本实用新型涉及天线装置，更加具体地，涉及可实现时间-极化分离且能够提高天线模块面积利用率的四极化天线模块，以及利用四极化天线模块阵列使波束空间-极化分离的天线装置。
背景技术：
此部分中记载的内容只是单纯地用于提供本实用新型的背景信息，并不构成现有技术。
频分双工(fdd，frequency-divisionduplex)方式和时分双工(tdd，time-divisionduplex)方式作为利用一个传输线或者天线共享收发信号的方法，得到广泛应用。
图1图示了采用tdd方式共享收发信号的现有天线装置的一示例。
现有的tdd方式的天线装置可包括天线(ant)、滤波器(filter)、开关(s/w)、功率放大器(poweramplifier，pa)、低噪音放大器(lownoiseamplifier，lna)、ad转换器(未图示)以及数字信号处理器(fpga，未图示)等。
tdd方式的天线(and)可具有多个天线模块阵列的形态，天线模块可由具有双重极化天线形态的放射元件(双重极化天线模块)构成。
如图2所示，双重极化天线模块可由具有相互不同极化方向(设定为相互不同的极化方向)的两个放射元件构成。箭头表示各放射元件，箭头的方向表示各放射元件的极化方向，实线方框表示天线模块占有的区域或者空间。
在双重极化天线模块中，如果开关(s/w)与发送线(tx线)连接，则执行信号的发送功能，如果开关(s/w)与接收线(rx线)连接，则执行信号的接收功能。即，双重极化天线模块(现有的tdd方式的天线装置)将基于开关(s/w)的选择性切换操作可实现tdd功能。
但是，在切换过程中，发送信号(下行链路信号)或者接收信号(上行链路信号)中可能会发生信号丢失，而且在通过电缆向装置内后端传递接收信号的过程中，也可能会发生信号丢失。这种信号丢失会恶化噪声系数(noisefigure，nf)，并且会引起无线通信系统的上行链路覆盖范围(coverage)的扩大受限制。
为了解决如上所述的问题，最近公开了一种从物理上将发送用天线模块(tx天线模块)和接收用天线模块(rx天线模块)分离的tdd方式的新型天线模块。
图3图示了新型天线模块的一示例。图3中，位于左侧的天线模块为发送用tx1、tx2天线模块，位于右侧的天线模块为接收用rx1、rx2天线模块，实线方框表示新型的天线模块占有的整个区域或者空间。新型天线模块从物理上将发送用和接收用进行区分(分别具有发送线和接收线)，从而能够解决现有切换所导致的部分问题。
但是，负责接收信号和发送信号的单一天线模块在新型天线模块中被机械分离成相互不同的两个。因此，新型天线模块会引起天线模块本身的面积变大的问题。
通常，天线装置中采用由多个天线模块构成的天线模块阵列。此外，为了实现mimo(multiple-inputmultiple-output)技术，天线模块阵列中包含的天线模块的个数逐渐增加。因此，如同新型天线模块，如果天线模块本身的面积变大，则不仅天线模块阵列而且天线装置整体的面积或者尺寸也将变大，这不仅导致生产天线装置的过程而且安装过程或者维护过程也会出现困难。
另外，为了减少多通道所导致的衰落(fading)影响并执行极化分集(diversity)功能，移动通信的mimo天线模块一般会设置成多个双重极化天线模块(双重极化天线模块阵列)。
如图4所示，衰落是指电波强度随着时间发生变化的现象，分集是指通过合成电磁场强度或者信号输出与噪声输出比相互不同的多个接收信号来获得单一信号，从而降低衰落影响的方式。
图5图示了双重极化天线模块阵列的一示例。图5的双重极化天线可由分别具有 45度极化方向的放射元件和-45度极化方向的放射元件构成。以如上所述的示例为基准，图6图示了通过双重极化天线的波束-成形(波束-图案)。
图6中图示了与trx1及trx2的信号线连接的双重极化天线放射虚线波形的波束，与trx3和trx4的信号线连接的双重极化天线放射双点虚线波形的波束。基于图6可知，从双重极化天线放射的波束具有宽波束形态，宽波束形态的波束根据周围环境snr(signaltonoiseratio)会下降，从而存在很难将信号传输至远处的局限性。
现有方法通过将双重极化天线模块阵列内放射元件进行耦连(共享信道)，对相同频率的信号(相同极化的信号)进行空间(扇区)分离，从而来解决上述问题。
例如，现有方法通过将相同频率的信号分离成3个(图7(a))或者6个(图7(b))空间来进行波束-成形。但是，如上所述的方法由于具有相同极化的波束布置在相邻的位置上，因此各波束间的相关关系增加，从而会引发通信质量降低的问题。
技术实现要素：
【技术问题】
本实用新型的一实施例的主要目的在于，提供一种四极化天线模块，通过将双重极化天线模块单一化来减小天线模块的面积，而且在单一化的天线模块内将发送用和接收用进行区分，从而能够解决切换导致的信号丢失。
此外，本实用新型的另一实施例的主要目的在于，提供一种天线装置，通过将放射元件间的信道进行耦连来放射窄波束，从而能够将信号传输至相对较远的地方。
