CN104995792A - 一种天线装置以及基站 - Google Patents

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Abstract

一种用于移动通信的天线装置，该天线装置包括天线馈电网络(202)，该天线馈电网络包括多个充气同轴电缆(204)和至少一个天线馈电路径，每个天线馈电路径包含至少一个上述充气同轴电缆，每个充气同轴电缆具有内导体(206)和外导体(208)，其中，该天线装置包括具有前侧(212)和后侧(214)的导电的反射器(210)，上述前侧设置成容纳多个设置在该前侧之上的天线元件装置(802、803)，每个天线元件装置包括可连接至至少一个上述充气同轴电缆的至少一个导电的天线元件，上述多个充气同轴电缆中的第一组(216)位于第一平面(218)与第二平面(220)之间的反射器的上述后侧，其中上述前侧或上述后侧位于第一平面(218)上，第二平面(220)平行于第一平面(218)，上述多个充气同轴电缆中的第二组(222)位于上述第一平面与上述第二平面之间的区域(224)之外。

Description

一种天线装置以及基站
技术领域
本发明涉及一种用于移动通信的天线装置。该天线装置包括天线馈电网络，该天线馈电网络包括多个充气同轴电缆和至少一个天线馈电路径。每个天线馈电路径包含至少一个上述充气同轴电缆，每个充气同轴电缆具有内导体和外导体。该天线装置包括具有前侧和后侧的导电的反射器，上述前侧设置成容纳多个设置在该前侧之上的天线元件装置。每个天线元件装置包括可连接至至少一个上述充气同轴电缆的至少一个导电的天线元件。
背景技术
典型的通信天线装置可以包括多个发射天线元件、天线馈电网络和反射器。发射器通常排列成多个列，每一列发射器形成一个天线。发射器可以是单极化的或双极化的；在后一种情形下，每个天线需要两个馈电网络，即每一极化需要一个馈电网络。发射器通常在反射器之上排列为阵列，大多数情况下排列为沿竖直平面延伸的一维阵列，但也会使用二维阵列。为了简要起见，下面仅考虑一维阵列，但这不应当被认为是限制了本专利的范围。天线的发射性能受限于它的孔径，该孔径定义为垂直于被接收或被传输的信号的有效天线面积。天线增益和波瓣宽度与天线孔径和运行频率直接相关。例如，当频率加倍时，波长减半，而对于相同的孔径，增益加倍，波瓣宽度减半。为使阵列正确运行，发射器通常相互隔开一定距离，该距离略微小于它们运行的波长，因而增益将会与所使用的发射器的数量成正比，而波瓣宽度将会与发射器的数量成反比。
随着蜂窝系统(GSM、DCS、UMTS、LTE、WiMAX等)和不同频带(700MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2600MHz等)的增长，将适用于不同的蜂窝系统和不同频带的天线重组为一个多频带天线的做法成为有益的。通常的方案是将低频带天线(例如GSM 800或GSM900)与一个或多个高频带天线(例如DCS 1800、PCS 1900或UMTS 2100)相组合。最近才成为可用的频带，例如2600MHz频带，也可以被包括在多频带天线装置中。
低频带天线通常用于达成最佳的蜂窝覆盖，其增益必须越高越好。高频带天线用于加入另一频带以增大容量，而其增益直到最近也没有得到优化，趋势是使两个频带保持相似的竖直波瓣宽度，其结果是，与低频带天线的孔径相比较，高频带天线的孔径较小，典型的情况是高频带天线的孔径大约是低频带天线的孔径的一半。这也允许了在并排式结构中，例如一个堆叠在另一个之上的两个高频带天线115位于一个低频带天线116旁边。这两个天线可以用于两个不同的频带(例如PCS 1900以及UMTS 2100或LTE 2600)。所使用的另一种结构是交错式天线。在这种结构中，将如WO2006/058658-A1所描述的由低频带发射器和高频带发射器组合而构成的双频带发射元件113与单频带的低频带发射器111和高频带发射器112一起使用。
当具备多个天线元件时，在传送情况下需要在天线元件之间分离信号，而在接收情况下需要从各天线元件组合该信号。参考图1来举例说明天线馈电网络中信号分离和组合。信号分离和信号组合通常使用同一天线馈电网络来实现，该天线馈电网络是往复式的，可以使用分离器和组合器。
WO2005/101566-A1公开了包括至少一个天线馈电线路的天线馈电网络，每个天线馈电线路包括同轴电缆，该同轴电缆具有内导体和周围的外导体。外导体由细长管状隔室构成，该管状隔室具有沿该隔室的一侧延伸的细长开口，内导体经由介电支撑件而悬置于上述管状隔室之内。
WO2009/041896-A1描述了用于多发射器基站天线的天线装置，该天线具有基于充气同轴电缆的馈电网络，其中每个同轴电缆包括外导体和内导体。包含有介电部件的可调微分移相器被设置在天线之内，该介电部件相对于至少一个同轴电缆可纵向移动。
发明内容
本发明的发明人注意到了对于包含低损耗馈电网络的多频带基站天线的需求，但是现有技术的低损耗馈电网络导致这样的天线的尺寸增大。而就用来放置天线的信号塔或其它空间的租赁成本，以及由于其对公众的视觉冲击这两方面原因，天线尺寸对运营商来说很重要。
因此，本发明的一个目的在于提供比较不庞大的基站天线。
本发明的另一个目的在于提供比较不昂贵的基站天线装置。
