多陣列天線的制作方法
【專利說明】多陣列天線
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2013年2月22日提交的美國臨時專利申請序號61/767，964的優(yōu)先權(quán)，其通過引用被整體地結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開一般地涉及天線系統(tǒng)，并且更具體地涉及將支持多個譜帶的基站天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]蜂窩式移動運營商正在使用更多的譜帶和每個波段內(nèi)的越來越多的頻譜以便滿足增長的訂戶業(yè)務(wù)需求，并且為了部署新的無線電接入技術(shù)，特別是長期演進(LTE)和高級LTE無線電接入技術(shù)。蜂窩式站點因此需要可以支持多個譜帶的基站天線解決方案。具有多個波段的大多數(shù)蜂窩運營商常常將這些分組成低波段譜帶和高波段譜帶。例如，在歐洲，800 MHz和900 MHz波段通常被分類為低波段譜帶，而1800 MHz^ 2100 MHz和2600 MHz通常被分類為高波段譜帶。
[0004]蜂窩式網(wǎng)絡(luò)取決于物理環(huán)境、無線電信道環(huán)境、射頻(RF)功率、服務(wù)覆蓋和容量要求而使用多種基站和天線解決方案?；菊军c常常被分類成例如宏小區(qū)、微小區(qū)、小小區(qū)、室內(nèi)小區(qū)、分布式天線系統(tǒng)(DAS)等。宏小區(qū)站點被設(shè)計成用于更廣的區(qū)域覆蓋，并且通常具有扇區(qū)化面板天線陣列，其具有定向主波束以獲得所需增益，并且其位于周圍建筑物的平均高度以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個實施例中，本公開描述了具有至少兩個線性天線陣列的天線系統(tǒng)，每個具有多個天線元件。每個陣列被設(shè)計成從不同的相應(yīng)的譜帶發(fā)射和接收信號。第一天線陣列和第二天線陣列被布置成形成天線元件的一個較長的組合線性陣列。另外，至少一個天線元件在第一和第二天線陣列之間被共享。在一個示例中，第一天線陣列被連接到第一 RF分配和相移網(wǎng)絡(luò)以跨第一天線陣列分配RF功率并賦予相位分布(phase profile)，并且第二天線陣列被連接到第二 RF分配和相移網(wǎng)絡(luò)以跨第二天線陣列分配RF功率并賦予相位分布。
【附圖說明】
[0006]通過考慮結(jié)合附圖進行的以下詳細描述，可以容易地理解本公開的講授內(nèi)容，在所述附圖中:
圖1描繪了根據(jù)本公開的例如用于在1710—2170 MHz和2600 MHz譜帶中操作的雙交叉極化天線陣列拓撲；
圖2描繪了根據(jù)本公開的例如用于在1900 MHz和高級無線服務(wù)(AWS)波段中操作的雙交叉極化天線陣列拓撲；
圖3描繪了根據(jù)本公開的例如用于在790—960 MHz、1710—2170 MHz和2600MHz譜帶中操作的三重交叉極化天線陣列拓撲；
圖4描繪了根據(jù)本公開的例如用于在698—894 MHz,1900 MHz和AWS譜帶中操作的三重交叉極化天線陣列拓撲；
圖5描繪了根據(jù)本公開的例如用于在698-894 MHz,1900 MHz和AWS譜帶中操作的三重交叉極化天線陣列拓撲；
圖6描繪了根據(jù)本公開的例如用于在790-960MHz、1710-2170 MHz和2600MHz譜帶中操作的五重(5x)交叉極化天線陣列拓撲?’以及
圖7描繪了根據(jù)本公開的例如用于在790-960MHz、1710-2170 MHz和2600MHz譜帶中操作的五重(5x)交叉極化天線陣列拓撲。
[0007]為了便于理解，在可能的情況下，已經(jīng)使用相同的參考數(shù)字來指定為各圖所共用的相同元件。
【具體實施方式】
