三極子天線元件與天線陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙極化基站天線，包括具有縱向軸的反射體以及布置于反射體上的三極子元件陣列。每個(gè)三極子元件都具有第一側(cè)臂和第二側(cè)臂。三極子元件還包括近似垂直于第一及第二側(cè)臂的中心臂。三極子元件被定向使得側(cè)臂或中心臂平行于反射體的縱向軸。該天線還包括具有與三極子元件的第一臂耦接的第一信號(hào)通路以及與三極子元件的第二臂耦接的第二信號(hào)通路的饋送網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)例中，三極子元件陣列產(chǎn)生與縱向軸成+45°和-45°的交叉極化的波束。三極子陣列可以用于多頻段天線中。
【專利說(shuō)明】三極子天線元件與天線陣列[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用[0002]本申請(qǐng)要求在2011年5月2日提交的且題目為“三極子天線元件與天線陣列”的 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/481，387的優(yōu)先權(quán)，并且通過(guò)引用的方式并入本文?！颈尘凹夹g(shù)】[0003]用于無(wú)線語(yǔ)音和/或數(shù)據(jù)通信的天線典型地包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)饋送網(wǎng)絡(luò)連接 的輻射元件陣列。為了射頻(RF)信號(hào)的高效發(fā)送和接收，輻射元件的尺寸典型地與預(yù)定的 工作頻段的波長(zhǎng)匹配。因?yàn)镚SM 900頻段(例如，880-960MHZ)的波長(zhǎng)比GSM 1800頻段(例 如，1710-1880MHZ)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，所以用于一個(gè)頻段的輻射元件典型地不會(huì)用于另一個(gè)頻 段。輻射元件同樣可以被設(shè)計(jì)尺寸以在更寬的頻段下工作，例如，698-960MHZ的低頻段以及 1710-2700MHZ的高頻段。在這方面，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了包括用于兩個(gè)頻段中的每個(gè)頻段的不同 輻射元件的雙頻段天線。例如，參見(jiàn)美國(guó)專利N0.6，295，028、美國(guó)專利N0.6，333，720、美國(guó) 專利N0.7，238，101和美國(guó)專利N0.7，405，710，這些專利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用的方式并入 本文。[0004]另外，具有+/-45°的斜極化的基站天線(BSA)被廣泛地用于無(wú)線通信。兩個(gè)極化 被用來(lái)通過(guò)極化分集接收來(lái)克服多徑衰落。絕大部分BSA都具有+/-45°的斜極化。現(xiàn)有 技術(shù)的實(shí)例可以是交叉偶極子天線元件(US 7，053，852)或者具有4至8個(gè)偶極子臂的偶 極子方形(“盒式偶極子”)(US 6，339，407或US 6，313，809)。這些專利每個(gè)都通過(guò)引用的 方式并入本文。+/-45°的斜極化通常是在多頻段天線上所期望的。[0005]在已知的多頻段天線中，不同頻段的元件的輻射元件被結(jié)合于單個(gè)面板上。例如， 參見(jiàn)美國(guó)專利7，283，101 (圖12)和美國(guó)專利N0.7，405，710 (圖1、圖7)。在這些已知的雙 頻段天線中，輻射元件典型地沿著單個(gè)軸來(lái)排列。這是為了在從單頻段變?yōu)殡p頻段天線時(shí) 使天線寬度的任何增加最小化而進(jìn)行的。低頻段元件是最大的元件，并且典型地需要在面 板天線上的最大物理空間。[0006]雖然+/-45°的斜極化通常是所期望的，但是在使用已知的驗(yàn)證元件來(lái)制作緊湊 的±45°極化天線方面存在困難。例如，已經(jīng)知道，已知的交叉偶極子型元件具有所不期望 的與位于同一天線面板上的另一頻段的交叉偶極子元件的耦合。這是由于，至少部分由于 偶極子的取向與面板天線的垂直軸成±45°。[0007]輻射元件可以被進(jìn)一步間隔開(kāi)以降低耦合，但是這會(huì)增大多頻段天線的尺寸并且 產(chǎn)生柵瓣。面板天線尺寸的增大會(huì)具有幾個(gè)所不期望的缺陷。例如，較寬的天線可能不符 合現(xiàn)有的位置，或者如果它被物理安裝于現(xiàn)有塔上，則該塔可能還沒(méi)有被設(shè)計(jì)為用于容納 較寬天線的附加風(fēng)載荷。