适合用于蜂窝和其它通信系统的多频带多波束透镜式天线技术方案

技术编号:20884643 阅读:14 留言:0更新日期:2019-04-17 13:31
多频带相控阵天线包括背板、形成第一天线波束的低频带辐射元件的垂直阵列,形成相应的第二天线波束和第三天线波束的高频带辐射元件的第一垂直阵列和第二垂直阵列,以及RF透镜的垂直阵列。第一天线波束、第二天线波束和第三天线波束指向不同的方向。第二辐射元件中的相应一个和第三辐射元件中的相应一个位于背板和每个RF透镜之间,并且第一辐射元件中的至少一些位于RF透镜之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】适合用于蜂窝和其它通信系统的多频带多波束透镜式天线相关申请的交叉引用本申请援引35U.S.C.§119要求于2016年9月7日提交的美国临时专利申请序列No.62/384,280的优先权,其全部内容如其整体被阐述那样通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及无线电通信,并且更具体地,涉及适合在蜂窝通信系统和各种其它类型通信系统中使用的透镜式天线(lensedantennas)。
技术介绍
蜂窝通信系统在本领域中是众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中,地理区域被划分为一系列称为“小区”的区域,并且每个小区由基站服务。基站可以包括基带装备、无线电装置和天线,天线被配置为提供与地理上位于小区内的移动订户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下,可以将小区划分为多个“扇区”,并且为每个扇区提供单独的天线。这些天线常常安装在塔架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,基站天线被实现为辐射元件的相控阵列,其中辐射元件布置在一个或多个垂直列中。在本文中,“垂直”是指相对于由地平线定义的平面垂直的方向。常见的蜂窝通信系统网络计划涉及使用三个基站天线来服务小区的基站。这常常被称为三扇区配置。在三扇区配置中,每个基站天线服务于小区的120度扇区。通常,65度方位角半功率波束宽度(HPBW)天线为120度扇区提供覆盖。三个这样的天线提供360度覆盖。也可以采用其它扇区化方案。例如,也使用六、九和十二扇区配置。六个扇区站点可以使用六个基站天线,每个天线具有服务60度扇区的33度方位角HPBW天线。在其它提出的解决方案中,多列相控阵天线(即,具有多列辐射元件的天线)可以由馈送网络驱动,以从单个相控阵天线产生两个或更多个天线波束。每个波束可以为扇区提供覆盖。例如,如果使用多列相控阵天线,每个天线生成两个33度方位角HPBW波束,那么六扇区配置可以仅需要三个天线。例如,在美国专利公开No.2011/0205119和美国专利公开No.2015/0091767中公开了生成多个波束的天线,其中每个专利公开的全部内容通过引用并入本文。增加扇区的数量增加了系统容量,因为每个天线可以服务于更小的区域,因此在整个扇区中提供更高的天线增益和/或允许频率重用(reuse)。但是,将小区划分为更小的扇区具有缺点,因为覆盖窄扇区的天线通常具有更多的比覆盖更宽扇区的天线的辐射元件间隔更宽的辐射元件。例如,典型的33度方位角HPBW天线一般是典型的65度方位角HPBW天线的两倍宽。因此,随着小区被划分为更多数量的扇区,成本、空间和塔架负载要求会增加。另一个复杂因素在于,随着蜂窝系统用于支持增加的容量并提供增强的能力的需求的增长,已经引入了各种新的蜂窝服务。所添加的新服务通常在与现有服务不同的频带中操作,以避免干扰。当引入这些新服务时,通常必须维持现有的“老旧”服务,以支持老旧的移动设备数年甚至数十年。因此,随着引入新服务,必须部署新的蜂窝基站或者必须升级现有的蜂窝基站以支持新服务。为了降低成本,现在可以使用包括至少两个不同的辐射元件阵列的基站天线,其中每个辐射元件阵列支持不同类型的蜂窝服务。但是,支持多种蜂窝服务会进一步增加典型蜂窝基站天线的复杂性。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例,提供了多频带相控阵天线,其包括背板以及安装在背板的前表面前面的相应第一、第二和第三辐射元件的第一、第二和第三阵列。