蜂窩基站天線典型地包含由功率分配饋送網(wǎng)絡(luò)連接的一列或多列輻射元件。這個饋送網(wǎng)絡(luò)包含將輸入功率在輻射元件的組或輻射元件的子陣列之間分配的功率分配器。饋送網(wǎng)絡(luò)還被設(shè)計為生成在每個輻射元件或輻射元件的子陣列處的特定相位值。這個饋送網(wǎng)絡(luò)還可以包含移相器，其允許調(diào)整對于每一個輻射元件或輻射元件的子陣列的相位，從而調(diào)整天線圖案的主波束的波束峰位置。

用于移動電話和數(shù)據(jù)終端的高速數(shù)據(jù)的無線通信的一個標(biāo)準(zhǔn)被稱為長期演進(jìn)，通常被縮寫為LTE并且被營銷為4G LTE。LTE標(biāo)準(zhǔn)在不同的子頻帶中支持頻分雙工(FDD-LTE)技術(shù)和時分雙工(TD-LTE)技術(shù)。例如，2490-2690MHz頻帶被全世界許可用于TD-LTE。在這些相同的國家中的許多國家，諸如1710-1880MHz、1850-1990MHz、1920-2170MHz和1710-2155MHz的頻帶可以被用于FDD-LTE的應(yīng)用。

在1710MHz至2690MHz的頻帶中操作的超寬帶輻射元件是可用的。但是，鼓勵在不同的子頻帶中使用不同的多輸入多輸出(MIMO)配置。很多TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用了多列波束成形天線。對于TD-LTE優(yōu)化的天線可以包括間隔0.5-0.65個波長的4列輻射器，并且每一列的輻射器在2490-2690MHz頻帶中生成約為65度到90度的額定列半功率波束寬度(HPBW)。這將導(dǎo)致4x1的MIMO天線。相反，在FDD-LTE應(yīng)用中，鼓勵使用2x1的MIMO，該MIMO使用具有額定45度-65度的HPBW和約為一個波長的列間隔的2列輻射器。由于這些涉及MIMO端口的數(shù)量和列間隔的不同的需求，4x1的MIMO和2x1的MIMO通常在不同的天線中實現(xiàn)。

已知試圖將在常見輻射元件陣列中的子頻帶組合。例如，2013年2月20日遞交的美國專利申請序列第13/711,474號中，公開了為了允許多個更窄波段的特定于頻率的饋送網(wǎng)絡(luò)被附接到相同的輻射元件的陣列，使用寬帶輻射元件，并且隨后在輻射元件和其余饋送網(wǎng)絡(luò)之間放置復(fù)用濾波器(例如，雙工器、三工器)，將通過引用將該申請結(jié)合于此。這個對輻射元件的共享允許例如單獨(dú)一列輻射元件生成具有對于兩個不同頻帶獨(dú)立的仰角下傾角的圖案。這個概念原則上可以被擴(kuò)展到具有多列輻射元件的天線。但是，在實踐中，如果列的數(shù)量和列間隔對于LTE的一個子頻帶優(yōu)化，則列的數(shù)量和列間隔將不能對于LTE的其他子頻帶優(yōu)化。例如，對于FDD-LTE的1900MHz的子頻帶(以約一個波長間隔的兩列)優(yōu)化的設(shè)計將導(dǎo)致對于TD-LTE的子頻帶的次優(yōu)的配置(以約1.3個波長間隔的兩列，而期望的是以0.65個波長間隔的四列)。

方位圖案變化是關(guān)于超寬帶天線存在的另一個問題。例如，在無線通信市場中，存在對于在1710-2170MHz和2490-2690MHz頻帶中生成獨(dú)立圖案的天線的需求。覆蓋整個1710-2690MHz的輻射元件是已知的。但是，因為1710-2690MHz是42％的頻帶(即，頻帶寬是頻帶中點(diǎn)的42％)，生成例如33至45度的窄HPBW的多列陣列將在跨該頻帶中經(jīng)歷方位HPBW的42％的變化。這樣的變化量對于很多應(yīng)用是不能接受的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)發(fā)明的一個方面，提供了一種包括至少兩列輻射元件的天線。對應(yīng)于第一子頻帶的第一端口耦合到第一功率分配器，其中該功率分配器的第一輸出和第二輸出被耦合到輻射元件中的兩列。對應(yīng)于第二子頻帶的第二端口耦合到第二功率分配器，其中第二功率分配器的第一輸出和第二輸出也被耦合到輻射元件中的兩列。第一功率分配器具有第一功率分配比，并且第二功率分配器具有與第一功率分配比不同的第二功率分配比。