为了达成本发明的上述目的，提供了一种用于移动通信的天线装置，该天线装置包括天线馈电网络。该天线馈电网络包括多个充气同轴电缆和至少一个天线馈电路径。每个天线馈电路径包含至少一个上述充气同轴电缆，每个充气同轴电缆具有内导体和外导体。该天线装置包括具有前侧和后侧的导电的反射器，上述前侧设置成容纳多个设置在该前侧之上的天线元件装置。每个天线元件装置包括可连接至至少一个上述充气同轴电缆的至少一个导电的天线元件。上述多个充气同轴电缆中的第一组位于第一平面与第二平面之间的反射器的上述后侧，其中上述前侧或上述后侧位于第一平面上，第二平面平行于第一平面。上述多个充气同轴电缆中的第二组位于上述第一平面与上述第二平面之间的区域之外。
凭借根据本发明的天线装置，基站天线(包括发射器)的宽度减小了，从而提供了比较不庞大的基站天线和比较不昂贵的基站天线装置。通过将充气同轴电缆设置在相对于反射器的后侧平面的两个不同的层上，也使得天线装置的结构更加坚固。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的至少一个充气同轴电缆直接或间接地可连接至或被连接到上述至少一个导电的天线元件中的至少一个。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第二组中的至少一个充气同轴电缆直接或间接地可连接至或被连接到上述至少一个导电的天线元件中的至少一个。
每个内导体可以经由至少一个介电支撑部件而悬置于外导体之内。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体被连接到上述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体与上述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体经由开口或通道相连接，该开口或通道位于具有彼此相连接的内导体的充气同轴电缆的一个或多个外导体之中。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体与上述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体通过交叉器件或过渡器件相连接，该交叉器件或过渡器件设置为将两个内导体彼此相连接。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述交叉器件或过渡器件包括设置为将上述两个内导体彼此相连接的导体。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第二组位于第二平面与第三平面之间的反射器的上述后侧，该第三平面平行于第一、第二平面。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述多个充气同轴电缆中的第三组位于第一平面与第二平面之间的区域之外并且位于第二平面与第三平面之间的区域之外。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的充气同轴电缆彼此相互平行。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第二组中的充气同轴电缆彼此相互平行。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述多个充气同轴电缆中的各个充气同轴电缆彼此相互平行。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，外导体形成细长的管状隔室，内导体在该管状隔室之内延伸。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述管状隔室具有方形横截面。然而，也可能是其它横截面。上述多个充气同轴电缆的管状隔室与反射器一起形成自支撑的框架。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述第一组中的至少一些充气同轴电缆和上述第二组中的至少一些充气同轴电缆彼此一体成型。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，包含有介电部件的可调微分移相器被设置在上述多个充气同轴电缆的上述第一组和/或第二组和/或第三组之内，该介电部件相对于充气同轴电缆可移动，例如被设置为由外导体引导。
根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到上述第一组中的至少一个充气同轴电缆，和/或上述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到上述第二组中的至少一个充气同轴电缆。
为了达成本发明的上述目的，还提供了一种用于移动通信的基站，该基站包括至少一个如权利要求1至18中任一项所述的天线装置，或至少一个根据本说明书中所公开的任何其它该天线装置的实施方式的天线装置。
可以以各种可能的方式结合上述天线装置的特征和实施方式，从而提供进一步优选的实施方式。
从属权利要求以及对实施例的详细说明可以呈现出根据本发明的装置的进一步优选的实施方式以及本发明的进一步的优点。
