超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的制作方法
【專利摘要】超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線。超寬帶雙頻帶蜂窩雙極化基站天線以及用于該種天線的低頻帶輻射器被公開。該低頻帶輻射器包括：按交叉布置方式被配置的偶極子和擴展偶極子、把擴展偶極子連接到天線饋送器的電容性耦聯(lián)饋送器、以及一對輔助輻射元件。該偶極子包括兩個偶極子臂，每一個偶極子臂大約為λ/4，用于連接到天線饋送器。該擴展偶極子有大約為λ/2的反諧振偶極子臂。該輔助輻射元件被平行地配置在擴展偶極子的相對兩端。該輻射器適用于698-960MHz的頻率范圍，并提供大約65度的水平射束寬度。該雙頻帶基站天線包括按至少一個陣列被配置的高頻帶輻射器，以及按規(guī)則間隔被散置在所述高頻帶輻射器之中的低頻帶輻射器。
【專利說明】超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線
[0001]交叉參考相關申請
[0002]本申請是美國申請序號如.61/730,853的繼續(xù)，并要求該美國申請序號^0.61/730,853的優(yōu)先權，其公開內容通過引用被合并入本申請。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明一般涉及用于蜂窩系統(tǒng)的天線，尤其涉及用于蜂窩基站的天線。
【背景技術】
[0004]無線技術的發(fā)展，通常要求無線操作員在他們的網(wǎng)絡中部署新的天線設備。不利的是，天線塔變成多種天線混雜，同時安裝和維護變得更復雜?；咎炀€通常覆蓋單個窄的頻帶。這樣做已經(jīng)導致過多的天線被安裝在站點上。由于如此多天線的視覺污染，地方政府已經(jīng)施加限制，從而使新的站點難以獲得批準。某些天線設計已經(jīng)嘗試組合兩個頻帶和擴展帶寬，但由于許多空中接口標準和頻帶的激增，依然要求許多天線。

【發(fā)明內容】

[0005]下面的定義作為一般定義被提供，且決不把本發(fā)明的范圍限制于單單那些術語，而是為更好地理解下面說明書被列出。
[0006]除非另行定義，本文使用的所有技術和科學術語，有與本發(fā)明所屬領域的一般技術人員所共同理解的相同的意義。為了本發(fā)明的目的，下面的術語被定義如下:
[0007]冠詞“一個”和“某個”，本文用于指一個或多于一個(即，至少一個)該冠詞的語法對象。作為例子，“ 一個元件”指一個元件或多于一個元件。
[0008]除非行文另有要求，否則，貫穿本說明書的用語“包括”，應被理解為意味著被陳述的步驟或元件，或者步驟或元件的組的包含關系，而不是任何其他步驟或元件，或者步驟或元件的組的排他關系。
[0009]按照本發(fā)明的一方面，是提供超寬帶雙頻帶雙極化蜂窩基站天線的低頻帶輻射器。如在下文的定義，該雙頻帶包括低頻帶和高頻帶。該低頻帶輻射器包括:偶極子，包括兩個偶極子臂，每個偶極子臂在大約四分之一波長(1/4)上諧振，適用于連接到天線饋送器；有反諧振偶極子臂的擴展偶極子，每一偶極子臂為大約半波長(1/2),該偶極子和擴展偶極子按交叉布置被配置；被連接到擴展偶極子的電容性耦聯(lián)饋送器，用于把擴展偶極子耦聯(lián)到天線饋送器；以及一對輔助輻射元件，平行地被配置在擴展偶極子的相對兩端，其中該偶極子和該對輔助輻射元件一起產(chǎn)生需要的較窄的射束寬度。
[0010]該低頻帶輻射器可以包括用于偶極子和擴展偶極子的中心饋送器，該中心饋送器包括兩塊交叉的印刷電路板，一塊印刷電路板在有四分之一波長(、/4)偶極子臂的偶極子與天線饋送器之間實現(xiàn)連接，另一塊印刷電路板有在其上實現(xiàn)的、在擴展偶極子與天線饋送器之間的電容性耦聯(lián)饋送器。
[0011]例如，該偶極子臂可以用不同長度的金屬圓柱體實施，或者用有形成偶極子臂的金屬化敷層的印刷電路板實施。
[0012]該輔助福射元件可以包括調諧寄生元件(tuned parasitic element)。這種調諧寄生元件每一個可以是形成在具有在印刷電路板上形成的金屬化敷層的印刷電路板上的偶極子，電感元件形成在所述偶極子臂之間。或者，該輔助輻射元件可以包括驅動偶極子元件(driven dipole element)。
[0013]該低頻帶輻射器可以適用于698-960MHZ的頻率范圍。
