具有带三角形子阵列的稀疏阵列的双波束基站天线制造技术

本发明专利技术涉及具有带三角形子阵列的稀疏阵列的双波束基站天线。双波束基站天线包括第一阵列和第二阵列，每个阵列具有多个辐射元件，这些辐射元件被安装成从成角度的反射器的相应的第一面板和第二面板向前延伸。每个阵列中的辐射元件在三列中延伸，其中，中间列中的辐射元件相对于外部列中的辐射元件竖直偏移。天线还包括第一移相器和第二移相器。第一移相器的多于一半的输出端连接到相应的第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的一个辐射元件，并且第二移相器的多于一半的输出端连接到相应的第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的一个辐射元件。

【技术实现步骤摘要】
具有带三角形子阵列的稀疏阵列的双波束基站天线相关申请的交叉引用本申请要求于2019年6月28日提交的印度申请序列No.201921025801和2019年11月15日提交的美国临时申请序列No.62/935,663的优先权，每个申请的全部内容都通过引用并入本文。
本专利技术一般而言涉及无线电通信，并且更具体而言，涉及在蜂窝和其它通信系统中使用的双波束基站天线。
技术介绍
蜂窝通信系统是本领域众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分为称为“小区”的一系列区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括被配置为与位于整个小区内的订户提供双向射频(“RF”)通信的基带装备、无线电收发装置和基站天线。在许多情况下，小区可以被划分为多个“扇区”，并且分开的基站天线为每个扇区提供覆盖。基站天线常常安装在塔或其它凸起的结构上，由每个天线生成的辐射波束(“天线波束”)向外指向以服务于相应的扇区。通常，基站天线包括一个或多个辐射元件的相控阵列，当安装天线以进行使用时，辐射元件布置成一个或多个竖直列。在本文中，“竖直”是指相对于由地平线限定的平面垂直的方向。常见的基站配置是“三扇区”配置，其中小区在方位平面中被划分为三个120°扇区，并且基站包括为三个相应扇区提供覆盖的三个基站天线。方位平面是指将基站天线二等分的与由地平线限定的平面平行的水平面。在三扇区配置中，由每个基站天线生成的天线波束通常在方位平面中具有约65°的半功率波束宽度(“HPBW”)，以便天线波束在整个120°扇区中提供良好的覆盖。通常，每个基站天线将包括辐射元件的竖直延伸的列，这些辐射元件一起生成天线波束。列中的每个辐射元件可以具有大约65°的HPBW，以便由该列辐射元件生成的天线波束将为方位平面中的120°扇区提供覆盖。基站天线可以包括在相同或不同频带中操作的多列辐射元件。大多数现代基站天线还包括沿着通过天线的RF传输路径的远程控制移相器/功率分配器电路，这些电路允许将相位锥度施加于被供应给阵列中的辐射元件的RF信号的子分量。通过调节所施加的相位锥度的量，可以在竖直或“仰角”平面中使所得的天线波束电下倾至期望的程度。这项技术可以用于调节天线波束从天线向外延伸多远，因此可以用于调节基站天线的覆盖区域。扇区拆分是指一种技术，其中将基站的覆盖区域在方位平面中划分为多于三个扇区，诸如六个、九个或甚至十二个扇区。六扇区基站在方位平面中将具有六个60°扇区。将每个120°扇区拆分为两个子扇区增加了系统容量，因为每个天线波束都为更小的区域提供覆盖，因此可以提供更高的天线增益和/或允许120°扇区内的频率重用。在六扇区的扇区拆分应用中，每个120°扇区通常使用单个双波束天线。双波束天线生成两个分开的天线波束，每个天线波束在方位平面中的尺寸减小，并且每个天线波束指向方位平面中的不同方向，从而将扇区拆分为两个较小的子扇区。由在六扇区配置中使用的双波束天线生成的天线波束优选地具有例如约27°-39°之间的方位HPBW值，并且第一和第二扇区拆分天线波束在方位平面中的指向方向通常分别处于大约-27°和大约27°。已经使用了若干方法来实现为方位平面中的120°扇区的相应第一子扇区和第二子扇区提供覆盖的双波束天线。在第一种方法中，第一列辐射元件和第二列辐射元件安装在V形反射器的两个主要内面上。由“V”形反射器的内表面限定的角度可以是大约54°，从而使两列辐射元件被机械定位或“转向”以分别指向大约-27°和27°的方位角(即，朝着相应子扇区的中间)。由于典型辐射元件的方位HPBW通常适合覆盖整个120°扇区，因此将RF透镜安装在两列辐射元件的前面，该透镜将每个天线波束的方位HPBW缩窄适当的量，以提供对60°子扇区的覆盖。