进而，本实用新型的又一实施例的主要目的在于，提供一种天线装置，其通过将相互靠近位置上放射的波束间极化设置为不同来减小波束间的相关关系，从而可提高通信质量。
【技术方案】
根据本实用新型一实施例，提供一种可实现波束(beam)的空间-极化分离的天线装置，其包括：四极化天线模块阵列,其包括具有相同极化方向的放射元件的信道相互耦连的第一四极化天线模块和第二四极化天线模块，而且放射具有相互不同极化的第一波束和第二波束；以及极化/分离波束成形模块，其将信号间的相位设置为不同，以使所述第一波束和所述第二波束在空间上分离，所述第一四极化天线模块包括：第一放射元件；第二放射元件，其具有与所述第一放射元件直交的极化方向；第三放射元件，其与所述第二放射元件具有45度的极化方向差；以及第四放射元件，其具有与所述第三放射元件直交的极化方向，所述第二四极化天线模块包括：第五放射元件，其具有与所述第一放射元件相同的极化方向；第六放射元件，其具有与所述第二放射元件相同的极化方向；第七放射元件，其具有与所述第三放射元件相同的极化方向；以及第八放射元件，其具有与所述第四放射元件相同的极化方向。
【有益效果】
如上所述，根据本实用新型，在单一化的天线模块内通过将发送用和接收用进行区分，从而可减少切换导致的信号丢失。
此外，根据本实用新型，物理上区分的双重极化天线模块被单一化成一个四极化天线模块，从而不仅能够减小面积而且能够在制作、安装、运营维护等中提供方便。
进而，根据本实用新型，由于能够放射窄波束，因而可提高天线增益，而且能够在空间上沿着各种方向分离波束，因而可扩大覆盖范围，能够通过波束的极化分离来减小波束间的相关关系，因而能够进一步提高通信质量。
附图说明
图1是用于说明现有天线装置的一示例的方框图。
图2和图3是用于说明现有天线模块的示图。
图4是用于说明衰落现象的示图。
图5是用于说明现有天线模块阵列的示图。
图6和图7是用于说明通过现有天线模块阵列放射的波束的示图。
图8至图10是用于说明四极化天线模块的各种示例的示图。
图11是用于说明利用四极化天线模块进行时间-极化分离的一示例的示图。
图12至图15是用于说明对四极化天线模块阵列的各种示例的示图。
图16至图18是用于说明水平方向的空间-极化分离的示图。
图19和图20是用于说明垂直方向的空间-极化分离的示图。
【附图标记说明】
800：四极化天线模块810：第一放射元件模块
812、1212：第一放射元件814、1214：第二放射元件
820：第二放射元件模块822、1216：第三放射元件
824、1218：第四放射元件1010、1512：第一交叉点
1020、1514：第二交叉点1200：四极化天线模块阵列
1210：第一四极化天线模块1220：第二四极化天线模块
1222：第五放射元件1224：第六放射元件
1226：第七放射元件1228：第八放射元件
1522：第三交叉点1524：第四交叉点
具体实施方式
下面，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。标注附图标记时，即使相同技术特征在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。同时需要注意的是，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的技术特征和功能的具体说明可能会导致本实用新型主题不清楚，则省略其详细说明。
此外，说明本实用新型时，可以使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。这些术语仅仅是为了区分相应技术特征与其他技术特征，并非限定其本质、次序或顺序等。贯穿说明书全文，如果一技术特征“包括”、“具备”另一技术特征，如果没有特别相反记载，可理解为一技术特征还包括另一技术特征，而非理解为一技术特征排斥另一技术特征。而且，说明书中记载的“…部”、“模块”等术语是指至少能够执行一个功能的单位，其可通过硬件、软件及硬件和软件的结合来实现。
本说明书提出1)可实现时间-极化分离的四极化天线模块；和2)可实现空间-极化分离的天线装置。下面分别对1)四极化天线模块的实施例和2)天线装置的实施例进行说明。
实施例1
实施例1提出了一种可现实时间-极化分离的四极化天线模块800。
如图8至图10所示，四极化天线模块800可包括第一放射元件模块810及第二放射元件模块820。
第一放射元件模块810可包括具有相互直交或者垂直的极化方向的两个放射元件812、814。第二放射元件模块820也可包括具有相互直交或者垂直的极化方向的两个放射元件822、824。
其中，‘直交’或者‘垂直’包括：放射元件的极化方向之间准确地存在90度角度差的情况；以及存在90±θ的角度差的情况。θ可根据天线模块制作工艺中的误差、与其他天线模块间的相关关系(correlation)程度、波束成形方向的调整必要性等发生变化。
