一種天線裝置以及基站的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)通信的天線裝置，該天線裝置包括適用于至少兩個(gè)不同的頻帶的多個(gè)發(fā)射器，該多個(gè)發(fā)射器設(shè)置在反射器之上。而且，本發(fā)明還涉及一種用于移動(dòng)通信的基站，該基站包括至少一個(gè)上述類型的天線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的通信天線裝置可以包括多個(gè)發(fā)射天線元件、天線饋電網(wǎng)絡(luò)和反射器。發(fā)射器通常排列成多個(gè)列，每一列發(fā)射器形成一個(gè)天線。發(fā)射器可以是單極化的或雙極化的；在后一種情形下，每個(gè)天線需要兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)，即每一極化需要一個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)。發(fā)射器通常在反射器之上排列為陣列，大多數(shù)情況下排列為沿豎直平面延伸的一維陣列，但也會(huì)使用二維陣列。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，下面僅考慮一維陣列，但這不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制了本專利的范圍。天線的發(fā)射性能受限于它的孔徑，該孔徑定義為垂直于被接收或被傳輸?shù)男盘?hào)的有效天線面積。天線增益和波瓣寬度與天線孔徑和運(yùn)行頻率直接相關(guān)。例如，當(dāng)頻率加倍時(shí)，波長(zhǎng)減半，而對(duì)于相同的孔徑，增益加倍，波瓣寬度減半。為使陣列正確運(yùn)行，發(fā)射器通常相互隔開一定距離，該距離略微小于它們運(yùn)行的波長(zhǎng)，因而增益將會(huì)與所使用的發(fā)射器的數(shù)量成正比，而波瓣寬度將會(huì)與發(fā)射器的數(shù)量成反比。
[0003]隨著蜂窩系統(tǒng)(GSM、DCS、UMTS、LTE、WiMAX等)和不同頻帶(700MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2600MHz等)的增長(zhǎng)，將適用于不同的蜂窩系統(tǒng)和不同頻帶的天線重組為一個(gè)多頻帶天線的做法成為有益的。通常的方案是將低頻帶天線(例如GSM 800或GSM900)與一個(gè)或多個(gè)高頻帶天線(例如DCS 1800、PCS 1900或UMTS 2100)相組合。最近才成為可用的頻帶，例如2600MHz頻帶，也可以被包括在多頻帶天線裝置中。
[0004]低頻帶天線通常用于達(dá)成最佳的蜂窩覆蓋，其增益必須越高越好。高頻帶天線用于加入另一頻帶以增大容量，而其增益直到最近也沒(méi)有得到優(yōu)化，趨勢(shì)是使兩個(gè)頻帶保持相似的豎直波瓣寬度，其結(jié)果是，與低頻帶天線的孔徑相比較，高頻帶天線的孔徑較小，典型的情況是高頻帶天線的孔徑大約是低頻帶天線的孔徑的一半。這也允許了在并排式結(jié)構(gòu)中，例如一個(gè)堆疊在另一個(gè)之上的兩個(gè)高頻帶天線115位于一個(gè)低頻帶天線116旁邊(圖ΙΑ) ο這兩個(gè)天線可以用于兩個(gè)不同的頻帶(例如PCS 1900以及UMTS2100或LTE 2600)。所使用的另一種結(jié)構(gòu)是交錯(cuò)式天線。在這種結(jié)構(gòu)中，將如W02006/058658-A1所描述的由低頻帶發(fā)射器和高頻帶發(fā)射器組合而構(gòu)成的雙頻帶發(fā)射元件113與單頻帶的低頻帶發(fā)射器111和高頻帶發(fā)射器112 —起使用(圖1B)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的多頻帶天線裝置的缺點(diǎn)在于高頻帶天線不能利用反射器之上可用的整個(gè)豎直孔徑。隨著智能手機(jī)越來(lái)越多地被使用，蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)從提供語(yǔ)音通話轉(zhuǎn)移至提供數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)營(yíng)商迫切需要為數(shù)據(jù)傳輸提供更大容量，這經(jīng)常與諸如LTE等新的蜂窩系統(tǒng)相結(jié)合。