在一個示例中，第一功率分配比是1∶2，并且第二功率分配比不是1∶2，即，第二功率分配器包括不等分功率分配器。這樣允許第二子頻帶的半功率波束寬度(HPBW)獨(dú)立于第一子頻帶的HPBW來配置。來自第一端口和第二端口的信號可以被雙工器在輻射元件處組合。

在一個示例中，輻射元件的列具有在對應(yīng)于第一子頻帶的頻率處的約一個波長的間隔，并且第一子頻帶具有第一半功率波束寬度。第二功率分配器被選擇以使得對應(yīng)于第二子頻帶的第二半功率波束寬度近似等于第一半功率波束寬度。在另一示例中，第一子頻帶具有第一半功率波束寬度，并且第二功率分配器被選擇以使得對應(yīng)于第二子頻帶的第二半功率波束寬度不等于第一半功率波束寬度。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種多列天線，包括多列輻射元件、多個第一子頻帶端口和多個第二子頻帶端口。多個第一子頻帶端口中的每一個被第一子頻帶饋送網(wǎng)絡(luò)耦合到多列輻射元件中的一列。多個第二子頻帶端口中的每一個被包括功率分配器的第二子頻帶饋送網(wǎng)絡(luò)耦合到多列輻射元件中的兩列。第二子頻帶饋送網(wǎng)絡(luò)之一的一部分和第一子頻帶饋送網(wǎng)絡(luò)之一可以被雙工器耦合到輻射元件的列。

在一個示例中，輻射元件的列具有在第一子頻帶頻率處的約0.5-0.65個波長的間隔。由第二子頻帶的輻射元件中的一個形成的一對輻射元件的列具有包括在第二子頻帶頻率處的約一個波長的間隔的孔徑。天線還可以進(jìn)一步包括四列輻射元件，多個第一子頻帶端口包括四個2600MHz子頻帶端口并且多個第二子頻帶端口包括兩個1900MHz子頻帶端口。在這個示例中，天線包括全部在相同的共享的四列輻射元件上操作的對于2600MHz子頻帶優(yōu)化的4x1的MIMO陣列和對于1900MHz子頻帶優(yōu)化的2x1的MIMO陣列。

附圖說明

本發(fā)明的示意性實施例將參考下列附圖在下文詳細(xì)說明。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對于TD-LTE優(yōu)化的4x1的MIMO天線10的示例；

圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對于FDD-LTE優(yōu)化的2x1的MIMO天線20的示例；

圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的將常見輻射元件陣列中的子頻帶組合的天線30的示例；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的多頻帶天線40；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的天線50；以及

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的又一方面的對于TD-LTE和FDD-LTE優(yōu)化的MIMO天線60的示例。

具體實施方式

參考圖1，示出了對于TD-LTE優(yōu)化的4x1的MIMO天線10的示例。天線包括4個輸入端口，端口1-端口4，和間隔0.5-0.65個波長的4列輻射器12。每一列12在2490-2690MHz頻帶中生成約65度到90度的額定列HPBW。每一列12具有包括可調(diào)移相器14的饋送網(wǎng)絡(luò)。每一個移相器14將輸入端口與列12的獨(dú)立輻射元件13a和/或兩個或更多個的輻射元件的子陣列13b耦合。移相器14改變向單獨(dú)的輻射元件13a和/或兩個或更多個的輻射元件的子陣列13b施加的信號的相對相位確定。這個可變的相位確定允許輻射波束的角度從垂直于輻射元件的陣列被電學(xué)地改變。