在第一放射元件模块810包括的两个放射元件812、814中，将任意一个称为第一放射元件812，将另一个称为第二放射元件814。第二放射元件814的极化方向可设定为与第一放射元件812的极化方向直交或者垂直。
在第二放射元件模块820包括的两个放射元件822、824中，将任意一个称为第三放射元件822，将另一个称为第四放射元件824。第三放射元件822可设定为与第一放射元件812的极化方向具有45度的极化方向差。
第四放射元件824的极化方向设定为与第三放射元件822的极化方向直交或者垂直。第二放射元件814与第一放射元件812具有直交或者垂直的极化方向关系，第一放射元件812与第三放射元件822及第四放射元件824具有45度的极化方向关系，第四放射元件824与第三放射元件822具有直交或者垂直的极化方向关系。因此，第四放射元件824可与第一放射元件812和第二放射元件814具有45度的极化方向关系。
其中，‘45度的极化方向关系’包括：放射元件间准确地存在45度的极化方向差的情况，以及存在45±θ的极化方向差的情况。θ可根据天线模块制作工艺中的误差、与其他天线模块间的相关关系程度、波束成形方向的调整必要性等发生变化。
根据不同实施形态，放射元件812、814、822及824的极化方向可具有各种形态。例如，第一放射元件812和第二放射元件814可分别具有 45度和-45度的极化方向，第三放射元件822和第四放射元件824可分别具有垂直和水平的极化方向。作为另一示例，第一放射元件812和第二放射元件814可分别具有垂直和水平的极化方向，第三放射元件822和第四放射元件824可分别具有 45度和-45度的极化方向。
第一放射元件模块810可与发送线tx1、tx2连接并用于发送信号，第二放射元件模块820可与接收线rx1、rx2连接并用于接收信号。相反，第一放射元件模块810可与接收线rx1、rx2连接并用于接收信号，第二放射元件模块820可与发送线tx1、tx2连接并用于发送信号。
如上所述，本实用新型的四极化天线模块800通过将用于发送信号的放射元件模块和用于接收信号的放射元件模块进行区分，从而能够解决开关操作导致的现有技术问题(信号丢失)。
此外，四极化天线模块800通过将第一放射元件模块810和第二放射元件模块820中的任意一个用作发送而另一个用作接收，从而可实现时间-极化分离(信号的收发和极化的分离)。
图11图示了利用四极化天线模块800来实现时间-极化分离的一示例。
图11中，标有图案的区域tx表示通过发送用第一放射元件模块810发送信号的时间区间，未标有图案的区域rx表示通过接收用第二放射元件模块820接收信号的时间区间。
其中，第一放射元件模块810中两个放射元件812、814具有±45度的极化方向差(±45°pol.)，第二放射元件模块820中两个放射元件822、824具有垂直的极化方向和水平的极化方向(v/hpol.)。
下面，将对能够提高四极化天线模块800的面积利用率的实施例进行说明。下面实施例中假设：第一放射元件模块810与发送线连接并用于发送信号，第二放射元件模块820与接收线连接并用于接收信号。
实施例1-1
实施例1-1是第三放射元件822和第四放射元件824布置于第一放射元件模块810周边的实施例。
如图8所示，第一放射元件812与第二放射元件814可具有直交或者垂直的极化方向差。第一放射元件812和第二放射元件814可与发送线tx1、tx2连接并用于发送信号。
第三放射元件822可布置于第一放射元件模块810的上侧(上侧周边，图8(a)和图8(b))，或者布置于第一放射元件模块810的下侧(下侧周边，(图8(c)和图8(d))。
布置于第一放射元件模块810的上侧或者下侧的第三放射元件822可与第一放射元件812和第二放射元件814具有±45度的极化方向差，而且与接收线rx1连接并用于接收信号。
第四放射元件824布置于第一放射元件模块810的左侧(左侧周边，图8(a)和图8(c))，或者布置于第一放射元件模块810的右侧(右侧周边，图8(b)和图8(d))。
布置于第一放射元件模块810的左侧或者右侧的第四放射元件824可与第三放射元件822具有直交或者垂直的极化方向差，而且可与第一放射元件812和第二放射元件814具有±45度的极化方向差。第四放射元件824可与接收线rx2连接并用于接收信号。
实施例1-2
实施例1-2是第一放射元件812和第二放射元件814布置于第二放射元件模块820周边的实施例。
如图9所示，第三放射元件822与第四放射元件824可具有直交或者垂直的极化方向差。第三放射元件822和第四放射元件824可与接收线rx1、rx2连接并用于接收信号。
第一放射元件812布置于第二放射元件模块820的左上侧(左上侧周边，图9(a)和图9(b))，或者布置于第二放射元件模块820的右下侧(右下侧周边，图9(c)和图9(d))。
布置于第二放射元件模块820的左上侧或者右下侧的第一放射元件812可与第三放射元件822及第四放射元件824具有±45度的极化方向差，可与发送线tx1连接并用于发送信号。
