具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

为方便理解本申请实施例提供的天线阵列，首先说明一下本申请实施例提供的天线阵列的应用场景，本申请实施例提供的天线阵列应用于通信基站中。通信基站主要包括三部分：BBU(Building Baseband Unit)：基带处理单元，主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处理等功能。通常BBU都在塔下，放在室内/机房内。RRU(Radio RemoteUnit)：射频拉远单元，主要完成射频信号调制解调，射频模拟信号功率放大，传送给天馈。RRU主要是抱杆或挂墙安装。天线阵列：将信号/信息发射出去或接收回来，如图1所示，天线阵列1设置在塔体2上。随着通信技术的发展，通信基站需要接收或发射不同频段的信号，这就要求天线阵列1需要有匹配不同频段的辐射单元。当前通信基站为覆盖低频段(790MHz-960MHz)和高频段(1710MHz-2690MHz)，均采用高低频不同尺寸高频辐射单元混组的方式来实现2G、3G、4G全频段的覆盖。然而低频大尺寸高频辐射单元的使用不仅存在对高频辐射单元的干扰，引起方向图的畸变，而且其尺寸限制了高频辐射单元的设计空间和整个阵列的剖面，导致小型化的困难。为此本申请实施例提供了一种天线阵列，下面结合具体的附图以及实施例进行详细的说明。

如图2所示的本申请实施例提供的天线阵列的结构示意图。天线阵列包括多个高频辐射单元20以及基板10。基板10作为承载多个高频辐射单元20的结构，其具体形状不仅限于图2中所示的矩形，还可以采用其他形状，如正方向、五边形、圆形、椭圆形等不同的形状。基板10上具有设置面11，高频辐射单元20固定在基板10上，具体的固定方式可以采用常见的螺纹连接件(螺栓或螺钉)连接、或者卡扣连接、焊接、粘接等固定方式。

本申请实施例提供的高频辐射单元20满足以下条件：工作带宽覆盖500MHz-15GHz(Sub-15G)，全频段电压驻波比VSWR≤1.5。空间辐射性能满足高频段指标要求，如水平3dB波瓣宽度65°，端口隔离度≥30dB，前后比≥25dB等。

如图3中所示的天线阵列的俯视图，图3中的方块代表了高频辐射单元20。为方便描述高频辐射单元20，定义了相互垂直的方向a和方向b，且方向a和方向b所在的平面平行于高频辐射单元20的设置面。多个高频辐射单元20阵列排列，多个高频辐射单元20在设置面上沿方向a排列成行、沿方向b排列成列。示例性的，形成如图3所示的8*8的天线阵列，但是本申请实施例提供的天线阵列不限定高频辐射单元20的具体个数，高频辐射单元20可以根据具体的需要设定。

在多个高频辐射单元20阵列排列时，任意相邻的高频辐射单元20之间间隔的距离d满足：1/2λ≤d≤λ；其中，λ为高频馈电单元输入的高频信号对应的波长。示例性的，d＝1/2λ、3/4λ、4/5λ、λ等不同的距离。上述的任意相邻的高频辐射单元20指代的是任一行之间的两个相邻的高频辐射单元20之间的间距，或者任意两列之间相邻的两个高频辐射单元20的间距。

在一个可选的方案中，行间的高频辐射单元20之间的间距的距离为d1，列间高频辐射单元20之间的间距为d2，d1可以大于、等于或者小于d2，但是需要保证1/2λ≤d1≤λ，且1/2λ≤d2≤λ。

在一个可选的方案中，天线阵列具有m行高频辐射单元20，以及n列高频辐射单元20，其中，m可以大于、等于或者小于n。

在一个可选的方案中，不同行之间的高频辐射单元20的个数可以相等，也可以不相等，不仅限于图3中所示的每行高频辐射单元20采用等个数的设置方式。在采用不同行高频辐射单元20的个数不同时，多个高频辐射单元20排布形成椭圆形、五边形、六边形等不同的形状。

继续参考图3，本申请实施例中将部分高频辐射单元20组成用于辐射低频信号的子阵100。如图2中所示的虚线框所示，每个虚线框中的高频辐射单元20组成一个子阵100，该子阵100可用于发射低频信号。在一个具体的可实施方案中，每个子阵100包含有两行高频辐射单元20，每行包含有4个高频辐射单元20。8*8阵列的高频辐射单元20被划分为8个子阵100，每个子阵100均包含有8个高频辐射单元20，应当理解的是在图3中将所有的高频辐射单元20都划分成了子阵100，但是在本申请实施例中并不限定具体的子阵100的个数，既可以如图3所示将所有高频辐射单元20划分为子阵100，也可将部分高频辐射单元20划分为子阵100。