第一辐射元件部署在第一垂直部署的列中并且被配置为形成指向第一方向的第一天线波束,第二辐射元件部署在第二垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向的第二方向的第二天线波束,并且第三辐射元件部署在第三垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向和第二方向的第三方向的第三天线波束。天线还包括多个射频(“RF”)透镜,它们位于背板的前表面前面的垂直部署的列中。第二辐射元件中的相应一个和第三辐射元件中的相应一个位于背板和每个RF透镜之间。第一辐射元件中的至少一些位于RF透镜之间。在一些实施例中,第一辐射元件可以是被配置为在第一频带中操作的低频带辐射元件,并且第二辐射元件和第三辐射元件可以是被配置为在第二频带中操作的高频带辐射元件,第二频带比第一频带的频率高。在一些实施例中,每个第一辐射元件可以包括一对三极(tri-pol)辐射器。在一些实施例中,每个第一辐射元件可以包括以三角形布置的三个三极辐射器。在这种实施例中,RF透镜中的第一RF透镜可以部署在由一个第一辐射元件的三个三极辐射器定义的三角形内。在一些实施例中,每个第一辐射元件可以包括交叉偶极子辐射元件。在一些实施例中,第一垂直部署的列可以在第二垂直部署的列和第三垂直部署的列之间。在一些实施例中,相控阵天线还可以包括安装在背板的前表面前面的第四辐射元件的第四阵列,第四辐射元件部署在第四垂直部署的列中并且被配置为形成指向第四方向的第四天线波束。在一些实施例中,第四方向可以与第一方向基本上相同。在一些实施例中,第一辐射元件的第一阵列的半功率方位角波束宽度可以与第二辐射元件的第二阵列、第三辐射元件的第三阵列和第四辐射元件的第四阵列的组合的半功率方位角波束宽度基本相同。在一些实施例中,每个RF透镜可以是球形RF透镜。在一些实施例中,每个RF透镜可以是椭圆形RF透镜。在一些实施例中,RF透镜中的至少一些可以包括频率选择结构,该频率选择结构被配置为基本上反射第一频带中的RF能量并且基本上使第二频带中的RF能量通过。在一些实施例中,第一辐射元件的第一阵列的半功率方位角波束宽度可以与第二辐射元件的第二阵列和第三辐射元件的第三阵列的组合的半功率方位角波束宽度基本相同。在一些实施例中,RF透镜可以各自包括介电材料,该介电材料包括与在每个主表面上具有绝缘材料的导电片材料的片混合的可膨胀微球。在一些实施例中,RF透镜可以各自包括介电材料,该介电材料包括其中嵌入有至少一片导电材料的小片泡沫介电材料。根据本专利技术的其它实施例,提供了多频带相控阵天线,其包括背板、安装在背板前面的被配置为形成指向第一方向的第一天线波束的低频带辐射元件的第一垂直部署的列、安装在背板前面的被配置为形成指向不同于第一方向的第二方向的第二天线波束的高频带辐射元件的第二垂直部署的列、安装在背板前面的被配置为形成指向不同于第一方向和第二方向的第三方向的第三天线波束的高频带辐射元件的第三垂直部署的列,以及部署在低频带辐射元件的第一垂直部署的列、高频带辐射元件的第二垂直部署的列和高频带辐射元件的第三垂直部署的列的前面的至少一个射频(“RF”)透镜。相应的人造磁导体部署在每个低频带辐射元件的辐射器与背板之间。在一些实施例中,相控阵天线还可以包括可以位于第二垂直部署的列中的高频带辐射元件中的至少一个与至少一个RF透镜之间的第一辅助RF透镜,以及可以位于第三垂直部署的列中的高频带辐射元件中的至少一个与至少一个RF透镜之间的第二辅助RF透镜。在一些实施例中,至少一个RF透镜可以是圆柱形RF透镜。在一些实施例中,至少一个RF透镜可以是一列球形RF透镜。在一些实施例中,至少一个RF透镜可以是一列椭圆形RF透镜。在一些实施例中,至少一个RF透镜可以是一对圆柱形RF透镜。