第二放射元件814布置于第二放射元件模块820的左下侧(左下侧周边，图9(a)和图9(c))，或者布置于第二放射元件模块820的右上侧(右上侧周边，图9(b)和图9(d))。
布置于第二放射元件模块820左下侧或者右上侧的第二放射元件814可与第一放射元件812具有直交或者垂直的极化方向差，可与第三放射元件822和第四放射元件824具有±45度的极化方向差。第二放射元件814可与发送线tx2连接并用于发送信号。
如实施例1-1和实施例1-2所示，本实用新型的四极化天线模块800可配置为：在第一放射元件模块810占有的区域(图8的实线方框)内布置第三放射元件822和第四放射元件824，或者在第二放射元件模块820占有的区域(图9的实线方框)内布置第一放射元件812和第二放射元件814。
因此，相比于发送用天线模块和接收用天线模块布置于物理上分开的两个区域的现有方法，实施例1-1和实施例1-2能够进一步提高面积利用率。此外，面积利用率的提高能够带来制作、安装、运营维护等的便利性。
在实施例1-1中，第一放射元件812和第二放射元件814可布置成各种形态。例如，第一放射元件812和第二放射元件814可布置成相互交叉。此外，第一放射元件812和第二放射元件814可布置成在各自的中心相互交叉。此时，第一放射元件模块810占有的区域(图8的实线方框)的面积被最小化，从而可进一步提高面积利用率。
在实施例1-2中，第三放射元件822和第四放射元件824可布置成各种形态。例如，第三放射元件822和第四放射元件824可布置成相互交叉。此外，第三放射元件822和第四放射元件824可布置成在各自的中心相互交叉。此时，第二放射元件模块820占有的区域(图8的实线方框)的面积被最小化，从而可进一步提供面积利用率。
实施例1-3
实施例1-3是第一放射元件812和第二放射元件814布置成相互交叉且第三放射元件822和第四放射元件824也布置成相互交叉的实施例。
如图10所示，第一放射元件812和第二放射元件814可布置成相互交叉。第一放射元件812与第二放射元件814相互交叉的位置或者点称为‘第一交叉点1010’。
如图10所示，第三放射元件822和第四放射元件824可布置成相互交叉。第三放射元件822和第四放射元件824相互交叉的位置或者点称为‘第二交叉点1020’。
四极化天线模块800占有的面积(图10的实线方框)可根据第一交叉点1010与第二交叉点1020之间的距离来确定。第一交叉点1010与第二交叉点1020之间的距离增加则四极化天线模块800占有的面积将增加，第一交叉点1010与第二交叉点1020之间的距离减小则四极化天线模块800占有的面积将减小。
相比于现有方法(发送用天线模块和接收用天线模块布置于物理上分开的两个区域),为了进一步提高面积利用率，第一交叉点1010与第二交叉点1020之间的距离优选小于或者等于一个放射元件的长度。
如果第一交叉点1010和第二交叉点1020之间的距离小于或者等于一个放射元件的长度，则第一交叉点1010与第二交叉点1020之间的距离可基于设计人员的意图或者与天线模块阵列的其他天线模块之间的布置关系等，设置为各种形态。
为了最大化面积利用率，第一交叉点1010与第二交叉点1020也可以位于相同的位置。即，第一放射元件812和第二放射元件814可布置成使各自的中心相互交叉(第一交叉点)，而且第三放射元件822和第四放射元件824也可布置成使各自的中心相互交叉(第二交叉点)，如果第一交叉点1010与第二交叉点1020位于相同的位置，则能够最大化面积利用率。
实施例2
实施例2提出了可实现空间-极化分离的天线装置。
如前所述，现有的双重极化天线模块阵列放射的波束呈现具有低天线增益的宽波束形态，因此很难将信号传输至远处。如果将天线模块以阵列形态布置且将放射元件的信道进行耦连，则可导出窄波束形态从而能够将信号传输至远处。但是，此时可能会发生如下所述的问题。
1)尺寸增加–为了导出窄波束形态，需要布置多个放射元件或者多个天线模块，从而天线的尺寸增加，面积利用率下降。
2)相邻的波束间发生重叠，使波束的极化间相关关系增加，从而导致通信质量下降。
本说明书旨在提供一种能够解决如上述的现有天线装置中存在的所有问题的新型天线装置。
如图12所示，根据本实用新型的天线装置可包括四极化天线模块阵列1200和极化/分离波束成形模块1230(或者相位设定模块)。
四极化天线模块阵列1200利用自身包括的放射元件来放射多个波束。通过四极化天线模块阵列1200放射的波束可具有窄波束形态，该波束中相邻的两个波束可具有相互不同的极化方向。
四极化天线模块阵列1200可包括多个四极化天线模块。本说明书中假设四极化天线模块阵列1200包括两个四极化天线模块，则其中任意一个称为第一四极化天线模块1210，而另一个称为第二四极化天线模块1220。
