基站天线单元及其频率调整方法、天线阵列及基站与流程

1.本技术实施例涉及电子设备领域，特别涉及一种基站天线单元及其频率调整方法、天线阵列及基站。


背景技术：

2.传统的基站天线通常都采用的是宽频天线或多频天线。这样的目的是在一定程度上提高基站天线的集成度，在只使用一套天线的情况下，尽可能的覆盖较多的通讯频段，这样可以减少发射塔上安装的天线数量，缓解电磁兼容带来的天线性能下降的问题，同时在后期维护时也相对方便，可以直接更换射频拉远单元(remote radio unit,rru)设备，不需要再更换天线。
3.但宽频天线与多频天线覆盖的频率范围依然是有限的，如果过于追求宽频覆盖会带来两个缺点：一是恶化电磁环境；宽频天线不仅会收到其他频段信号及其产生的谐波、互调产物的干扰，而且也会将自身频段产生的高次谐波，互调产物通过天线发射出去，恶化电磁环境，干扰其他基站工作；二是因为考虑到天线的综合性能，过于追求宽频覆盖，天线自身的辐射方向图畸变越严重，方向图的增益分布发生较大变化时，不利于基站的小区覆盖。即，相关技术中的基站天线存在电磁环境恶劣或方向图畸变严重等情况，基站天线的工作效率较低。


技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的在于提供一种基站天线单元及其频率调整方法、天线阵列及基站，在不增加安装天线数量的前提下，不必追求固定工作频率宽度，优化了基站天线单元的电磁环境，避免天线的辐射方向图由于固定覆盖频率过宽而导致的畸变；同时未改变天线的机械部件，降低了后期维护成本。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基站天线单元，包括：
6.缝隙天线，所述缝隙天线上存在辐射缝隙；
7.电控开关，所述电控开关位于所述辐射缝隙中，n个所述电控开关将所述辐射缝隙分为n 1个缝隙段，所述电控开关用于调整所述辐射缝隙的长度；所述n为大于0的整数；
8.隔离缝隙，各所述隔离缝隙的至少一端与所述缝隙段相接，所述隔离缝隙用于使所述电控开关独立工作。
9.本发明的实施方式还提供了一种天线阵列，包括：
10.至少两个上述基站天线单元。
11.本发明的实施方式还提供了一种基站天线单元的频率调整方法，所述基站天线单元包括：缝隙天线，所述缝隙天线上存在辐射缝隙；电控开关，所述电控开关位于所述辐射缝隙中，n个所述电控开关将所述辐射缝隙分为n 1个缝隙段，所述电控开关用于调整所述辐射缝隙的长度；所述n为大于0的整数；隔离缝隙，各所述隔离缝隙的至少一端与所述缝隙段相接，所述隔离缝隙用于使所述电控开关独立工作；所述方法包括：确定基站天线的目标
工作频率；根据所述目标工作频率，控制所述电控开关的导通状态。
12.本发明的实施方式还提供了一种基站，包括基站天线单元、用于控制所述基站天线单元的处理器和与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述基站天线单元包括：缝隙天线，所述缝隙天线上存在辐射缝隙；电控开关，所述电控开关位于所述辐射缝隙中，n个所述电控开关将所述辐射缝隙分为n 1个缝隙段，所述电控开关用于调整所述辐射缝隙的长度；所述n为大于0的整数；隔离缝隙，各所述隔离缝隙的至少一端与所述缝隙段相接，所述隔离缝隙用于使所述电控开关独立工作；所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行上述的基站天线单元的频率调整方法。
13.本发明实施方式相对于相关技术而言，在缝隙天线上增加电控开关，使得缝隙天线被分割为多个缝隙段，通过控制电控开关能够调整缝隙段之间的连通状态，即能够获得不同长度的辐射缝隙，并将缝隙可调的缝隙天线作为基站天线单元。由于辐射缝隙的长度与缝隙天线的工作频率成反比，即若能调整辐射缝隙的长度，也就是能够改变缝隙天线的工作频率。在不增加安装天线数量的前提下，不必追求固定工作频率宽度，优化了基站天线单元的电磁环境，避免天线的辐射方向图由于固定覆盖频率过宽而导致的畸变；同时未改变天线的机械部件，降低了后期维护成本。
附图说明
14.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
15.图1是根据本发明一个实施例提供的基站天线单元的示意图；
