天線控制系統和多頻共用天線

《天線控制系統和多頻共用天線》是京信通信系統（中國）有限公司於2013年1月11日申請的專利，該專利的公布號為CN103094715A，申請公布日為2013年5月8日，發明人是孫善球、賈飛飛、劉培濤。

《天線控制系統和多頻共用天線》該天線包括反射板和設定在反射板上的第一頻率輻射陣列和第二頻率輻射陣列，所述第一頻率大於第二頻率；所述第二頻率輻射陣列具有兩條大致豎向平行的第一軸線和第二軸線；所述第二頻率輻射陣列包括至少三個第二頻率輻射單元，所述至少三個第二頻率輻射單元布設於第一軸線和第二軸線上，每條軸線至少設定一個第二頻率輻射單元，所述三個第二頻率輻射單元在軸線大致正交方向上間隔錯開設定；所述第一頻率輻射陣列包括至少一個第一頻率輻射單元，所述多個第一頻率輻射單元設定於第一軸線上；第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用。通過對多頻共用天線的布局進行改進，使多頻共用天線在取得合理尺寸的同時，具有更優的電氣性能。

2020年11月，《天線控制系統和多頻共用天線》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。

（概述圖為《天線控制系統和多頻共用天線》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：天線控制系統和多頻共用天線
• 申請人：京信通信系統（中國）有限公司
• 申請日：2013年1月11日
• 申請號：2013100120583
• 公布號：CN103094715A
• 公布日：2013年5月8日
• 發明人：孫善球、賈飛飛、劉培濤
• 地址：廣東省廣州市廣州科學城神舟路10號
• 分類號：H01Q21/00(2006.01)I、H01Q21/24(2006.01)I、H01Q1/36(2006.01)I、H01Q3/32(2006.01)I、H01Q19/10(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

隨著移動通信網路制式的增多，為節省站址和天饋資源，減小物業協調難度，降低投資成本，共站共址的多頻共用天線逐漸成為運營商建網的首選。2013年前行業中多頻共用天線組陣方案主要有兩種結構，一種是如圖1所述的同軸嵌套方案，該方案中，低頻輻射單元1a與高頻輻射單元2a共軸設定在反射板3a的同一軸線4a上；另一種是如圖2所述的Side By Side鄰接方案，其將低頻輻射單元1b和高頻輻射單元2b分別設定在反射板3b的兩條相鄰近的軸線4b、5b上。毫無疑問，同軸嵌套方案的天線寬度及迎風面積將明顯小於Side By Side鄰接方案，因此更加獲得客戶的青睞。

實踐中發現，圖1所示的同軸嵌套方案在使用時具有一定的局限性，至少存在兩點不足：

其一是當同線排列的低頻輻射單元1a的間距不等於高頻輻射單元2a間距的整數倍時，在正投影到反射板而形成的正投影面上，無法與高頻輻射單元2a實現嵌套的低頻輻射單元1a的輻射臂會落在高頻輻射單元上方出現重疊、交叉（如圖3所示低頻輻射單元1c與高頻輻射單元2c之間出現交叉重疊），從而對高頻輻射單元2a形成的高頻段輻射陣列產生嚴重干擾，大大增加了高頻段輻射陣列輻射特性的設計難度。例如，790～960兆赫與1710～2690兆赫多頻共用電調天線選擇同軸嵌套方案時，為平衡增益和電下傾後的上旁瓣抑制等指標，低頻段輻射陣列間距選擇範圍一般為250毫米～300毫米，高頻段輻射陣列間距選擇範圍一般為105毫米～115毫米，無論高、低頻從上述範圍中選擇什麼樣的陣列間距進行組合，當高頻輻射單元2b、低頻輻射單元1b全部共軸時，均會出現部分低頻輻射單元1b的輻射臂落在高頻輻射單元2b上方，從而對高頻輻射單元2b產生嚴重干擾，大大增加了高頻段輻射陣列輻射特性的設計難度，如通過縮小低頻輻射單元1b的投影面積解決此問題，則低頻輻射單元1b的水平面半功率波束寬度則相應展寬，得不到想要的結果。

其二是在包括一個低頻段輻射陣列和兩個頻段相同的高頻段輻射陣列的三頻電調天線中運用時，2013年1月之前技術的兩種方案，一是如圖4所示，直接在天線的豎直方向增加一組高頻段輻射陣列，該方案的缺點是大幅增加了天線長度，且上半部分高頻段輻射陣列因主饋線增長而導致傳輸損耗增大，天線增益降低；方案二是如圖5所示，在原天線旁邊增加一組高頻段輻射陣列，該方案的缺點是大幅增加了天線寬度，且因低頻輻射單元全部在高頻輻射單元的一側，低頻段輻射陣列和高頻段輻射陣列因左右輻射邊界的嚴重不對稱性，再加上兩個陣列間的相互影響，導致兩個陣列的水平面波束指向偏斜、交叉極化比變差等系列問題，設計難度大幅增加。

發明內容

專利目的

《天線控制系統和多頻共用天線》的第一目的在於提供一種多頻共用天線，確保天線尺寸合理、電氣性能良好。該發明的第二目的在於提供一種天線控制系統，以使該多頻共用天線更適合現場套用。