附图说明
为了举例的目的，现在将通过实施例并参考附图更加详细地描述本发明，在附图中：
图1是天线馈电网络的示意图；
图2a是天线馈电网络的同轴电缆的第一实施例的横截面示意图；
图2b是天线馈电网络的同轴电缆的第一实施例的纵截面示意图；
图3a是天线馈电网络的同轴电缆的第二实施例的横截面示意图；
图3b是天线馈电网络的同轴电缆的第二实施例的纵截面示意图；
图4是根据本发明的天线装置的实施例的透视示意图；
图5是根据本发明的天线装置的实施例的部分剖视图
图6是根据本发明的天线装置的实施例包括的交叉器件或过渡器件的实施例的透视示意图；
图7-8是示出设置有天线元件装置的多个实施例的反射器的多个实施例的顶视示意图；
图9是设置有天线元件装置的多个实施例的反射器的实施例的侧面示意图；
图10-11是天线元件装置的实施例的透视示意图。
具体实施方式
图1-3示意性地示出了根据本发明的天线装置的多个方面，该天线装置包括天线馈电网络102。该天线馈电网络102包括至少一个天线馈电路径103、104。在图1中，示出了多个天线馈电路径103、104。每个天线馈电路径103、104是信号可以沿其馈送的路径。每个天线馈电路径103、104包括至少一个传输线路，也称为馈电线路，在图中由粗线表示。每个天线馈电路径103、104还可以包括分离器/组合器105。每个传输线路可以是同轴电缆106、107的形式，例如是充气同轴电缆。每个同轴电缆106、107包括内导体108、109和外导体110、111，该外导体110、111可以至少部分地围绕在内导体108、109的周围。内导体108、109可以相对于外导体110、111位于中心位置，或者相对于外导体径向偏置。外导体110、111可以形成细长的管状隔室112、113，内导体108、109可以在管状隔室112、113之内延伸。管状隔室112、113可以具有方形横截面，但也可能是其他诸如矩形、圆形或椭圆形等的横截面。可以设置一个或多个支撑部件114、115，来将内导体108、109悬置于外导体110、111之内。每个支撑部件114、115可以由介电材料构成。支撑部件114、115的材料可以是聚合物，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。参见图3a，细长管状隔室113可以具有沿该隔室113的一侧延伸的细长开口116。参见图1，天线装置可以包括多个天线元件装置118。每个天线元件装置118可以包括可连接到至少一个上述充气同轴电缆的至少一个导电的天线元件。天线元件可以是发射天线元件，例如偶极子。然而，也可能是其它类型的发射天线元件。
图4示意性地示出了根据本发明的用于移动通信的天线装置的实施例。该天线装置包括天线馈电网络202。该天线馈电网络202包括多个充气同轴电缆204和至少一个天线馈电路径103、104(参见图1)。每个天线馈电路径包含至少一个充气同轴电缆204。每个充气同轴电缆204具有内导体206和外导体208。该天线装置包括具有前侧212和后侧214的导电的反射器210。在图4中，前侧212朝下，后侧214朝上。一般而言，当天线装置是基站的一部分时，反射器210大体上竖直地延伸。然而，也可能是其它取向。前侧212设置成容纳多个设置在该前侧212之上的天线元件装置802、803(参见图7-10)。天线装置可以包括天线元件装置。天线元件装置可以被贴附于或安装到反射器210之上。前侧212可以作为发射元件的反射面。反射器210可以由导电片形成，例如金属片或金属板。
每个天线元件装置包括可连接到至少一个上述充气同轴电缆204的至少一个导电的天线元件。换言之，至少一个上述充气同轴电缆204直接或间接地可连接至或被连接到上述至少一个导电的天线元件中的至少一个。
每个导电的天线元件可以被定义为发射天线元件或发射器，例如可以是偶极子。可选地，每个天线元件装置可以被定义为发射器。然而，也可能是其它天线元件。上述多个充气同轴电缆204中的第一组216位于第一平面218与第二平面220之间的反射器210的上述后侧，其中，上述前侧或后侧214位于第一平面218上，第二平面220平行于第一平面218。上述多个充气同轴电缆204中的第二组222位于第一平面218与第二平面220之间的区域224之外。
第一组216中的至少一个充气同轴电缆204直接或间接地可连接至或被连接到上述至少一个导电的天线元件中的至少一个，或者，直接或间接地可连接至或被连接到至少一个天线元件装置。第二组222中的至少一个充气同轴电缆204直接或间接地可连接至或被连接到上述至少一个导电的天线元件中的至少一个，或者，直接或间接地可连接至或被连接到至少一个天线元件装置。上述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到第一组216中的至少一个充气同轴电缆204，和/或上述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到第二组222中的至少一个充气同轴电缆204。