但是，遗憾的是，使用RF透镜会增加基站天线的尺寸、重量和成本，并且RF透镜使波束宽度缩窄的量是频率的函数，因此当使用在宽频率范围内操作的宽带辐射元件(例如，在整个1.7GHz-2.7GHz蜂窝频率范围内操作的辐射元件)时，难以获得合适的覆盖。在第二种方法中，将两列或更多列的辐射元件(通常为2-4列)安装在平面反射器上，使得每一列朝着天线的视轴指向方向(即，基站天线的方位视轴指向方向是指从基站天线延伸到方位平面中由基站天线服务的扇区的中心的水平轴)。两个RF端口(每个极化)通过波束成形网络(诸如Butler矩阵)耦合到所有辐射元件列。波束成形网络基于在两个RF端口处输入的RF信号生成两个分开的天线波束(每个极化)，并且将天线波束以大约-27°和27°的方位角从天线的视轴指向方向电转向，以提供对两个子扇区的覆盖。利用这种基于波束成形网络的双波束天线，每个天线波束的方位平面中的指向角和每个天线波束的HPBW可以根据在两个RF端口处输入的RF信号的频率而变化。特别地，天线波束的方位指向方向(即，出现峰值增益的方位角)趋于朝着天线的视轴指向方向移动，并且方位HPBW趋于随着频率增加而变小。这会导致天线波束的功率电平在子扇区的外边缘处随频率的变化而产生大的变化，这是不期望的。在第三种方法中，将辐射元件的多列阵列(每个阵列通常是三列)安装在V形反射器的每个外部面板上，以提供扇区拆分双波束天线。与上面讨论的基于透镜和波束成形的双波束天线相比，每个多列阵列生成的天线波束随频率的变化可以较小。遗憾的是，这种扇形拆分天线会要求大量的辐射元件，这增加了天线的成本和重量。此外，包括六列辐射元件会增加天线所需的宽度，并且V形反射器会增加天线的深度，这两者都会是不期望的。一般而言，蜂窝运营商期望其方位HPBW值在30°-38°之间任意处的双波束天线，只要在整个操作频带内方位HPBW不变化显著(例如，大于12°)即可。同样，天线波束峰值的方位指向角可以在+/-26°到+/-33°之间的任意范围内变化，只要方位指向角在整个操作频带内不变化显著(例如，大于4°)即可。峰值方位旁瓣电平应当至少比峰值增益值低15dB。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了双波束基站天线，该双波束基站天线包括具有第一平面面板和相对于第一平面面板成角度的第二平面面板的成角度的反射器，以及第一阵列和第二阵列。第一阵列包括从第一平面面板向前延伸的第一多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移。第二阵列包括从第二平面面板向前延伸的第二多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移。天线还包括具有输入端以及相应的多个第一移相器输出端和第二移相器输出端的第一移相器和第二移相器。多于一半的第一移相器输出端连接到多个第一子阵列中的相应第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件，并且多于一半的第二移相器输出端连接到多个第二子阵列中的相应第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件。在一些实施例中，每个第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双波束基站天线，包括：/n成角度的反射器，具有第一平面面板和相对于第一平面面板成角度的第二平面面板；/n第一阵列，包括安装成从第一平面面板向前延伸的第一多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；/n第二阵列，包括安装成从第二平面面板向前延伸的第二多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；/n第一移相器，具有输入端和多个第一移相器输出端；/n第二移相器，具有输入端和多个第二移相器输出端；/n其中多于一半的第一移相器输出端连接到多个第一子阵列中的相应第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件，/n其中多于一半的第二移相器输出端连接到多个第二子阵列中的相应第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件。/n