技術方案

《天線控制系統和多頻共用天線》的多頻共用天線，包括設定在反射板上的由不同的饋電網路饋電的低頻段輻射陣列和第一高頻段輻射陣列，包括反射板和設定在反射板上的第一頻率輻射陣列和第二頻率輻射陣列，所述第一頻率大於第二頻率；所述第二頻率輻射陣列具有兩條大致豎向平行的第一軸線和第二軸線；所述第二頻率輻射陣列包括至少三個第二頻率輻射單元，所述至少三個第二頻率輻射單元布設於第一軸線和第二軸線上，每條軸線至少設定一個第二頻率輻射單元，所述三個第二頻率輻射單元在軸線大致正交方向上間隔錯開設定；所述第一頻率輻射陣列包括至少一個第一頻率輻射單元，所述多個第一頻率輻射單元設定於第一軸線上；第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用。

該發明實施例還提供一種天線控制系統，其包括前述的多頻共用天線，還包括有用於改變提供給所述天線內部的輻射單元的信號的相位的移相器，所述移相器具有第一部件和第二部件，第一部件相對於第二部件的滑動導致流經該移相器的所述信號的相位的改變。

為便於按需實現電調控制，該系統包括機電驅動部件，該機電驅動部件具有電力控制單元、電機和機械驅動單元，電力控制單元回響於一個外部控制信號以驅動所述電機以預定量動作，該電機的預定量動作通過機械驅動單元提供的力矩將動力作用於所述移相器的第一部件以實現移相。

相比於低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列同軸嵌套方案，通過將低頻段輻射陣列分為分布在不同軸線上的兩組或多組，每組中設定一個或多個低頻輻射單元，將其中一組與高頻段輻射陣列的軸線相重合設定，當同線排列的低頻段輻射單元的間距不等於高頻段輻射單元間距的整數倍時，可避免前述同軸嵌套方案中所述低頻段輻射單元與高頻段輻射單元的輻射臂在反射板上的正投影面相干涉（重疊或交叉）的現象，從而大幅降低了高低頻段輻射陣列的設計難度。

在包括一個低頻段輻射陣列和兩個頻段相同的高頻段輻射陣列的三頻共用天線中運用時，兩個高頻段輻射陣列分別有至少部分高頻段輻射單元沿大致平行的兩條軸線設定，並分別與低頻段輻射陣列的其中一條軸線重合，且每條軸線上至少有部分的高頻段輻射單元嵌套在同一軸線上的低頻段輻射單元內，避免了前述同軸嵌套方案中所述直接在天線的豎直方向增加一個高頻段輻射陣列帶來的增益降低和天線整體長度尺寸成倍增加問題。

相比於低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列鄰接方案，通過將低頻段輻射陣列分為分布在不同軸線上的兩組或多組，每組中設定一個或多個低頻輻射單元，將其中一組與高頻段輻射陣列的軸線相重合設定，高頻段輻射陣列一側的低頻段輻射單元大幅減少，同時低頻段輻射陣列一側的高頻段輻射單元也大幅減少，低頻段輻射陣列和高頻段輻射陣列左右輻射邊界嚴重不對稱性問題得到改善，相應的，水平面波束指向偏斜、交叉極化比等指標得到改善，設計難度減小。

進一步，在小於或等於低頻段輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長，同時大於或等於高頻段輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長範圍內，通過調整所述低頻段輻射陣列中至少兩條軸線之間的間距，由此使得多頻共用天線得到較佳的水平面半功率波束寬度等輻射性能指標的同時，整體橫向（軸線正交方向）尺寸剛好小於低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列鄰接時的橫向尺寸，又大於低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列全部相嵌套時的橫向尺寸。

進一步，通過調整低頻段輻射單元每個極化的兩個對稱振子的信號饋入功率，甚至結合低頻段輻射單元輻射口徑面的設定，低頻段輻射陣列不僅能得到想要的水平面半功率波束寬度絕對值，而且能輕鬆得到極佳的水平面半功率波束寬度收斂性，如在790～960兆赫頻段內實現水平面半功率波束寬度在62±3度以內，這是低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列全部相嵌套時或低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列相鄰接時很難達到甚至無法達到的。

進一步，通過調整低頻段輻射單元每個極化的兩個對稱振子的功率，使低頻段輻射陣列垂直面半功率波束寬度展寬的同時，因極佳的水平面半功率波束寬度收斂性，低頻段輻射陣列工作頻段內的最小增益值仍優於2013年1月之前技術中的嵌套方案和鄰接方案。

改善效果

《天線控制系統和多頻共用天線》可以在儘可能小的尺寸範圍內實現天線的多頻共用，輻射單元間距不再成為低頻與高頻波束相干擾的根源；在此多頻共用天線的基礎上擴展而得的天線控制系統自然也繼承此類優點；此種多頻共用天線使得在設計時對其低頻輻射單元的定位調試更自然也更為方便。

附圖說明

圖1為2013年1月之前的技術中採用同軸嵌套方案的雙頻共用天線的組陣示意圖；

圖2為2013年1月之前的技術中採用鄰接方案的雙頻共用天線的組陣示意圖；

圖3為2013年1月之前的技術中採用同軸嵌套方案的雙頻共用天線的組陣示意圖，其低頻輻射單元的輻射臂落在高頻輻射單元上方，在正投影到反射板而形成的正投影面上呈現彼此的振子臂相干涉的現象；

圖4為2013年1月之前的技術中一種三頻共用天線的組陣示意圖；

圖5為2013年1月之前的技術中另一種三頻共用天線的組陣示意圖；

圖6為該發明多頻共用天線的第一實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個頻段的信號的套用場合；

圖7為該發明多頻共用天線的第二實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個頻段的信號的套用場合；

圖8為該發明多頻共用天線的第三實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個或三個頻段的信號的套用場合；

圖9為該發明多頻共用天線的第四實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個或三個頻段的信號的套用場合；

圖10為該發明多頻共用天線的第五實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個或三個頻段的信號的套用場合；