此外，分區(qū)規(guī)定能夠阻止在某些區(qū)域使用較大的天線。[0008]本發(fā)明的一個(gè)目的是創(chuàng)造更緊湊的+/-45°極化天線。本發(fā)明的另一目的是降低 基站天線的成本。基站天線(BSA)的尺寸及成本減小對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)是至關(guān)重要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明提供了一種雙極化基站天線。根據(jù)一個(gè)方面，該基站天線包括具有縱向軸的反射體以及布置于反射體上的三極子元件陣列。每個(gè)三極子元件具有第一側(cè)臂和第二側(cè)臂。三極子元件還包括近似垂直于第一及第二側(cè)臂的中心臂。三極子元件被定向使得側(cè)臂或中心臂平行于反射體的縱向軸。天線還包括具有與三極子元件的第一側(cè)臂耦接的第一信號(hào)通路以及與三極子元件的第二側(cè)臂耦接的第二信號(hào)通路的饋送網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)例中，三極子元件陣列產(chǎn)生與縱向軸成+45°和-45°的交叉極化的波束。
[0010]三極子元件陣列可以包括相對(duì)縱向軸向左偏移的第一組三極子元件以及相對(duì)縱向軸向右偏移的第二組三極子元件。三極子元件陣列還可以包括面朝上的元件與面朝側(cè)面的元件的組合。
[0011]在另一種實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種多頻段天線。由于三極子元件陣列的緊湊性質(zhì)，可以包括附加的一個(gè)或多個(gè)輻射元件陣列以提供單獨(dú)控制的子頻段和/或多頻段操作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的基于同軸線的三極子輻射元件。
[0013]圖2示出了由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子輻射元件產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的基于平面圖形的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0015]圖4是圖3的三極子輻射元件的側(cè)視圖。
[0016]圖5示出了圖3的三極子輻射元件的構(gòu)件。
[0017]圖6示出了圖3的三極子輻射元件的附加構(gòu)件。
[0018]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0019]圖8a示出了圖7的三極子輻射元件的構(gòu)件。
[0020]圖8b示出了圖7的三極子輻射元件的附加構(gòu)件。
[0021]圖9a是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0022]圖9b示出了圖9的三極子輻射元件的構(gòu)件。
[0023]圖1Oa是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0024]圖1Ob是圖1Oa的實(shí)例的中央構(gòu)件。
[0025]圖1Oc示出了圖1Oa的實(shí)例的側(cè)面構(gòu)件。
[0026]圖1la是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0027]圖1lb示出了圖1la的三極子輻射元件的構(gòu)件。
[0028]圖12示出了用于形成根據(jù)圖1la的實(shí)例的三極子元件的替換沖壓圖形。
[0029]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的組裝有導(dǎo)向器的三極子輻射元件的另一實(shí)例的透視圖。
[0030]圖14是圖13的三極子輻射元件的分解圖。
[0031]圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的天線陣列的輻射圖形。
[0032]圖16是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的一個(gè)實(shí)例。
[0033]圖17是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。