如实施例1中所示，第一四极化天线模块1210可包括第一放射元件至第四放射元件1212、1214、1216及1218。
第二放射元件1214具有与第一放射元件1212直交的极化方向，第三放射元件1216与第一放射元件1212及第二放射元件1214具有45度的极化方向差，第四放射元件1218可具有与第三放射元件1216直交的极化方向。第三放射元件1216和第四放射元件1218具有相互直交的极化方向，因此第四放射元件1218与第三放射元件1216一样，也与第一放射元件1212及第二放射元件1214具有45度的极化方向差。
如实施例1中所示，第二四极化天线模块1220可包括第五放射元件至第八放射元件1222、1224、1226及1228。
第五放射元件1222可具有与第一放射元件1212相同的极化方向，第六放射元件1224具有与第二放射元件1214相同的极化方向，第七放射元件1226具有与第三放射元件1216相同的极化方向，第八放射元件1228具有与第四放射元件1218相同的极化方向。
因此，第六放射元件1224具有与第五放射元件1222直交的极化方向，第七放射元件1226与第五放射元件1222及第六放射元件1224具有45度的极化方向差，第八放射元件1228可具有与第七放射元件1226直交的极化方向。第七放射元件1226和第八放射元件1228具有相互直交的极化方向，第八放射元件1228与第七放射元件1226一样，也与第五放射元件1222及第六放射元件1224具有45度的极化方向差。
在四极化天线模块阵列1200包括的放射元件中，具有相同极化方向的放射元件的信道可以相互耦连。例如，第一放射元件1212与第五放射元件1222的信道trx1可以耦连，第二放射元件1214与第六放射元件1224的信道trx2也可以耦连。而且，第三放射元件1216与第七放射元件1226的信道trx3可以耦连，第四放射元件1218与第八放射元件1228的信道trx4也可以耦连。通过信道被耦连的放射元件放射的波束可具有窄波束形态。
在信道trx1、trx2、trx3或者trx4中，沿着相同信道传输的信号的频率可相同或者不同。例如，沿着相同信道传输的信号具有不同的频率时，可通过相互不同的频率来区分通信运营商。作为另一示例，沿着相同信道传输的信号具有相同的频率时，可通过相同的频率向同一通信运营商提供各种方向的波束(波束-图案)。对于后者而言，各种方向的波束在整个覆盖范围中能够覆盖多个扇区，最终可达到增加覆盖范围的效果。
通过放射元件放射的波束可具有将其放射出的放射元件的极化方向(将波束放射出的放射元件所设定的极化方向)。例如，通过共享trx1的第一放射元件1212和第五放射元件1222放射的波束可具有 45度的极化方向，通过共享trx2的第二放射元件1214和第六放射元件1224放射的波束可具有-45度的极化方向。而且，通过共享trx3的第三放射元件1216和第七放射元件1226放射的波束可具有水平的极化方向，通过共享trx4的第四放射元件1218和第八放射元件1228放射的波束可具有垂直的极化方向。
其中，可将具有±45度的极化方向的波束称为第一波束，可将具有垂直的极化方向的波束和具有水平的极化方向的波束称为第二波束(v/h)。
为了使通过四极化天线模块阵列1200放射的波束在空间上分离，极化/分离波束成形模块1230可将输入信号(或者发送信号)之间的相位设定为相互不同。极化/分离波束成形模块1230可利用移相器(phaseshifter)等得以实现。
通过极化/分离波束成形模块1230被设定为相位互不相同的信号，将通过耦连的信道rx1、trx2、trx3及trx4输入到四极化天线模块阵列1200，并根据设定的相位在空间上分离且以波束形态放射。此时，由于波束以将其放射出的放射元件的极化方向的状态放射，因此空间上相邻的两个波束将具有相互不同的极化。
实施例2-1：提高面积利用率(减小天线尺寸)
实施例2-1是通过有效地布置放射元件来减小四极化天线模块阵列1200的尺寸从而提高面积利用率的方法。作为提高面积利用率的方法，可采用实施例1所示的提高四极化天线模块的面积利用率的方法。
例如，如图12所示，可将第三放射元件1216布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的上侧，可将第四放射元件1218布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的右侧或者左侧。相应地，可将第七放射元件1226布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的上侧，可将第八放射元件1228布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的右侧或者左侧。