上述子阵100中单个的高频辐射单元20可用于发射高频信号，子阵100中的所有高频辐射单元20可以通过每个高频辐射单元20发射的波的叠加形成与低频信号对应的波形，从而使得子阵100可以用于发射低频信号。下面详细对子阵100的馈电进行说明。

图4示例出了本申请实施例提供天线阵列其中一行高频辐射单元20的馈电示意图。子阵100中的其他行的馈电结构与图3所示的馈电结构相同，因此以图4所示的一行高频辐射单元20为例进行说明。天线阵列的馈电结构中包含有多个串联的第一移相器30和第一衰减器40，且串联的第一移相器30和第一衰减器40与多个高频辐射单元20一一对应连接。如图4所示的，第一衰减器40及第一移相器30通过馈电线连接，且第一衰减器40通过馈电线与对应的高频辐射单元20连接，第一移相器30通过馈电线与馈源连接。

在一个可选的方式中，第一衰减器40与第一移相器30通过馈电线连接，第一衰减器40通过馈电线与馈源50连接，第一移相器30通过馈电线与对应的高频辐射单元20连接。

如图5所示的图4中的馈电结构的一种变形方式，第一移相器30可以采用一个，每行高频辐射单元20分别连接有一个第一衰减器40，多个第一衰减器40连接一个第一移相器30，通过第一移相器30进行相位加权后，再通过每个第一衰减器40分别进行相位加权。

继续参考图4及图5，本申请实施例提供的馈源50包括两个，分别为低频馈电单元51及高频馈电单元52；其中，高频馈电单元52用于给每个高频辐射单元20馈电，既可以采用一个高频馈电单元52与每个高频辐射单元20一一对应的方式设置，也可以通过采用一个高频馈电单元52通过功分器与每个高频辐射单元20连接，在本申请不做具体限定。低频馈电单元51用于给子阵100中的每个高频辐射单元20同时馈电。用于控制第一移相器30对低频馈电单元发射的低频信号进行一次移相，并控制第一衰减器40对低频信号进行一次幅度衰减，以使得子阵中的所有高频辐射单元发射的信号波合波成与低频信号对应的波形。低频馈电单元51在给子阵100中的高频辐射单元20馈电时，子阵100中的高频辐射单元20可以通过第一移相器30的移向，以及第一衰减器40对信号的衰减，使得子阵100中的所有的高频辐射单元20合波形成与低频天线对应的辐射波。在子阵100包含有多行高频辐射单元20时，多行高频辐射单元20均通过同一低频馈电单元51进行馈电。在使用时，通过调整第一衰减器40的幅度加权和第一移相器30的相位加权，使子阵100的空间合成辐射性能满足低频段指标要求(水平3dB波瓣宽度65°，端口隔离度≥30dB，前后比≥25dB等)，从而使得子阵100中的高频辐射单元20发射出的波可以叠加成与低频天线对应的频段，实现低频辐射。

在一个可选的实施方案中，控制电路可以为天线阵列中的基带处理单元或者射频拉远单元。

由上述描述可以看出，本申请实施例提供的天线阵列摒弃了低频辐射单元，全部由高频辐射单元20组成，并且将其中的部分高频辐射单元20组成子阵100，通过控制子阵100中的每个高频辐射单元20的第一移相器30和第一衰减器40来构建等效低频辐射单元辐射方向图，完成低频段工作。这样，单个高频辐射单元20可以覆盖1710MHz-2690MHz高频工作频段，单个子阵100可以覆盖790MHz-960MHz(甚至698MHz-960MHz)低频工作频段，从而使整个阵列实现全频段的覆盖，同时解决上述由大尺寸低频辐射单元带来的互耦和高剖面的问题，同时带来小型化、低成本优势，极大降低基站塔上天线阵列的尺寸、重量、功耗和成本，实现射频硬件设备和碎片化频谱的统一利用，实现系统吞吐量提升。

图6示出了本申请实施例提供的第二种高频辐射单元20对应的馈电结构。图6中的部分标号可以参考图4中的标号。图6所示的馈电结构与图4所示的馈电结构的区别在于增加了第二衰减器60，低频馈电单元51通过第二衰减器60与子阵100中的每个高频辐射单元20连接。低频馈电单元51与第二衰减器60连接，第二衰减器60与第一移相器30连接。在使用时，低频馈电单元51发射的信号通过第二衰减器60进行幅度加权(幅度加权值为)后，再通过第一移相器30进行相位加权(相位加权值为ψ_l)，在通过每个高频辐射单元20对应的第一衰减器40进行幅度加权(幅度加权值为)。通过同时调整两个衰减器(第一衰减器40和第二衰减器60)的幅度加权值和第一移相器30的相位加权值(ψ_l)，使子阵100的空间合成辐射性能满足低频段指标要求(水平3dB波瓣宽度65°，端口隔离度≥30dB，前后比≥25dB等)。在上述技术方案中，控制电路控制第一衰减器40和第二衰减器60对低频信号进行两次幅度衰减，控制第一移相器30对低频馈电单元发射的低频信号进行第一次移相，以使得子阵中的所有高频辐射单元发射的信号波合波成与所述低频信号对应的波形。

