具有改進的偏斜性能的全波偶極子陣列的製作方法

2023-10-19 03:14:17 2

相關申請聲明

本申請要求於2015年2月25日提交的美國臨時專利申請序列no.62/120,689的優先權，該申請的公開內容通過引用被結合。

本發明涉及包括輻射元件陣列的天線。具體而言，本發明為輻射元件陣列提供改進的偏斜(squint)性能。

背景技術：

已經觀察到全波偶極子輻射元件陣列在高電下傾角下遭受偏斜。術語「偏斜」是指波束峰值(-3db角度之間的中點)偏離天線視軸(boresight)的量。參見例如圖9，其圖示了具有大約12°的偏斜的方位角波束圖案。「全波」偶極子輻射元件是被設計成使得其第二諧振頻率處於期望頻帶中的一種類型的偶極子。在這種類型的偶極子中，偶極子臂的尺寸被確定為使得兩個偶極子臂一起跨越期望的操作頻帶的大約四分之三波長到一個全波長。這與「半波」偶極子形成對照，在「半波」偶極子中，偶極子臂是操作頻帶的大約四分之一波長，並且兩個偶極子臂一起具有大約為操作頻帶的波長的一半的長度。

雖然全波偶極子在多頻帶陣列中的低頻帶輻射元件陣列中具有某些優點，但是已知的全波偶極子陣列通常遭受在兩個相鄰的-45度極化偶極子和+45度極化偶極子之間的不利耦合，這可能導致在某些頻率(在本文中被稱為「偏斜諧振頻率」)處的交叉極化和偏斜劣化。這種效應尤其對於傾斜雙極化偶極子(slantdual-polarizeddipole)的垂直極化分量發生。

所需要的是具有改進的偏斜性能的全波偶極子輻射元件陣列。

技術實現要素：

提供了具有改進的偏斜性能的蜂窩基站天線。該天線包括接地平面、通過微帶支撐pcb支撐在接地平面上方的第一多個輻射元件、以及通過帶狀線支撐pcb支撐在接地平面上方的第二多個輻射元件。第一多個輻射元件和第二多個輻射元件被布置在至少一個低頻帶輻射元件陣列中，並且微帶pcb元件和帶狀線pcb元件的數量被選擇以最小化由陣列提供的波束圖案的偏斜。第一多個輻射元件可以位於陣列中的第二組多個輻射元件之下。陣列可以以線性列或交錯列布置。在一個示例中，第一多個輻射元件包括四個輻射元件，並且第二多個輻射元件包括兩個輻射元件。

在優選實施例中，第一多個輻射元件和第二多個輻射元件包括多頻帶天線的低頻帶輻射元件。低頻帶輻射元件可以是全波交叉偶極子輻射元件。蜂窩基站天線還可以包括至少一個高頻帶輻射元件陣列。在另一個示例中，可以提供第二陣列的微帶支撐pcb輻射元件和帶狀線支撐pcb輻射元件。

微帶支撐pcb可以各自包括鉤狀平衡-不平衡轉換器(hookbalun)、饋電桿、電感部分和電容部分。帶狀線支撐pcb可以各自包括鉤狀平衡-不平衡轉換器、將鉤狀平衡-不平衡轉換器夾在中間的至少兩個饋電桿、電感部分和電容部分。