参见图5和图6，示出了天线装置的剖面，其中，为了展示的目的，移除了图6中的外导体，第一组中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206被连接到第二组222中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206。第一组中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206与第二组222中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206经由开口或通道226、228相连接，该开口或通道226、228位于具有彼此相连接的内导体206的充气同轴电缆204的一个或多个外导体之中。第一组中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206与第二组222中的至少一个充气同轴电缆204的内导体206通过交叉器件或过渡器件230相连接，该交叉器件或过渡器件230设置为将两个内导体206彼此相连接。交叉器件或过渡器件230可以包括设置为将上述两个内导体206彼此相连接的导体。然而，交叉器件或过渡器件230也可以有其它的设计。第二组222可以位于第二平面220与第三平面232之间的反射器210的上述后侧，第三平面232平行于所述第一平面218、第二平面220。
参见图4，上述多个充气同轴电缆204中的第三组240可以位于第一平面218与第二平面220之间的区域224之外并且位于第二平面220与第三平面232之间的区域242之外。然而，天线装置也可以不具有上述第三组充气同轴电缆。
第一组216中的充气同轴电缆204可以彼此相互平行。第二组222中的充气同轴电缆204可以彼此相互平行。上述多个充气同轴电缆204中的各个充气同轴电缆204可以彼此相互平行。
外导体208可以形成细长的管状隔室244，内导体206可以在管状隔室244之内延伸。管状隔室244可以具有方形横截面。然而，如上所述，也可能是其它横截面。上述多个充气同轴电缆204的管状隔室244与上述反射器210可以一起形成自支撑的框架。第一组216中的至少一些充气同轴电缆204和所述第二组222中的至少一些充气同轴电缆204可以彼此一体成型，从而获得刚性的结构。
可以将包含有介电部件的可调微分移相器设置在上述多个充气同轴电缆204的第一组216和/或第二组222和/或第三组240之内。该介电部件相对于上述充气同轴电缆204可移动，例如被设置为由外导体208引导。关于微分移相器的进一步详情可参见申请人的公开号为WO2009/041896的专利申请文件，该文献在此通过引用而并入本文。
天线装置可以包括连接器，该连接器可连接至外部网络。每个天线元件装置或天线元件可以经由天线馈电网络连接到连接器。
图7-9示意性地示出了根据本发明的天线装置的实施例的多个方面，该天线装置包括反射器804、以及天线元件装置802和803，每个天线元件装置包括至少一个导电的天线元件。天线元件或天线元件装置可以被称为发射器。在图7中，第一列低频带发射器803可以设置在反射器804之上。第二列高频带发射器802可以设置在紧邻第一列的位置。高频带发射器802可以比低频带发射器803小，且高频带发射器之间的间距可以小于低频带发射器之间的间距，因而为了占满反射器的整个高度需要更多的高频带发射器。在图8中，第一列低频带发射器803可以设置在反射器804的中部。第二列高频带发射器802可以设置在第一列的一侧，第三列高频带发射器802可以设置在第一列的另一侧。所有三列可以占据反射器804的整个高度。图9示出了根据本发明的天线装置的实施例的侧面视图，低频带发射器803的低频带偶极子810可以位于距离反射器804大约四分之一波长(与低频带相关联的波长)的位置，高频带偶极子811可以位于距离反射器804大约四分之一波长(与高频带相关联的波长)的位置。可以看出，低频带偶极子810可以在高频带偶极子811的上方延伸，因此使用在高频带偶极子的正上方延伸得尽可能少的低频带偶极子是有益的，目的是减少低频带偶极子对高频带辐射特性的影响。在高频带发射器和低频带发射器之间可以设置脊部806，目的是减少各频带之间的耦合，并减少低频带波瓣和高频带波瓣的方位角束宽。图10示出了高频带四叶草型偶极发射器830的实施例。它由四片基本相同的偶极子半部(dipole halves)813构成。两个相对的偶极子半部813形成一个第一偶极子。另两个相对的偶极子半部813形成第二偶极子，其具有与第一偶极子正交的极化。偶极子支撑件815将偶极子定位于距离反射器大约四分之一波长的位置，它还被用来形成两个平衡-不平衡变换器，各自对应地用于一个偶极子。图11示出了低频带十字型偶极子831的实施例。它由四个基本相同的偶极子半部814构成。两个相对的偶极子半部814形成一个第一偶极子。另两个相对的偶极子半部814形成第二偶极子，其具有与第一偶极子正交的极化。偶极子支撑件816将偶极子定位于距离反射器大约四分之一波长的位置，它还被用来形成两个平衡-不平衡变换器，各自对应地用于一个偶极子。
然而，其它天线元件装置也可以用于该天线装置，并可以以其它方式被定位于反射器之上。所有的天线元件装置在设计上可以都是相同的，而不是不同的。
可以以各种可能的方式结合上面公开的天线装置的不同实施例的特征，从而提供进一步优选的实施例。