在一些实施例中,第一天线波束的半功率方位角波束宽度可以与第二天线波束本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多频带相控阵天线,包括:背板;第一辐射元件的第一阵列,安装在背板的前表面前面,第一辐射元件部署在第一垂直部署的列中并且被配置为形成指向第一方向的第一天线波束;第二辐射元件的第二阵列,安装在背板的前表面前面,第二辐射元件部署在第二垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向的第二方向的第二天线波束;第三辐射元件的第三阵列,安装在背板的前表面前面,第三辐射元件部署在第三垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向和第二方向的第三方向的第三天线波束;以及多个射频(“RF”)透镜,位于背板的前表面前面的垂直部署的列中,其中第二辐射元件中的相应一个和第三辐射元件中的相应一个位于背板和每个RF透镜之间,并且其中第一辐射元件中的至少一些位于RF透镜之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.07 US 62/384,2801.一种多频带相控阵天线,包括:背板;第一辐射元件的第一阵列,安装在背板的前表面前面,第一辐射元件部署在第一垂直部署的列中并且被配置为形成指向第一方向的第一天线波束;第二辐射元件的第二阵列,安装在背板的前表面前面,第二辐射元件部署在第二垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向的第二方向的第二天线波束;第三辐射元件的第三阵列,安装在背板的前表面前面,第三辐射元件部署在第三垂直部署的列中并且被配置为形成指向不同于第一方向和第二方向的第三方向的第三天线波束;以及多个射频(“RF”)透镜,位于背板的前表面前面的垂直部署的列中,其中第二辐射元件中的相应一个和第三辐射元件中的相应一个位于背板和每个RF透镜之间,并且其中第一辐射元件中的至少一些位于RF透镜之间。2.如权利要求1所述的多频带相控阵天线,其中第一辐射元件是被配置为在第一频带中操作的低频带辐射元件,并且第二辐射元件和第三辐射元件是被配置为在第二频带中操作的高频带辐射元件,其中第二频带比第一频带的频率高。3.如权利要求1或权利要求2所述的多频带相控阵天线,其中每个第一辐射元件包括一对三极辐射器。4.如权利要求1或权利要求2所述的多频带相控阵天线,其中每个第一辐射元件包括以三角形布置的三个三极辐射器。5.如权利要求4所述的多频带相控阵天线,其中RF透镜中的第一RF透镜部署在由一个第一辐射元件的三个三极辐射器定义的三角形内。6.如权利要求1或权利要求2所述的多频带相控阵天线,其中每个第一辐射元件包括交叉偶极子辐射元件。7.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中第一垂直部署的列在第二垂直部署的列和第三垂直部署的列之间。8.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,还包括:安装在背板的前表面前面的第四辐射元件的第四阵列,第四辐射元件部署在第四垂直部署的列中并且被配置为形成指向第四方向的第四天线波束。9.如权利要求8所述的多频带相控阵天线,其中第四方向与第一方向基本相同。10.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中第一辐射元件的第一阵列的半功率方位角波束宽度与第二辐射元件的第二阵列、第三辐射元件的第三阵列和第四辐射元件的第四阵列的组合的半功率方位角波束宽度基本相同。11.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中每个RF透镜包括球形RF透镜。12.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中每个RF透镜包括椭圆形RF透镜。13.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中RF透镜中的至少一些包括频率选择结构,该频率选择结构被配置为基本上反射第一频带中的RF能量并且基本上使第二频带中的RF能量通过。14.如前述权利要求中任一项所述的多频带相控阵天线,其中第一辐射元件的第一阵列的半功率方位角波束宽度与第二辐射元件的第二阵列和第三辐射元件的...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·米凯利斯I·蒂莫菲弗E·布兰德利
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

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