[0034]圖18是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0035]圖19是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0036]圖20是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0037]圖21是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0038]圖22是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0039]圖23是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0040]圖24是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0041]圖25是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0042]圖26是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的基站天線的另一個(gè)實(shí)例。[0043]圖27是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的一個(gè)實(shí) 例。[0044]圖28是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè)實(shí) 例。[0045]圖29a是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè) 實(shí)例。[0046]圖29b是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè) 實(shí)例。[0047]圖30是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè)實(shí) 例。[0048]圖31是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè)實(shí) 例。[0049]圖32是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè)實(shí) 例。[0050]圖33是包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的三極子元件的多頻段基站天線的另一個(gè)實(shí) 例?！揪唧w實(shí)施方式】[0051]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如圖1所示，三極子輻射元件10具有三個(gè)臂:兩個(gè)側(cè)臂11、12和中心臂13。每個(gè)臂的長(zhǎng)度為工作頻段的大約1/4波長(zhǎng)。側(cè)臂11、12分別與同軸饋 線16、17的中心導(dǎo)體連接。中心臂13與同軸線16和17的外導(dǎo)體連接。[0052]同軸線16和17的外導(dǎo)體與反射體20連接。反射體與側(cè)臂11、12及中心臂13間 隔開(kāi)大約1/4波長(zhǎng)的距離，以防止在同軸線16和17的外表面上的電流(balun)，所以同軸 線16和17對(duì)于輻射場(chǎng)是不可見(jiàn)的。在一種實(shí)施例中，這三個(gè)臂11、12和13定義了與反射 體的平面平行的平面。在可替換的實(shí)施例中，側(cè)臂11、12和中心臂13可以相對(duì)反射體的平 面向上或向下傾斜以便進(jìn)行波束寬度和/或交叉極化調(diào)整。[0053]三極子輻射元件10的輸入阻抗對(duì)于兩個(gè)極化都接近于500hm，所以可以使用共同 的500hm電纜。[0054]三極子輻射元件可以看作是2個(gè)偶極子的組合，臂彎曲90°。參照?qǐng)D2，等效圖示 出了臂上的電流以及輻射場(chǎng)的極化矢量(+45和-45斜極化)。重要的是要注意，+45°傾斜 和-45°傾斜是相對(duì)于側(cè)臂11和12的。因而，側(cè)臂11和12可以相對(duì)于反射體的縱向軸而水平或垂直取向以獲得±45°極化。這與常規(guī)的偶極子形成對(duì)比，在常規(guī)的偶極子中，輻射場(chǎng)相對(duì)偶極子傾斜0°，并且偶極子必須被定向?yàn)榕c垂直向成±45°以獲得±45°的傾斜極化。三極子的這個(gè)特征對(duì)于多頻段陣列應(yīng)用是重要的，在該多頻段陣列應(yīng)用中，不同頻段的福射體被限定于同一孔徑內(nèi)。
[0055]三極子的優(yōu)點(diǎn)包括圖形的對(duì)稱性、緊湊性、易饋送和低成本。因?yàn)橹皇褂?個(gè)臂，所以可獲得較低的成本。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的雙極化偶極子可以具有4至8個(gè)臂。三極子輻射元件提供具有兩個(gè)正交極化的輻射，所以能夠獲得高的端口到端口隔離度(25-30dB)。三極子福射兀件對(duì)于E和H場(chǎng)分量具有同一波束寬度。