本发明不应当被认为是受限于所举例说明的实施例，而是可以在不背离所随附的权利要求的范围的情况下，由本领域技术人员以很多的方式来进行修改和变换。

Claims (20)

1.一种用于移动通信的天线装置，所述天线装置包括天线馈电网络(202)，所述天线馈电网络包括多个充气同轴电缆(204)和至少一个天线馈电路径，每个天线馈电路径包含至少一个所述充气同轴电缆，每个充气同轴电缆具有内导体(206)和外导体(208)，其中，所述天线装置包括具有前侧(212)和后侧(214)的导电的反射器(210)，所述前侧设置成容纳多个设置在该前侧之上的天线元件装置(802、803)，每个天线元件装置包括可连接到至少一个所述充气同轴电缆的至少一个导电的天线元件，所述多个充气同轴电缆(204)中的第一组(216)位于第一平面(218)与第二平面(220)之间的所述反射器的所述后侧，其中所述前侧或所述后侧位于所述第一平面(218)上，所述第二平面(220)平行于所述第一平面(218)，并且所述多个充气同轴电缆(204)中的第二组(222)位于所述第一平面与所述第二平面之间的区域之外。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一组和所述第二组分别包括多个充气同轴电缆。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的至少一个充气同轴电缆直接或间接地可连接至或被连接到所述至少一个导电的天线元件中的至少一个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二组中的至少一个充气同轴电缆直接或间接地可连接至或被连接到所述至少一个导电的天线元件中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体被连接到所述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体与所述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体经由开口或通道相连接，所述开口或通道位于具有彼此相连接的内导体的充气同轴电缆的一个或多个外导体之中。
7.根据权利要求5或6所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的至少一个充气同轴电缆的内导体与所述第二组中的至少一个充气同轴电缆的内导体通过交叉器件或过渡器件相连接，所述交叉器件或过渡器件设置为将两个内导体彼此相连接。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述交叉器件或过渡器件包括设置为将所述两个内导体彼此相连接的导体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二组位于所述第二平面与第三平面之间的所述反射器的所述后侧，所述第三平面平行于所述第一、第二平面。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述多个充气同轴电缆中的第三组位于所述第一平面与所述第二平面之间的区域之外并且位于所述第二平面与所述第三平面之间的区域之外。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的充气同轴电缆彼此相互平行。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二组中的充气同轴电缆彼此相互平行。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述多个充气同轴电缆中的各个充气同轴电缆彼此相互平行。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述外导体形成细长的管状隔室，所述内导体在所述管状隔室之内延伸。
15.根据权利要求14所述的天线装置，其特征在于，所述管状隔室具有方形横截面。
16.根据权利要求14或15所述的天线装置，其特征在于，所述多个充气同轴电缆的管状隔室与所述反射器一起形成自支撑的框架。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一组中的至少一些充气同轴电缆和所述第二组中的至少一些充气同轴电缆彼此一体成型。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的天线装置，其特征在于，包含有介电部件的可调微分移相器被设置在所述多个充气同轴电缆的所述第一组和/或第二组和/或第三组之内，所述介电部件相对于所述充气同轴电缆可移动，例如被设置为由所述外导体引导。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到所述第一组中的至少一个充气同轴电缆，和/或所述至少一个导电的天线元件直接或间接地被连接到所述第二组中的至少一个充气同轴电缆。
20.一种用于移动通信的基站，其中，所述基站包括至少一个如权利要求1至19中任一项所述的天线装置。
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