16.图2是根据本发明另一个实施例提供的基站天线单元的示意图；
17.图3是根据本发明一个实施例提供的天线阵列的示意图；
18.图4是根据本发明另一个实施例提供的天线阵列的示意图；
19.图5是根据本发明一个实施例提供的基站天线单元的频率调整方法的流程图；
20.图6是根据本发明一个实施例提供的基站的结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
22.本技术实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本技术的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设
备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
23.本发明的一个实施方式涉及一种基站天线单元100，包括：
24.缝隙天线200，缝隙天线上存在辐射缝隙201；
25.电控开关300，电控开关300位于辐射缝隙201中，n个电控开关300将辐射缝隙201分为n 1个缝隙段2011，电控开关300用于调整辐射缝隙201的长度；n为大于0的整数；
26.隔离缝隙400，各隔离缝隙400的至少一端与缝隙段2011相接，隔离缝隙400用于使电控开关300独立工作。
27.本实施例中，在缝隙天线上增加电控开关，使得缝隙天线被分割为多个缝隙段，通过控制电控开关能够调整缝隙段之间的连通状态，即能够获得不同长度的辐射缝隙，并将缝隙可调的缝隙天线作为基站天线单元。由于辐射缝隙的长度与缝隙天线的工作频率成反比，即若能调整辐射缝隙的长度，也就是能够改变缝隙天线的工作频率。在不增加安装天线数量的前提下，不必追求固定工作频率宽度，优化了基站天线单元的电磁环境，避免天线的辐射方向图由于固定覆盖频率过宽而导致的畸变；同时未改变天线的机械部件，降低了后期的维护成本。
28.下面对本实施方式的基站天线单元100的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
29.具体地，本发明中缝隙天线200的辐射缝隙201开在缝隙天线200的导电涂层上，该导电涂层可以为金属涂层，缝隙天线200的基本结构如图1所示。对于缝隙天线200，是在具有固定介电常数的介质板的两面涂刷一层厚度非常薄，毫米级的导电涂层，其中介质板背面的阴影部分为导电涂层，主要作用是为缝隙天线200进行馈电；其中介质板正面的阴影部分也为导电涂层，白色即为开在导电涂层上的辐射缝隙201；天线由背面的涂层进行馈电后，再通过正面的辐射缝隙201将电磁波辐射至自由空间中，缝隙天线200通过此处的电磁波辐射完成与外界的信息交互；其中辐射缝隙201的长度ls约为工作波长的一半，其计算公式如下，式中λg表示的是工作波长：
[0030][0031]
由于缝隙天线200上辐射缝隙201的长度ls与缝隙天线200的工作波长之间存在线性的关系，而工作波长与工作频率之间为反比关系，即ls与工作频率之间呈现出反比的关系，因此要实现缝隙天线200的频率可调，可以从调节辐射缝隙201的长度方面考虑。
[0032]
在本实施方式中，提供电控开关300用于调节辐射缝隙201的长度；具体地，电控开关300位于辐射缝隙201中，n个电控开关300将辐射缝隙201分为n 1个缝隙段2011。在具体实施过程中，电控开关300在被加载驱动电压时处于导电状态，与缝隙天线200的导电涂层的作用一致；由于电控开关300与导电涂层均导电，即辐射缝隙201被接通的电控开关300截断，也就是说当电控开关300被加载驱动电压时，辐射缝隙201的长度会缩短。同时如上所述辐射缝隙201的长度与工作频率成反比，也就是当电控开关300被接通时，天线的工作频率会变高。同理，在需要降低工作频率时，将电控开关300变为未接通的不导电状态即可，在所有电控开关300均不导通的状态下，辐射缝隙201最长，处于本缝隙天线200的最低工作频
率。即，通过增加电控开关300使得缝隙天线200的工作频率可调。
[0033]