【技术特征摘要】
20190628 IN 201921025801;20191115 US 62/935,663;201.一种双波束基站天线，包括：
成角度的反射器，具有第一平面面板和相对于第一平面面板成角度的第二平面面板；
第一阵列，包括安装成从第一平面面板向前延伸的第一多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；
第二阵列，包括安装成从第二平面面板向前延伸的第二多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；
第一移相器，具有输入端和多个第一移相器输出端；
第二移相器，具有输入端和多个第二移相器输出端；
其中多于一半的第一移相器输出端连接到多个第一子阵列中的相应第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件，
其中多于一半的第二移相器输出端连接到多个第二子阵列中的相应第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件。


2.根据权利要求1所述的基站天线，其中每个第一子阵列中包括的三个辐射元件被布置为限定三角形，并且其中每个第二子阵列中包括的三个辐射元件被布置为限定三角形。


3.根据权利要求2所述的基站天线，其中每个第一子阵列中包括的三个辐射元件被安装在包括一对1×3功率分配器的公共馈电板印刷电路板上，并且其中每个第二子阵列中包括的三个辐射元件被安装在包括一对1×3功率分配器的公共馈电板印刷电路板上。


4.根据权利要求2所述的基站天线，其中每个第一子阵列中包括的三个辐射元件包括彼此水平对准的、在外部列中的辐射元件，以及相对于外部列中的辐射元件竖直偏移的、在中间列中的辐射元件。


5.根据权利要求1所述的基站天线，其中第一阵列中的外部列和第二阵列中的外部列在水平方向上分开0.5λ和0.95λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长。


6.根据权利要求5所述的基站天线，其中第一阵列的中间列中的辐射元件相对于第一阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间，并且第二阵列的中间列中的辐射元件相对于第二阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长。


7.根据权利要求1所述的基站天线，其中第一阵列的中间列中的辐射元件相对于第一阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间，并且第二阵列的中间列中的辐射元件相对于第二阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长。


8.根据权利要求7所述的基站天线，其中每个辐射元件被配置为在1.695MHz至2.690MHz频带的至少一部分中操作。


9.根据权利要求3所述的基站天线，其中1×3功率分配器是不均等的功率分配器，并且向中间列中的辐射元件比向外部列中的辐射元件提供更大量的功率。


10.根据权利要求1所述的基站天线，其中第一移相器输出端中的一个连接到第三子阵列，该第三子阵列包括来自第一阵列中的每个外部列的总共一个辐射元件，并且其中第二移相器输出端中的一个连接到第四子阵列，该第四子阵列包括来自第二阵列中的每个外部列的总共一个辐射元件。


11.根据权利要求10所述的基站天线，其中第一阵列在第三子阵列的上方和下方均包括相等数量的第一子阵列，并且其中第二阵列在第四子阵列的上方和下方均包括相等数量的第二子阵列。


12.根据权利要求1所述的基站天线，其中第一阵列和第二阵列各自包括总共二十个或者二十一个辐射元件。


13.根据权利要求1所述的基站天线，其中每个第一子阵列包括V形馈电板或三角形馈电板。


14.根据权利要求1所述的基站天线，其中第一阵列中的外部列和第二阵列中的外部列在水平方向上分开0.6λ和0.85λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长，其中第一阵列的中间列中的辐射元件相对于第一阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.7λ和0.8λ之间，并且第二阵列的中间列中的辐射元件相对于第二阵列中的外部列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.7λ和0.8λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长，并且其中每个辐射元件被配置为在1.695MHz至2.690MHz频带的至少一部分中操作。


15.一种双波束基站天线，包括：
成角度的反射器，具有第一平面面板和相对于第一平面面板成角度的第二平面面板；
第一阵列，包括安装成从第一平面面板向前延伸的第一多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；以及
第二阵列，包括安装成从第二平面面板向前延伸的第二多个辐射元件，其中辐射元件在三个竖直延伸的列中延伸，并且在三个竖直延伸的列中的中间列中的辐射元件相对于在三个竖直延伸的列中的另外两列中的辐射元件竖直偏移；
其中第一阵列中的第一列和第三列以及第二阵列中的第一列和第三列分开0.5λ和0.95λ之间，其中λ是与第一阵列和第二阵列的操作频带的中心频率对应的波长，
其中第一阵列的第二列中的辐射元件相对于第一阵列中的第一列和第三列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间，并且第二阵列的第二列中的辐射元件相对于第二阵列中的第一列和第三列中的最接近的辐射元件在竖直方向上偏移0.6λ和0.9λ之间。


16.根据权利要求15所述的基站天线，其中所有第一移相器输出端连接到多个第一子阵列中的相应第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件，以及
其中所有第二移相器输出端连接到多个第二子阵列中的相应第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件。


17.根据权利要求15所述的基站天线，其中除一个之外的所有第一移相器输出端连接到多个第一子阵列中的相应第一子阵列，其中每个第一子阵列包括来自第一阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件，以及
其中除一个之外的所有第二移相器输出端连接到多个第二子阵列中的相应第二子阵列，其中每个第二子阵列包括来自第二阵列中的三列中的每一列的总共一个辐射元件。


18.根据权利要求15所述的基站天线，其中每个第一子阵列中包括的三个辐射元件被布置为限定三角形，并且其中每个第二子阵列中包括的三个辐射元件被布置为限定三角形。


19.根据权利要求15所述的基站天线，其中每个第一子阵列中包括的三个辐射元件被安装在包括一对1×3功率分配器的公共馈电板印刷电路板上，并且其中每个第二子阵列中包括的三个辐射元件被安装在包括一对1×3功率分配器的公共馈电板印刷电路板上。


20.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·卡萨尼，L·那拉加尼，
申请(专利权)人：康普技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US