其中具有支持大扫描角辐射的贴片型天线阵列的无线通信系统技术方案

天线包括交叉极化馈送信号网络，所述交叉极化馈送信号网络被配置成将第一和第二射频(RF)输入馈送信号在相应第一和第二对馈送信号输出端口处转换成第一和第二对交叉极化馈送信号。提供一种馈送信号底座，其电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口，并且提供一种贴片辐射元件，所述贴片辐射元件由所述馈送信号底座电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。此贴片辐射元件可以电容耦合到馈送信号底座上的第一和第二对馈送信号线，所述第一和第二对馈送信号线电连接到第一和第二对馈送信号输出端口。馈送信号输出端口。馈送信号输出端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】其中具有支持大扫描角辐射的贴片型天线阵列的无线通信系统


[0001]本专利技术涉及天线装置，并且更具体地涉及贴片型辐射元件和用于无线通信系统的天线阵列。

技术介绍

[0002]波束成形天线可能通常需要距离天线反射器的视轴高达
±
60
°
的相对较大的扫描角度。遗憾的是，因为辐射元件方向图的相对窄的波束宽度、相对较差的有源返回损耗、正交极化(自身ISO)之间的相对较差的隔离以及相邻辐射元件(ISO间)之间的相对较差的隔离，所以传统基站天线通常无法实现如此大的
±
60
°
扫描角度。
[0003]替代地，填充空气的贴片天线以及多层贴片天线相对于具有实心衬底的单层贴片天线通常具有相对宽的带宽，但通常成本较高，结构不稳定。由微带环形圈限定的多层填充空气的贴片天线的一个实例公开于Bisiules等人的共同受让的第7,283,101号美国专利的图2a
‑
2c中，所述专利的公开内容据此以引用方式并入本文中。多层填充空气的贴片天线的另一实例在S.Sevskiy等人的名称为“Air
‑
Filled Stacked
‑
Patch Antenna(填充空气的堆叠式贴片天线)”的文章中公开(参见例如，http://hft.uni
‑
duisburg
‑
essen.de/INICA2007/2003/archive/inica_2003/2.2_Sevskiy.PDF)。遗憾的是，这种堆叠式贴片天线可能成本较高，孔径和高度较大，波束宽度相对较窄。
[0004]广角扫描线性阵列天线在G.Yang等人的名称为“Study on Wide
‑
Angle Scanning Linear Phased Array Antenna(关于广角扫描线性相控阵列天线的研究)”IEEE Trans.on Antennas and Propagation，第66卷，第1期，2018年1月，第450
‑
455页的文章中公开。如Yang等人的图1所示，相对宽的波束宽度天线可在接地平面上包括具有电壁的驱动微带天线。基于此配置，在辐射贴片上产生微带天线的水平电流，而微带天线的电场在电壁上感应竖直电流。如所属领域的技术人员将理解的，竖直金属壁有助于支持阵列的相对宽的波束宽度和相对大的扫描角度，然而，仅单个极化辐射是可能的。相控阵天线的这些特征也在G.Yang等人的名称为“A Wide
‑
Angle E
‑
Plane Scanning Linear Array Antenna with Wide Beam Elements(具有广波束元件的广角E平面扫描线性阵列天线)”IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，第16卷(2017)，第2923
‑
2926页的文章中公开。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的实施例的天线阵列利用尺寸缩小的贴片型辐射器来支持更宽的扫描角度和更宽的波束宽度。在本专利技术的这些实施例中的一些实施例中，天线包括：交叉极化馈送信号网络，所述交叉极化馈送信号网络被配置成将第一和第二射频(RF)输入馈送信号在相应的第一和第二对馈送信号输出端口处转换成第一和第二对交叉极化馈送信号；以及馈送信号底座，所述馈送信号底座电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。还提供了贴片型辐射元件，其由所述馈送信号底座电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端