作为另一示例，可将第三放射元件1216布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的下侧，而且可将第四放射元件1218布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的右侧或者左侧。相应地，可将第七放射元件1226布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的下侧，而且可将第八放射元件1228布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的右侧或者左侧。
作为又一示例，如图14所示，可将第一放射元件1212布置于第三放射元件1216和第四放射元件1218的左上侧，可将第二放射元件1214布置于第三放射元件1216和第四放射元件1218的右上侧或者左下侧。相应地，可将第五放射元件1222布置于第七放射元件1226和第八放射元件1228的左上侧，而且可将第六放射元件1224布置于第七放射元件1226和第八放射元件1228的右上侧或者左下侧。
作为又一示例，可将第一放射元件1212布置于第三放射元件1216和第四放射元件1218的右下侧，而且可将第二放射元件1214布置于第三放射元件1216和第四放射元件1218的右上侧或者左下侧。相应地，可将第五放射元件1222布置于第七放射元件1226和第八放射元件1228的右下侧，而且可将第六放射元件1224布置于第七放射元件1226和第八放射元件1228的右上侧或者左下侧。
作为又一示例，如图15所示，第一放射元件1212和第二放射元件1214布置成相互交叉，第三放射元件1216和第四放射元件1218可布置成相互交叉。相应地，第五放射元件1222和第六放射元件1224可布置成相互交叉，第七放射元件1226和第八放射元件1228可布置成相互交叉。
其中，可将第一放射元件1212与第二放射元件1214相互交叉的位置或者点称为第一交叉点1512，而且可将第三放射元件1216与第四放射元件1218相互交叉的位置或者点称为第二交叉点1514。而且，可将第五放射元件1222与第六放射元件1224相互交叉的位置或者点称为第三交叉点1522，可将第七放射元件1226与第八放射元件1228相互交叉的位置或者点称为第四交叉点1524。
如同实施例1-3一样，当第一交叉点1512与第二交叉点1514之间的距离为最小时，第一四极化天线模块1210占有的面积利用率为最大，当第三交叉点1522与第四交叉点1524之间的距离为最小时，第二四极化天线模块1220占有的面积利用率可为最大。因此，为了使面积利用率最大化，第一交叉点1512与第二交叉点1514可位相同的位置，第三交叉点1522与第四交叉点1524也可位于相同的位置。
另外，第一四极化天线模块1210和第二四极化天线模块1220可布置于各自不同的位置。例如，四极化天线模块1210、1220可沿着水平方向、垂直方向或者对角线方向布置。
四极化天线模块1210、1220沿着水平方向布置时，第一四极化天线模块1210可布置于左侧且第二四极化天线模块1220布置于右侧，或者第一四极化天线模块1210可布置于右侧且第二四极化天线模块1220布置于左侧。
当四极化天线模块1210、1220沿着垂直方向布置时，第一四极化天线模块1210可布置于上侧且第二四极化天线模块1220布置于下侧，或者第一四极化天线模块1210可布置于下侧且第二四极化天线模块1220布置于上侧。这种情况下，放射元件1212、1214、1216、1218、1222、1224、1226及1228中沿着垂直方向排列的放射元件以水平方向为基准可布置于相互不同的位置上。
例如，如图13所示，如果第一四极化天线模块1210布置在上侧而第二四极化天线模块1220布置在下侧，则第四放射元件1218和第八放射元件1228沿着垂直方向排列。这种情况下，第四放射元件1218和第八放射元件1228以垂直方向为基准可布置于相互不同的位置(相互相反的位置)上。即，第四放射元件1218可布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的左侧且第八放射元件1228布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的右侧，或者第四放射元件1218可布置于第一放射元件1212和第二放射元件1214的右侧且第八放射元件1228布置于第五放射元件1222和第六放射元件1224的左侧。
沿着垂直方向排列的放射元件以垂直方向为基准布置于相互不同的位置是为了形成具有增益充分的窄波束(具有预定放射角度的窄波束)。
波束的增益依赖于放射元件的水平方向的长度，第三放射元件1216和第七放射元件121由于沿着水平方向排列，因此能够放射增益充分的窄波束。但是，第四放射元件1218和第八放射元件1228由于沿着垂直方向排列，因此水平方向长度十分短，从而很难放射增益充分的窄波束。
因此，如果将第四放射元件1218和第八放射元件1228布置在相互对称的位置上，并将第四放射元件1218与第八放射元件1228间的距离差用作放射元件的水平方向的长度，则能够形成增益充分的窄波束。