在一个可选的方案中，第一衰减器40的调整精度大于第二衰减器60的调整精度，从而可通过第二衰减器60实现粗调整，再通过第一衰减器40实现细调整，从而可以实现粗调整和细微调整的配合，从而可更快捷的调整合波形成低频天线辐射波的效果。

在第二衰减器60具体与第一衰减器40连接时，通过功分器实现连接，如图6中所示，功分器的第一端与第二衰减器60连接，具体功分器的第一端先与第一移相器30连接，并通过第一移相器30与第二衰减器60连接。功分器的第二端与子阵100中的每个高频辐射单元20连接，即第二端与每个高频辐射单元20对应的第一衰减器40连接。从而通过将第一移相器30和第二衰减器60加权的信号发送到每个高频辐射单元20对应的第一衰减器40中。

在本申请实施例中对功分器不做具体限定，即可采用等功分的功分器，也可采用非等功分的功分器，只需要满足子阵100中的高频辐射单元20在合波时可以满足低频段指标即可。示例性的，在一个可选的方案中，功分器为等功分的功分器。

在图6所示的天线阵列中，每个高频辐射单元20下接有第一衰减器40，每个子阵100下接有第一移相器30和第二衰减器60，通过同时调整第一衰减器40和第二衰减器60的幅度加权值和第一移相器30的相位加权值(ψ_l)，使子阵100的空间合成辐射性能满足低频段指标要求(水平3dB波瓣宽度65°，端口隔离度≥30dB，前后比≥25dB等)。这样单个高频辐射单元20可以覆盖1710MHz-2690MHz高频工作频段，单个子阵100可以覆盖790MHz-960MHz(甚至698MHz-960MHz)低频工作频段，从而使整个阵列实现全频段的覆盖，而无需额外采用大尺寸的低频辐射高频辐射单元20。

图7示出了本申请实施例提供的第三种高频辐射单元20对应的馈电结构。图7中的部分标号可以参考图6中的标号。图7所示的馈电结构与图6所示的馈电结构的区别在于增加了第二移相器70。第二移相器70与第二衰减器60串联，从而通过第二移相器70与第一移相器30的配合改善对低频信号的相位加权。在上述技术方案中，控制电路用于控制第一衰减器40和第二衰减器60对低频信号进行两次幅度衰减，还用于控制第一移相器30和第二移相器70对低频信号进行两次移相，以使得子阵中的所有高频辐射单元发射的信号波合波成与低频信号对应的波形。

在一个可选的方案中，第一移相器30的调整精度大于第二移相器70的调整精度，从而通过第一移相器30和第二移相器70构成混合移相架构。由第二移相器70完成粗调–实现某一较大频段范围所需的较大调相量需求；再由第一移相器30完成细调：在子阵级完成较小频段内的精细的调相需求。从而可更快捷的调整合波形成低频天线辐射波的效果。

在一个具体的可实施方案中，第一移相器30为电移相器，第二移相器70为光移相器。其中，电子移相器的带宽较窄，调整精度较高，光移相器的带宽较宽，调整精度较低。另外，电移相器一般为介质移相器和金属腔体移相器。但是这两种移相器不仅结构复杂，且工作带宽很窄，无法满足超宽带的全频段覆盖。而光移相器，在带宽、体积、重量、成本上具有明显的优势，同时是适应于未来超宽带大容量的光电一体RoF通信基站。

在一个可选的方案中，如图7所示的第一移相器30和第二移相器70分列在第二衰减器60的两侧。或者也可以采用第一移相器30和第二衰减器60设置在第二移相器70的两侧。

在图7所示的子阵100的馈电结构中，通过引入光移相器决电移相器带宽窄，解决了天线阵列超宽带全频段覆盖的问题。

图8示出了本申请实施例提供的第四种高频辐射单元20对应的馈电结构。下面结合图8详细说明每个各个功能模块：

D/A：数模转换器，完成基带数字信号到模拟电信号的转换。

E/O：电光转换器，完成模拟电信号到模拟光信号的转换。

ATT(Attenuator)：幅度衰减器，对光信号进行幅度加权调谐。

ODL(Optical Delay Line)：光延时线，对光信号进行相位加权调谐。

MUX(Multiplexer)：合波器/复用器，主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。

DE-MUX(Demultiplexer)：解波器/解复用器，主要作用是将一根光纤中传输的多个波长信号分离出来。在接收部分由一个分波器将不同波长的光载波信号分开，由光接收机作进一步处理以恢复原信号。多路解复用器(DE-MUX)是一种对多路复用器(MUX)进行反向处理的设备。