口。
[0006]在本专利技术的这些实施例中的一些实施例中，所述贴片型辐射元件电容耦合到所述馈送信号底座上的第一和第二对馈送信号线，所述第一和第二对馈送信号线电连接到所述第一和第二对馈送信号输出端口。所述馈送信号底座上的所述第一和第二对馈送信号线可以焊接结合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。
[0007]还可以提供环形支撑框架，所述环形支撑框架在所述贴片型辐射元件与所述交叉极化馈送信号网络之间延伸。此环形支撑框架可以被配置成限定围绕所述馈送信号底座的至少一部分的至少部分电磁屏蔽腔。具体地，所述环形支撑框架可包括面向所述馈送信号底座的金属化内表面和金属化外表面中的至少一个。所述交叉极化馈送信号网络还可以包括印刷电路板，所述印刷电路板上具有接触所述环形支撑框架的金属化部分的接地平面。
[0008]根据本专利技术的附加实施例，所述馈送信号底座包括其中具有圆柱形腔的环形聚合物，所述第一和第二对馈送信号线沿着所述环形聚合物的外部延伸。这些第一和第二对馈送信号线可以平行于在馈送信号底座内的圆柱形腔的纵向轴线延伸。
[0009]根据本专利技术的另外实施例，提供一种天线，其包括交叉极化馈送信号网络，所述交叉极化馈送信号网络被配置成将第一和第二射频(RF)输入馈送信号在相应的第一和第二对馈送信号输出端口处转换成第一和第二对交叉极化馈送信号。还提供了聚合物贴片载体，其包括在其外表面上的贴片型辐射元件。此贴片型辐射元件可以电容耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。例如，所述贴片载体可包括所述第一和第二对馈送信号线，并且所述贴片型辐射元件可以电容耦合到所述第一和第二对馈送信号线的弓形远端。还可以提供矩形、环形支撑框架，所述矩形、环形支撑框架在所述贴片载体与所述交叉极化馈送信号网络之间延伸。
[0010]在本专利技术的再一些另外实施例中，提供一种天线，其包括馈送信号网络、在其上具有贴片型辐射元件的贴片载体以及馈送信号底座。所述馈送信号底座在其上包括第一和第二对馈送信号线，所述第一和第二对馈送信号线耦合到所述贴片型辐射元件并且至少部分地通过电磁屏蔽腔延伸到所述馈送信号网络。在这些实施例中的一些实施例中，所述贴片型辐射元件在所述贴片载体的外表面上延伸；并且所述馈送信号底座包括其中具有圆柱形腔的环形聚合物。所述第一和第二对馈送信号线可以焊接结合到所述馈送信号网络并且电容耦合到所述贴片型辐射元件。此外，在所述馈送信号网络包括印刷电路板，印刷电路板上具有接地平面的情况下，所述第一和第二对馈送信号线可以焊接结合到所述馈送信号网络的在所述接地平面中的开口内延伸的部分。有利地，所述贴片载体还可以包括介电加载延伸部，所述介电加载延伸部延伸到所述电磁屏蔽腔中。除其它外，此介电加载延伸部可以被配置成调谐所述贴片型辐射元件的中心频率。所述馈送信号底座可延伸穿过所述介电加载延伸部中的开口。
[0011]另外，可提供环形支撑框架，其在所述贴片载体与所述馈送信号网络之间延伸。此支撑框架可包括面向所述馈送信号底座的金属化内表面和金属化外表面中的至少一个。在本专利技术的一些实施例中，所述环形支撑框架的高度可以在所述电磁屏蔽腔相对于所述馈送信号网络的最大高度的约0.5倍到约1.2倍的范围内。
[0012]根据本专利技术的附加实施例，提供一种天线，其包括：(i)交叉极化馈送信号网络；(ii)基于聚合物的贴片载体，其在3GHz的频率下具有等于约3.8或更大的介本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种天线，其包括：交叉极化馈送信号网络，所述交叉极化馈送信号网络被配置成将第一和第二射频(RF)输入馈送信号在相应的第一和第二对馈送信号输出端口处转换成第一和第二对交叉极化馈送信号；馈送信号底座，所述馈送信号底座电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口；以及贴片辐射元件，所述贴片辐射元件由所述馈送信号底座电耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述贴片辐射元件电容耦合到所述馈送信号底座上的第一和第二对馈送信号线，所述第一和第二对馈送信号线电连接到所述第一和第二对馈送信号输出端口。