[0056]另外，三極子輻射元件在形體上小于常規(guī)的交叉偶極子或貼片輻射體。例如，三極子的寬度為大約0.25波長(zhǎng)，或者比現(xiàn)有的雙極化輻射體(對(duì)于交叉偶極子為0.35波長(zhǎng)，對(duì)于貼片輻射體為0.5波長(zhǎng))小30-50%。緊湊性對(duì)于許多天線應(yīng)用都是重要的。
[0057]在圖1的實(shí)例中，同軸電纜被用來(lái)對(duì)三極子輻射元件饋送。但是，其他類(lèi)型的饋送線(微帶線、帶線、共面線)也可以用于對(duì)三極子饋送。例如，在圖3和4中，具有空氣電介質(zhì)的兩個(gè)微帶線30、32和共同接地導(dǎo)體34被用作+45°和-45°的饋送線。側(cè)臂Ila和12a以及中心臂13a與饋送結(jié)構(gòu)一起整體形成。例如，側(cè)臂Ila可以從同一金屬板中沖壓出，作為微帶線30 ;偵_ 12a可以從同一金屬板中沖壓出，作為微帶線32 ;以及中心臂13可以從同一金屬板中沖壓出，作為接地導(dǎo)體34。作為選擇，電介質(zhì)基板可以被用來(lái)形成微帶線。平衡線(當(dāng)帶狀導(dǎo)體具有與接地導(dǎo)體近似相同的寬度時(shí))同樣可以使用。用于微帶線的接地導(dǎo)體34可以是公共的(如圖所示)或者是單獨(dú)的。取決于三極子高度(通常為大約1/4波長(zhǎng))、臂形狀、反射體尺寸和脊部高度，3dB的波束寬度可以在60-95°的范圍內(nèi)變化。脊部22可以被添加。脊部高度可以在0-1/4波長(zhǎng)的范圍內(nèi)變化。
[0058]參照?qǐng)D5和6，圖中示出了在最終成形和組裝之前的圖3和4的三極子輻射元件IOa的元件。圖5包括側(cè)臂Ila和Ilb以及微帶線30和32 (平面圖形)。圖6示出了中心臂13a以及用于微帶線的接地導(dǎo)體34。
[0059]參照?qǐng)D7、8a和Sb，要增大三極子的機(jī)械強(qiáng)度，可以添加與反射體20a機(jī)械連接且電連接的兩個(gè)附加支撐體40、42(同樣作為1/4波長(zhǎng)的balun來(lái)工作)。全部三個(gè)支撐體的長(zhǎng)度為大約1/4波長(zhǎng)，這使得它們對(duì)于輻射場(chǎng)是不可見(jiàn)的；在全部三個(gè)支撐體上都沒(méi)有輻射電流。
[0060]在圖9a和9b所示的一種可替換的實(shí)施例中，三極子元件被制作用于容納與臂連接的兩個(gè)同軸電纜17a。對(duì)于每個(gè)側(cè)臂lla、12a，微帶線30b、32b的短節(jié)段可以用于阻抗匹配。
[0061]圖10a、10b和IOc示出了三極子元件IOd的另一個(gè)實(shí)例。三極子元件IOd包括寬的環(huán)路側(cè)臂lld、12d以及寬的環(huán)路中心臂13d。該元件的主要優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)它被用于多頻段陣列時(shí)與來(lái)自相鄰的高頻段陣列的高頻段信號(hào)(1710-2700MHz)間的干擾小。另一優(yōu)點(diǎn)是尺寸較小。
[0062]在圖1la和Ilb所示的另一個(gè)實(shí)例中，為了進(jìn)一步降低成本，反射體和三極子元件可以由同一片的板金屬制成。在該實(shí)例中，三極子輻射元件IOc被從反射體原料中切割出，并且然后彎曲到表面之外。在圖1la中示出了同軸饋送線?？籽?4被設(shè)置以允許同軸電纜4b穿過(guò)反射體20c。微帶線饋送同樣是可能的。例如，一個(gè)帶線在中心支撐體的一個(gè)側(cè)面上，另一帶線在另一個(gè)側(cè)面上。參照?qǐng)D12，圖中示出了用于形成具有共面帶線饋送的一片 三極子輻射元件的板金屬原料46的切割片。[0063]參照?qǐng)D13和14，可以包括T形導(dǎo)向器50以幫助圖形成形并且減小波束寬度。這 些可以被認(rèn)為類(lèi)似于Yag1-Uda天線導(dǎo)向器。T形導(dǎo)向器50可以幫助增加工作頻率帶寬。[0064]在一個(gè)實(shí)例中，如圖所示，圖中示出了 T形導(dǎo)向器50，但是也可以添加幾個(gè)導(dǎo)向 器?？梢蕴峁┧芰现误w52來(lái)使T形導(dǎo)向器50與三極子輻射元件IOb間隔開(kāi)。此外，導(dǎo) 向器臂的邊緣部分的彎曲(向上或向下)能夠用于端口到端口隔離度調(diào)諧，以獲得所期望的 等級(jí) 25-30dB。