[0006]諸如CDMA和LTE等的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)計(jì)成更高的接收功率會(huì)產(chǎn)生更高的數(shù)據(jù)傳輸吞吐量。獲得更高的接收功率的一種方式是增大基站天線的增益，這能夠通過(guò)增大天線孔徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007]增大高頻帶天線的孔徑的一個(gè)問(wèn)題在于，隨著運(yùn)行在高頻率的發(fā)射器的數(shù)量相比于運(yùn)行在低頻率的發(fā)射器的數(shù)量的增加，傳統(tǒng)的基于狹窄柔性電纜的饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗也會(huì)增加，因而通過(guò)增大天線孔徑獲得的額外增益的部分或全部會(huì)損耗在饋電網(wǎng)絡(luò)中。更新的諸如LTE標(biāo)準(zhǔn)等的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)包括使用MMO(多輸入多輸出，Multiple Input MultipleOutput)天線，從而通過(guò)使用多個(gè)用于接收具有低關(guān)聯(lián)度的信號(hào)的天線來(lái)增大數(shù)據(jù)吞吐量。因此，在多頻帶天線裝置中加入更多天線是有益的。
[0008]使用如W02006/058658-A1所描述的雙頻帶偶極子的問(wèn)題在于，高頻帶偶極子會(huì)影響低頻帶偶極子的性能，并且難以同時(shí)優(yōu)化低頻帶和高頻帶的性能。
[0009]如果為多頻帶天線中的低頻帶和高頻帶分別使用單獨(dú)的發(fā)射器，那么適用于不同頻帶的發(fā)射器需要緊靠彼此而運(yùn)行。它們因而會(huì)對(duì)彼此的輻射圖產(chǎn)生不利影響，或者在它們自身之間耦合無(wú)用的信號(hào)。
[0010]本發(fā)明的目的在于改進(jìn)多頻帶天線裝置的性能。
[0011]為了達(dá)成本發(fā)明的上述目的，提供了一種用于移動(dòng)通信的天線裝置，該天線裝置包括適用于至少兩個(gè)不同的頻帶的多個(gè)發(fā)射器，該多個(gè)發(fā)射器設(shè)置在反射器之上，其中，該多個(gè)發(fā)射器包括適于在上述至少兩個(gè)不同的頻帶中的第一頻帶運(yùn)行的第一組發(fā)射器，該多個(gè)發(fā)射器包括適于在上述至少兩個(gè)不同的頻帶中的第二頻帶運(yùn)行的第二組發(fā)射器，第一組發(fā)射器形成第一天線，第二組發(fā)射器形成第二天線，發(fā)射器是交叉極化的，第一組發(fā)射器是十字型的，第二組發(fā)射器是四葉型的。
[0012]借助于本發(fā)明的天線裝置，提高了多頻帶天線裝置的性能。
[0013]反射器可以由導(dǎo)電材料制成，優(yōu)選為金屬或金屬組合物，但也可以使用其它導(dǎo)電材料。發(fā)射器可以設(shè)置在反射器的前方。發(fā)射器優(yōu)選為偶極子，但也可以使用諸如貼片等的其它發(fā)射器。發(fā)射器可以有不同的極化，諸如水平的、豎直的、正45度的、負(fù)45度的、或任何其它的極化?？梢詫蓚€(gè)極化組合在同一個(gè)發(fā)射元件中以形成雙極化偶極子。每一行以及每一極化的發(fā)射元件可以經(jīng)由饋電網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)連接器供電。尤其是對(duì)于諸如1800MHz或2600MHz等更高頻率，當(dāng)整個(gè)天線孔徑被使用時(shí)饋電網(wǎng)絡(luò)中的損耗是顯著的，因而使用例如W02005/101566-A1所公開的低損耗饋電網(wǎng)絡(luò)是有益的，而考慮到低頻帶經(jīng)常用于信號(hào)覆蓋，低損耗饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)于低頻帶也是有利的。
[0014]配電網(wǎng)絡(luò)的目的在于將信號(hào)從公共連接器分配至發(fā)射器。從發(fā)射器饋送的信號(hào)的相位和幅值被確定為能夠在豎直圖中獲得所需的輻射圖。該輻射圖在豎直平面內(nèi)可以具有傾斜，可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式根據(jù)零值補(bǔ)償(nulΙ-fill)以及上側(cè)波瓣抑制來(lái)優(yōu)化該輻射圖。以同樣的方式，可以在饋電網(wǎng)絡(luò)中使用可變移相器來(lái)提供可調(diào)節(jié)的豎直傾斜。
[0015]當(dāng)整個(gè)天線孔徑被高頻帶天線所使用時(shí)，由于例如準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)天線的豎直傾斜的問(wèn)題，豎直波束寬度變得如此之小以至于不具有實(shí)用價(jià)值。因而，有益的是優(yōu)化饋電網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)一步優(yōu)化天線旁瓣，以改善受覆蓋小區(qū)的覆蓋，并減少在無(wú)用的方向上傳輸?shù)男盘?hào)，從而降低蜂窩系統(tǒng)中的干擾。這樣的對(duì)旁瓣圖的優(yōu)化通常會(huì)以天線增益為代價(jià)來(lái)增大波束寬度，然而由于干擾降低了，蜂窩的整體性能將會(huì)得到改善。