实施例2-2：改善波束间的相关关系(空间-极化分离)
实施例2-2是为了改善波束间的相关关系，在空间上将波束进行分离并放射(空间分离)，将空间上分离的波束中相邻的波束间的极化设定为不同(极化分离)的方法。
为了使波束在空间上分离，极化/分离波束成形模块1230可对输入信号的相位或者角度进行设定。例如，极化/分离波束成形模块1230可在输入信号中将通过trx1和trx2输入的信号的相位和通过trx3和trx4输入的信号的相位设定为相互不同。
设定为相互不同相位的信号将通过放射元件1212、1214、1216、1218、1222、1224、1226及1228进行放射，此时，会以具有各个放射元件中设定的极化方向的波束形态进行放射。
例如，通过trx1输入的信号可基于第一放射元件1212和第五放射元件1222放射为具有 45度极化方向的波束，通过trx2输入的信号可基于第二放射元件1214和第六放射元件1224放射为具有-45度极化方向的波束(第一波束)。而且，通过trx3输入的信号可基于第三放射元件1216和第五放射元件1226放射为具有水平极化方向的波束，通过trx4输入的信号可基于第四放射元件1218和第八放射元件1228放射为具有垂直极化方向的波束(第二波束)。
水平方向的空间-极化分离
极化/分离波束成形模块1230可沿着水平方向将输入信号的相位设定为相互不同。如果信号的相位沿着水平方向设定为相互不同，则可使通过四极化天线模块阵列1200放射的波束在空间上沿着水平方向分离。
图16图示了波束的水平方向的空间-极化分离的一示例。具有±45度极化方向的波束表示第一波束，具有v/h极化方向的波束表示第二波束。从图16可以看出，根据本实用新型的天线装置中具有相互不同极化或者极化方向的波束(第一波束和第二波束)在空间上沿着水平方向分离并发射。
图17图示了基于本实用新型的天线装置被空间-极化分离的波束与现有的天线装置的波束的对比。
图17中，虚线波形显示基于现有的天线装置的波束，实线波形中未标有图案的区域表示基于本实用新型的天线装置的第一波束(±45度)，标有图案的波形表示基于本实用新型的天线装置的第二波束(v/h)。
通过图17可知，根据本实用新型的天线装置，可实现波束的水平方向的空间-极化分离，相比于现有的方法，能够得到进一步提高的天线增益。而且，根据本实用新型的天线装置可知，由于扇区(空间)被分离因此能够达到覆盖范围增加的效果。
进而可知，基于本实用新型的天线装置放射的波束之间虽然存在重叠区域，但是由于波束间的极化相互不同(极化分离)，因此能够解决信号间的相关关系问题。图18图示了进一步详细说明基于极化分离的效果的示图。
以从左侧向右侧前进的方向为基准，通过使第一波束具有±45度的极化方向而第二波束具有v/h的极化方向，从而两波束间的相关关系能够充分变小。这种特性也可以在第二波束与第三波束之间以及第三波束与第四波束之间成立。
虽然第一波束和第三波束皆具有±45度的极化方向，但是由于空间分离使两者相隔充分的距离(处于分离状态)，从而两波束间的相关关系也会充分小。这种特性也可以在第二波束与第四波束之间成立。
垂直方向的空间-极化分离
极化/分离波束成形模块1230可沿着垂直方向将输入信号的相位设定为相互不同。如果信号的相位沿着垂直方向设定为相互不同，则可使通过四极化天线模块阵列1200放射的波束在空间上沿着垂直方向分离。
图19图示了波束的垂直方向的空间-极化分离的一示例。具有±45度极化方向的波束表示第一波束，具有v/h极化方向的波束表示第二波束。
沿着垂直方向空间分离的波束间虽然存在重叠区域，但是由于波束间的极化相互不同(极化分离)，因此能够解决信号间的相关关系问题。
水平方向和垂直方向的空间-极化分离
水平方向的空间-极化分离和垂直方向的空间-极化分离可各自独立地实现或者也可以同时实现。
对于后者而言，极化/分离波束成形模块1230可沿着垂直方向和水平方向将输入信号的相位设定为相互不同。例如，极化/分离波束成形模块1230可以将输入信号的水平方向的相位设定为相差a(a为大于或等于2的自然数)个，而且可以将输入信号的垂直方向相位相差b(b为大于或等于1的自然数)个。
如上所述，如果信号的相位沿着水平方向设定为相差a个，沿着水平方向设定为相差b个，则可同时实现水平方向的空间-极化分离和垂直方向的空间-极化分离。
图20图示了同时实现水平方向的空间-极化分离和垂直方向的空间-极化分离的一示例。
对于a个扇区中的每一个，可形成沿着水平方向空间分离成a个的波束，对于a个扇区中的每一个，可形成沿着垂直方向空间分离成b个的波束。在图20中，对于每一个扇区，虽然示出均沿着垂直方向空间分离成相同个数(b个)的波束，但是每个扇区上沿着垂直方向空间分离的波束的个数可以相同也可以不同。