圖11為該發明多頻共用天線的第六實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個至五個頻段的信號的套用場合；

圖12為該發明多頻共用天線的第七實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個至六個頻段的信號的套用場合。

圖13為該發明多頻共用天線的第八實施例的組陣示意圖，其適用於輻射兩個頻段的信號的套用場合。

權利要求

1.一種多頻共用天線，包括設定在反射板上的由不同的饋電網路饋電的低頻段輻射陣列和第一高頻段輻射陣列，其特徵在於：包括反射板和設定在反射板上的第一頻率輻射陣列和第二頻率輻射陣列，所述第一頻率大於第二頻率；所述第二頻率輻射陣列具有兩條大致豎向平行的第一軸線和第二軸線；所述第二頻率輻射陣列包括至少三個第二頻率輻射單元，所述至少三個第二頻率輻射單元布設於第一軸線和第二軸線上，每條軸線至少設定一個第二頻率輻射單元，所述三個第二頻率輻射單元在軸線大致正交方向上間隔錯開設定；所述第一頻率輻射陣列包括至少一個第一頻率輻射單元，所述多個第一頻率輻射單元設定於第一軸線上；第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用。

2.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，每個第二頻率輻射單元包括兩個極化，其中每個極化至少包括兩個輻射臂，該兩個輻射臂用於饋入不同的功率。

3.根據權利要求2所述的多頻共用天線，其特徵在於，所述輻射臂為對稱振子，每個第二頻率輻射單元的每個極化都包括一對對稱振子，該對對稱振子中的兩個對稱振子用於輸入不同的饋入功率。

4.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，設定在反射板上的第一頻率輻射陣列和第二頻率輻射陣列由不同的饋電網路饋電；所述第一軸線與第二軸線的間距小於或等於布設在兩軸線上的單個第二頻率輻射單元的最大正投影尺寸。

5.根據權利要求3所述的多頻共用天線，其特徵在於，第一軸線與第二軸線之間設定對稱軸線，所有第二頻率輻射單元中設定在不同軸線上的兩個低頻輻射單元為一組，該組中同一極化的四個對稱振子中，鄰近對稱軸線的對稱振子饋入功率相等或相近，遠離對稱軸線的對稱振子饋入功率相等或相近，且鄰近對稱軸線的對稱振子饋入功率大於遠離對稱軸線的對稱振子饋入功率。

6.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用具體為：第一頻率輻射單元在反射板上的正投影面落在第二頻率輻射單元在反射板上的正投影面範圍內。

7.根據權利要求1或6所述的多頻共用天線，其特徵在於，第二頻率輻射單元在反射板上的正投影面積S為：144平方厘米≤S≤256平方厘米。

8.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，第二頻率輻射單元在第一軸線與第二軸線的豎向方向上以相等的第一間距排列，第一頻率輻射單元在第一軸線上以相等的第二間距排列，所述第一間距大致為所述第二間距的2.5倍。

9.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，所述第二頻率輻射陣列的第一軸線和第二軸線之間的間距小於或等於第二頻率輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長，同時大於或等於第一頻率輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長。

10.根據權利要求1所述的多頻共用天線，其特徵在於，所述輻射臂為對稱振子，每個第二頻率輻射單元的每個極化都包括一對對稱振子，該對對稱振子中的兩個對稱振子用於輸入相同的饋入功率，所述第二頻率輻射單元所工作的頻段範圍為690-896兆赫。

11.一種天線控制系統，其特徵在於：包括前述的多頻共用天線和用於改變提供給所述天線內部的輻射單元的信號的相位的移相器，所述移相器具有第一部件和第二部件，第一部件相對於第二部件的滑動導致流經該移相器的所述信號的相位的改變。

12.根據權利要求11所述的天線控制系統，其特徵在於，該系統包括機電驅動部件，該機電驅動部件具有電力控制單元、電機和機械驅動單元，電力控制單元回響於一個外部控制信號以驅動所述電機以預定量動作，該電機的預定量動作通過機械驅動單元提供的力矩將動力作用於所述移相器的第一部件以實現移相。

實施方式

眾所周知的，輻射陣列（包括低頻和高頻段輻射陣列）用於輻射通信信號，通常由多個輻射單元以矩陣的方式布設而成，可以呈現單列或並排多列的形式。對於高頻信號，高頻段輻射陣列由多個高頻輻射單元組陣而成，相應的，低頻段輻射陣列由多個低頻輻射單元組陣而成。其中，輻射單元中用於完成信號發射和接收的部件為其對稱振子，對稱振子的電氣部件為其輻射臂，該輻射臂由對稱振子的巴倫支撐固定。一個輻射單元中，為實現極化分集接收增益，採用兩對彼此以極化正交裝設的對稱振子，每對對稱振子中的兩個對稱振子可以分別具有不同的饋入功率設定。輻射單元可以是平面印刷型的，也可以是具有三維空間立體結構的。該發明的各實施例的說明中將沿用這些基本概念。輻射陣列裝設在反射板上時，其正投影到反射板方向形成一正投影面，該發明的圖6－圖13均以該正投影面進行示意，以清楚揭示不同輻射陣列之間的布局關係。