[0008]本公開的實施例提供一種多波段天線陣列拓撲設(shè)計，其覆蓋至少兩個譜帶范圍并且提供每個譜帶的獨立的波束傾斜，同時在定義的可用總多波段天線孔徑尺寸內(nèi)使傾斜范圍、旁瓣電平和波段間無源互調(diào)(PM)性能最大化。例如，在一個實施例中，被設(shè)計成用于兩個相應(yīng)譜帶中的信號的發(fā)射和接收的至少兩個天線陣列被布置成使得至少一個但并非所有天線元件在兩個譜帶之間被共享。此布置具有多個優(yōu)點。例如，可以將兩個陣列鄰近于例如第三天線陣列或與之同軸地定位，該第三天線陣列被設(shè)計成用于在第三譜帶中操作，但是其可規(guī)定整體多陣列天線系統(tǒng)的優(yōu)選范圍(bound)或最大長度。本公開因此允許第一和第二天線陣列具有期望的長度和因此的增益，并且還針對陣列長度的一定比例利用最佳天線間距或節(jié)距，這提供了針對諸如傾斜范圍以及旁瓣電平抑制之類的性能參數(shù)的設(shè)計自由。本公開的實施例旨在消耗否則在常規(guī)多天線系統(tǒng)內(nèi)將為空缺空間的東西，由此允許更靈活的設(shè)計和性能自由。
[0009]對于本公開的多波段天線陣列的所有實施例而言，可以將其用于射頻(RF)信號的發(fā)射和接收兩者。然而，出于明了的目的，僅使用用于發(fā)射的信號來提供描述和示例。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是一致且互惠的描述將適用于RF信號的接收。另外，出于明了的目的，應(yīng)將本文所述的所有天線陣列視為是雙交叉極化，因為其是正交極化的兩個相同(或類似)陣列。一般地，相對于每個示例，如果詳細地描述兩個正交極化陣列中的僅一個，則假設(shè)本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解相同(或類似)布置和操作描述將適用于正交極化陣列。
[0010]類似地，對于所有實施例而言，示出了 RF分配和相移網(wǎng)絡(luò)的示例。然而，根據(jù)本公開存在其它饋送網(wǎng)絡(luò)和相移解決方案，包括例如從RF分配或饋送網(wǎng)絡(luò)的更多或更少的相移分量信號驅(qū)動更多或更少的天線元件，這將提供相對于諸如傾斜范圍和/或旁瓣電平抑制之類的天線性能參數(shù)的不同的設(shè)計和成本權(quán)衡。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是根據(jù)本公開的其它、另外和不同的實施例，與在所示實施例中示出和描述的那些不同的尺寸、天線元件的數(shù)目和/或其它變化是可能的。
[0011]示出的實施例被設(shè)計成證明有利的天線元件節(jié)距以及陣列面拓撲是可實現(xiàn)的以在單個天線底盤和天線罩組件的受限或約束尺寸方面適應(yīng)所有陣列。此類優(yōu)化的天線元件節(jié)距提供了就諸如傾斜范圍、旁瓣電平以及隔離之類的天線性能參數(shù)方面的增強的設(shè)計靈活性。
[0012]作為說明性示例，當(dāng)前在1800 MHz或2100 MHz譜帶中或者在站點處在兩個譜帶中運營服務(wù)的蜂窩式運營商可能還需要添加2600 MHz譜帶，尤其是對于宏小區(qū)站點而言。將蜂窩式基站站點升級以支持附加譜帶的先前方法包括添加附加單波段天線，將天線換成寬帶天線和將天線換成多波段天線。使用更多單波段天線來支持附加譜帶允許對每個譜帶進行獨立的RF優(yōu)化，并且?guī)椭節(jié)撛诘牟ǘ伍g、跨波段和相鄰波段干擾問題最小化。然而，這可能導(dǎo)致增加的站點租賃成本和增加的風(fēng)負荷，并且可能引起陸地分區(qū)問題。另一方面，變成寬帶天線允許運營商保持天線和饋電電纜的總數(shù)。寬帶天線通常是可以支持寬頻率范圍并因此覆蓋多個譜帶的那些。例如，支持頻率范圍1710—2690 MHz的天線是受歡迎的寬帶天線，因為其覆蓋現(xiàn)有的1800 MHz和2100 MHz波段加上在歐洲最近發(fā)布的2600 MHz波段。然而，用此類寬帶天線，需要在天線連接之前將每個譜帶組合，并且因此不能在例如仰角傾斜方面獨立地對每個波段進行優(yōu)化。另外，由于更多的頻譜和事實上的功率被組合到單個寬帶天線上，所以增加了波段間干擾問題的可能性以及概率。例如，由于天線線路設(shè)備(諸如饋電線和天線)中的多個譜分量的非線性混合而出現(xiàn)無源互調(diào)(PM)干擾。在某些功率和Tx頻率組合下，這可以導(dǎo)致創(chuàng)建P頂干擾，其可以落入到被設(shè)計成支持上行鏈路信道的頻譜中，并且因此使基站接收機靈敏度惡化。寬帶天線的另一缺點是雖然可以使得陣列中的輻射天線元件支持寬的頻率范圍，但是天線陣列將不具有最佳陣列因數(shù)，即陣列將不會具有針對所有頻率優(yōu)化的元件節(jié)距或元件間間距。天線陣列的此寬帶化將導(dǎo)致某些性能權(quán)衡，諸如增益、仰角圖案旁瓣電平、和/或限制電傾斜范圍。
[0013]相比之下，本公開的實施例包括至少兩個天線陣列，其被設(shè)計成用于兩個相應(yīng)譜帶中的信號的發(fā)射和接收，并且其被布置成使得至少一個但并非所有天線元件在兩個譜帶之間被共享。此布置具有多個優(yōu)點。例如，在一個實施例中，兩個陣列被鄰近于例如第三天線陣列或與之同軸地定位，該第三天線陣列被設(shè)計成用于在第三譜帶中操作，但是其可規(guī)定總體多陣列天線系統(tǒng)的優(yōu)選范圍或最大長度。本公開因此允許第一和第二天線陣列具有期望的長度和因此的增益，并且還針對陣列長度的一定比例利用最佳天線間距或節(jié)距，這提供了針對諸如傾斜范圍以及旁瓣電平抑制之類的性能參數(shù)的設(shè)計自由。本公開的實施例旨在在使部件計數(shù)最小化的同時消耗否則在常規(guī)多天線系統(tǒng)內(nèi)將為空缺空間的事物，由此允許更靈活的設(shè)計和性能自由。
[0014]實施例1一在圖1中圖示出本公開的第一實施例，其在天線寬度被要求為最小時在基站站點處的單個天線位置上用例如2500—2690 MHz的第二譜帶支持例如1710—2170MHz的第一譜帶。圖1描繪了具有支持兩個不同高波段頻率范圍(例如，高波段I = 1710—2170 MHz且高波段2 = 2500—2690 MHz)的兩個高波段陣列的雙陣列面拓撲設(shè)計。兩個高波段陣列被垂直地堆疊為一個陣列在另一陣列的頂部。在一個實施例中，組合天線陣列的總長度在例如1.8 — 2.2m之間，并且因此反映基站天線的一般長度或者可用或最大長度。然而，兩個高波段陣列共享多個公共天線元件，其近似位于沿著陣列的半途中。在一個實施例中，用于高波段I天線陣列的總陣列長度約為1.4m，并且高波段2天線陣列約為1.3m，其為用于提供所需的方向性、垂直圖案波束寬度以及因此的增益的此類波段的有利陣列長度。
[0015]在本示例中，每個高波段陣列具有其自己的獨立共同的饋送網(wǎng)絡(luò)和相移網(wǎng)絡(luò)。如圖1中所示，高波段天線陣列I針對其陣列長度的大部分具有對于范圍1710—2170 MHz而言優(yōu)化的天線元件間距(節(jié)距)。高波段天線陣列2針對其陣列長度的大部分具有對于范圍2500-2690 MHz而言優(yōu)化的天線元件節(jié)距。共享或公共天線元件可以具有中間節(jié)距或累進式節(jié)距變化。共享天線元件經(jīng)由雙工濾波器被連接到兩個相應(yīng)的共同的饋送和相移網(wǎng)絡(luò)，其在一個示例中可具有1710—2170 MHz和2500—2690 MHz的隔離通帶。因為每個高波段陣列與被設(shè)計成用于在整個1710— 2690 MHz范圍內(nèi)的寬帶操作的陣列相比使用更優(yōu)的元件節(jié)距，所以傾斜范圍、增益和旁瓣電平方面的改善將是可實現(xiàn)的。具有一定比例的共享天線元件的兩個高波段陣列還提供了用于在實現(xiàn)期望增益的同時使兩個高波段陣列之間的隔離最大化例如以確保諸如PM干擾之類的最佳波段間干擾的優(yōu)化解決方案。可以通過不使用任何共享或公共天線元件來實現(xiàn)單個共享天線罩中的最大隔離，但是這意味著較短的陣列長度和因此的增益。
[0016]實施例2—圖2的示例類似于第一實施例，但是采取具有相同元件節(jié)距且因此被設(shè)計成覆蓋譜帶和頻率的不同但類似范圍的兩個高波段陣列。圖2的示例對不需要支持擴展范圍的譜帶的區(qū)域或蜂窩式網(wǎng)絡(luò)而言可能特別有用。示例可以包括聚焦于1900 MHz的北美區(qū)域和高級無線服務(wù)(AWS:1700 MHz上行鏈路和2100 MHz下行鏈路)譜帶。在本實施例中，不存在對適應(yīng)例如2600