參考圖2，示出了對于FDD-LTE優(yōu)化的2x1的MIMO天線20的示例。天線包括2個輸入端口，端口1和端口2，和間隔一個波長的2列輻射器22。每一列22在1710MHz-2155MHz頻帶中生成45度到65度的額定列HPBW。像圖1中的天線一樣，每一列22具有包括可調(diào)移相器14的饋送網(wǎng)絡(luò)，該移相器將輸入端口與列22的獨(dú)立輻射元件23a和/或兩個或更多個的輻射元件的子陣列23b耦合。由于這些涉及MIMO端口的數(shù)量和列間隔的不同要求，4x1的MIMO和2x1的MIMO通常在不同的天線中實現(xiàn)。

參考圖3，示出了將常見輻射元件陣列中的子頻帶組合的天線30的示例。設(shè)置了四個端口和兩列32的輻射元件33。端口1和端口2被設(shè)置用于在1900MHz的第一子頻帶，并且端口3和端口4被設(shè)置用于在2600MHz的第二子頻帶。輻射元件36是寬帶輻射元件。端口1耦合到第一列32的移相器34a。端口3耦合到第一列32的移相器34b。移相器34a和34b經(jīng)由復(fù)用濾波器38(例如，雙工器、三工器)耦合到輻射元件33。通常，饋送網(wǎng)絡(luò)包括附加的移相器輸出和輻射元件，來更好地定義仰角波束圖案。參見例如，2013年2月20日遞交的美國專利申請序列第13/711,474號，通過引用將其結(jié)合于此。這個對輻射元件的共享允許例如單獨(dú)列的輻射元件來生成具有對于兩個不同頻率帶的獨(dú)立的仰角下傾角的圖案。

圖3將這個概念擴(kuò)展到多列的輻射元件。端口2耦合到第二列32的移相器34a。端口4耦合到第二列32的移相器34b。移相器34a和34b經(jīng)由復(fù)用濾波器38耦合到輻射元件33。

但是，如圖3中示出的示例的缺點(diǎn)是如果列的數(shù)量和列間隔對于LTE的一個子頻帶優(yōu)化，列的數(shù)量和列間隔將不能對于LTE的其他頻帶優(yōu)化。例如，圖3中的天線30可以通過將第一列32和第二列32間隔約一個波長來對于FDD-LTE的1900MHz的子頻帶優(yōu)化。但是，這將導(dǎo)致對于TD-LTE的子頻帶的次優(yōu)的配置。首先，僅設(shè)置了兩列，而期望的是四列。另外，列間隔為約在2600MHz的子頻帶中的1.3個波長，而期望的是0.65個波長。

圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的多頻帶天線40。設(shè)置了兩列42輻射元件43。設(shè)置了兩個端口。端口1是1900MHz的子頻帶，并且端口2是2600MHz的子頻帶。

端口1耦合到移相器網(wǎng)絡(luò)44a。提供給列42中的每一個輻射元件43(或輻射元件的子陣列)的信號的相位可以被改變以調(diào)整電波束傾斜。移相器網(wǎng)絡(luò)44a的輸出連接到功率分配器46a。功率分配器46a分配RF信號并且將相位調(diào)整信號提供給單獨(dú)列42。端口2耦合到移相器網(wǎng)絡(luò)44b。移相器網(wǎng)絡(luò)44b的輸出連接到功率分配器46b。功率分配器46b分配RF信號并且將經(jīng)相位調(diào)整的信號提供給單獨(dú)列42。雙工器48將來自端口1饋送網(wǎng)絡(luò)和端口2饋送網(wǎng)絡(luò)的信號組合，并且將信號與輻射元件43耦合。

列42可以間隔，例如，約150mm遠(yuǎn)。這是在1900MHz子頻帶的一個波長。在這樣的示例中，與端口1饋送網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的功率分配器46a可以是等分功率分配器并且具有1∶2的功率分配比。但是，在2600MHz，列42的150mm的間隔將是約1.3個波長，縮小了對于2600MHz的子頻帶的HPBW。可以通過將在2600MHz饋送網(wǎng)絡(luò)中的功率分配器46b配置為功率分配比不是1∶2的非等分功率分配器來恢復(fù)HPBW。通過單獨(dú)對于每一個子頻帶配置功率分配器46a、46b的功率分配比，1900MHz子頻帶的HPBW可以被配置為與2600MHz子頻帶的HPBW相同。