在本实施方式中，还提供隔离缝隙400用于使得电控开关300独立工作。电控开关300的第一侧和第二侧为电控开关300与辐射缝隙201相接的两侧，电控开关300的第三侧和第四侧为电控开关300与导电涂层接触的两侧。在实际执行过程中，可以通过导电涂层将电控开关300的第三侧和第四侧各连接至供电电源的正极或负极，以实现为电控开关300加载驱动电压。但当电控开关300的个数大于1，且用户并不想同时接通所有电控开关300时，需要使得电控开关300能够独立工作。本实施方式提供隔离缝隙400使得各电控开关300能够被用户分别控制，实现电控开关300的独立工作；其中，各隔离缝隙400的至少一端与缝隙段2011相接，工作原理可以为将各电控开关300进行开放式隔离或将各电控开关300进行半封闭式隔离。
[0034]
在一个例子中，隔离缝隙400与电控开关300一一对应，隔离缝隙400的两端分别与对应的电控开关300两侧的缝隙段2011连接,电控开关300的第一侧和第二侧分别为电控开关300与辐射缝隙201相接的部分，同一隔离缝隙400的两端分别连接同一电控开关300第一侧和第二侧的缝隙段2011。具体地，隔离缝隙400的两端均与缝隙段2011相接，即将各电控开关300进行半封闭式隔离，在电控开关300与导电涂层相接的第三侧和第四侧中，任选一侧，以第三侧为例，融刻一条两端均与缝隙段2011相接的隔离缝隙400，该隔离缝隙400的两端分别与对应的电控开关300两侧的缝隙段2011相接，使得第三侧与电控开关300相接的导电涂层与缝隙天线200上的其余导电涂层通过隔离缝隙400分隔开，由于为电控开关300加载驱动电压，需要第三侧和第四侧分别与电源的正极与负极相连接，现将第三侧连接的导电涂层隔离，需要接通该电控开关300时，需要特意控制该第三侧的导电涂层的连接方式，以单独控制该电控开关300的导通状态。也就是能够实现电控开关300独立工作。
[0035]
可选的，当隔离缝隙400的两端均与缝隙2011相接时，隔离缝隙可以为弧形缝隙，如图1所示。优选的，该弧形缝隙的弧形顶点与电控开关300的距离尽可能较远，以避免半圆缝隙对缝隙2011的外形影响较大，改变天线的辐射特性的情况。
[0036]
在另一个例子中，隔离缝隙400与缝隙段2011一一对应；各隔离缝隙400的一端与对应的缝隙段2011相接，各隔离缝隙400的另一端与缝隙天线200的边沿相接。具体地，各隔离缝隙400仅一端与辐射缝隙201相接，另一端与缝隙天线200的边沿相接，即将各电控开关300进行开放式隔离。辐射缝隙201被n个电控开关分为了n 1个缝隙段2011，当各隔离缝隙400仅一端与辐射缝隙201相接时，隔离缝隙400的数量与缝隙段2011的数量一致，一个缝隙段2011上连接一个隔离缝隙400的一端，各隔离缝隙400的另一端连接至缝隙天线200的边沿位置。由于各隔离缝隙400将导电涂层划分为不同的区域，每个电控开关300至少存在一个仅与该电控开关300接触的特定涂层区域，也就是说，能够通过控制该特定涂层区域来控制对应电控开关300的导通情况，进而控制缝隙天线200的工作频率。
[0037]
相较于隔离缝隙400两端均与缝隙段2011相接的情况，隔离缝隙400仅一端与缝隙段2011相接时，能够减少因为隔离缝隙400的形状或者隔离缝隙400与辐射缝隙201的距离影响辐射缝隙201辐射特性的情况，保证天线的实际工作效率。
[0038]
在一个例子中，当隔离缝隙400仅一端与缝隙段2011相接时，隔离缝隙400与缝隙段2011相垂直。隔离缝隙400与缝隙段2011垂直的状态下，隔离缝隙400对于辐射缝隙201的辐射特性影响最小。另外，由于控制电控开关300的电流在一些情况下垂直于辐射缝隙201，
将隔离缝隙400设置为垂直于辐射缝隙201，也就是顺应控制电流的流向，顺应常规设计方式进行改进，减少对于电控开关300控制步骤设计与执行的复杂程度，并且由于顺应电流的流向，也能够一定程度上减少电流控制电控开关300的时延，提升用户体验。
[0039]
在一个例子中，各隔离缝隙400的另一端与缝隙天线200的边沿相接，包括：各隔离缝隙400的另一端均与缝隙天线200的第一边沿相接。在各隔离缝隙400的另一端与缝隙天线200的任一边沿相接时，需要对各个边沿均设置导线等用于为导电涂层施加电压的装置，以控制电控开关300的导通状态，从而使得基站天线单元100的工作频率可调。但若需要控制的导电涂层区域分布在各个边沿，则需要设计的供电装置较复杂，在执行过程中易出错且后期维护的成本也较高。因此，将各隔离缝隙400的另一端均与缝隙天线200的第一边沿相接时，简化需要设置的供电装置的布局，相关用于控制的供电装置仅置于单一边沿上即可，也减少了可能由于装置分布复杂引起的执行过程中的错误，同时由于供电装置较简单，也降低了后期维护的成本。
