带透镜基站天线制造技术

一种带透镜天线系统(10)包括具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件(20a)，可选的具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件(20b)，和射频透镜(30)。射频透镜具有第三纵向轴线。射频透镜(30)被设置为使得第一列辐射元件和第二列辐射元件(20a，20b)的纵向轴线与射频透镜(30)的纵向轴线对齐并且由这些辐射元件列产生的波束的方位角被指向射频透镜。多波束天线系统还包容置着这些辐射元件列和射频透镜的天线罩(60)。可以具有多于或少于两列的辐射元件。透镜使天线阵列的HPBW变窄同时增加它们的增益因此增大系统容量。

【技术实现步骤摘要】
带透镜基站天线本申请是2014年9月9日提交的申请号为“201480057832.5”专利技术名称为“带透镜基站天线”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年4月3日提交的美国申请No.14/244,369和于2013年9月9日提交美国临时申请No.61/875,491的优先权，它们被整体以引用方式并入本文。
技术介绍
本专利技术总体上涉及无线电通信，并且更具体涉及在蜂窝通信系统中使用的多波束天线。蜂窝通信系统的名字起源于这样一个事实：通信覆盖的区域在地图上分为小区。每个这种小区配置有一个或多个天线，天线被构造用于提供与在地理位置上位于该给定小区内的手机用户的双路无线/RF通信。一个或多个天线可服务该小区，其中通常使用的多个天线分别被构造用于服务小区的扇区。典型的，多个这些扇区天线被配置在塔上，辐射波束通过每个向外指向的天线产生，以服务相应小区。常见的无线通信网络规划包括服务三个六边形形状的小区或扇区的基站。这通常已知为三扇区配置。在三扇区配置中，给定的基站天线服务120°扇区。典型地，65°半功率波宽(HPBW)天线为120°扇区提供覆盖。三个120°扇区提供360°覆盖。其它分区方案也可采用。例如，六个、九个、和十二个扇区位置已经建议了。六个扇区部位可包括六个指向的基站天线，每一个具有服务60°扇区的33°HPBW天线。在其它提议的解决方案中，单一列、多列阵列可通过馈送网络驱动，以从单一孔隙产生两个或更多个波束。例如，参考美国文献No.20110205119，该文献被以引用方式并入本文。增加扇区的数量会增大系统的容量，因为每个天线能够服务更小的区域。然而，将覆盖区域分成更小的扇区也有缺点，因为覆盖窄扇区的天线通常比覆盖较宽扇区的天线具有更多的、间隔更宽的辐射元件。例如，典型的33°HPBW天线通常是常见的65°HPBW天线的两倍宽度。因此，成本和空间需求增加了，因为小区被分成更大数量的扇区。为了解决这些问题，已经研发出利用多波束形成网络(BFN)驱动辐射元件的平面阵列、比如巴特勒矩阵的天线。然而，BFN具有很多固有的缺陷，包括不对称波束以及与端口隔离度、增益损失和狭窄频带有关的问题。基于传统椤勃柱面透镜的多波束天线的类别(HenryJasik:"AntennaEngineeringHandbook",McGraw-Hill,NewYork,1961,p.15-4)已经尝试着解决这些问题。虽然这些透镜可能具有更好的性能，但经典椤勃透镜(每一层中具有不同电介质的多层柱面透镜)成本高并且制造过程极其复杂。另外，这些天线系统存在很多问题，包括在宽频带上的波宽稳定性和高交叉-极化水平。因此，需要一种以可接受的成本解决这些问题用于提供高性能多波束基站天线的天线系统。
技术实现思路
在本专利技术的一个例子中，提供了一种多波束天线系统。多波束天线系统包括具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件，具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件，和射频透镜。射频透镜具有第三纵向轴线。射频透镜被设置为使得第一列辐射元件和第二列辐射元件的纵向轴线与射频透镜的纵向轴线对齐并且使得由这些辐射元件列产生的波束的方位角被指向射频透镜。一个或多个辐射元件列可被在俯仰平面中相对于射频透镜的轴线稍稍倾斜。多波束天线系统还包括容置着这些辐射元件列和射频透镜的天线罩。