可替代地，可以使用這個結(jié)構(gòu)有意地生成不同圖案的波束寬度。例如，在具有用于兩個獨(dú)立的頻帶的饋送網(wǎng)絡(luò)的天線中，一個頻帶可以使用配置為生成45度的HPBW的功率分配器，而另一個頻帶可以使用配置為生成33度的HPBW的功率分配器。

圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的天線50。設(shè)置了兩列52的輻射元件53。設(shè)置了兩個端口。端口1是1900MHz的子頻帶，而端口2是2600MHz的子頻帶。

端口1(1900MHz子頻帶)耦合到第一功率分配器56a，該功率分配器分配信號使得可以向兩個不同列52的饋送網(wǎng)絡(luò)提供信號。功率分配器56a的輸出被耦合到在每一列52中的移相器網(wǎng)絡(luò)54a。端口2(2600MHz子頻帶)耦合到第二功率分配器56b，該功率分配器分配信號使得可以向兩個不同列52的饋送網(wǎng)絡(luò)提供信號。功率分配器56b的輸出被耦合到在每一列52中的移相器網(wǎng)絡(luò)54b。雙工器58將來自端口1饋送網(wǎng)絡(luò)和端口2饋送網(wǎng)絡(luò)的信號組合，并且將信號耦合到輻射元件53。

功率分配器56a、56b可以如上所述地對于每一個子頻帶獨(dú)立配置，使得1900MHz子頻帶的HPBW可以被配置為與2600MHz子頻帶的HPBW相同。另外，如上所述，可以使用這個結(jié)構(gòu)有意地生成對于不同子頻帶的不同的圖像波束寬度。

參考圖6，示出了對于TD-LTE和FDD-LTE優(yōu)化的MIMO天線60的示例。天線60包括用于TD-LTE的2600MHz的4個端口，2600MHz的端口1-2600MHz的端口4，以及四列62的輻射器63。列62的間隔為0.5-0.65個波長。這將如期望的對于2600MHz的TD-LTE頻帶導(dǎo)致4x1的MIMO。

每一列62在2490MHz-2690MHz頻帶中生成65度到90度的額定列HPBW。每一列22具有包括可調(diào)移相器網(wǎng)絡(luò)64的饋送網(wǎng)絡(luò)。每一個移相器網(wǎng)絡(luò)64將端口與列62的獨(dú)立輻射元件63(和/或兩個或更多個的輻射元件的子陣列)耦合。移相器網(wǎng)絡(luò)64改變應(yīng)用到獨(dú)立輻射元件63的信號的相對定向，以實現(xiàn)電學(xué)的下傾斜角。

天線60進(jìn)一步包括兩個用于FDD-LTD的1900MHz端口(1900MHz端口1-1900MHz端口2)。對于1900MHz頻帶，四個列62被功率分配器66成對組合，以形成兩個陣列。每一對列62的孔徑的中央之間的間隔是150mm(約一個波長)，導(dǎo)致了如期望的對于FDD-LTE的1900MHz頻帶的2x1的MIMO配置。有利地，功率分配器66可以被配置為如參見圖4和圖5描述的不等分功率分配器來控制HPBW。例如，HPBW可以取決于被用于組合兩個相鄰列的功率分配器而在40度-90度之間調(diào)整。當(dāng)使用了不等分功率分配器66時，每一個功率分配器66的更大的幅度被導(dǎo)向內(nèi)部的列62，并且更小的幅度被導(dǎo)向外部的列62，使得兩個內(nèi)部的列62具有比外部的列62更大的幅度。按此方法，1900MHz端口2具有與1900MHz端口1相比的鏡像功率分布?？商娲?，可以以其他方式組合列，諸如組合全部4個列來生成20-35度的窄HPBW。

這些可能性將允許擁有在多個頻帶中的頻譜的運(yùn)營商能夠在使用完全相同的天線的同時，生成對于兩個不同頻帶的完全獨(dú)立的方位分布，這將在提高站點(diǎn)的外觀美感的同時，減少站點(diǎn)資本費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、租金和塔的負(fù)載。

雖然這里的說明是參考在發(fā)送方向上的信號流做出的，但是組件展現(xiàn)了互易性，并且接收的信號以相反的方向移動。例如，輻射元件也接收無線電頻率能量，功率分配器也組合接收的無線電頻率能量等。