3.根据权利要求2所述的天线，其中所述馈送信号底座上的所述第一和第二对馈送信号线焊接结合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。4.根据权利要求2所述的天线，其还包括环形支撑框架，所述环形支撑框架在所述贴片辐射元件与所述交叉极化馈送信号网络之间延伸。5.根据权利要求4所述的天线，其中所述环形支撑框架被配置成限定围绕所述馈送信号底座的至少一部分的电磁屏蔽腔。6.根据权利要求5所述的天线，其中所述环形支撑框架包括面向所述馈送信号底座的金属化内表面和金属化外表面中的至少一个。7.根据权利要求2所述的天线，其中所述馈送信号底座包括其中具有圆柱形腔的环形聚合物。8.根据权利要求7所述的天线，其中所述第一和第二对馈送信号线沿着所述环形聚合物的外部延伸。9.根据权利要求8所述的天线，其中所述第一和第二对馈送信号线平行于所述馈送信号底座内的所述圆柱形腔的纵向轴线延伸。10.根据权利要求6所述的天线，其中所述交叉极化馈送信号网络包括印刷电路板，所述印刷电路板上具有接触所述环形支撑框架的金属化部分的接地平面。11.一种天线，其包括：交叉极化馈送信号网络，所述交叉极化馈送信号网络被配置成将第一和第二射频(RF)输入馈送信号在相应的第一和第二对馈送信号输出端口处转换成第一和第二对交叉极化馈送信号；以及贴片载体，所述贴片载体上包括贴片辐射元件，所述贴片辐射元件电容耦合到所述第一和第二对馈送信号输出端口。12.根据权利要求11所述的天线，其中所述贴片载体包括聚合物；并且其中所述贴片辐射元件邻近所述贴片载体的外表面延伸。13.根据权利要求12所述的天线，其中所述贴片载体包括第一和第二对馈送信号线；并且其中所述贴片辐射元件电容耦合到所述第一和第二对馈送信号线。14.根据权利要求12所述的天线，其中所述贴片载体包括第一和第二对馈送信号线；并且其中所述贴片辐射元件电容耦合到所述第一和第二对馈送信号线的弓形远端。
15.根据权利要求14所述的天线，其还包括环形支撑框架，所述环形支撑框架在所述贴片载体与所述交叉极化馈送信号网络之间延伸。16.一种天线，其包括：馈送信号网络；以及贴片载体，所述贴片载体包括贴片辐射元件和馈送信号底座，所述馈送信号底座上具有第一和第二对馈送信号线，所述第一和第二对馈送信号线耦合到所述贴片辐射元件并且至少部分地通过电磁屏蔽腔延伸到所述馈送信号网络。17.根据权利要求16所述的天线，其中所述贴片辐射元件在所述贴片载体的外表面上延伸；并且其中所述馈送信号底座包括其中具有圆柱形腔的环形聚合物。18.根据权利要求17所述的天线，其中所述第一和第二对馈送信号线焊接结合到所述馈送信号网络并且电容耦合到所述贴片辐射元件。19.根据权利要求16所述的天线，其中所述馈送信号网络包括印刷电路板，所述印刷电路板上具有接地平面；并且其中所述第一和第二对馈送信号线焊接结合到所述馈送信号网络的在所述接地平面中的开口内延伸的部分。20.根据权利要求16所述的天线，其中所述贴片载体包括介电加载延伸部，所述介电加载延伸部延伸到所述电磁屏蔽腔中。21.根据权利要求20所述的天线，其中所述馈送信号底座延伸穿过所述介电加载延伸部中的开口。22.根据权利要求19所述的天线，其中所述贴片载体包括介电加载延伸部，所述介电加载延伸部延伸到所述电磁腔中；并且其中所述馈送信号底座延伸穿过所述介电加载延伸部中的开口。23.根据权利要求22所述的天线，其还包括环形支撑框架，所述环形支撑框架在所述贴片载体与所述馈送信号网络之间延伸，并且包括面向所述馈送信号底座的金属化内表面和金属化外表面中的至少一个。24.根据权利要求23所述的天线，其中所述环形支撑框架的高度大约等于所述电磁屏蔽腔相对于所述馈送信号网络的最大高度。25.根据权利要求23所述的天线，其中所述环形支撑框架的高度在所述电磁屏蔽腔相对于所述馈送信号网络的最大高度的约0.5倍到约1.2倍的范围内。26.一种天线，其包括：交叉极化馈送信号网络；贴片载体，所述贴片载体包括聚合物，所述聚合物在3GHz的频率下具有等于约3.8或更大的介电常数；以及贴片辐射元件，所述贴片辐射元件在所述贴片载体上延伸并且通过电磁屏蔽腔电耦合到所述交叉极化馈送信号网络。27.根据权利要求26所述的天线，其还包括在所述交叉极化馈送信号网络与所述贴片载体之间延伸的贴片载体支撑框架。28.根据权利要求27所述的天线，其中所述贴片载体支撑框架包括与所述贴片载体内的聚合物等效的聚合物。29.根据权利要求28所述的天线，其中所述贴片载体支撑框架呈环形；其中所述贴片载
