具有波束宽度控制的天线系统技术方案

在一个示例中，本公开提供了包括至少一个单胞的双极化天线阵列。所述至少一个单胞包括第一极化状态的至少一个辐射元件和第二极化状态的至少两个辐射元件。第二极化状态与第一极化状态正交。第二极化状态的所述至少两个辐射元件在第一极化状态的所述至少一个辐射元件的第一侧和第二侧移位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年1月31日提交的美国临时专利申请序号61/934,472的优先权，该申请被整体地通过引用结合到本文中。本申请还要求2014年3月17日提交的美国临时专利申请序号61/954,344的优先权，该申请被整体地通过引用结合到本文中。
本公开一般地涉及交叉极化天线阵列，并且更具体地涉及具有窄波束宽度和天线元件的高效封装的天线阵列。
技术介绍
蜂窝基站站点通常设计并部署有被布置成服务于不同方位角（azimuthbearing）的三个扇区，例如，每个扇区服务于从小区站点位置的120度的角范围。每个扇区包括具有定义扇区覆盖足迹（footprint）的方位角辐射图的天线。基站扇区天线的方位角辐射图的半功率波束宽度（HPBW）一般地在约65度下是最佳的，因为这在服务蜂窝式网络区域的网络或站点聚类中提供充分的增益和多个站点的高效三扇区站点棋盘形布置（tessellation）。包括高速分组接入（HSPA）和长期演进（LTE）的大部分移动数据蜂窝式网络接入技术采用1:1或全谱再利用方案以便使谱效率和容量最大化。这个积极的谱再利用意味着需要使扇区间和小区间干扰最小化，使得可以使谱效率最大化。正常地由电相控阵列波束倾斜输送的天线倾斜提供网络优化自由以解决小区间干扰，但是存在用以优化扇区间干扰的很少选项。天线方向图（antennapattern）的前到后（FTB）、前到侧（FTS）和扇区功率比（SPR）是指示扇区间干扰的量的参数；FTB和FTS越大且SPR值越低，则扇区间干扰越低。改善网络性能的一个方式是通过基站天线的方位角波束宽度的有效控制。此方位角波束宽度通常是在用于HPBW的-3dB位置以及用于FSR的-10dB处测量的。在大多数蜂窝部署中，在65度下通常要求HPBW，而FSR波束宽度被设定在120度以确保功率不会溢出（spillover）到相邻小区，因此保持良好的载波干扰（C/I）比。将3dB方位角波束宽度减小至60度或者甚至55度通常改善SPR，但是还可针对基本服务覆盖影响蜂窝式网络棋盘形布置效率，并且必要地要求更宽的天线以实现较窄的波束宽度，其然后在分区（zoning）、风载荷和租费方面在站点上放置了附加压力。例如，具有可变方位角波束宽度的基站天线是可用的，其可以用来提供扇区之间的更好的负荷平衡并调整扇区到扇区重叠。然而，此类解决方案可能不适合于容纳多个阵列并因此支持多个谱带，这对于基站天线而言是期望的要求。另外，此类可变波束宽度天线可以是大的（尺寸由最小可实现波束宽度支配），并且某些解决方案要求机械和主动式电子装置，并且因此部署和维护起来可能是昂贵的。
技术实现思路
在一个示例中，本公开提供了包括至少一个单胞（unitcell）的双极化天线阵列。所述至少一个单胞包括第一极化状态的至少一个辐射元件和第二极化状态的至少两个辐射元件。第二极化状态与第一极化状态正交。第二极化状态的所述至少两个辐射元件在第一极化状态的所述至少一个辐射元件的第一侧和第二侧移位（displace）。附图说明通过结合附图来考虑以下详细描述，可以容易地理解本公开的讲授内容，在所述附图中：图1描绘了根据本公开的基站天线阵列系统；图2描绘了根据本公开的双波段基站天线；图3描绘了根据本公开的另一基站天线阵列系统；图4描绘了根据本公开的另一双波段基站天线；图5A、5B和5C描绘了根据本公开的具有单胞的天线阵列的示例，所述单胞具有采用各种布置的分离垂直取向辐射元件；图6图示出根据本公开的具有分离水平取向辐射元件的天线阵列；图7A和7B描绘了根据本公开的具有双极化单胞的天线阵列，所述双极化单胞包括分离垂直取向和分离水平取向辐射元件两者；图8描绘了根据本公开的包括三个分离垂直取向辐射元件的单胞；图9描绘了根据本公开的具有单胞的天线阵列的自顶向下视图，所述单胞具有分离垂直取向辐射元件；图10A描绘了具有包括分离垂直取向辐射元件的单胞的天线阵列；以及图10B—10D描绘了具有分离垂直取向辐射元件的天线阵列，其中，每个单胞的垂直取向辐射元件在相反的垂直方向上移位。为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的参考数字来指定各图所共有的相同元件。具体实施方式本公开涉及适合于蜂窝式基站部署的天线阵列，其可以提供扇区间干扰的增强缓解或可调整的扇区重叠以便优化蜂窝式网络设计。特别地，本公开提供了一种用于控制方位角辐射图滚降率、半功率波束宽度（HPBW）、前侧比（FSR）和扇区功率比（SPR）的解决方案。本公开的天线阵列特别适合于在分扇区的基站站点中使用，其中，扇区间干扰受到基站天线的方位角辐射特性的限制。如本文所使用的，术语“天线”和“天线阵列”被可互换地使用。为了一致性，并且除非另外具体地说明，相对于所描绘的任何天线阵列，实际水平在页面上被指示为左至右/右至左，并且向上/垂直方向是在从页面底部到页面顶部的方向上。