參閱圖6，該發明的多頻共用天線的第一實施例中，其反射板3上設定一低頻段輻射陣列1和一高頻段輻射陣列2。低頻段輻射陣列1由5個低頻輻射單元11－15構成，5個低頻輻射單元11－15按照自上而下的位置次序，位置為奇數的三個低頻輻射單元11、13、15布置在第一軸線a1上，位置為偶數的兩個低頻輻射單元12、14布置在第二軸線a2上。第一軸線a1與第二軸線a2相互平行，相鄰兩條軸線a1、a2之間的低頻輻射單元11-15在軸線a1、a2正交方向（圖中橫向，下同）上相互錯開設定，即是，在軸線a1、a2的正交方向上，兩條軸線a1、a2上不會有各一個低頻輻射單元形成同軸並排關係。在正投影到所述反射板3的方向（垂直於紙面向里，下同）上，第一軸線a1與第二軸線a2的間距小於或等於布置在該些軸線a1、a2上的單個低頻輻射單元的最大正投影尺寸，藉此可以保持整個天線的橫向尺寸雖大於低頻段輻射陣列1和高頻段輻射陣列2相嵌套時形成的天線尺寸，卻又小於低頻段輻射陣列1和高頻段輻射陣列2相鄰接時的尺寸。另一方面，可以設定第一軸線a1與第二軸線a2之間的間距小於或等於低頻段輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長，同時大於或等於高頻段輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長，以便在天線尺寸和最佳電氣性能上獲得有機統一。通常，兩條軸線a1、a2滿足前一種間距設定關係時，自然也就滿足後一種間距設定關係。高頻段輻射陣列2由12個高頻輻射單元2x構成，12個高頻輻射單元2x均設定在同一軸線a1上，該軸線a1顯然與低頻段輻射陣列1的第一軸線a1相重合，合二為一。

很明顯，對於高頻輻射單元2x和低頻輻射單元11-15而言，如果兩者都以線性排列，則，相鄰兩個低頻輻射單元之間的間距由於不等於相鄰兩個高頻輻射單元之間的間距，然而天線系統中各高頻輻射單元2x之間的間距相等以及各低頻輻射單元11-15之間的間距相等又成為一個必然要求，在這種情況下，將3個位置為奇數的低頻輻射單元11、13、15與所有高頻輻射單元12、14共同設定在第一軸線a1上，這樣第一軸線a1上的相鄰兩個高頻輻射單元2x的間距是固定的常數，而同一軸線的低頻輻射單元11、13、15中每相鄰兩個低頻輻射單元之間的間距必是該常數的整數倍，設第一軸線a1上的相鄰兩個低頻輻射單元11與13或13與15的間距5倍於相鄰兩個高頻輻射單元的間距，則3個低頻輻射單元11、13、15便可各與一個高頻輻射單元21、22、23同心嵌套。對於位置為偶數的2個低頻輻射單元12、14，彼此間的間距顯然與第一軸線a1上的低頻輻射單元11、13、15間間距相等，且，平移低頻段輻射陣列1的兩條軸線a1、a2至重合，即可發現，重合後的低頻段輻射陣列1中，其各低頻輻射單元11-15是等間距布設的。也就是說，在軸向上，居於不同軸線a1、a2上的相鄰兩個低頻輻射單元11-15的間距是既定的且相等的。

所述相互嵌套的高頻輻射單元2x和低頻輻射單元11-15，在正投影到反射板3的正投影面上，較佳的，以彼此的正投影幾何中心同心設定，例如圖6中的低頻輻射單元11、13、15的示意正圓圓心剛好與高頻輻射單元21、22、23的示意交叉中心重合，使得高頻輻射單元的輻射臂的正投影落在與之嵌套的低頻輻射單元的輻射臂的正投影的範圍之內，且相互之間不重合也不交叉。低頻輻射單元所占用的口徑一般較大，該發明中設定為小於或等於150毫米以求取最佳設定，因而，該領域技術人員應當知曉，這種相互嵌套設計可以進一步擴展，使得高頻輻射單元在反射板上的正投影面積落在低頻輻射單元在反射板上的正投影面積範圍之內。

第一軸線a1上的每個低頻輻射單元11、13、15各與一個對應的高頻輻射單元21、22、23實現嵌套，而第二軸線a2上的每個低頻輻射單元12、14則與所有高頻輻射單元2x形成鄰接關係，由此避免了在投影到反射板3的正投影面上，低頻輻射單元11-15的對稱振子的輻射臂（未細示，參閱圓周所示）與一個或兩個高頻輻射單元2x的對稱振子的輻射臂（未細示，參閱交叉線所示）相干涉（指正投影面形成的圖像的重疊或交叉）的現象，使得低頻段輻射陣列1與高頻段輻射陣列2彼此間信號干擾降至最低，確保高頻段輻射陣列2與低頻段輻射陣列1的信號收發各行其道、並行不悖。

低頻輻射單元具體包括兩對共四個呈環形排列且呈中心對稱設定的對稱振子。由低頻輻射單元11－15構成的低頻段輻射陣列如前所述分別位於第一軸線a1和第二軸線a2上，虛設第一軸線a1與第二軸線a2之間對稱軸線為參考線，設定所述第一軸線a1上的低頻輻射單元11、13、15各有一個對稱振子傾向所述參考線和第二軸線a2設定，另一對稱振子則相對前者遠離所述參考線和第二軸線a2設定，同理，設定第二軸線a2上的低頻輻射單元12、14各有一個對稱振子傾向所述參考線和第一軸線a1設定，另一對稱振子則相對前者遠離所述參考線和第一軸線a1設定。由此，兩條軸線a1、a2上，彼此內側的對稱振子相鄰近設定，彼此外側的對稱振子相遠離設定。為兩條軸線a1、a2上布設的低頻輻射單元陣列所述的相鄰近設定的對稱振子設定相等或大致相等的信號饋入功率，也為所述相遠離設定的對稱振子設定相等或大致相等的信號饋入功率，且確保前者的饋入功率大於後者的饋入功率，則可以實現低頻段輻射陣列的水平面波束的展寬。