[0040]
在一个例子中，两个电控开关300为一个电控开关组，同一电控开关组中电控开关300同时导通或关闭。当电控开关300成组导通或关闭时，对于辐射缝隙201的改变较大，能够快速的改变辐射缝隙201的长度，便于使用者进行控制操作。
[0041]
在一个例子中，电控开关组中两个电控开关300分别位于辐射缝隙201中轴线的两侧，相较于同组的两个电控开关300同侧或者同组的两个电控开关300距离较近，能够进一步提高电控开关组导通或者关闭对于辐射缝隙201的变化程度，达到快速控制辐射缝隙201长度的目的，提升用户体验。此外，由于辐射天线200的馈电装置位于中轴线附近，当电控开关300成组工作且电控开关组中两个电控开关300分别位于中轴线两侧时，与辐射天线200的接触较均衡，有利于保证所述辐射天线200的工作效率。
[0042]
另外，电控开关300例如：微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)开关。
[0043]
在一个实际执行过程中，对于基站天线单元100，如图2所示，优选的，在缝隙天线200上取各隔离缝隙400的一端分别与各缝隙段2011相接，各隔离缝隙400的另一端均与缝隙天线200的第一边沿相接，所述第一边沿为与缝隙天线200平行的边沿；各隔离缝隙400均与辐射缝隙201相垂直；且取电控开关300为偶数个，两个电控开关300为一个电控开关组，同一电控开关组中所述电控开关300同时导通或关闭，并且电控开关组中两个电控开关300分别位于辐射缝隙201中轴线的两侧，并取电控开关300为mems开关。
[0044]
在缝隙天线200上增设了电控开关300，使得缝隙天线200被分割为多个缝隙段2011，通过控制电控开关300能够调整缝隙段2011之间的连通状态，即能够调整辐射缝隙201的可用长度，并将缝隙长度可调的缝隙天线200作为基站天线单元100。由于辐射缝隙201的长度与缝隙天线200的工作频率成反比，即能够通过调整辐射缝隙201的长度来改变缝隙天线200的工作频率。在不增加安装天线数量的前提下，不必追求固定工作频率宽度，优化了基站天线单元的电磁环境，避免天线的辐射方向图由于固定覆盖频率过宽而导致的畸变；同时未改变天线的机械部件，降低了后期的维护成本。同时，增设与缝隙天线201垂直的隔离缝隙400，使得电控开关300能够独立工作，不会产生相互之间工作状态的影响，并且由于隔离缝隙400与缝隙天线201垂直，几乎不会影响辐射天线201的辐射性能；且电控开关300成组工作，快速改变辐射缝隙201的长度；另外，隔离缝隙400的第二端均位于缝隙天线
200的第一边沿，使得控制电控开关的电流装置设置更简洁，减少执行过程中的失误以及降低后期维护成本。
[0045]
在本实施方式中，频率可调的基站天线单元100在其辐射方向图基本不变的情况下可以覆盖更多的通讯频段，功能上可以替代多个宽频、多频天线工作，极大的提高了基站天线单元集成度，减少发射塔上需要安装的天线数量；还可以根据实际需要调整工作频率，对接各种不同工作频段的rru设备；同时也可以很好的兼容一些工作在特殊频段，或工作在多个频段的rru设备，无需再专门配置特殊的天线，因此可以灵活应对多种工作场景，通用性更好，也方便后期维护。
[0046]
本发明的一个实施方式涉及一种天线阵列500，如图3所示，包括：
[0047]
至少两个上述基站天线单元100；基于上述基站天线单元100的特性，天线阵列500的工作频率可调，且具有至少两种工作模式。
[0048]
在一个例子中，天线阵列500中各基站天线单元100的辐射缝隙201的长度相同，即工作在相同频率下。具体地，调整天线阵列500中所有基站天线单元100的辐射缝隙201的长度，使得该天线阵列500中所有基站天线单元100的辐射缝隙201的长度相同，也就是工作频率一致。例如，通过控制所有基站天线单元100上的各电控开关300，调节所有基站天线单元100的辐射缝隙201的长度，使得所有基站天线单元100的工作频率一致。也就是说该天线阵列500中的基站天线单元100能够同时工作在同一频率下，在需要调整的时候，也能够统一调节至另一工作频率下。