体支撑框架的内侧壁的至少一部分和/或所述贴片载体支撑框架的外侧壁的至少一部分金属化；并且其中所述贴片载体的一部分延伸到所述电磁屏蔽腔中，从而充当所述贴片辐射元件上的介电负载。30.一种天线，其包括：馈送信号网络；在所述馈送信号网络上的至少部分金属化的支撑框架；以及贴片载体，所述贴片载体上具有贴片辐射元件，所述贴片辐射元件通过所述支撑框架中的腔电耦合到所述馈送信号网络。31.根据权利要求30所述的天线，其中所述贴片载体沿着所述支撑框架的周边接触所述支撑框架。32.根据权利要求30所述的天线，其中所述贴片载体沿着所述支撑框架的整个周边接触所述支撑框架。33.根据权利要求32所述的天线，其中所述贴片载体与所述支撑框架之间的交界面在第一平面中延伸；并且其中所述贴片载体包括介电加载延伸部，所述介电加载延伸部延伸穿过所述第一平面并且延伸到所述腔中。34.根据权利要求33所述的天线，其中所述介电加载延伸部由所述腔的一部分与所述馈送信号网络间隔开。35.根据权利要求33所述的天线，其中所述贴片载体包括馈送信号底座，所述馈送信号底座完全延伸穿过所述腔并且焊接结合到所述馈送信号网络的部分。36.根据权利要求35所述的天线，其中包括所述馈送信号底座和所述介电加载延伸部的所述贴片载体和所述支撑框架包括聚合物。37.根据权利要求36所述的天线，其中所述聚合物在3GHz的频率下具有等于约3.8或更大的介电常数。38.根据权利要求35所述的天线，其中包括所述馈送信号底座和所述介电加载延伸部的所述贴片载体和所述支撑框架包括尼龙。39.根据权利要求35所述的天线，其中所述馈送信号底座包括环形聚合物区域；并且其中所述支撑框架中的腔包括环形延伸部，所述环形延伸部在所述介电加载延伸部与所述馈送信号底座的侧壁之间延伸。40.一种贴片天线阵列，其包括：馈送信号网络；在所述馈送信号网络上的多腔室支撑框架；以及贴片载体，所述贴片载体上具有多个贴片辐射元件，所述贴片辐射元件通过所述多腔室支撑框架中的相应腔电耦合到所述馈送信号网络。41.根据权利要求40所述的贴片天线阵列，其中所述多腔室支撑框架中包括具有多个电磁屏蔽腔的金属化聚合物。42.根据权利要求40所述的贴片天线阵列，其中所述多腔室支撑框架包括金属化聚合物；并且其中所述多腔室支撑框架中的多个腔具有金属化内部侧壁。43.根据权利要求40所述的贴片天线阵列，其中所述多个贴片辐射元件之间的间距在约0.43λ到约0.47λ的范围内；其中所述贴片载体和所述多腔室支撑框架的堆叠高度在约
0.12λ到约0.16λ的范围内；并且其中所述多个贴片辐射元件的直径在约0.23λ到约0.27λ的范围内，其中，λ对应于频率为3.55GHz的射频(RF)信号(在空气中)的波长。44.根据权利要求40所述的贴片天线阵列，其中所述多腔室支撑框架包括多个对准柱和邻近其周边延伸的多个夹具；并且其中所述贴片载体中具有多个凹部，所述多个凹部被配置成当所述多腔室支撑框架固定地附接到所述贴片载体时接收所述对准柱和夹具中的相应对准柱和夹具。45.一种贴片天线阵列，其包括：双面印刷电路板(PCB)，所述双面印刷电路板具有在其后表面上的多个间隔开的各对图案化金属迹线和在其前表面上的金属平面，所述金属平面中具有多个开口，所述多个开口暴露所述PCB中的对应多个电镀通孔，所述多个电镀通孔电耦合到所述多个间隔开的各对图案化金属迹线中的对应图案化金属迹线；在所述金属平面上的至少部分金属化的多腔室聚合物支撑框架；以及聚合物贴片载体，所述聚合物贴片载体上具有多个贴片辐射元件，所述多个贴片辐射元件由对应的聚合物馈送信号底座和所述电镀通孔电耦合到所述PCB的后表面上的对应各对图案化金属迹线。46.一种天线，其包括：基于聚合物的辐射元件，所述基于聚合物的辐射元件上具有环形金属化辐射表面，所述环形金属化辐射表面电耦合到交叉极化馈送信号网络。47.根据权利要求46所述的天线，其中所述环形金属化辐射表面电容且电感耦合到所述交叉极化馈送信号网络。48.根据权利要求47所述的天线，其中所述交叉极化馈送信号网络包括耦合到所述基于聚合物的辐射元件的四个聚合物柱。49.根据权利要求48所述的天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，V，
申请(专利权)人：康普技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：