展寬水平面波束的另一種方式可以是基於上述參考線，使參考線一側的相鄰近該參考線的對稱振子的饋入功率之和與所述參考線另一側的相鄰近的對稱振子的饋入功率之和相等或大致相等，亦使參考線一側的遠離該參考線的對稱振子的饋入功率之和與所述參考線另一側的遠離的對稱振子的饋入功率之和相等或大致相等，確保前者的饋入功率和值大於後者的饋入功率和值。

前面所指的大致相等，較佳的，是指相鄰近的兩軸線上對稱振子的信號饋入功率相等，但物理誤差不可避免，因而，該領域技術人員應當知曉，所謂大致相等，亦應當允許兩條軸線上的相鄰近的對稱振子的信號饋入功率無限趨近相等。展寬低頻段輻射陣列水平面半功率波束寬度的設定，適用於該發明的所有實施例。

可以看出，設計階段對低頻段輻射陣列1中的低頻輻射單元11-15進行定位是非常重要的，該發明中，採用如下步驟進行定位：先將低頻段輻射陣列1的低頻輻射單元11-15按其所屬軸線a1、a2獨立組陣成臨時陣列；調整每一臨時陣列的低頻輻射單元的正投影到反射板上的正投影面尺寸和/或邊界條件以令該些臨時陣列的水平面半功率波束寬度大於某一既定數值；增大或減小每相鄰兩個臨時陣列的軸線的間距以使整個低頻段輻射陣列1的水平面半功率波束寬度相應減小或增大，直至趨近或等於該既定數值；滿足前一步驟後固定當前的天線布局。

該實施例中，為高頻段輻射陣列2配置有一饋電網路（未圖示，下同），其對第一軸線a1上的各個高頻輻射單元2x進行饋電，使高頻段輻射陣列2能輻射高頻信號；同理，為低頻段輻射陣列1配置另一饋電網路，其對第一和第二軸線a1、a2上的各個低頻輻射單元11-15進行饋電，使低頻段輻射陣列1能輻射低頻信號。雙頻共用天線由此便可形成。該天線的尺寸合理，而電氣性能較佳，低頻輻射單元11－15中同線排列的3個低頻輻射單元11、13、15中每相鄰兩個的間距與高頻輻射單元2x中每相鄰兩個的間距之間始終呈整數倍關係，彼此之間的信號干擾降至最低。

參閱圖7，作為該發明多頻共用天線的第二實施例，也是一種雙頻共用天線，其與第一實施例的不同之處在於：所述高頻段輻射陣列2的12個高頻輻射單元2x被設計成沿兩個軸線a2、a3布置。具體而言，圖7中，共形成三條軸線a1、a2、a3，其中的第一軸線a1是部分低頻輻射單元1x和部分高頻輻射單元2x的共用軸線，第二軸線a2單獨設定其餘高頻輻射單元2y，第三軸線a3單獨設定其餘低頻輻射單元1y，第二軸線a2與第三軸線a3關於該第一軸線a1對稱設定。

與第一實施例同理，在軸線a1、a2、a3的軸向上，高頻輻射單元2x，2y之間的軸向間距是相等的，低頻輻射單元1x、1y之間的軸向間距也是相等的。但該實施例中，與所述第三軸線a3上的每一低頻輻射單元1y在正交方向上相對應的每兩個高頻輻射單元2y，總計四個高頻輻射單元2y被偏離第一軸線a1設定到第二軸線a2上，形成如圖7所示的布局。

該實施例的改進與第一實施例相等效，但在物理結構上顯得更為勻稱，是在第一實施例基礎上進一步縮小橫向尺寸的方案。該發明所揭示的所有實施例中，其低頻輻射列元與高頻輻射列元均工作於不同頻段範圍，這裡的頻輻射列元的“低頻”表示相對於高頻輻射列元中的“高頻”頻率低。優選的，低頻輻射列元工作於790－960兆赫頻段範圍，涵蓋當前全球範圍內的2G、3G移動通信頻段，而高頻輻射列元則工作於1700－2700兆赫頻段範圍，涵蓋當前全球範圍內的4G如LTE制式的移動通信頻段。

可選的，該實施例中的多頻共用天線，在所述輻射臂為對稱振子，每個低頻輻射列元的每個極化都包括一對對稱振子，該對對稱振子中的兩個對稱振子用於輸入相同的饋入功率時，低頻輻射列元所工作的頻段範圍優選為690-896兆赫。

參閱圖8，該發明多頻共用天線的第三實施例具體揭示一種三頻共用天線，顧名思義，該實施例的多頻共用天線相對於第一實施例所具有的第一高頻段輻射陣列2和低頻段輻射陣列1增加了第二高頻段輻射陣列4，而第二高頻段輻射陣列4由不同於第一高頻段輻射陣列2的另一饋電網路饋電，第二高頻段輻射陣列4也包括12個沿同一軸線布置的高頻輻射單元4x，由圖8可以看出，第二高頻段輻射陣列4的軸線a2與第一高頻段輻射陣列2的軸線a1平行，而與所述低頻段輻射陣列1的第二軸線a2相重合。第二高頻段輻射陣列4與第一高頻段輻射陣列2形成並排關係。為了實現低頻段輻射陣列1的第二軸線a2上的低頻輻射單元1y與位於同一軸線a2上的高頻輻射單元2y的嵌套關係，調整第二高頻段輻射陣列4在所述第二軸線a2上的起始位置，使其中有兩個高頻輻射單元41、42與所述低頻段輻射陣列1第二軸線a2上的兩個低頻輻射單元12、14在正投影到反射板3的方向上呈正投影幾何中心同心設定（同於第一實施例所述的嵌套關係），由此形成的多頻共用天線中的第一高頻段輻射陣列2與第二高頻段輻射陣列4將形成一定的上下錯位關係，但這一布局上的不同並不影響其電氣性能。因此，該實施例同理能夠實現三個頻段的信號的正常工作，既確保天線尺寸最小化，又能確保各個頻段的輻射陣列的相互干擾最低。