[0049]
例如，同一时间内，天线阵列500中所有的基站天线单元100均在频率a上工作；根据实际需要，可以切换至不同的频率上。在这种单一的应用场景下，只需要天线阵列工作在一个频段内，这样的天线阵列通过波束赋型后可以获得最佳的辐射增益，其所能覆盖的范围也最大；当应用场景需要更换后端的rru设备时，可以直接将天线频率调整至与rru相同的工作频段即可，无需再更换天线，提高维护效率。
[0050]
在另一个例子中，天线阵列500分为至少两个天线阵列组，任一天线阵列组中包括至少一个基站天线单元100；其中，同一天线阵列组内的基站天线单元100的辐射缝隙201的长度相同，不同天线阵列组之间的所述基站天线单元100的辐射缝隙201的长度不同。即，将天线阵列500再分裂为多组小阵列，例如分裂为三组小阵列，其中，第一组阵列501，第二组阵列502，第三组阵列503，可以同时在多组不同的频率上工作，天线阵列后端则可以根据工作频率对接多种不同类型的rru设备；如图4所示，第一组阵列501中的基站天线单元100工作在频率a，第二组阵列502中的基站天线单元100工作在频率b，第三组阵列503中的基站天线单元100工作在频率c；根据实际需要，每一组基站天线单元100也可以切换至其他的频率上；在这种复杂的应用场景下，一个频率可调天线阵列500可以替代多个天线同时工作，是多个天线的高度集成；这样既可减少发射塔所需要安装天线的数量，优化电磁环境，也节约成本。
[0051]
本发明的一个实施方式涉及一种基站天线单元的频率调整方法，本实施方式中的基站天线单元可以是如图1所示的基站天线单元，包括缝隙天线200，缝隙天线上存在辐射缝隙201；电控开关300，电控开关300位于辐射缝隙201中，n个电控开关300将辐射缝隙201分为n 1个缝隙段2011，电控开关300用于调整辐射缝隙201的长度；n为大于0的整数。隔离缝隙400，各隔离缝隙400的至少一端与缝隙段2011相接，隔离缝隙400用于使电控开关300
独立工作。
[0052]
本实施方式的基站天线单元的频率调整方法的具体流程如图5所示。
[0053]
步骤501，确定基站天线的目标工作频率。
[0054]
步骤502，根据确定的目标工作频率，控制电控开关的导通状态。
[0055]
在一个例子中，若确定的基站天线的目标工作频率为频率1，则根据频率1对应的辐射缝隙201的长度，确定需要控制哪几组电控开关，使得辐射缝隙201的长度可以调整为频率1所对应的辐射缝隙201的长度。
[0056]
由于辐射缝隙的长度与缝隙天线的工作频率成反比，即若能调整辐射缝隙的长度，也就是能够改变缝隙天线的工作频率。因此本实施方式在不增加安装天线数量的前提下，不必追求固定工作频率宽度，优化了基站天线单元的电磁环境，避免天线的辐射方向图由于固定覆盖频率过宽而导致的畸变；同时未改变天线的机械部件，降低了后期的维护成本。
[0057]
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
[0058]
本发明的一个实施方式涉及一种基站，如图6所示，包括：基站天线单元601、用于控制基站天线单元的处理器602和与处理器通信连接的存储器603。
[0059]
其中，基站天线单元601包括：缝隙天线，缝隙天线上存在辐射缝隙；电控开关，电控开关位于辐射缝隙中，n个电控开关将辐射缝隙分为n 1个缝隙段，电控开关用于调整所述辐射缝隙的长度；n为大于0的整数；隔离缝隙，各隔离缝隙的至少一端与缝隙段相接，隔离缝隙用于使电控开关独立工作。
[0060]
存储器603存储有可被处理器602执行的指令，所述指令被处理器602执行，以使处理器602能够执行上述的基站天线单元的频率调整方法。
[0061]
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
[0062]
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
[0063]
上述产品可执行本技术实施方式所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本技术实施方式所提供的方法。
[0064]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。