附圖說明

圖1a是根據本發明的一個方面的具有微帶支撐pcb的低頻帶輻射元件的側視圖，該低頻帶輻射元件可以與附加元件組合使用以提供天線陣列。

圖1b是圖1a的低頻帶元件的微帶支撐pcb的詳細視圖。

圖2圖示僅由如圖1a和圖1b所示的輻射元件和微帶支撐pcb組成的天線陣列的偏斜性能。

圖3a是根據本發明的一個方面的具有帶狀線支撐pcb的低頻帶輻射元件的側視圖，該低頻帶輻射元件可以與附加元件組合使用以提供天線陣列。

圖3b和圖3c是圖3a的低頻帶元件的帶狀線支撐pcb的詳細視圖。

圖4圖示僅由如圖3a-圖3c所示的輻射元件和帶狀線支撐pcb組成的陣列的偏斜性能。

圖5是根據本發明的一個方面的輻射元件陣列的側視圖。

圖6是根據本發明的另一個方面的包括高頻帶輻射元件陣列和低頻帶輻射元件陣列的天線的一部分的側視圖。

圖7是根據本發明的另一個方面的包括高頻帶輻射元件陣列和低頻帶輻射元件陣列的天線的簡化平面圖。

圖8圖示根據本發明的另一個方面的輻射元件陣列和饋電電路的偏斜性能。

圖9是已知的低頻帶元件陣列的偏斜的圖示。

具體實施方式

圖1a圖示微帶支撐pcb輻射元件10的一個示例。微帶支撐pcb輻射元件10包括通過微帶支撐pcb18支撐在反射器16上方的低頻帶偶極子臂12。在所示示例中，低頻帶偶極子臂12包括全波偶極子，其從微帶支撐pcb輻射元件10的操作頻帶的大約四分之三波長跨越至一個全波長。可選地，低頻帶偶極子臂12包括在高頻帶頻率下諧振以最小化高頻帶元件的散射的rf扼流圈(chokes)。參見例如國際專利公開no.wo2014100938(「'938申請」)，該公開通過引用被結合。

在微帶支撐pcb輻射元件10中，低頻帶偶極子臂12被微帶支撐pcb18(圖1b)激勵。如本文所使用的，術語「微帶」具有其常規含義，即通過通常製造在印刷電路板上的電介質層與接地平面分離的導電帶。該示例中的微帶構造包括饋電電路20和鉤狀平衡-不平衡轉換器22。每個饋電電路20包括饋電桿24、電感部分26和電容部分28。

圖1b圖示了圖1a的微帶支撐pcb輻射元件10的微帶支撐pcb18之一的金屬化層。鉤狀平衡-不平衡轉換器22連接到天線的陣列饋電網絡。陣列饋電網絡可以包括常規共饋電網絡(corporatefeednetwork)。可選地，陣列饋電網絡包括可變移相器以調節輻射元件之間的相對相位關係，從而調節陣列的電下傾角。鉤狀平衡-不平衡轉換器22然後將來自饋電網絡的rf信號耦合到微帶支撐pcb18上的饋電電路20。來自饋電網絡的不平衡rf信號作為平衡信號耦合到饋電桿24中。每個饋電桿24通過電感部分26耦合到電容部分28，以耦合到低頻帶偶極子臂12，電感部分26被包括用於阻抗匹配。

圖2圖示了由微帶支撐pcb18激勵的五個全波、低頻帶、微帶支撐pcb輻射元件10的陣列的偏斜劣化。隨著電下傾角增加，偏斜劣化增加，並且微帶支撐pcb元件在738mhz和935mhz處展現出偏斜諧振頻率。例如，對於在935mhz處的+45°極化的15°下傾角，偏斜超過15°，並且對於-45°極化，偏斜趨近15°。在10°電下傾角時，對於頻帶的大部分，偏斜超過5°。

圖3a圖示了包括帶狀線支撐pcb輻射元件30的全波低頻帶偶極子輻射元件的第二示例。該第二示例具有代替圖1a和圖1b的微帶支撐pcb18的帶狀線支撐pcb38。如本文所使用的，術語「帶狀線」具有其常規含義，即又一次通過通常製造在印刷電路板(pcb)上的(一個或多個)電介質層夾在兩個接地層之間並與這兩個接地層分離的導電帶。在所示示例中，帶狀線支撐pcb輻射元件30包括由帶狀線支撐pcb38支撐在反射器16上方的低頻帶偶極子臂12。圖3b和圖3c圖示了用於圖3a的帶狀線支撐pcb輻射元件30的帶狀線支撐pcb38之一的金屬化層。在該實施例中的帶狀線構造包括夾在兩層饋電桿44a、44b之間的鉤狀平衡-不平衡轉換器42。每個帶狀線饋電電路40包括饋電桿44a、44b、電感器部分46和電容部分48。