參閱圖9，該發明多頻共用天線的第四實施例是在圖5所示的2013年1月之前技術的基礎上改進而得的。其進一步區別於第三實施例之處也正在於第四實施例的低頻輻射單元的間距等於高頻輻射單元間距的整數倍，而第三實施例的低頻輻射單元的間距不等於高頻輻射單元間距的整數倍。該實施例中，第一和第二高頻段輻射陣列2、4在其彼此軸線a1、a2的正交方向（圖中橫向）上，彼此的高頻輻射單元2x、4x對齊，整體布局上形成規則的兩列矩陣。不同的是，該實施例的第一高頻段輻射陣列2和第二高頻段輻射陣列4分別僅包括10個高頻輻射單元2x、4x，而低頻段輻射陣列1依然保持為5個低頻輻射單元1x、1y，這樣，每條軸線上的低頻輻射單元，在其軸向上的每相鄰的兩個的間距，與每一高頻段輻射陣列2、4中的每相鄰兩個高頻輻射單元2x、4x的間距之間，前者依然是後者的整數倍，對於這種情況，在低頻段輻射陣列1的第一軸線a1也就是第一高頻段輻射陣列2的軸線a1上，設定3個低頻輻射單元1x，在低頻段輻射陣列1的第二軸線a2也就是第二高頻段輻射陣列4的軸線a2上，設定2個低頻輻射單元1y。所有的低頻輻射單元1x和1y均分別與一個位置上對應的高頻輻射單元以前述相同的方式相嵌套。在軸線a1、a2的軸向上，兩個低頻輻射單元之間剛好余出一個高頻輻射單元的位置，即間隔一個高頻輻射單元設定一個與該高頻輻射單元相鄰近的另一個高頻輻射單元相嵌套的低頻輻射單元。第一軸線a1上布設位置次序為1、4、5的離散的3個低頻輻射單元1x，第二軸線a2上布設位置次序為2、3的相鄰的2個低頻輻射單元1y。以該實施例實現的多頻共用天線，同理能夠實現三個頻段的信號的正常工作，既確保天線尺寸最小化，又能確保各個頻段的輻射陣列的相互干擾最低。

參閱圖10，該發明多頻共用天線的第五實施例是在第三實施例的基礎上做出的另一改進。該實施例的多頻共用天線在第三實施例的基礎上，在各軸線a1、a2的一個延伸方向上進一步增設低頻段輻射陣列1的低頻輻射單元1z。如圖10所示，在第一和第二高頻段輻射陣列2、4的上方還設有5個低頻輻射單元1z，該5個低頻輻射單元1z有4個處於同一第三軸線a3上，該第三軸線a3恰好是第三實施例所述的低頻段輻射陣列1的第一和第二軸線a1、a2的對稱軸線，也就是第三實施例所述的第一和第二高頻段輻射陣列2、4的軸線的對稱軸線。該5個新增的低頻輻射單元1z的另1個低頻輻射單元1z0則直接處於第二高頻段輻射陣列4的軸線a2（低頻段輻射陣列1的第二軸線a2）上，相當於在低頻段輻射陣列1的第二軸線a2上布設3個低頻輻射單元，其中，有2個低頻輻射單元1y落入第二高頻段輻射陣列4各高頻輻射單元4y所占據的軸線範圍內與位置相應的高頻輻射單元4y以與前述各實施例相同的方式相嵌套，另1個則置於第二高頻段輻射陣列4之外。當然，低頻輻射單元間間距表現在各軸線a1、a2的軸向上的尺寸是相等的。毫無疑問，該實施例也能實現前述各實施例所取得的效果。

參閱圖11，該發明多頻共用天線的第六實施例揭示一副五頻共用天線，其基於第三實施例改進而得。即多頻共用天線進一步包括與第一、第二高頻段輻射陣列2、4並排設定的由另外的兩個饋電網路分別饋電的第三和第四高頻段輻射陣列6、8，第三高頻段輻射陣列6的軸線a1與第一高頻段輻射陣列2的軸線a1的延長線重合，第四高頻段輻射陣列2的軸線a2與第二高頻段輻射陣列2的軸線a2延長線重合，所述低頻段輻射陣列1的第一和第二軸線a1、a2上均有低頻輻射單元1x、1y分別置於所述兩條延長線處。由此可見，低頻段輻射陣列1中的低頻輻射單元1x、1y總數擴展為10個，而它們集體組陣並由同一饋電網路饋電。考慮到低頻輻射單元1x在第一軸線a1上的數量與排列關係以及由此引起的電氣關係，第一高頻段輻射陣列2所占據的軸線範圍內低頻輻射單元1x的數量為3時，第三高頻段輻射陣列6所占據的軸線範圍內的低頻輻射單元1x數量為2，相應的，第二高頻段輻射陣列4所占據的軸線範圍內的低頻輻射單元1y數量為2，則第四高頻段輻射陣列8所占據的軸線範圍內的低頻輻射單元1y的數量為3，這樣，可確保低頻段輻射陣列1的第一和第二軸線a1、a2分別設有5個低頻輻射單元1x、1y，並且彼此如前所述錯開設定，每個低頻段輻射陣列1以嵌套的關係與四個高頻段輻射陣列2、4、6、8共反射板3組裝，天線尺寸明顯最小化，而電氣性能依然較佳。

