CN107743665A - 扼流偶极臂 - Google Patents

Abstract

用于具有低频带和高频带的双频带天线的低频带辐射体。辐射体包括具有中心导体的偶极臂和至少一个RF扼流器，该至少一个RF扼流器包括在一端闭合和在另一端开口并且具有两个相对侧、底部和开放顶部的至少一个局部箱体部分。闭合端与中心导体短路，并且局部箱体部分与中心导体准同轴。扼流器在天线的高频带的频率附近谐振。偶极臂可以包括多个局部箱体部分，每个部分之间具有间隙以形成多个RF扼流器。偶极臂可以被制造为单个压铸金属件或者制造为镀有导电材料的塑料注塑成型件。

Description

扼流偶极臂

本申请根据35 U.S.C.§120要求以下美国临时申请的优先权：于2015年6月15日提交的美国临时申请序列No.62/175,587。该申请的公开内容通过引用被结合于此。

技术领域

本发明一般而言涉及无线通信天线系统。特别地，它们涉及多频带无线基站天线中偶极臂的改进。

背景技术

无线技术的发展通常要求无线运营商在其网络中部署新的天线装备。不利的是，塔架已经变得堆满了多个天线，而安装和维护变得更加复杂。基站天线通常覆盖单个窄带。这导致了在站点处安装了大量的天线。由于这么多天线的视觉污染，地方政府已经施加了限制并且使得新地点难以获得批准。一些天线设计试图结合两个频带和扩展带宽，但由于许多空中接口标准和频带的大量产生，因此仍然需要许多天线。

已经开发出超宽带双频带双极化蜂窝基站天线。在这种超宽带天线中，低频带元件与高频带元件散布在一起。但是，已经观察到低频带元件使高频带元件的RF辐射图案失真。标题为Dual-band Interspersed Cellular Base Station Antennas的国际专利公开No.WO 2014100938 A1(“'938申请”)提供了一种解决方案，其中低频带辐射体具有包括至少两个偶极段和至少一个射频(RF)扼流器的偶极臂，该专利的公开内容通过引用被结合于此。扼流器布置在偶极段之间。每个扼流器都提供使相邻的偶极段分离的开路或高阻抗，以使低频带辐射体中感应出的高频带电流以及随之发生的对高频带图案的干扰最小化。扼流器在高频带的频率处或附近谐振。

在'938申请中，每个偶极段包括导电细长主体；细长主体的一端开路，并且另一端短路到中心导体。导电细长主体的形式可以是圆柱形或管状，并且中心导体连接偶极段的短路部分，从而形成同轴扼流器。每个扼流器可以具有在高频带的带宽中的频率处的波长的四分之一(λ/4)或更小的长度。

虽然有效，但是'938申请的扼流偶极臂需要多个制造步骤。每个导电细长主体被分别制造，并且被固定到机加工的杆中心导体。杆在其不与导电细长主体对接的地方被机加工。而且，杆和导电细长主体之间的每个接口都存在不完美欧姆接触的可能性，从而导致无源互调(PIM)。

发明内容

根据本发明的一个方面的用于双频带天线的低频带辐射体包括具有中心导体的至少一个扼流偶极臂和围绕中心导体准同轴的至少一个RF扼流器，该至少一个RF扼流器包括在一端闭合和在另一端开口并且具有两个相对侧、底部和开放顶部的局部箱体部分。闭合端与中心导体短路，并且RF扼流器在高频带频率附近的频率处谐振。偶极臂可以包括多个局部箱体部分，每个局部箱体部分通过间隙彼此分离以形成多个RF扼流器。偶极臂可以被制造为单个压铸金属件或者制造为镀有导电材料的注塑成型的塑料件。

附图说明

图1是根据一个实施例的宽带、双频带天线组件的第一示例的示意图。

图2是图1的宽带、双频带示例天线的一部分的示意图。

图3是图示适于在图1和图2的示例中使用的具有单件压铸导电金属扼流偶极臂的偶极臂的示例的详细等距视图。

图4是图3的示例扼流偶极臂的顶视图。

图5是图3的示例扼流偶极臂的底视图，包括适于在本发明的第一示例中使用的剖视图。

图6是图3-5的示例扼流偶极臂的底部和侧面的替代视图。

具体实施方式

本文参考附图描述了本发明，在附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围传达给本领域技术人员。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、完整物、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、完整物、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

结合描述和附图，本文公开了许多不同的实施例。应该理解的是，从字面上描述和说明这些实施例的每个组合和子组合将是过分重复和混淆的。因此，包括附图在内的本说明书应该被解释为构成本文描述的实施例的所有组合和子组合以及制作和使用它们的方式和过程的完整书面描述，并且应该支持对任何这种组合或子组合的权利要求。

图1示意性地示出了双频带天线10的示例实施例。双频带天线10包括反射器12、高频带辐射元件14的阵列和低频带辐射元件16的阵列。这种类型的多频带辐射阵列通常包括如图所示以大约一半波长间隔隔开的高频带元件和低频带元件的垂直列。

图2示意性地图示了超宽带双频带天线10的一部分。高频带辐射元件14是包括第一偶极臂和第二偶极臂18的交叉偶极元件。低频带辐射元件16也包括交叉偶极元件并且包括第一偶极臂和第二偶极臂20。在这个示例中，每个偶极臂20在低频带操作频率处大约为半波长，并且包括多个包含RF扼流器的段24。

扼流偶极低频带辐射元件可以有利地用于超宽带双频带双极化蜂窝基站天线中。双频带是适用于蜂窝通信的低频带和高频带。双频带天线包括：具有如本文阐述的扼流偶极臂的至少一个低频带辐射体和多个高频带辐射体，其中每个高频带辐射体适于双极化，高频带辐射体被配置在至少一个阵列中，低频带辐射体以预定间隔散布在高频带辐射体之间。

如本文所使用的，“低频带”是指诸如698-960MHz的较低频率带，并且“高频带”是指诸如1695MHz-2690MHz的较高频率带。“低频带辐射体”是指用于这种较低频率带的辐射体，而“高频带辐射体”是指用于这种较高频率带的辐射体。“双频带”包括贯穿本公开所指的低频带和高频带。另外，关于天线的“超宽带”意味着天线能够在至少30％的带宽上操作和维持其期望特性。特别感兴趣的特性是波束宽度和形状以及回波损耗，其需要跨该频带被维持在至少15dB的水平。在目前的情况下，超宽带双频带天线覆盖698-960MHz和1695MHz-2690MHz的频带。这几乎覆盖了为所有主要蜂窝系统分配的全部带宽。

本发明的实施例一般而言涉及超宽带双频带双极化蜂窝基站天线的低频带辐射体以及适于支持新兴网络技术的这种双频带蜂窝基站天线。这种超宽带双频带双极化天线使得蜂窝系统的运营商(“无线运营商”)能够在先前需要多个天线的地方使用覆盖大量频带的单个类型的天线。这种天线能够在几乎所有分配的蜂窝频率带中支持若干个主要的空中接口标准，并且允许无线运营商减少其网络中的天线数量，从而降低塔租赁成本，同时提高快速推向市场的能力。超宽带双频带双极化蜂窝基站天线支持多个频率带和技术标准。例如，无线运营商可以使用用于2.6GHz和700MHz的无线通信的单个天线长期演进(LTE)网络进行部署，同时支持2.1GHz的宽带码分多址(W-CDMA)网络。为了便于描述，天线阵列被认为是垂直对齐的。

在散布设计中，通常低频带辐射体位于适合于频率的等距隔开的网格上，并且然后低频带辐射体以整数个高频带辐射体间隔(通常是两个这样的间隔)的间隔被放置，并且低频带辐射体占据高频带辐射体之间的间隙。高频带辐射体通常是双斜极化的，并且低频带辐射体通常是双极化的并且可以是垂直极化和水平极化或者是双斜极化。

在这种超宽带双频带天线的设计中的主要挑战是使另一个频带的辐射元件对在一个频带处的信号的散射影响最小化。本发明的实施例旨在使低频带辐射体对来自高频带辐射体的辐射的影响最小化。这种散射影响高频带波束在方位角和仰角切口上的形状，并且随频率而变化很大。在方位角中，通常波束宽度、波束形状、指向角度、增益以及前后比都会受到影响，并且以非期望的方式随着频率而变化。由于低频带辐射体引入的阵列的周期性，量化波瓣以与周期性对应的角度被引入到仰角图案中。这也随着频率而变化并且降低了增益。利用窄带天线，这种散射的影响可以以各种方式在一定程度上得到补偿，诸如通过在相反的方向上偏移高频带辐射体来调整波束宽度，或者将导向器添加到高频带辐射体。在需要宽带覆盖的情况下，纠正这些影响明显更加困难。

本发明的实施例通过引入在高频带的频率处或附近谐振的一个或多个RF扼流器来减少在低频带辐射元件上在高频带处的感应电流。因此，如下文所述，在偶极臂中使用一个或多个扼流器是有利的。当使用多个扼流器时，它们可以具有相同的长度，或者它们可以具有稍微不同的长度，以便在高频带的频率中或其附近以不同频率谐振。如附图所示，RF扼流器是作为围绕局部箱体形状导电主体之间的中心导体的间隙的准同轴扼流器。但是，扼流器可以以其它方式实践。

这种扼流构造的一个优点是：因为偶极臂上的扼流器导致的低频带偶极对高频带辐射图案的干扰降低，因此不需要低频带辐射体元件间隔和高频带辐射体元件间隔之间的整数比(例如2:1)。因此，元件间隔的比例可以是获得消除或减少量化波瓣的存在的期望的高频带间隔和低频带间隔的任何合适的比例(例如2.5:1、1.7:1等)，同时不迫使元件间隔如此接近使得造成降低频带内的隔离度的耦合问题或造成天线的成本增加。

参考图3-6，提供了单件压铸导电金属扼流偶极臂30。图3是扼流偶极臂30的等距视图，并且图4是扼流偶极臂30的俯视图。偶极臂30可以与如图2中示出为偶极臂20的低频带辐射元件16一起采用。偶极臂30包括中心导体32和由间隙35分开的多个局部箱体部分34。中心导体32在一些实施例中可以具有矩形横截面或者可以具有圆形横截面(即，圆形或椭圆形)。RF扼流器包括局部箱体部分34、间隙35和中心导体32的其它相关联部分。局部箱体部分34在一端闭合并且在另一端开放。闭合的箱体端部与中心导体32短路。如图所示，局部箱体部分34也可以包括两个相对的侧面和底部。顶部是开放的。在一些实施例中，局部箱体可以在边缘处是圆角的。

图5提供了扼流偶极臂30的仰视图，并且图6提供了扼流偶极臂30的底部和侧面的替代视图。参考图5和图6，可以在箱体部分34的底部上提供槽38，以便于使用两件式模具进行压铸。每个槽38比中心导体32稍宽。槽38允许使用两件式压铸模制造中心导体32。可选地，槽38可以在压铸之后由导电材料(例如，由金属带)覆盖。作为压铸的替代方案，可以使用注塑成型塑料技术并且然后用金属镀覆塑料成型部件来制造扼流偶极臂。也可以使用其它方法来制造扼流偶极臂以将它们形成为单件式导电构件，包括但不限于，金属注射成型、用导电材料进行3D印刷、以及半固态金属铸造(例如触变成型)。

在图示的示例中，偶极臂可以包括四个RF扼流器，例如，布置在由三个间隙35分开的中心导体32上的四个局部箱体部分34。可以采用更多或更少的RF扼流器，并且每个扼流器部分的长度可以作为提高宽带性能的手段而变化。中心导体32可以具有适于在整个高频带带宽上提供对由低频带辐射体对高频带辐射图案的干扰的抗扰性的厚度。

这种构造允许本发明的扼流偶极臂被压铸或以其它方式在模具中形成。结果是比真正的同轴扼流偶极臂更节省成本并且不包含可能导致PIM的金属对金属接口的单件式、准同轴扼流偶极臂。

在一个示例中，扼流偶极臂可以包括反谐振偶极臂。反谐振偶极臂的长度大约是低频带中的频率的半个波长(或者略小于半个波长)。当扼流偶极臂小于低频带的中心频率的半个波长，但比常规四分之一波长谐振偶极臂长时，本发明的实施例特别有效，使得两个偶极臂的组合具有的长度在操作频率带处的波长的四分之三和一整个之间。

在图示的示例中，中心导体在叉子36中终止。叉子的尺寸被设计成允许将印刷电路板(PCB)馈电板插入到叉子中，并且具有足够的面积以将偶极臂电容耦合到馈电板上的馈电电路。虽然以其最简单的形式示出了这种叉形槽，但是其可以被调节以改善电容耦合的公差以及优化与配对PCB的配合。优选地，PCB上还包括电感部分，以调除(tune out)电容并形成LC耦合电路。

每个RF扼流器都提供使相邻的偶极段分离的开路或高阻抗，以使低频带辐射体中感应出的高频带电流以及随之发生的对高频带图案的干扰最小化。RF扼流器在高频带的频率处或附近谐振。已经发现将高频扼流器添加到反谐振低频带偶极臂减少了由上述散射引起的非期望的影响。例如，减少了光栅波瓣或量化波瓣，并且减少了指向变化，以及改善了前后比和方位角波束宽度的稳定性。

低频带辐射体包括具有交叉中心馈电的用于+/-45度双极化的交叉偶极。中心馈电包括两个互锁的交叉印刷电路板(PCB)，该交叉印刷电路板具有在用于偶极的相应PCB上形成的馈电。天线馈电可以是对本领域技术人员公知的构造的平衡-不平衡变压器(balun)。中心馈电将低频带偶极悬浮在金属地平面上方，优选在上方四分之一波长。

虽然图示了具有四个偶极段的偶极臂的特定实现，但是本发明的实施例不限于此。在不脱离本发明的范围的情况下，可以实践其它数目的偶极段和相关的RF扼流器。例如，偶极臂30可以包括至少两个局部箱体部分34。相邻的扼流部分围绕中心导体32间隔开，使得在相邻的局部箱体部分34之间存在间隙35。可以使得扼流器的部件的尺寸将RF扼流器的谐振置于高频带中。

中心导体32可以是细长的矩形导电主体。中心导体的厚度影响扼流器的带宽，并且可以适于使整个高频带上的高频带电流最小化，从而在整个高频带带宽上提供对由低频带辐射体对高频带辐射图案的干扰的抗扰性。

局部箱体部分34和中心导体32之间的空间33可以用空气填充，如图3所绘出的。可替代地，局部箱体部分34和中心导体32之间的空间33可以用介电材料填充或部分填充。

因此，仅仅通过示例的方式给出了本文描述的和/或在附图中示出的超宽带双频带双极化蜂窝基站天线的低频带辐射体以及这种双频带蜂窝基站天线，并且对于本发明的范围不是限制性的。除非另外特别指示，否则混合体的各个方面和部件可以被修改，或者因此可以被已知的等同物、或者还未知的替代物，诸如将来可能开发的替代物或者诸如将来发现可以被接受的替代物替代。

虽然已经参考特定示例实施例描述了本发明的实施例，但是将显而易见的是，在不脱离本发明更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制意义上的，并且其意图是本发明仅限于所附权利要求和适用的法律规定所要求的范围。

提供了本公开的摘要以符合37 C.F.R.§1.72(b)，其要求将允许读者能够迅速确定技术公开的本质的摘要。提交时的理解是，该摘要将不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前面的具体实施方式中，可以看出，出于简化本公开的目的，各种特征在单个实施例中被组合在一起。本公开的方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明性的主题可能存在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独的实施例。

Claims (21)

1.一种用于双频带天线的低频带辐射体，所述双频带天线具有低频率带和高频率带，所述低频带辐射体包括：

具有细长中心导体的扼流偶极臂；以及

至少一个射频扼流器，包括在一端闭合并在另一端开放并且包括两个相对侧、底部和开放顶部的局部箱体部分，其中闭合端与中心导体短路并且局部箱体部分围绕中心导体准同轴，并且扼流器在高频率带附近谐振。

2.如权利要求1所述的低频带辐射体，其中所述偶极臂具有多个射频扼流器，每个所述射频扼流器具有局部箱体部分，每个局部箱体部分由间隙隔开。

3.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述中心导体具有矩形横截面和圆形横截面中的一种。

4.如权利要求3所述的低频带辐射体，其中所述偶极臂被形成为单个导电件。

5.如权利要求4所述的低频带辐射体，还包括在所述局部箱体部分的底部的槽，该槽便于使用双件式模具压铸所述偶极臂。

6.如权利要求5所述的低频带辐射体，其中所述槽比所述中心导体稍宽。

7.如权利要求6所述的低频带辐射体，其中所述槽在制造偶极臂之后被导电覆盖物覆盖。

8.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述偶极臂是使用注塑成型的塑料并且用金属镀覆所述塑料来制造的。

9.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述偶极臂包括由三个间隙分开的四个局部箱体部分。

10.如权利要求1所述的低频带辐射体，其中所述偶极臂小于低频率带的中心频率的半个波长。

11.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述中心导体在叉子中终止。

12.如权利要求11所述的低频带辐射体，其中所述叉子的尺寸被设计成允许将印刷电路板插入到所述叉子中并且将所述偶极臂电容耦合到所述印刷电路板上的馈电电路。

13.如权利要求12所述的低频带辐射体，其中在所述印刷电路板上包括电感器部分以调除电容。

14.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中每个扼流器提供使相邻部分分开的高阻抗。

15.如权利要求1所述的低频带辐射体，包括多个偶极臂，所述多个偶极臂被配置为包括用于超宽带双频带双极化蜂窝基站天线的低频带交叉偶极。

16.如权利要求1所述的低频带辐射体，其中所述局部箱体部分至少部分地用介电材料填充。

17.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述中心导体连接所述多个扼流器的短路部分。

18.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述中心导体具有适于使高频率带电流最小化以减少低频带辐射体对高频带辐射图案的干扰的厚度。

19.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述扼流偶极臂被制造为没有金属对金属接口的单件式扼流偶极臂。

20.如权利要求2所述的低频带辐射体，其中所述射频扼流器具有不同的长度。

21.如权利要求15所述的低频带辐射体，其中所述低频带偶极以不是高频带的辐射体的间距的二比一比例的间隔布置在所述双频带天线上。