[0065]圖15，關(guān)注具有一個(gè)位于具有大約I個(gè)波長(zhǎng)的邊以及0.15波長(zhǎng)的脊的反射體上 的T形導(dǎo)向器50的三極子輻射元件的輻射圖形(共極子98和交叉極子99)的實(shí)例。在該 實(shí)例中，對(duì)于790-960MHZ頻段的測(cè)得參數(shù)如下:[0066]波束寬度為65° +/-3°[0067]方位角偏斜小于2°[0068]前后比對(duì)于180° +/-30°的錐體為大于25dB[0069]交叉極化比在+/-60°的區(qū)段內(nèi)為大于12dB[0070]兩個(gè)端口(具有+45和-45°的極化)具有相同的對(duì)稱圖形(在E平面和H平面內(nèi) 具有相同的波束寬度)[0071]回波損耗大于20dB[0072]端口到端口隔離度大于30dB[0073]以幾個(gè)T形導(dǎo)向器，在兩個(gè)平面內(nèi)的波束寬度能夠被調(diào)整為30-50°，對(duì)于兩個(gè)極 化是相同的，并且在方位角平面和立視平面內(nèi)是近似相同的。[0074]三極子輻射元件10可以用作獨(dú)立天線或者天線陣列的元件。例如，多個(gè)輻射元件 陣列可以被安裝于反射體上。反射體可以包括脊部以提高F/B比或者控制波束寬度調(diào)整。[0075]在圖16-33中，示出了用作用于具有雙+/-45°傾斜極化的蜂窩系統(tǒng)的基站天線 (BSA)的元件的三極子元件10的幾個(gè)實(shí)例。在這些實(shí)例中，可獲得各種方位角的波束寬度 (45° -90° )。以上所描述的三極子元件10、10a、10b、IOc的任意前述實(shí)例都可以使用。另 夕卜，以上實(shí)例中的任一個(gè)或全部都可以包括T形導(dǎo)向器50。如同以下將示出的，通過(guò)使用三 極子輻射元件，BSA的寬度能夠減小大約20%-30%，這是在低風(fēng)載荷、較小視覺(jué)影響、較低成 本和較低BSA重量的情況下的結(jié)果。[0076]在圖16和17中，示出了在全部三極子都沿同一方向取向(面朝下或面朝上)且位 于反射體的中心內(nèi)時(shí)的天線陣列100、102的實(shí)例。例如，天線陣列100具有面朝下的三極 子元件10，而天線陣列102具有面朝上的三極子元件10。在這些實(shí)例中，側(cè)臂11、12垂直 于天線的垂直軸來(lái)取向，而中心臂13平行于中心軸(在本文中，術(shù)語(yǔ)“平行”和“垂直”指的 是關(guān)于天線的二維平面圖的取向，并且并非意指排除使三極子輻射元件相對(duì)于反射體的表 面傾斜)。該取向會(huì)導(dǎo)致在雙頻段天線中的元件之間的耦合比常規(guī)的交叉偶極子元件小。[0077]三極子輻射元件的較小物理尺寸，結(jié)合三極子元件的降低耦合一起，允許了很緊 湊的BSA,如圖16-33所示的實(shí)例所示。饋送網(wǎng)絡(luò)(未示出)為每個(gè)元件提供相位和振幅分 布以在立視面內(nèi)形成所期望的輻射圖形。對(duì)于在立視面內(nèi)的可調(diào)整的波束傾斜，移相器能 夠是饋送網(wǎng)絡(luò)的部件。用于+45°和-45°極化的連接器被示意性地示出于天線的底部上。[0078]取決于反射體側(cè)臂的高度，能夠獲得各種方位角的波束寬度:65° (1/4波長(zhǎng)的脊部)至90° (無(wú)脊部)。三極子的中心臂可以平行于反射體的表面或者在需要優(yōu)化天線參數(shù)(例如，交叉極化或波束寬度)時(shí)向上或向下彎轉(zhuǎn)。此外，為了性能增強(qiáng)，一個(gè)或多個(gè)三極子元件自身也可以向上或向下傾斜。
[0079]例如，在圖18中示出了天線陣列104，該天線陣列104包括在元件之間的壁105a并且側(cè)脊105b被設(shè)置于反射體上以形成在三極子周?chē)那?。壁的高度可以?.1-0.25波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)例中，壁可以與反射體的邊緣連接。在另一個(gè)實(shí)例中，壁不與反射體連接。壁和/或腔提高了方位角波束寬度穩(wěn)定性和方位角波束傾斜。小于+/-2°的方位角偏斜已經(jīng)在20%的頻率帶寬中且在0-16°的垂直波束傾斜下測(cè)得。此外，在三極子之間的壁105a可以提高端口到端口隔離度并且減少在立視面內(nèi)的柵瓣。
[0080]在圖19所示的配置中，使三極子的10個(gè)元件交替的天線陣列106可以相對(duì)彼此倒轉(zhuǎn)，以提高波束穩(wěn)定性和交叉極化。在該配置中，還可以將水平壁(未示出)放置于三極子之間以提高天線性能。
[0081]參照?qǐng)D20和21，三極子輻射元件可以結(jié)合反射體側(cè)脊(高達(dá)0.25波長(zhǎng))一起偏移距離d (高達(dá)0.3波長(zhǎng))以獲得較窄方位角的波束(窄至55° )。例如，圖20示出了具有面朝上的且偏移距離d的三極子元件10的天線陣列108。圖21示出了具有面朝下的且偏移距離d的三極子元件10的天線陣列110。