[0014]該低頻帶輻射器可以在具有大于30%的工作帶寬且水平射束寬度在55°到75°范圍的雙頻帶天線中，被用作部件。再進一步，兩個正交極化的水平射束寬度可以在55度到75度的范圍中。甚至再進一步，兩個正交極化的水平射束寬度可以在60度到70度的范圍中。優(yōu)選地，兩個正交極化的水平射束寬度是大約65度。
[0015]該電容性耦聯(lián)饋送器可以包括串聯(lián)電感器和電容器。
[0016]按照本發(fā)明的再一方面，是提供一種超寬帶蜂窩雙極化雙頻帶基站天線。該雙頻帶有適合蜂窩通信的低頻帶和高頻帶。該雙頻帶天線包括:如在前文列舉的許多低頻帶輻射器，每一個低頻帶福射器適用于雙極化，并在雙頻帶天線的地平面(groundplane)上提供干凈區(qū)(clear area),用于把高頻帶福射器定位在雙頻帶天線中；以及許多高頻帶福射器，每一個高頻帶輻射器適用于雙極化，該高頻帶輻射器按至少一個陣列被配置，該低頻帶輻射器按預定間隔，被散置在高頻帶輻射器之中。每一高頻帶輻射器可以適用于提供大約65度的射束寬度。
[0017]該高頻帶輻射器可以適用于1710到2690MHz的頻率范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的布置，在下文僅作為例子，參照附圖描述，附圖中:
[0019]圖1是按照本發(fā)明實施例的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的低頻帶輻射器一部分的側視圖，該天線包括:有反諧振偶極子臂的擴展偶極子；
[0020]圖2是圖1所示的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的低頻帶輻射器的等角投影圖；
[0021]圖3是圖1的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的整個低頻帶輻射器的頂視平面圖；
[0022]圖4是按照本發(fā)明另一個實施例的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線一部分或一段的簡化頂視平面圖，該天線包括高頻帶輻射器和低頻帶輻射器，其中低頻帶輻射器屬于圖1到3所示類型，而高頻帶輻射器按一個或更多陣列被配置；
[0023]圖5是圖4的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線一部分或一段的詳細透視圖，該天線包括高頻帶和低頻帶天線元件；
[0024]圖6是圖5的低頻帶輻射器的方位輻射圖形的極坐標圖；和
[0025]圖7是用于圖1到5的(水平)擴展偶極子的匹配電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線和用于這種天線的低頻帶輻射器，在下文被公開。在下面的描述中，許多特定的細節(jié)，包括具體的水平射束寬度、空中接口標準、偶極子臂形狀和材料諸如此類被列舉。然而，從該公開中，本領域熟練技術人員應當明白，修改和/或替換可以被做出，而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。在其他情況下，特定細節(jié)可以被省去，不至客根天線復雜安裝及維護相關聯(lián)的困難問
頻帶蜂窩基站天線，能夠在操作員下一次5線提供為將來準備的解決方案，以便使用6線網(wǎng)絡的投入使用。部署這種靈活的、可同時向操作員提供顯著的為將來準備的能
、正交極化并支持用于先進的電容解決方案)實施方案。本發(fā)明的實施例，支持目前的護無線操作員避免無線技術演進中某些固:”，意思就是，該天線能在標稱頻率的至少發(fā)注的特征，是射束寬度和形狀以及回波損5(18的程度。在本例中，該超寬帶雙頻帶天
2。這覆蓋了幾乎是分配給所有主要蜂窩系`畫出)。中心饋送器130包括兩個互鎖的交叉印刷電路板(PCB)，上有用于偶極子120、140的形成在相應的PCB上的饋送器。一塊印刷電路板在偶極子140和天線饋送器之間實現(xiàn)連接，而另一塊印刷電路板有在其上實現(xiàn)的、在擴展偶極子120與天線饋送器之間的電容耦聯(lián)饋送器。該天線饋送器可以是平衡轉換器(balun)，這是本領域熟練技術人員熟知的一種配置。傳統(tǒng)偶極子140和天線饋送器之間的連接可以是偶極子的標準配置。