可以具有多于或少于两列辐射元件。在一个例子中，多波束天线系统包括三列辐射元件。每一列辐射元件产生的波束在经过射频透镜后具有大约40°的-10dB波宽。这些辐射元件列被布置为使得这些波束相对于天线系统的视轴分别具有-40°，0°，40°的方位角。在一个例子中，射频透镜是圆柱，其直径在这些辐射元件列的额定操作频率波长的大约1.5-5倍范围内。射频透镜可比辐射元件的列长。在本专利技术的另一方面中，射频透镜包括具有基本上一致的介电常数的介电材料，该介电常数可在1.5至2.3的范围内。射频透镜可包括多种介电颗粒。在本专利技术的另一专利技术中，辐射元件是双极化辐射元件，具有双线性+/-45°极化。在本专利技术的另一方面中，辐射元件被配置为具有随频率的增加而单调减小的方位波宽。例如，辐射元件可包括盒形偶极子阵列。辐射元件可还包括一个或多个用于稳定由带透镜天线形成的波束的导向偶极子。在本专利技术的另一方面中，每一列元件可包括适于在不同频带下操作的两个或更多个辐射元件阵列。例如，辐射元件的列可包括高频带元件和低频带元件。在一个例子中，高频带辐射元件的数量是低频带元件数量的大约两倍。高频带辐射元件可产生波束，该波束在经过射频透镜之前的方位波宽比所述多个低频带元件产生的波束的波宽窄。这允许这些波束在经过射频透镜之后具有大约相等的波宽。在一个例子中，高频带辐射元件包括使波宽变窄的导向偶极子。在另一例子中，高频带元件布置于与布置低频带元件的线平行的两条线上以变窄所述高频带元件产生的波宽。在本专利技术的另一方面中，多波束天线系统可还包括设置于射频透镜和一个或多个辐射元件列之间的介电材料片。该介电材料片可还包括设置于所述介电材料片上的线。该介电材料片可还包括设置于所述介电材料片上的槽。第二介电材料片可被包括用于改进多波束天线的端口隔离度。在本专利技术的另一方面中，多波束天线系统可还包括设置于辐射元件列和所述射频透镜之间的二次射频透镜。该二次透镜可包括介电杆。可选地，二次透镜可包括设置于每个辐射元件处的介电块。本专利技术不必限制于多波束天线。在本专利技术的另一例子中，天线系统可包括至少一个具有第一纵向轴线和方位角的辐射元件列；包括多种介电颗粒并且具有第二纵向轴线的射频透镜，所述射频透镜被设置为使得第二纵向轴线与第一纵向轴线基本上对齐并且所述方位角被指向第二纵向轴线；和容置着所述辐射元件列和所述射频透镜的天线罩。所述多种介电颗粒可引入线。在另一例子中，介电颗粒可包括在射频透镜的体积中均匀分布的至少两种类型的颗粒。在另一例子中，其中一些介电颗粒包含左手材料。在本专利技术的另一方面中，射频透镜(或者用于单一波束或者用于多波束天线)可包括具有不同的各向异性的两种不同类型的介电材料。例如，其中一种介电材料具有各向异性。在另一例子中，两种不同类型的介电材料包括两种不同的各向异性材料。在另一例子中，该两种各向异性材料以不等比例混合。在另一例子中，该两种各向异性材料在第二纵向轴线的方向上以及在垂直于第二纵向轴线的轴线的方向上具有不同值的介电常数。在本专利技术的另一方面中，射频透镜(或者用于单一波束或者用于多波束天线)可包括覆盖天线系统的后面区域的反射器。天线可还包括布置于所述辐射元件列和所述反射器之间的吸收器。附图说明图1a是示出了示例性的带透镜多波束基站天线系统的分解图的简图；图1b是示出了示例性的装配的带透镜多波束基站天线系统的断面图的简图；图2是示出了在带透镜的多波束基站天线系统中使用的示例性线性阵列的简图；图3a是示出了示例性的盒形式双极化天线辐射元件的俯视图的简图；图3b是示出了示例性的盒形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波束天线系统，并且包括：/n具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件；/n具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件；/n具有第三纵向轴线的射频透镜，所述射频透镜被设置为使得第一纵向轴线和第二纵向轴线与第三纵向轴线基本上对齐并且第一方位角和第二方位角被指向射频透镜；/n容置着所述第一列辐射元件、所述第二列辐射元件和所述射频透镜的天线罩，/n其中，所述射频透镜包括具有基本上一致的介电常数的介电材料。/n