扇区a上生成的波束(沿着垂直方向分离的波束)中，具有±45度极化方向的波束和具有v/h极化方向的波束由于具有不同的极化方向，因而两波束间的相关关系会充分小。而且，扇区a的具有±45度极化方向的波束和扇区a-1的具有v/h极化方向的波束由于具有相互不同的极化方向，因而两波束间的相关关系也同样会充分小。扇区a的具有±45度极化方向的波束和扇区4的具有±45度极化方向的波束虽然具有相同的极化方向，但基于水平方向的空间分离，两个波束相距充分远的距离(分开状态)，因而两波束间的相关关系也会充分小。
如上所述，本实用新型的天线装置将空间上相邻的窄波束间的极化设置为相互不同，从而能够改善极化间的相关关系，实现极化复用(polarizationreuse)，因而能够使极化效率完全得到再利用。
以上说明仅用于举例说明本实施例的技术思想，对于本实施例所属技术领域具有通常知识的技术人员而言，在不超出本实施例的本质特征的范围内可进行各种修改和变形。因此，本实施例并非用于限定本实施例的技术思想而是用于说明，本实施例的技术思想的范围不受所述实施例的限制。本实施例的保护范围应基于下面的权利要求书解释，并与其等同的范围内的所有技术思想应解释为皆属于本实施例的权利范围。
1.一种天线装置，该天线装置可实现波束的空间-极化分离，其特征在于，包括：
四极化天线模块阵列,其包括具有相同极化方向的放射元件的信道相互耦连的第一四极化天线模块和第二四极化天线模块，而且放射具有相互不同极化的第一波束和第二波束；以及
极化/分离波束成形模块，其将信号间的相位设置为不同，以使所述第一波束和所述第二波束在空间上分离，
所述第一四极化天线模块包括：第一放射元件；第二放射元件，其具有与所述第一放射元件直交的极化方向；第三放射元件，其与所述第二放射元件具有45度的极化方向差；以及第四放射元件，其具有与所述第三放射元件直交的极化方向，
所述第二四极化天线模块包括：第五放射元件，其具有与所述第一放射元件相同的极化方向；第六放射元件，其具有与所述第二放射元件相同的极化方向；第七放射元件，其具有与所述第三放射元件相同的极化方向；以及第八放射元件，其具有与所述第四放射元件相同的极化方向。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述极化/分离波束成形模块沿着水平方向将信号间的相位设定为不同，以使所述第一波束与所述第二波束在空间上沿着水平方向分离。
3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述极化/分离波束成形模块沿着垂直方向将所述信号间的相位设定为相互不同，以使所述第一波束与所述第二波束在空间上沿着垂直方向分离。
4.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述第一四极化天线模块中，所述第三放射元件布置于所述第一放射元件和所述第二放射元件的上侧或者下侧，所述第四放射元件布置于所述第一放射元件和所述第二放射元件的右侧或者左侧，在所述第二四极化天线模块中，所述第七放射元件布置于所述第五放射元件和所述第六放射元件的上侧或者下侧，所述第八放射元件布置于所述第五放射元件和所述第六放射元件的右侧或者左侧。
5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第一四极化天线模块布置于所述第二四极化天线模块的上侧或者下侧，如果所述第四放射元件布置于所述第一放射元件和所述第二放射元件的右侧，则所述第八放射元件布置于所述第五放射元件和所述第六放射元件的左侧，如果所述第四放射元件布置于所述第一放射元件和所述第二放射元件的左侧，则所述第八放射元件布置于所述第五放射元件和所述第六放射元件的右侧。
6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述第一四极化天线模块中，所述第一放射元件布置于所述第三放射元件和所述第四放射元件的左上侧或者右下侧，所述第二放射元件布置于所述第三放射元件和所述第四放射元件的右上侧或者左下侧，在所述第二四极化天线模块中，所述第五放射元件布置于所述第七放射元件和所述第八放射元件的左上侧或者右下侧，所述第六放射元件布置于所述第七放射元件和所述第八放射元件的右上侧或者左下侧。
7.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述第一四极化天线模块中，以第一交叉点为基准，将所述第一放射元件和所述第二放射元件相互交叉地布置，以第二交叉点为基准，将所述第三放射元件和所述第四放射元件相互交叉地布置，在所述第二四极化天线模块中，以第三交叉点为基准，将所述第五放射元件和所述第六放射元件相互交叉地布置，以第四交叉点为基准，将所述第七放射元件和所述第八放射元件相互交叉地布置。
8.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述第一交叉点位于与所述第二交叉点相同的位置上，所述第三交叉点位于与所述第四交叉点相同的位置上。
技术总结