[0035]擴展偶極子120是被拉長的偶極子，有反諧振偶極子臂120A和120B，每個反諧振偶極子臂有大約半波長(λ /2)的長度。如圖3所示，偶極子140和擴展偶極子120按交叉布置被配置。擴展偶極子120的反諧振偶極子臂120Α和120Β，由交叉中心饋送器130電容性耦聯(lián)到天線饋送器(未畫出)。該電容性耦聯(lián)(串聯(lián)電感器和電容器)，能夠在中心饋送器130的PCB的隆起的臂上被實施，該中心饋送器130被插入擴展偶極子120中。偶極子140由被插入管(偶極子臂140Α、140Β)中的PCB上的跡線耦聯(lián)。該跡線通過電感性跡線被饋送到天線饋送器(平衡轉換器)。圖1和2只示出擴展偶極子120和用于該偶極子120的中心饋送器130的PCB ;傳統(tǒng)偶極子140在這些圖中被省去，以便使圖簡化。偶極子120、140的偶極子臂，可以用中空的金屬圓柱體實施，PCB的隆起的臂在那里被插入該金屬圓柱體的相應端。對于擴展偶極子120，電容性耦聯(lián)饋送器，是在插入偶極子臂120Α、120Β的PCB的隆起的臂上被實施的，以便提供電容性耦聯(lián)。雖然偶極子被畫成是由中空金屬管制成，但其他偶極子也可以被實施，例如包含，在印刷電路板上的金屬化部分或簡單的金屬化敷層。串聯(lián)電感和電容的目的，在于與反諧振偶極子臂120Α、120Β的阻抗特征組合，以便形成有需要帶寬的帶通濾波器。
[0036]如圖1和2所示，中心饋送器130把擴展偶極子120懸掛在金屬地平面110上方，優(yōu)選地在該地平面Iio上方四分之一波長處。中心饋送器130可以從偶極子120、140被定位的一側的相對側，被連接到天線饋送器(未畫出)。諸如調諧寄生元件或偶極子，或驅動偶極子的一對輔助輻射元件150Α和150Β被與傳統(tǒng)偶極子140平行地被定位在擴展偶極子120的相對兩端。該調諧寄生元件的每一個，可以是在PCB上形成的偶極子，該PCB具有在該PCB上形成的金屬化敷層(metalisation),電感元件形成在該PCB上的該偶極子的臂之間。電感元件可以被形成在寄生偶極子150AU50B的金屬臂之間，用于調整偶極子臂中電流的相位，以使這些電流與驅動偶極子140中的電流成最佳關系。另外，該輔助輻射元件可以包括驅動偶極子元件。偶極子140與該對輔助輻射元件150 —起產(chǎn)生需要的較窄的射束覽度。
[0037]圖7是示意圖，詳細示出在PCB130上實施的向偶極子臂120A和120B電容性饋電的串聯(lián)電容器和電感器122AU22B。該電容器是偶極子管內的短跡線。該電感器是連接到平衡轉換器的薄跡線。
[0038]偶極子140是豎直偶極子，具有為大約四分之一波長(λ/4)的偶極子臂140Α、140Β，而擴展偶極子120是水平偶極子，具有每個為大約半波長(λ/2)的偶極子臂120Α、120Β。輔助輻射元件150Α和150Β與偶極子140 —起，修改或變窄沿豎直極化的水平射束覽度。
[0039]圖1到3畫出的天線結構，提供超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的低頻帶輻射器100，該輻射器有沿豎直和水平方向取向的交叉偶極子120、140，被定位在金屬地平面110上方約四分之一波長的高度上。該天線結構提供在關注的頻帶上的水平極化、需要的或預定的水平射束寬度、以及寬帶匹配。該對橫向地位移的輔助輻射元件(如，寄生偶極子)150八、1508，與豎直取向的驅動偶極子140—起，提供沿豎直極化的類似的水平射束寬度。該低頻帶輻射器可以在具有大于30%的工作帶寬且水平射束寬度在55。到75。范圍的雙頻帶天線中，被用作部件。再進一步，兩個正交極化的水平射束寬度，可以是在55度到75度的范圍中?？扇〉氖?，兩個正交極化的水平射束寬度，可以是在60度到70度的范圍中。最可取的是，兩個正交極化的水平射束寬度都大約為65度。
[0040]偶極子120有長度大約\ /2的反諧振偶極子臂120八、1208，這些偶極子臂有18(18阻抗、帶寬〉32%的電容性耦聯(lián)饋送器，該偶極子120還提供大約65度的射束寬度。這是在雙極性寬帶天線中的雙極化元件的一個部件。有兩個平行輔助輻射元件150八、1508的單個半波偶極子140，向被擴展偶極子120輻射的信號提供正交極化。超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的低頻帶輻射器100，很好地適合于在698-960冊蜂窩頻帶中使用。在下面的描述中，圖3 (以及圖1和2)所示類型的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線100，將被稱為低頻帶輻射器。這種配置的特別優(yōu)點，在于該低頻帶輻射器100留下地平面的無阻礙區(qū)或干凈區(qū)，在那里，超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線的高頻帶輻射器，能夠按與低頻帶輻射器的最小相互作用而被定位。