【技术特征摘要】
20130909 US 61/875,491;20140403 US 14/244,3691.一种多波束天线系统，并且包括：
具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件；
具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件；
具有第三纵向轴线的射频透镜，所述射频透镜被设置为使得第一纵向轴线和第二纵向轴线与第三纵向轴线基本上对齐并且第一方位角和第二方位角被指向射频透镜；
容置着所述第一列辐射元件、所述第二列辐射元件和所述射频透镜的天线罩，
其中，所述射频透镜包括具有基本上一致的介电常数的介电材料。


2.根据权利要求1所述的多波束天线系统，还包括：
具有第四纵向轴线和第三方位角的第三列辐射元件，
其中，所述第二列辐射元件、所述第一列辐射元件和所述第三列辐射元件中每一者产生大约40°的-10dB波宽并且分别具有-40°，0°，40°的第二方位角、第一方位角和第三方位角。


3.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，所述透镜包括多种介电颗粒。


4.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，所述射频透镜是柱面透镜并且具有1.5-2.3之间的介电常数。


5.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，所述辐射元件包括双极化辐射元件。


6.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，每个辐射元件包括盒形偶极子阵列。


7.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，至少一列辐射元件包括一个或多个用于稳定由带透镜天线形成的波束的导向偶极子。


8.根据权利要求1所述的多波束天线系统，其中，所述第一列辐射元件和所述第二列辐射元件中至少一者被在俯仰平面中相对于所述射频透镜的轴线稍稍倾斜。


9.根据权利要求2所述的多波束天线系统，其中，所述第一列辐射元件、所述第二列辐射元件和所述第三列辐射元件中每一者包括多个高频带辐射元件和多个低频带辐射元件。


10.根据权利要求9所述的多波束天线系统，其中，包含在所述多个高频带辐射元件中的高频带辐射元件的数量是包含在所述多个低频带辐射元件中的低频带辐射元件的数量的大约两倍。


11.根据权利要求9所述的多波束天线系统，其中，所述低频带辐射元件和所述高频带辐射元件分别包括盒形辐射器。


12.根据权利要求9所述的多波束天线系统，其中，所述多个高频带辐射元件产生的天线波束的方位波宽比所述多个低频带辐射元件产生的天线波束的方位波宽窄。


13.根据权利要求12所述的多波束天线系统，其中，所述高频带辐射元件还包括导向偶极子。


14.根据权利要求12所述的多波束天线系统，其中，所述高频带辐射元件布置于第一线和第二线上，所述第一线和第二线平行于由低频带辐射元件的列限定的第三线，所述第三线布置在所述第一线和第二线之间。


15.根据权利要求1所述的多波束天线系统，还包括设置于所述射频透镜和所述第一列辐射元件之间的介电材料片。


16.根据权利要求15所述的多波束天线系统，还包括设置于所述介电材料片上的线。


17.根据权利要求15所述的多波束天线系统，其中，所述介电材料片包括多个槽。


18.根据权利要求1所述的多波束天线系统，还包括设置于所述射频透镜上的线。


19.根据权利要求1所述的多波束天线系统，还包括设置于所述第一列辐射元件和所述射频透镜之间的二次射频透镜。


20.根据权利要求19所述的多波束天线系统，其中，所述二次射频透镜包括介电杆。


21.根据权利要求19所述的多波束天线系统，其中，所述二次射频透镜包括与每个辐射元件相邻定位的介电块。


22.一种多波束、多频带天线，包括：
低频带辐射元件的第一线性阵列，其被配置用于以第一频带辐射以产生第一天线波束；
高频带辐射元件的第二线性阵列，其被配置用于以频率比第一频带高的第二频带辐射以产生第二天线波束；
设置于所述第一线性阵列和所述第二线性阵列前面的柱面射频(“RF”)透镜，
其中所述低频带辐射元件和所述高频带辐射元件分别具有随着频率的增加而减小的方位波宽。


23.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，其中，所述低频带辐射元件和所述高频带辐射元件分别具有随频率的增加大致线性减小的方位波宽。


24.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，其中，所述高频带辐射元件中的至少一些高频带辐射元件被同轴地设置在所述低频带辐射元件中的相应低频带辐射元件中。


25.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，其中，所述柱面RF透镜包括在竖直方向上和水平方向上具有不同介电常数的介电材料。


26.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，其中，所述柱面RF透镜由具有基本上一致的介电常数的介电材料形成。


27.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，还包括天线罩，其中，所述第一线性阵列、所述第二线性阵列和所述柱面RF透镜都设置于所述天线罩内。


28.根据权利要求22所述的多波束、多频带天线，其中，所述低频带辐射元件和所述高频带辐射元件一起对齐在单一列中。


29.一种多波束、多频带天线，包括：
低频带辐射元件的第一线性阵列，其被配置用于以第一频带辐射以产生第一天线波束；
高频带辐射元件的第二线性阵列，其被配置用于以频率比第一频带高的第二频带辐射以产生第二天线波束；
设置于所述第一线性阵列和所述第二线性阵列前面的柱面射频(“RF”)透镜，
其中，所述低频带辐射元件具有横跨所述第一频带的第一范围的方位波宽，所述高频带辐射元件具有横跨所述第二频带的第二范围的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·马蒂齐内，K·E·莱恩汉，I·季莫费耶夫，
申请(专利权)人：康普北卡罗来纳州公司，马青私人有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US