參閱圖12，該發明多頻共用天線的第七實施例揭示一副六頻共用天線，也系基於第三實施例改進而得，但與第六實施例的布局關係不同，它是由第三實施例所示的天線直接並排而成的。具體而言，其包括與第一和第二高頻段輻射陣列2、4平行設定的由另外的饋電網路分別獨立饋電的第三和第四高頻段輻射陣列6、8，包括兩個低頻段輻射陣列，其中的低頻輻射單元1x、1y、1z、1w分布在至少四條分別與各高頻段輻射陣列2的軸線a1、a2、a3、a4相重合的軸線a1、a2、a3、a4上，其中，低頻輻射單元1x和1y構成一個獨立頻段的低頻段輻射陣列，由一獨立的饋電網路饋電，低頻輻射單元1z和1w構成另一獨立頻段的低頻段輻射陣列，由另一獨立的饋電網路饋電。同理，該實施例也能夠在確保天線尺寸最小化的前提下，獲得較佳的天線電氣性能。

根據上述所揭示的該發明的諸多實施例可知，多頻共用天線中，將低頻段輻射陣列1的多個低頻輻射單元異軸設定，可以減小低頻段輻射陣列1與高頻段輻射陣列2之間的信號干擾，而天線尺寸則整體不變。

該發明多頻共用天線適用於天線控制系統中，其中的多個高頻段輻射陣列2及低頻段輻射陣列1如前所述均分別由獨立一個饋電網路饋電，饋電網路中設有移相器，移相器包括第一部件和第二部件，第一部件相對於第二部件的滑動能引起流經移相器的信號的相位的改變，從而改變提供給相應輻射單元的信號的相位，引起天線波束的傾仰。為此，為移相器的第一部件提供驅動力，便可實現對天線波束傾仰的遠程控制。

公知的方式是在天線內部設定複雜的驅動結構，這樣會導致天線尺寸變大重量隨之增大。適應於該發明保持較小尺寸的目的，該發明中，為天線控制系統提供一可拆卸的機電驅動部件，該機電驅動部件具有電力控制單元、電機和機械驅動單元，電力控制單元回響於一個外部控制信號以驅動所述電機以預定量動作，該電機的預定量動作通過機械驅動單元提供的力矩將動力作用於所述移相器的第一部件以實現移相。這樣，在需要進行波束傾仰操作時，將機電驅動部件載入到多頻共用天線中，並使其中的機械驅動單元作用於移相器的第一部件，便可通過外部信號控制移相實現波束下傾操作；當調節到所期望的波束傾角時，則可移除該機電驅動部件，使各饋電網路的移相器維持靜止以維持相位，從而使多頻共用天線的波束傾角固定。

需要指出的是，該發明所稱的軸線均為虛設線段，軸線之間的“重合”，允許由該領域技術人員所掌握的適度的偏離。例如在貼片低頻輻射單元上加高頻輻射單元，兩個軸線就可以稍微偏離一定的距離；再如圖6所示的實施例，如將低頻輻射單元設計成碗型巴倫，高頻陣列軸線也可以與低頻陣列軸線偏離一定的距離。因而，所稱重合的兩條軸線被設計成該領域技術人員所掌握的適度偏離的情況，也屬該發明所稱的重合。所述“同心”的限定也同理。

另外，絕大多數情況下，所述低頻輻射單元可以是正投影到反射板上的形狀為菱形、矩形、多邊形或多段線的對稱振子，其次是貼片振子，其三是平面印刷輻射單元，所述高頻輻射單元可以是Kathrein公司專利US6933906B2、京信公司專利CN2702458Y或Adrew公司專利US7053852B2公布的振子形式及其它振子形式。

再者，需要強調的是，該發明所選用的所述低頻輻射單元輻射口徑面最大尺寸適宜小於150毫米，以便進一步使多頻共用天線最小化，同時確保電氣性能的獲得。

參閱圖13，該發明實施例進一步提供一種多頻天線，該多頻天線包括反射板3和設定在反射板3上的第一頻率輻射陣列2X（包括21和23）和第二頻率輻射陣列（11、12、13），所述第一頻率大於第二頻率。所述第二頻率輻射陣列（11、12、13）具有兩條大致豎向平行的第一軸線a1和第二軸線a2。可以理解，為後續進一步明確反射板3上第一頻率輻射陣列和第二頻率輻射陣列的位置關係，這裡的第一軸線a1和第二軸線a2為虛設線段。

所述第二頻率輻射陣列包括至少三個第二頻率輻射單元（11、12、13），所述至少三個第二頻率輻射單元（11、12、13）布設於第一軸線a1和第二軸線a2上，每條軸線至少設定一個第二頻率輻射單元，所述三個第二頻率輻射單元（11、12、13）在軸線大致正交方向上間隔錯開設定。優選的，所述三個第二頻率輻射單元（11、12、13）在軸線大致正交方向上的距離間隔相等或相近。