[0041]該天線的低頻帶輻射器，如所描述，輻射豎直的和水平的極化。對于蜂窩基站天線，雙斜極化(對豎直傾斜+45°和-45°的線性極化)按慣例被使用。這能夠借助本領域熟練技術人員周知的，從寬帶180°混合(即，等分|禹合器⑶即16^0)向低頻帶輻射器的豎直和水平偶極子饋電被實現(xiàn)。
[0042]這種低頻帶輻射器配置的特別優(yōu)點，在于地平面的無阻礙區(qū)被留下，該區(qū)允許以低頻帶輻射器和高頻帶輻射器之間有最小相互作用，來放置高頻帶輻射器。
[0043]圖4畫出超寬帶雙頻帶雙極化蜂窩基站天線的一部分或一段，該天線包括四個高頻帶輻射器410、420、430、440，被布置成2X2矩陣，具有圖1-3所示類型的低頻帶輻射器100。單個低頻帶輻射器100被散置在與這四個高頻帶輻射器410、420、430、440的預定間隔上。圖1到3所示低頻帶輻射器100的特征，在圖4和5中用相同參考數(shù)字被示出。只為簡明緣故，圖4和5中特征的描`述，在此不再重復，那些特征與圖1-3中示出的那些特征相同。交叉偶極子120和140定義四個象限，其中高頻帶輻射器420和410被定位在左下和右下象限，而高頻帶輻射器440和430被定位在左上和右上象限。低頻帶輻射器100適合于雙極化，并在該雙頻帶天線400的地平面110上提供干凈區(qū)，用于把高頻帶輻射器410、420、430、440定位在該雙頻帶天線400中。省略符號點指示，基站天線可以通過重復圖4所示部分400被形成。中心線左方的寬帶高頻帶福射器440、420，包括一個高頻帶陣列，而由偶極子臂140八和1408定義的中心線右方的那些高頻帶輻射器430、410，包括第二高頻帶陣列。該兩個陣列一起，能夠被用于在高頻帶中提供1110能力。每一高頻帶輻射器410、420、430、440，可以被適合于提供大約65度的射束寬度。
[0044]圖5更詳細畫出圖4所示天線的部分或段400。尤其是，四個高頻帶輻射器410、420,430,440的實施方案被詳細示出。每個高頻帶輻射器410、420、430、440包括一對交叉偶極子450、452、454、456，各被定位在正方形金屬封殼中。在這種情形下，交叉偶極子450、452、454、456被傾斜45。，以便輻射斜的極化。高頻帶輻射器410，包括一對交叉偶極子450，各被布置在正方形小室中，該小室借助另一個金屬壁把矩形金屬壁封殼412分開成兩個小室而被形成。這些偶極子作為蝴蝶結偶極子或其他寬帶偶極子被實施。雖然偶極子的具體配置被示出，但例如，使用管或圓柱體，或作為印刷電路板上的金屬化跡線，其他偶極子也可以被實施。同樣，高頻帶輻射器420，包括一對交叉偶極子452，各被布置在正方形小室中，該小室借助另一個金屬壁把矩形金屬壁封殼422分開成兩個小室而被形成。再進一步，高頻帶輻射器430，包括一對交叉偶極子454，各被布置在正方形小室中，該小室借助另一個金屬壁把矩形金屬壁封殼432分開成兩個小室而被形成。最后，高頻帶福射器440包括一對交叉偶極子456,各被布置在正方形小室中，該小室借助另一個金屬壁把矩形金屬壁封殼442分開成兩個小室而被形成。金屬壁封殼412、422、432、442修改高頻帶輻射器410、420,430,440的對應偶極子450、452、454、456的射束寬度。
[0045]在低頻帶輻射器(有輔助輻射元件的交叉偶極子)100能夠被用于698-960MHZ頻帶的同時，高頻帶輻射器410、420、430、440能夠被用于1.7GHz到2.7GHz (1710_2690MHz)頻帶。低頻帶輻射器100提供有雙極化(水平和豎直極化)的65度射束寬度。這種雙極化是基站天線要求的。傳統(tǒng)偶極子140被連接到天線饋送器，同時，擴展偶極子120由串聯(lián)電感器和電容器耦聯(lián)到天線饋送器。低頻帶輔助輻射元件(如，寄生偶極子)150和豎直偶極子140使豎直偶極子140與輔助輻射元件150 —起的水平射束寬度，與水平偶極子120的射束寬度相同。天線400在單根天線中實現(xiàn)多頻帶天線。
[0046]大約65度的射束寬度是優(yōu)選的，但可以在單個度數(shù)(如，60、61、或62度)基礎上的60度到70度的范圍中。圖6畫出低頻帶輻射器100的方位圖形。