[0082]參照?qǐng)D22和23，以此概念能夠獲得寬度很窄(大約1/2波長(zhǎng))的BSA (與規(guī)則的I個(gè)波長(zhǎng)相比)，具有相同的增益。在該配置中，側(cè)臂11、12平行于反射體的中心軸來(lái)取向，并且中心臂13垂直于中心。在某些BSA應(yīng)用中，天線的緊湊性和/或視覺(jué)影響可能比前后比(F/B)更重要。反射體的側(cè)脊有助于提高F/B比。
[0083]參照?qǐng)D22，天線陣列112包括多個(gè)三極子輻射元件10。三極子輻射元件10被布置以面朝相反的方向。左向三極子元件10的側(cè)臂11、12可以與右向三極子元件10偏離，以減小天線陣列112的寬度。參照?qǐng)D23，天線陣列114的三極子元件10全都面朝同一方向。
[0084]參照?qǐng)D24，天線陣列116具有面向彼此的三極子元件10的兩個(gè)列119。側(cè)臂11和12垂直取向，而中心臂13水平定向，朝向反射體的中心。在列之間的水平距離d可以在1/4波長(zhǎng)(對(duì)于大約65°方位角的波束寬度)至3/4波長(zhǎng)(對(duì)于大約35°方位角的波束寬度)的范圍內(nèi)變化。垂直偏移H大約為在列中的輻射體之間的垂直間距(該垂直間距通常為0.6-0.9波長(zhǎng))的一半。
[0085]與常規(guī)的雙極子BSA相比，圖24的實(shí)例可在較小寬度W下提供相同的增益，所以天線效率增加了 20-30%。例如，對(duì)于790-960MHZ的頻段，天線寬度W能夠?yàn)?_8英寸，相比之下對(duì)于具有65°方位角的波束寬度(市場(chǎng)上的流行配置)的常規(guī)BSA為10-12英寸。反射體的高脊部/側(cè)面(大約0.2波長(zhǎng))可以用來(lái)保持適當(dāng)?shù)那昂蟊?接近于25dB)。
[0086]參照?qǐng)D25，天線陣列118包括面向彼此的三極子輻射元件10的兩個(gè)列119，水平間隔為大約0.7-0.8波長(zhǎng)。該實(shí)例可以被用來(lái)形成具有40-50°的波束寬度的方位角圖形。具有45°的BSA被廣泛地用于4和6個(gè)區(qū)段的單元配置。與具有相同波束和增益的現(xiàn)有BSA相比，圖25的天線陣列118是更緊湊的解決方案(具有小大約20%的寬度)。
[0087]參照?qǐng)D26，天線陣列120類(lèi)似于圖25的實(shí)例，另外在頂部和/或在底部添加了一個(gè)或兩個(gè)三極子輻射元件10，如圖所示，用于在形成具有35-45°的方位角的波束寬度的 圖形時(shí)提高方位角旁瓣。該實(shí)例在4-6個(gè)區(qū)段的無(wú)線應(yīng)用中是有利的。[0088]在BSA技術(shù)中，有時(shí)相同的兩個(gè)天線被并排地放置，以便進(jìn)行容量翻倍或者進(jìn)行 子頻段的個(gè)體波束傾斜控制。三極子允許減小這種4端口天線的寬度，如圖27和28所示。 例如，與兩個(gè)常規(guī)天線的560mm相比，對(duì)于790_960MHz的4端口成對(duì)天線能夠獲得350mm 的寬度。這降低了風(fēng)載荷和重量，從而使成本更低、吸引力更大的支撐結(jié)構(gòu)成為可能。[0089]參照?qǐng)D27，例如，天線陣列122包括第一三極子元件陣列124和第二三極子元件陣 列126。三極子元件陣列124、126每個(gè)都與單獨(dú)的饋送網(wǎng)絡(luò)(未示出)連接。兩組+/-45° 輸入被提供給天線陣列122。在該實(shí)例中，個(gè)體三極子輻射元件面朝內(nèi)。第一陣列124能 夠用于例如 790-862MHz (Digital Dividend)，而第二陣列 126 可以用于 880_960MHz (GSM 900)。[0090]參照?qǐng)D28，天線陣列128類(lèi)似于天線陣列122的實(shí)例，但是，每個(gè)輻射元件陣列 130、132的個(gè)體三極子元件10面朝外而不是面朝內(nèi)。[0091]參照?qǐng)D29a，圖中示出了多頻段天線140。在該實(shí)例中，三極子輻射元件10被定 向?yàn)閭?cè)臂11、12垂直于天線的縱向軸，而中心臂13向下取向，平行于縱向軸。三極子元件 10偏離反射體托盤(pán)的中心，兩側(cè)交替。三極子元件10的偏移使方位角的波束寬度減小到 60-65°。在該實(shí)例中，三極子元件被設(shè)定尺寸以在低頻段(698-960MHZ)內(nèi)工作。[0092]圖29b是多頻段天線141的一個(gè)可替換實(shí)例。