和N个输出点，N个输入点依次对应连接输入段的N条输入端延长线(16)，N个输出点依次对应连接输出段的N个偶极子天线(15)；该偶极子天线侧向平移d/2的距离，d为相邻两个天线单元中心的距离；

每张B型多波束网络板由：输入段、中间段、输出段组成，该输入段上印制有多波束网络，该多波束网络包括N个输入点和N个输出点；该输出段为具有N个矩形凸起的栅状结构，每个矩形凸起上设置有一个偶极子天线(14)；该中间段上均匀间隔开设有N+1条插缝(19)，相邻的插缝之间贴有一条输出端延长线(17)，共N条输出端延长线(17)，每条输出端延长线(17)对应连接一个输出段的偶极子天线(14)；