[0047]該超寬帶、雙頻帶蜂窩基站天線，能夠在受限的物理空間中被實施。
[0048]因此，本文描述和/或在圖中示出的超寬帶雙頻帶蜂窩基站天線，以及用于該天線的低頻帶輻射器，僅作為例子給出，不是對發(fā)明范圍的限制。除非另外特別聲明，該天線的各個方面和部件可以被修改，或者因此可以被已知的等效物替代，或者被尚未知曉的替代品，諸如可以在將來研發(fā)的，或者諸如可以被發(fā)現(xiàn)在將來是可接受的替代品替代。
【權利要求】
1.一種超寬帶雙頻帶雙極化蜂窩基站天線的低頻帶輻射器，所述雙頻帶包括低頻帶和高頻帶，所述低頻帶輻射器包括: 偶極子，包括兩個偶極子臂，每一偶極子臂在大約四分之一波長上諧振，適用于連接到天線饋送器； 有反諧振偶極子臂的擴展偶極子，每一偶極子臂為大約半波長，所述偶極子和擴展偶極子按交叉布置被配置； 電容性耦聯(lián)饋送器，被連接到所述擴展偶極子，用于把所述擴展偶極子耦聯(lián)到所述天線饋送器；和 一對輔助輻射元件，平行地被配置在所述擴展偶極子的相對兩端，其中所述偶極子和所述一對輔助輻射元件一起產(chǎn)生需要的較窄的射束寬度。
2.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，包括用于所述偶極子和擴展偶極子的中心饋送器，該中心饋送器包括兩塊交叉印刷電路板，一塊印刷電路板，在有四分之一波長偶極子臂的所述偶極子與所述天線饋送器之間實現(xiàn)連接，而另一塊印刷電路板有在其上實現(xiàn)的、在所述擴展偶極子與所述天線饋送器之間的所述電容性耦聯(lián)饋送器。
3.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述偶極子臂是用不同長度的金屬圓柱體實施的。
4.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述偶極子臂是使用有形成偶極子臂的金屬化敷層的印刷電路板實施的。
5.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述輔助輻射元件包括調諧寄生元件。
6.按照權利要求4所述的低頻帶輻射器，其中所述調諧寄生元件每一個都是形成在有在所述印刷電路板上形成的金屬化敷層的印刷電路板上的偶極子，電感元件形成在所述偶極子的臂之間。
7.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述輔助輻射元件包括驅動偶極子元件。
8.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述低頻帶輻射器適用于698-960MHZ的頻率范圍。
9.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，在有大于30%的工作帶寬且水平射束寬度在55°到75°范圍的雙頻帶天線中，被用作部件。
10.按照權利要求9所述的低頻帶輻射器，其中兩個正交極化的水平射束寬度是在55度到75度的范圍中。
11.按照權利要求9所述的低頻帶輻射器，其中兩個正交極化的水平射束寬度是在60度到70度的范圍中。
12.按照權利要求9所述的低頻帶輻射器，其中兩個正交極化的水平射束寬度是大約65度。
13.按照權利要求1所述的低頻帶輻射器，其中所述電容性耦聯(lián)饋送器包括串聯(lián)電感器和電容器。
14.一種超寬帶蜂窩雙極化雙頻帶基站天線，所述雙頻帶有適合于蜂窩通信的低頻帶和高頻帶，所述雙頻帶天線包括: 按照權利要求1所述的多個低頻帶輻射器，每一個低頻帶輻射器適用于雙極化，并在所述雙頻帶天線的地平面上提供干凈區(qū)，用于把高頻帶輻射器定位在所述雙頻帶天線中；和 多個高頻帶輻射器，每一個高頻帶輻射器適用于雙極化，所述高頻帶輻射器按至少一個陣列被配置，所述低頻帶輻射器按預定間隔被散置在所述高頻帶輻射器之中。
15.按照權利要求14所述的雙頻帶天線，其中每一個高頻帶輻射器適用于提供大約65度的射束寬度。
16.按照權利要求14所述的雙頻帶天線，其中所述高頻帶輻射器適用于1710到2690冊12的頻率范圍。
【文檔編號】H01Q21/24GK103840254SQ201310596280
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2012年11月22日
【發(fā)明者】B·B·瓊斯, J·K·A·艾倫 申請人:安德魯有限責任公司