圖29b的多頻段天線141與圖29a 的類(lèi)似，除了三極子元件10在天線141的中心線上。在該實(shí)例中，多頻段天線141以適當(dāng) 的反射體寬度(例如，10英寸)來(lái)提供大約為80-90°的較寬方位角的波束寬度。[0093]高頻段元件142 (1.7-2.7GHz)在該實(shí)例中被示為常規(guī)的交叉偶極子元件；但是也 能夠使用其他元件(+zi極子、Yag1-Uda、貼片、開(kāi)口波導(dǎo)等)。交叉偶極子元件被布置成彼 此間隔開(kāi)的兩個(gè)陣列144、146。低頻段三極子元件的臂可以位于高頻段的交叉偶極子元件 之間，并且對(duì)高頻段頻率沒(méi)有顯著影響。這允許更緊湊的雙頻段天線(例如，300_的寬度)。 此外，因?yàn)闆](méi)有耦合和堵塞，所以可以實(shí)現(xiàn)寬頻段操作(大于45%)。[0094]兩個(gè)高頻段元件陣列具有廣泛的應(yīng)用性。它們可以用于進(jìn)行容量翻倍(例如，兩者 均在UMTS頻段內(nèi)工作)，或者在不同的頻段(例如，GSM1800和UMTS，或者UMTS和LTE2.6) 內(nèi)。高頻段陣列同樣可以用于LTE的4x2或4x4的MMO (多輸入，多輸出)操作。[0095]參照?qǐng)D30-33，圖中示出了幾個(gè)不同的多頻段天線配置。這些實(shí)例具有幾對(duì)面向彼 此的三極子(參見(jiàn)圖中的152)，以在緊湊的外殼(例如，12英寸或更小的寬度)內(nèi)形成65° 或更窄方位角的波束寬度。這些實(shí)例還具有幾個(gè)在天線的縱向軸上彼此相對(duì)的三極子(一 些面朝上，一些面朝下，參見(jiàn)圖中的154、164)。面朝上的和面朝下的三極子的混合能夠顯著 地提高了交叉極化、方位角傾斜和前后比。[0096]參照?qǐng)D30，圖中示出了多頻段天線150的另一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例中，三極子元件 10是低頻段元件，而高頻段元件142是交叉偶極子元件。三極子元件10被布置成相對(duì)的元 件152的元件對(duì)，并且定向?yàn)楸舜讼鄬?duì)的中心線三極子154的三極子對(duì)。附加的中心線三 極子156可以被添加于多頻段天線150的底部。輻射元件對(duì)的數(shù)量取決于天線長(zhǎng)度和波束 寬度要求，并且可以含有附加的或較少的元件對(duì)。如果忽略較低的三極子元件156，則低頻 段陣列是對(duì)稱的。[0097]在圖31中示出了多頻段天線160的另一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例中，中心線的三極子元件164對(duì)被定向使得它們與相對(duì)的三極子元件152的三極子元件對(duì)一起形成“盒子”。該實(shí)例提供良好的低頻段方位角圖形，并且保持天線對(duì)稱。在不影響對(duì)稱性的情況下可以省略最低的三極子元件166。
[0098]圖32和33示出了多頻段天線的附加實(shí)施例。這些實(shí)例在低頻段的三極子元件152,164被布置用于形成盒子方面類(lèi)似于圖31的實(shí)例。但是，三個(gè)高頻段元件142交織于三極子元件之間。
【權(quán)利要求】
1.一種雙極化基站天線，包括:a.具有縱向軸的反射體；b.布置于所述反射體上的三極子元件陣列，每個(gè)三極子元件具有:1.第一側(cè)臂；i1.第二側(cè)臂；以及ii1.中心臂，近似垂直于所述第一及第二側(cè)臂；其中所述第一側(cè)臂和所述中心臂之一平行于所述縱向軸；以及c.具有與所述三極子元件的所述第一臂耦接的第一信號(hào)通路以及與所述三極子元件的所述第二臂的耦接的第二信號(hào)通路的饋送網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列具有取向?yàn)榕c所述縱向軸成+45°和-45°的兩個(gè)極化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化基站天線，其中所述第一及第二側(cè)臂平行于所述縱向軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列被布置為使得交替的三極子元件相對(duì)彼此倒置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化基站天線，其中所述中心臂平行于所述縱向軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列被布置為使得交替的三極子元件相對(duì)彼此倒置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列包括相對(duì)于所述縱向軸向