所述第一頻率輻射陣列包括至少一個第一頻率輻射單元21，所述多個第一頻率輻射單元設定於第一軸線a1上；其中，第一軸線a1上的第二頻率輻射單元（11、13）與第一軸線a1上部分第一頻率輻射單元（21、23）嵌套使用；參閱GTE公司美國專利US4434425、Kathrein公司專利US6333720、京信通信中國專利200710031144.3，可見，兩個不同頻率的輻射單元嵌套使用為該領域行業人員習知技術。優選的，該發明實施例中，所述嵌套使用可以為：第一頻率輻射單元在反射板上的正投影面落在第二頻率輻射單元在反射板上的正投影面範圍內。可見，通過在嵌套使用的多頻天線中，將第二頻率輻射單元（11、12、13）在軸線大致正交方向上間隔錯開設定，有助於多頻天線的進一步小型化設計，使得多頻共用天線在取得合理尺寸的同時，具有更優的電氣性能。

該實施例中，優選的，每個第二頻率輻射單元包括兩個極化，其中每個極化至少包括兩個輻射臂，該兩個輻射臂可饋入不同的功率。進一步的，該輻射臂為對稱振子，每個第二頻率輻射單元的每個極化都包括一對對稱振子，該對對稱振子中的兩個對稱振子可輸入不同的饋入功率。進而通過不同的饋入功率調整第二頻率輻射陣列的水平面半功率波束寬度。該實施例中的對稱振子可以參閱美國專利US4434425、US6333720或中國專利200710031144.3中的對稱振子。

該實施例中，優選的，設定在反射板3上的第一頻率輻射陣列2X（包括21和23）和第二頻率輻射陣列（11、12、13）由不同的饋電網路饋電。所述第一軸線與第二軸線的間距小於或等於布設在兩軸線上的單個第二頻率輻射單元的最大正投影尺寸。可以理解，最大正投影尺寸是輻射單元正投影到反射板上的投影邊界兩端的最長距離。對於圓形投影，最大正投影尺寸就是圓形直徑；對於方形投影，最大正投影尺寸就是最大對角線距離；也可以理解，對於其他規則或不規則圖形投影，最大正投影尺寸就是完全套設該不規則圖形投影的最小圓形直徑。進而該發明實施例可以進一步適用特定頻率使用需求。

該實施例中，優選的，第一軸線與第二軸線的對稱軸線a3，所有第二頻率輻射單元中設定在不同軸線上的兩個低頻輻射單元為一組，該組中同一極化的四個對稱振子中，鄰近對稱軸線a3的對稱振子饋入功率相等或相近，遠離對稱軸線a3的對稱振子饋入功率相等或相近，且鄰近對稱軸線a3的對稱振子饋入功率大於遠離對稱軸線a3的對稱振子饋入功率，通過該設定使得第二頻率輻射陣列的水平面半功率波束寬度得到進一步展寬的同時，保證水平面方向圖的左右對稱性。

該實施例中，進一步的，第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用具體為：第二頻率輻射單元與至少一個第一頻率輻射單元以彼此的幾何中心相重合的方式嵌套設定。該實施例中，進一步的，第一軸線上的第二頻率輻射單元與第一軸線上部分第一頻率輻射單元嵌套使用具體為：高頻輻射單元在反射板上的正投影面落在低頻輻射單元在反射板上的正投影面範圍內。可選的，第二頻率輻射單元在反射板上的正投影面積S為：144平方厘米≤S≤256平方厘米。

可選的，第二頻率輻射單元在第一軸線與第二軸線的豎向方向上以相等的第一間距排列，第一頻率輻射單元在第一軸線上以相等的第二間距排列，所述第一間距大致為所述第二間距的2.5倍。可選的，第二頻率輻射陣列的第一軸線和第二軸線之間的間距小於或等於第二頻率輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長，同時大於或等於第一頻率輻射陣列最高工作頻點的二分之一波長。可選的，輻射臂為對稱振子，每個第二頻率輻射單元的每個極化都包括一對對稱振子，該對對稱振子中的兩個對稱振子用於輸入相同的饋入功率，所述第二頻率輻射單元所工作的頻段範圍為690-896兆赫。

該實施例中，可選的，該發明實施例提供的多頻天線中，第二頻率輻射陣列還包括第三軸線，所述第三軸線為第一軸線和第二軸線的對稱軸，該對稱軸上布設的第二低頻輻射單元。綜上所述，該發明通過對多頻共用天線的布局進行改進，使多頻共用天線在取得合理尺寸的同時，具有更優的電氣性能，低頻輻射單元線性排列間距與高頻輻射單元線性排列間距之間的關係不再成為影響業內人士進行天線布局設計的關鍵因素。

之所以強調天線的尺寸更為合理，是因為：對於同線排列的低頻輻射單元的間距不等於高頻輻射單元間距的整數倍的情況，在兩條或兩條以上的軸線上布設同一低頻段輻射陣列的不同低頻輻射單元，可避免所述正投影面上出現低頻輻射單元與高頻輻射單元相干涉（重疊或交叉）的現象，從而使低頻段輻射陣列與高頻段輻射陣列彼此間信號發射各行其道，消除或儘可能低地降低互相干擾。

而對於同線排列的低頻輻射單元的間距等於高頻輻射單元間距的整數倍的情況，如在三頻以上且至少有兩個相同的高頻振列中，相比於直接在天線的豎直方向增加一組高頻段輻射陣列方案，使用該發明避免了上半部分高頻段輻射陣列因主饋線增長而導致的傳輸損耗增大，提高天線增益，且在低頻段輻射陣列長度小於高頻段輻射陣列長度的整數倍時，大幅縮短了天線長度。相比於鄰接方案，使用該發明可縮小天線寬度尺寸，且受益於低頻輻射單元在軸線正交方向上相互錯開設定，提高了低頻段輻射陣列和高頻段輻射陣列左右輻射邊界的對稱性，減小了天線設計難度。

榮譽表彰

2020年11月，《天線控制系統和多頻共用天線》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。