圖4圖示了由帶狀線支撐pcb激勵的具有全波、低頻帶偶極子臂12的五個帶狀線支撐pcb輻射元件30的陣列的偏斜劣化。隨著電下傾角增加，偏斜劣化增加，並且帶狀線饋電桿串擾元件在824mhz處展現出偏斜諧振頻率。例如，對於兩種極化，對於在824mhz處的15°電下傾角，偏斜超過15°。在10°電下傾角時，對於頻帶的大部分，偏斜超過5°。

現在描述具有改進的偏斜性能的蜂窩基站天線陣列。如本文所使用的，「蜂窩」包括任何類型的單點到多點無線通信技術，包括但不限於tdma、gsm、cdma和lte無線空中接口。「基站天線」包括但不限於蜂窩宏站點和分布式天線系統(das)。

參考圖5，其圖示了從側面觀看的蜂窩基站天線的一部分。多個微帶支撐pcb輻射元件10和帶狀線支撐pcb輻射元件30被布置在反射器16上方的線性陣列60中。兩個底部(圖示中最左側)微帶支撐pcb輻射元件10採用如圖1a和圖1b所示的微帶支撐pcb18和全波、低頻帶偶極子臂12。四個頂部輻射元件(圖示中最右側)是帶狀線支撐pcb輻射元件30，這些帶狀線支撐pcb輻射元件30採用如圖3a-圖3c中所示的帶狀線支撐pcb38和全波、低頻帶偶極子臂12。圖6圖示了被放大以揭示一個微帶支撐pcb元件10和一個帶狀線支撐pcb輻射元件30的更多細節的圖5的基站天線的一部分。還圖示了散布在微帶支撐pcb輻射元件10和帶狀線支撐pcb輻射元件30之間的多個高頻帶元件50。

圖7是實現本發明的示例的雙頻帶天線的示意圖。在該示例中，存在低頻帶元件的單個線性陣列60和高頻帶元件的兩個線性陣列62，每個線性陣列62在低頻帶陣列的一側。在該視圖中，如圖5所示，底部兩個輻射元件包括包含微帶支撐pcb18的微帶支撐pcb輻射元件10，並且頂部四個輻射元件包括包含帶狀線支撐pcb38的帶狀線支撐pcb輻射元件30。雖然在本示例中圖示了兩個微帶輻射元件/四個帶狀線輻射元件組合，但是可以採用不同的組合來實現期望的結果。例如，可以使用附加元件來採用更長的天線以成形仰角波束寬度，並且因此元件的不同組合將是必要的。此外，對跨線性陣列的功率分布(例如，功率錐度)的改變也可能影響帶狀線元件和微帶元件的最佳混合。此外，雖然單列低頻帶輻射元件可能足以提供65°的hpbw輻射圖案，但是可以採用附加的低頻帶元件列或低頻帶元件的交錯線性陣列來加寬孔徑(aperture)並產生更窄的波束寬度。此外，可以在多波束天線中採用多列陣列。

參考圖8，與全部使用帶狀線支撐pcb或者全部使用微帶pcb相比，在輻射元件陣列中組合帶狀線支撐pcb和微帶支撐pcb導致改進的偏斜性能。例如，在15°下傾角時，偏斜在所有頻率下都遠低於15°。對於測得的其它下傾角值(7°和0°)，偏斜很少超過5°。全波偶極子與微帶支撐pcb和帶狀線支撐pcb的混合的組合可以有利地用於多頻帶、超寬帶天線(諸如'938申請的雙頻帶基站天線)中。

鑑於所公開的發明的原理可以應用到的許多可能的實施例，應當認識到的是，所示出的實施例僅僅是本發明的優選示例，而不應當被認為是限制本發明的範圍。相反，本發明的範圍由以下權利要求限定。因此，我們將所有來自這些權利要求的範圍內的內容作為我們的發明而要求保護。