UTC-PD(Uni-Traveling-Carrier Photodiode)：高速单行载流子光电二极管，将光信号转换为模拟电信号，通过天线辐射出去。还可以信号放大。省去了现有技术中的功率放大器(电信号放大)，光电二极管，光转换成电信号，将输出的电信号放大。

由图8可以看出，天线阵列还包括数模转换器、电光转换器及高速单行载流子光速二极管；其中，低频馈电单元与数模转换器连接，数模转换器与电光转换器连接，第一移相器为光移相器，第一衰减器为光衰减器，且串联的第一移相器及第一衰减器一端与电光转换器连接，另一端与高速单行载流子光电二极管连接。

在图9所示的结构中，区别于图8所示的方案，收发前端采用全光架构，直接由单行载流子光电二极管驱动天线。这样可以规避现有基站中电器件，如放大器、移相器、滤波器等，在带宽上的瓶颈，实现超宽带的应用。同时，光域高隔离和对电磁干扰不敏感，高密集成后仍能保证多通道的高隔离性，使能未来小型化高密的多通道架构。此外，塔上将不再有衰减器和移相器，可实现解决未来Massive-MIMO系统中天线量巨大，导致基站塔上RRU单元的尺寸/重量/功耗问题。

上述的在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，就称为波分复用，即WDM(Wavelength Division Multiplexing)。图10示例出了波分复用的技术的原理图，如在MUX中输入了λ1～λ18信号，上述信号在光纤中传播，在DE-MUX重新分离成λ1～λ18信号。

图11示例出了本申请实施例提供的另一种天线阵列的排布方式，图11中的部分标号可以参考图2中的相同标号。图9的高频辐射单元20的馈电结构，可以采用上述中列举的任一馈电结构。

图11中所示的天线阵列与图3中所示的天线阵列的区别在于子阵100的划分不同。如图11中所示子阵100中的高频辐射单元20呈非规则形状排列。在图11中“非规则”子阵100中，8个高频辐射单元20组成的子阵100外轮廓不再是规则形状，而是类似L形的“俄罗斯方块”。应当理解的是，图11中仅示例出了一种具体的非柜子排列的子阵100，本申请实施例提供的子阵100还可以采用其他的非规则形状。

在两个低频天线之间距离大于低频波长时就会产生高栅瓣。在采用子阵100发射低频频段的信号时，两个子阵100的相位的距离等效于两个天线之间的距离。如图12所示，图12示出了子阵100的相位C的位置。另外在相位呈周期性排列时，也会造成高栅瓣叠加，影响天线的性能。在采用图12所示的子阵100为多个时，多个子阵100通过采用非规则形状，使得多个子阵100的相位中心呈非周期性排列，从而破坏了相位的周期性排列，产生了随机性。进而规避由“规则”子阵100形态带来的高栅瓣恶化辐射性能的问题。

由上述具体的附图中示例的天线阵列可以看出，在本申请实施例中提供的天线阵列，通过采用子阵100形态构建等效低频高频辐射单元20辐射方向图(而无需额外采用实际大尺寸低频高频辐射单元20)，在单个高频辐射单元20满足高频段工作需求的前提下，实现由单一超宽带高频辐射单元20组成的天线阵列实现低频到高频的全频段覆盖和多制式适用。另外，本申请实施例踢欧冠呢的天线阵列摒弃低频大尺寸高频辐射单元20，由单一的高频辐射单元20实现全频段的覆盖，从而解决低频辐射单元与高频辐射单元20互耦和天线阵列高剖面、小型化的问题。天线阵列中的光电混合移相的演进架构，还可解决电器件(如电移相器、放大器、滤波器等)带宽窄、结构复杂、体积、重量、成本等问题，同时适用于未来RoF通信基站架构。同时，光域高隔离和对电磁干扰不敏感，高密集成后仍能保证多通道的高隔离性，使能未来小型化高密的多通道架构。由此，极大降低塔上的硬件开销，如能耗、体积、重量、以及安装和后期维护成本，满足未来massive-MIMO部署需求。

本申请还提供了一种基站，该基站包括上述任一项的天线阵列。天线阵列中的低频馈电单元51在给子阵100中的高频辐射单元20馈电时，子阵100中的高频辐射单元20可以通过第一移相器30的移向，以及第一衰减器40对信号的衰减，使得子阵100中的高频辐射单元20合波形成与低频天线对应的辐射波。而高频馈电单元52，用于给每个高频辐射单元20馈电。通过上述描述可以看出，本申请实施例体用的天线阵列只需要设置一种辐射单元即可，相比现有技术中采用多个不同类型的辐射单元，简化了天线阵列，同时，还可提高天线阵列的辐射性能。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。