[0016]對(duì)于諸如包括MIMO的LTE的新的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，提供包括適用于相同頻帶的多個(gè)天線的天線裝置是有益的。對(duì)于例如具有雙極化發(fā)射器的兩個(gè)天線列，可以實(shí)現(xiàn)4倍的ΜΜ0。MIMO要求每一頻道接收到的信號(hào)(對(duì)應(yīng)于例如一個(gè)天線中的一個(gè)極化)具有低關(guān)聯(lián)度。例如可以通過(guò)使用正交極化、或分離天線、或二者的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)低關(guān)聯(lián)度。對(duì)于使用天線分離法的優(yōu)化的去相關(guān)，需要多個(gè)波長(zhǎng)的分離，因此適用于相同頻帶的并排的兩個(gè)天線不是最優(yōu)的。多頻帶天線裝置中更佳的方案是在用于MIMO的相同頻帶的兩個(gè)天線之間設(shè)置適用于另一頻帶的天線。
[0017]能夠在多頻帶天線裝置中使用的一類可能的發(fā)射器是偶極子。如今，在蜂窩系統(tǒng)中，雙極化元件幾乎是專用的，通常是正/負(fù)45度的結(jié)構(gòu)?；镜腡形偶極子具有提供良好的輻射效率的優(yōu)點(diǎn)，但其頻帶寬度很差?？梢酝ㄟ^(guò)提供更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)來(lái)改善偶極子的頻帶寬度。一個(gè)用于雙極化偶極子的這樣的結(jié)構(gòu)是如圖5所示的四葉草形結(jié)構(gòu)，其具有良好的頻帶寬度性能。這一偶極子當(dāng)在多頻帶天線裝置中使用于高頻帶天線時(shí)能夠給出很好的結(jié)果，但如果使用于低頻帶天線，它的尺寸就太大了。并且，偶極子與反射器之間的距離典型地是四分之一波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)，因此，大的低頻帶偶極子將會(huì)部分地遮擋高頻帶偶極子，對(duì)高頻帶輻射圖產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致不同頻帶的偶極子之間的無(wú)用耦合。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低頻帶天線，使用如圖6所示的十字形偶極子是有益的。需要強(qiáng)調(diào)的是，圖5所示的形狀并不是能夠有益地用于高頻帶偶極子的唯一形狀，其它結(jié)構(gòu)也是可能的，諸如，如W02005/060049-A1所描述的提供方形框架、或如W02008/017386-A1所示的由方形板形成的偶極子，或者使用三角形板。通過(guò)提供覆蓋了例如1700至2200MHz的頻帶的大頻帶寬度的發(fā)射器，天線裝置之內(nèi)的多個(gè)天線能夠具有相同的偶極子但與不同頻帶(例如PCS1900和UMTS 2100)下的不同蜂窩系統(tǒng)一起工作，或者上述不同天線能夠被用于一個(gè)蜂窩系統(tǒng)(例如 LTE)的 MIMOo
[0018]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一組發(fā)射器是低頻帶發(fā)射器，第二組發(fā)射器是高頻帶發(fā)射器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一組發(fā)射器排列在第一行，第二組發(fā)射器排列在與第一行平行的第二行。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該天線裝置包括反射器，例如導(dǎo)電反射器，反射器沿著縱軸方向縱向延伸，上述第一行和第二行平行于該縱軸。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，上述多個(gè)發(fā)射器還包括形成第三天線的第三組發(fā)射器，第三組發(fā)射器排列在與上述第一行和第二行平行的第三行。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第三組發(fā)射器適于在不同于上述第一頻帶和第二頻帶的第三頻帶運(yùn)行。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第三組發(fā)射器是四葉型的。優(yōu)選地，第三組發(fā)射器是高頻帶發(fā)射器。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一組發(fā)射器位于第二組和第三組之間。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第一組發(fā)射器具有與第二組發(fā)射器相同的天線孔徑，例如相同的天線孔徑長(zhǎng)度。第一組發(fā)射器在反射器的縱軸方向上具有與第二組發(fā)射器相同的天線孔徑，例如相同的天線孔徑長(zhǎng)度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第三組或行發(fā)射器具有與第一、第二組或行發(fā)射器相同的天線孔徑，例如相同的天線孔徑長(zhǎng)度。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)反射器安裝為沿著豎直方向延伸時(shí)，第一組發(fā)射器