左偏移的第一組三極子元件以及相對(duì)于所述縱向軸向右偏移的第二組三極子元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化基站天線，其中水平壁被布置于所述三極子元件之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化天線，還包括第二三極子輻射元件陣列，其中三極子元件的每個(gè)陣列被布置為使得所述第一及第二側(cè)臂平行于所述縱向軸，并且所述第一及第二三極子元件陣列面向彼此相反的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙極化天線，還包括位于所述反射體的端部且被取向?yàn)槭沟盟鲋行谋燮叫杏谒隹v向方向的至少一個(gè)三極子元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其中所述第一及第二信號(hào)通路包括第一及第二微帶線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙極化天線，其中所述第一及第二微帶線具有與所述中心臂耦接的公共接地導(dǎo)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其中所述第一側(cè)臂、所述第二側(cè)臂及所述中心臂具有環(huán)路形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其中所述三極子元件包括導(dǎo)向器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的雙極化天線，其中所述導(dǎo)向器是取向與所述第一及第二側(cè)臂和所述中心臂近似相同的T形的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其中金屬壁位于所述三極子元件之間。
17.—種雙極化多頻段基站天線，包括:a.具有縱向軸的反射體； b.布置于所述反射體上的低頻段三極子元件陣列，每個(gè)三極子元件具有:i.第一側(cè)臂； ii.第二側(cè)臂；以及 iii.中心臂，近似垂直于所述第一及第二側(cè)臂； 其中所述第一側(cè)臂和所述中心臂之一平行于所述縱向軸，使得所述三極子元件陣列具有取向?yàn)榕c所述縱向軸成+45°和-45°的兩個(gè)極化； c.低頻段饋送網(wǎng)絡(luò)，具有與所述三極子元件的所述第一臂耦接的第一信號(hào)通路以及與所述三極子元件的所述第二臂的耦接的第二信號(hào)通路； d.雙極化的高頻段輻射元件的第一陣列；以及 e.與所述高頻段輻射元件耦接的第一高頻段饋送網(wǎng)絡(luò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列包括相對(duì)于所述縱向軸向左偏移的第一組三極子元件以及相對(duì)于所述縱向軸向右偏移的第二組三極子元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的雙極化基站天線，其中所述三極子元件陣列包括其中所述第一側(cè)臂平行于所述縱向軸的第一組三極子元件以及其中所述中心臂平行于所述縱向軸的第二組三極子元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的雙極化多頻段天線，其中所述第一組三極子元件和所述第二組三極子元件被布置為使得它們形成盒子。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的雙極化多頻段基站天線，其中所述高頻段輻射元件被以所述三極子元件陣列散布其中。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的雙極化多頻段基站天線，還包括: a.雙極化的高頻段輻射元件的第二陣列；以及 b.與所述第二陣列的所述高頻段輻射元件耦接的第二高頻段饋送網(wǎng)絡(luò)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的雙極化多頻段基站天線，其中雙極化高頻段輻射元件的所述第一陣列在與雙極化高頻段輻射元件的所述第二陣列不同的頻段上操作。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的雙極化多頻段基站天線，其中雙極化高頻段輻射元件的所述第一及第二陣列以相同的頻段操作。
【文檔編號(hào)】H01Q1/24GK103503231SQ201280021424
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月2日
【發(fā)明者】M·L·齊默曼, I·E·蒂默弗, 吳利剛 申請(qǐng)人:安德魯有限責(zé)任公司