按照惯例，天线元件在反射器上的定位、元件的高度的选择及反射器和有源电子装置的尺寸已被用来控制天线的方位角波束宽度。因此，例如，使用较宽的天线来实现较窄的波束宽度，这在分区、风载荷、租费等方面在站点上放置附加的压力。相比之下，在本公开的一个实施例中，天线阵列包括沿着阵列的长度垂直地布置的多个单胞。在一个实施例中，每个单胞包括例如沿着反射器的宽度居于中心的至少两个辐射元件。在一个实施例中，每个单胞辐射双重正交线性极化场，例如+45度和-45度倾斜极化（例如，如在常规蜂窝式通信系统中优选的）。然而，在一个实施例中，每个单胞的辐射元件在物理上在零度和+90度下正交地取向。为了实现+/-45度辐射矢量/场，使用“虚拟交叉极化”技术，其中，以同相功率或反相功率对垂直元件（以90度取向）和水平元件（以零度取向）进行馈送以实现矢量旋转。在一个实施例中，将+90度元件或“垂直元件”进一步分离成至少两个辐射元件或垂直辐射对。该垂直辐射对水平地设置在单胞内，其中最大水平间隔相当于反射器的宽度。垂直辐射对是同相的以在方位平面中实现一定的阵列因数，其中，HPBW和FSR被显著地减小。特别地，伴随着新型单胞几何结构的“虚拟交叉极化”技术的使用给出了对HPBW/FSR和SPR参数的增强控制，以用于优化的蜂窝网络部署。另外，包括一个或多个“H”形单胞的天线阵列适合于在集成阵列（例如，双波段或多波段阵列）中的优化元件封装。例如，控制在阵列中使用的单胞的类型的比加‘H’形单胞上的垂直部件间距给出附加的设计和性能自由以用于针对指定的要求修整方位角辐射图形状的能力。同时，在相邻集成阵列面上使“掩蔽效应”最小化。下面结合以下图的示例来更详细地描述本公开的这些及其它优点。现在参考图1，在一个实施例中，根据本公开的基站天线阵列系统100包括两个合作馈电（CF）网络（110）和（111），其将基站射频（RF）信号转换成用于沿着天线阵列120的长度垂直地设置的多个双线性极化单胞（130—132）的天线元件驱动信号。每个单胞130—132辐射双正交线性极化场，例如以优选的+45度和-45度倾斜极化辐射矢量。特别地，示出了单胞130，其包括水平地设置的两个+45/-45度取向双线性极化交叉偶极天线元件140和141。单胞130中的天线元件140和141中的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极化天线阵列，包括：至少一个单胞，其中，所述至少一个单胞包括：第一极化状态的至少一个辐射元件和第二极化状态的至少两个辐射元件，该第二极化状态与第一极化状态正交，并且其中，第二极化状态的所述至少两个辐射元件在第一极化状态的所述至少一个辐射元件的第一侧和第二侧移位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 US 61/934472;2014.03.17 US 61/9543441.一种双极化天线阵列，包括：至少一个单胞，其中，所述至少一个单胞包括：第一极化状态的至少一个辐射元件和第二极化状态的至少两个辐射元件，该第二极化状态与第一极化状态正交，并且其中，第二极化状态的所述至少两个辐射元件在第一极化状态的所述至少一个辐射元件的第一侧和第二侧移位。2.权利要求1的双极化天线阵列，其中，所述第一极化状态是水平线性极化，并且所述第二极化状态是垂直线性极化。3.权利要求1的双极化天线阵列，其中，所述第一极化状态是垂直线性极化，并且所述第二极化状态是水平线性极化。4.权利要求1的双极化天线阵列，还包括：第一射频混合组合器，其中，意图用于被所述至少一个单胞以第一45度倾斜线性极化发射或接收的第一信号通过到第一射频混合组合器的同相输入的连接而被分离成两个同相分量信号，其中，第一信号的第一同相分量信号被用作用于第一极化状态的所述至少一个辐射元件的驱动信号，并且第一信号的第二同相分量信号被功率分配器进一步分离以驱动第二极化状态的所述至少两个辐射元件，并且其中，意图用于被所述至少一个单胞以第二45度倾斜线性极化发射或接收的第二信号通过到第一射频混合组合器的异相输入的连接而被分离成两个反相分量信号，其中，所述第二45度倾斜线性极化与所述第一45度倾斜线性极化正交，其中，第二信号的第一反相分量信号被用作用于第一极化状态的所述至少一个辐射元件的驱动信号，并且第二信号的第二反相分量信号被功率分配器进一步分离以驱动第二极化状态的所述至少两个辐射元件。5.权利要求4的双极化天线阵列，其中，意图用于被单胞发射或接收的第一信号和意图用于由单胞发射或接收的第二信号被设计成是正交圆极化、正交椭圆极化或其它正交线性极化状态。6.权利要求4的双极化天线阵列，其中，第一极化状态的所述至少一个辐射元件包括：第一极化状态的至少两个辐射元件。7.权利要求6的双极化天线阵列，还包括：附加功率分配器，其将第一信号的第一同相分量信号分离以驱动第一极化状态的所述至少两个辐射元件，并且并且进一步将第二信号的第一反相分量信号分离。8.权利要求1的双极化天线阵列，还包括：至...

【专利技术属性】
技术研发人员：PCT宋，LD巴姆福德，DS皮亚扎，DE巴克，
申请(专利权)人：昆特尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB