CN103988367A - 多频带有源-无源基站天线 - Google Patents

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Abstract

一般描述的，本公开涉及具有有源组件和无源组件的天线，其一般地被称作有源-无源天线。更具体地，本申请的各方面包括被配置成根据第一频率带宽来处理通信的有源天线元件和被配置成根据第二频率带宽来处理通信的无源天线元件的组合。又另外地，本公开包括有源和无源天线组件的集成，以及利用传统有源阵列天线的组件来允许以先前只是被用于有源阵列天线的相同形状因数来合并有源-无源天线。

Description

多频带有源-无源基站天线
背景技术
通常已经利用无源天线来完成基站天线部署，诸如固定的电倾斜（FET）、机械电倾斜（MET）和远程电倾斜（RET）天线。这些年来，对频带的增加的使用已经导致从大部分单频带FET天线开始逐渐移向多频带RET天线的增长的复杂性。然而，这些天线是无源天线，并且在天线内不包含诸如放大器和无线电装置之类的任何有源RF设备。因此，这些天线仍然具有从辐射元件到第一有源设备的显著RF损耗。例如，所述第一有源设备可以是NodeB、塔顶放大器（Tower Mounted Amplifier，TMA）或远程无线电头端（Remote Radio Header，RRH）。这些RF损耗的大小可以是大约若干dB，这可能显著地影响系统性能。
在有源天线环境中，RF损耗消失，这是因为使诸如上行链路路径中的低噪声放大器（LNA）或下行链路路径中的功率放大器（PA）之类的有源设备尽可能接近天线辐射元件。天线辐射元件与有源设备的接近减轻许多与无源天线辐射元件相关联的损耗，诸如馈送网络损耗、移相器损耗以及电缆馈线损耗。然后可以用模拟或数字领域中的电子移相器形成波束。
在有源天线中，宽带辐射元件的阵列可以与分布式模块相组合。每个分布式模块可以包含双三工器（double triplexer）、双LNA、双PA、移相器和衰减器，并且还可以与无源馈送网络、与无源移相器相组合。这些模块是所有天线的紧致且基本的构建块。尽管操作者对能够由有源天线所带来的改善的性能感到非常满意，但是由于塔的负载和分区限制，当在相同塔上或在相同天线上组合诸如第二代空中接口标准（“2G”）、第三代空中接口标准（“3G”）和第四代空中接口标准（“4G”）之类的多种技术时，挑战仍然存在。
附图说明
当结合附图来理解时，本发明的前述方面和许多伴随的优点将变得更容易被认识到，因为通过参考以下详细描述，所述内容变得更好理解，其中：
图1是在辐射元件、无源天线组件和有源射频设备之间的连接的图示。
图2A-2D是图示有源-无源天线的各种组件的框图。
图3是包括有源-无源天线的实施例的有源阵列天线的透视图。
图4是包括有源-无源天线的实施例的有源阵列天线的侧视图。
具体实施方式
一般来说，本公开涉及具有有源组件和无源组件的天线，其一般地被称作有源-无源天线。更具体地，本申请的方面包括被配置成根据第一频率带宽来处理通信的有源天线元件和被配置成根据第二频率带宽来处理通信的无源天线元件的组合。又另外地，本公开包括有源和无源天线组件的集成，以及利用传统有源阵列天线的组件来允许以先前只是被用于有源阵列天线的相同形状因数来合并有源-无源天线。
图1图示在一组辐射元件10和第一有源设备20之间的连接，其中只存在无源天线。图1中示出的实施例图示单个极化示例，诸如例如+/-45°极化。在其它实施例中，不同的极化角或不同的极化数目可以是可能的。继续参考图1，辐射元件连接到天线馈送网络12，形成无源天线。说明性地，所述天线馈送网络可以包括附接到远程电倾斜（RET）天线（未示出）的多个无源移相器14和共同馈送网络（现在示出）。无源天线馈送网络12可以被配置成处理高功率，例如大约每端口250W。来自天线馈送网络12的信号然后可以被馈送进组合器（combiner）/分配器（divider）14中并且经组合的信号然后可以经由RF连接器18被发出至有源组件20。有源组件20可以是例如NodeB、塔顶放大器（TMA）或远程无线电头端（RRH）。本领域技术人员将认识到，在天线内不包含任何有源RF设备（诸如放大器和无线电装置）的无源天线通常具有从辐射元件到有源组件20的显著RF损耗。
图2A-2C是有源-无源天线200的实施例的框图。与图1中图示的实施例类似，图2A-2C中示出的实施例图示单个极化示例，诸如例如+/-45°极化。在其它实施例中，不同的极化角或多种极化数目可以是可能的。在一些实施例中，图2A-2C中图示的有源-无源天线利用有源组件来覆盖具有长期演进（LTE）技术的高级无线系统（AWS）频带并且还可以利用无源组件来覆盖个人通信服务（PCS）频带。
参考图2A，在每对辐射元件210之后存在多组分布式双三工器220。一般来说，三工器220被用于分离有源和无源组件二者中的上行和下行链路上的不同的频率带。在一些实施例中，三工器200可以分离无源频带和有源频带中的一个或多个下行链路（DL）和一个或多个上行链路（UL）中的信号。双三工器220覆盖两个斜极化（诸如例如+/-45°等）。在其它实施例中，不同类型的三工器或其它多工器可以被用于覆盖可以实现的不同级别和/或角度的极化。另外，虽然在图2A中图示了四对辐射元件210和三工器220，但是相关技术人员认识到，不同数目的辐射元件可以被合并到有源-无源天线200中。
继续参考图2A，双三工器220可以定义有源-无源天线200的三个支路220a、220b和220c。每个三工器的支路220a可以连接到第一有源天线组件230，其将关于图2B而被描述。每个三工器的支路220b可以连接到无源天线组件250，其将关于图2C而被描述。另外，每个三工器的支路220c可以连接到第二有源天线组件260，其将关于图2D而被描述。相关领域技术人员将认识到，在只有单个有源组件被包括在有源-无源天线200中的情况下，支路220c和第二有源天线组件260可以被省略。
现在参考图2B，第一有源组件230可以包括用于有源-无源天线220中每个三工器220的分布式LNA 232。分布式LNA 232帮助最小化系统噪声系数。在一些实施例中，LNA 232可以包括放大器和模拟预失真（APD）模块。在LNA 232之后，电子移相器234可以被用于为形成支路220a上的信号的垂直波束增加灵活性。所述电子移相器234可以具有宽范围的垂直下倾以及可变的上旁瓣抑制（USLS），用以最大化天线增益和/或最小化来自相邻蜂窝站点（cell site）的干扰。信号可以从电子移相器234输入到电子衰减器236。来自多个三工器220的支路220a的信号然后可以被馈送到组合器/分配器238中并且经组合的信号然后可以在被馈送到无线电发射器242之前被馈送到预放大器240中。无线电发射器242可以具有标准基站接口244（诸如例如通用公共无线电接口（CPRI））以便发射到其它基站。在一些实施例中，无源-有源天线200可以覆盖1710-1755MHz频带中的有源上行链路信道（“UL”），诸如经由三工器220的支路220a上的信号在LTE技术中所使用的频带。
现在参考图2C，无源天线组件250可以包括无源天线馈送网络252。在一些实施例中，天线馈送网络252可以包括被附接到远程电倾斜（RET）天线（未示出）的多个无源移相器254和共同馈送网络（现在示出）。无源天线馈送网络252可以被配置成处理高功率，例如大约每端口250W。来自天线馈送网络252的信号然后可以被馈送到组合器/分配器256中并且经组合的信号然后可以经由RF连接器258被发送出去。在一些实施例中，无源-有源天线200可以覆盖1850-1995MHz频带中的无源上行链路信道，诸如经由三工器220的支路220b上的信号在个人通信服务（“PCS”）技术中所使用的频带。
现在转到图2D，如之前所讨论的，在一些实施例中，第二有源天线组件260还可以在一些实施例中是有源的。第二有源天线组件260可以经由标准接口272连接到无线电接收器270的输入。由无线电接收器270接收的信号可以被分配器/组合器268所分裂以被分布到电子衰减器266和电子移相器264以及分布式功率衰减器（PA）262。来自每个PA 262的信号然后可以被馈送到三工器220的每个220c支路中。在一些实施例中，有源-无源天线220可以覆盖2110-2155MHz频带中的有源下行链路信道（“DL”），诸如经由三工器200的支路220c上的信号在LTE技术中所使用的频带。
以下是无源频率以及有源UL和DL频率的不同组合的示例的列表，其中通过使用本文中描述的实施例来使用可以与多工器相组合以获得集成的有源-无源基站天线阵列的单个宽带元件用于辐射元件的各种带宽。频谱块使用的其它变型也可以是可用的，其取决于国家/区域/运营商。因此，在本公开中进行指示的示例和以下的表格不应当被解释为限制性的。
辐射元件带宽1710-2170MHz：
辐射元件带宽1920-2690MHz：
1920-1980 MHz有源UL 2110-2155 MHz有源DL 2500-2690MHz无源
1920-2170 MHz无源 2500-2570 MHz有源UL 2620-2690MHz有源DL
辐射元件带宽698-894MHz：
698-716MHz有源UL 728-746MHz有源DL 824-894MHz无源
698-787MHz无源 824-849MHz有源UL 869-894MHz有源DL
辐射元件带宽790-960：
790-821MHz有源DL 832-862MHz有源UL 890-960MHz无源
790-862MHz无源 890-915MHz有源UL 935-960MHz有源DL
图3是有源-无源天线200的实施例的透视图。图4对应于有源阵列天线200的侧视图。如在图3和4中图示的，有源-无源天线200的使用允许有源-无源天线200的减小的物理覆盖区（footprint）。更具体地，在一个方面中，有源-无源天线200的尺寸将大体上与无源天线组件（诸如图1中图示的天线组件）的相同。因此，没有对有源-无源天线200的尺寸的修改允许包括一个或多个有源模式。在一些实施例中，已经存在或针对天线配置的多工器被用于使得有源-无源天线200能够操作于有源和无源频带二者中。对组件的复用因而使得有源-无源天线200能够保持与添加无源频带之前相同的形状因数。
虽然已经公开并讨论了说明性实施例，相关领域技术人员将意识到，在本公开的精神和范围之内可以实现附加或可替换的实施例。另外，虽然许多实施例已经被指示为说明性的，相关领域技术人员将意识到，说明性实施例不需要被组合或实现在一起。因而，根据对本公开的变型的范围，不需要利用或实现一些说明性实施例。
除非另外特别声明或以其他方式在如所使用的上下文之内理解的，除其他外尤其是诸如“能够”、“可能”、“也许”、或“可以”之类的条件语言通常意图传达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元素或步骤。因而，此类条件语言通常不意图暗示特征、元素或步骤以任何方式被要求用于一个或多个实施例或者一个或多个实施例在有或没有用户输入或提示的情况下必定包括用于决定是否这些特征、元件或步骤被包括在任何特定实施例中或将在其中执行的逻辑。此外，除非另外特别声明，或以其他方式在如所使用的上下文内理解的，通常意图传达在列举元件列表时连词“或”的使用不限制只选择单个元件并且可以包括两个或更多元件的组合。
本文中描述的流程图中的和/或描绘在附图中的任何过程描述、元件或框应当被理解为潜在地表示包括用于实现所述过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的部分、段或模块。如将会由本领域技术人员理解的，可替换的实现方式被包括在本文中描述的实施例的范围内，其中取决于所涉及的功能，元件或功能可以被删除、不按所示出或所讨论的次序执行（包括基本上同时或按相反次序）。此外将被意识到的是，上文描述的数据和/或组件可以存储在计算机可读介质上并且使用与存储计算机可执行组件的计算机可读介质（诸如，CD-ROM、DVD-ROM或网络接口）相关联的驱动机制而被载入到计算设备的存储器中。此外，组件和/或数据可以包括在单个设备中或以任何方式被分布。因此，通用计算设备可以被配置成利用上文所描述的对各种数据和/或组件的处理和/或执行来实现本公开的过程、算法和方法。可替换地，本文中描述的方法中的部分或全部可以可替换地被包含在专用计算机硬件中。另外，本文中提到的组件可以以硬件、软件、固件或其组合来实现。
应当强调的是，可以对上述实施例做出许多变型和修改，上述实施例的元件应该被理解为除其他外尤其是可接受的示例。所有此类修改和变型意图在本文中被包括在本公开的范围内并且由下文的权利要求所保护。

Claims (21)

1.一种有源-无源天线，包括：
多个辐射组件；和
耦合到所述多个辐射元件的多个三工器，其中所述多个三工器中的每一个定义对应于以下各项的有源-无源天线的三个不同支路：
与第一有源天线组件相关联的第一支路；
与无源天线组件相关联的第二支路；以及
与第二有源天线组件相关联的第三支路。
2.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述多个三工器中的至少一个是与来自所述多个辐射元件中的辐射元件对相关联的双三工器。
3.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述多个三工器中的至少一个覆盖两个斜极化。
4.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述第一有源天线组件针对所述多个三工器中的每一个包括分布式低噪声放大器、电子移相器、电子衰减器、组合器/分配器、预放大器和无线电发射器。
5.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述第一有源天线组件对应于有源上行链路通信信道。
6.根据权利要求5所述的有源-无源天线，其中所述有源上行链路通信信道对应于1710MHz到1755MHz之间的频率范围。
7.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述无源天线组件包括天线馈送网络以及组合器/分配器。
8.根据权利要求7所述的有源-无源天线，其中所述天线馈送网络对应于多个无源移相器。
9.根据权利要求7所述的有源-无源天线，其中所述无源天线组件对应于无源上行链路通信信道。
10.根据权利要求9所述的有源-无源天线，其中所述无源有源上行链路通信信道对应于1850MHz到1995MHz之间的频率范围。
11.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述第二有源天线组件针对所述多个三工器中的每一个包括无线电发射器、预放大器、组合器/分配器、电子衰减器、电子移相器和分布式低噪声放大器。
12.根据权利要求1所述的有源-无源天线，其中所述第二有源天线组件对应于有源下行链路通信信道。
13.根据权利要求12所述的有源-无源天线，其中所述有源上行链路通信信道对应于2110MHz到2155MHz之间的频率范围。
14.一种有源-无源天线，包括：
多个辐射组件；
第一组有源组件定义的用于所述多个辐射组件的有源上行链路信道；和
一组无源组件定义的用于所述多个辐射组件的无源上行链路信道。
15.根据权利要求14所述的有源-无源天线，进一步包括第二组有源组件定义的用于所述多个辐射组件的有源下行链路信道。
16.根据权利要求15所述的有源-无源天线，其中所述第二组有源组件包括无线电发射器、预放大器、组合器/分配器、一组电子衰减器、一组电子移相器以及一组分布式低噪声放大器。
17.根据权利要求14所述的有源-无源天线，其中所述第一有源组件包括一组分布式低噪声放大器、电子移相器、电子衰减器、组合器/分配器、预放大器和无线电发射器。
18.根据权利要求14所述的有源-无源天线，其中所述一组无源组件包括天线馈送网络和组合器/分配器。
19.根据权利要求14所述的有源-无源天线，进一步包括多个三工器，所述三工器定义去往所述第一组有源组件和所述一组无源组件的支路。
20.一种有源-无源天线，包括：
多个辐射组件；
用于形成用于所述多个辐射组件的有源上行链路信道的装置；以及
用于形成用于所述多个辐射组件的无源上行链路信道的装置。
21.根据权利要求20所述的有源-无源天线，进一步包括用于形成用于所述多个辐射组件的有源下行链路信道的装置。
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