CN109075441A - 天线阵列组件 - Google Patents
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Abstract
一种天线阵列组件，包括：至少第一天线元件和第二天线元件，每个天线元件都包括至少一个辐射器元件(3a，3b)，该辐射器元件与相应的接地板(2a，2b)基本上为平行关系；以及隔离器杆(1b)，该隔离器杆设置在第一天线元件和第二天线元件的相应的接地板(2a，2b)之间，该隔离器杆(1b)为细长的，具有包括T形的横截面，该横截面横跨纵向轴线。隔离器杆(1b)包括：支撑杆，该支撑杆与接地板接触，以形成T形的主干；以及横向件，该横向件形成T形的顶部。隔离器杆的横向件具有的横截面宽度为在天线阵列的工作频率下的波长的至少四分之一，从而在第一天线元件与第二天线元件之间提供无线电频率隔离。
Description
技术领域
本发明一般涉及天线阵列，并且更具体地但非排他地涉及在天线元件之间具有改善的隔离的天线阵列组件。
背景技术
在现代无线系统中，例如蜂窝无线接入网络和固定无线接入网络，使用越来越高的无线电频率，且随着频谱变得稀缺并且带宽需求增加。此外，天线系统变得越来越复杂，常常采用天线元件阵列来提供受控波束形状和/或MIMO(多输入多输出)传输。
已知实现具有天线元件阵列的无线电收发器，其中每个天线元件本身可为辐射器元件阵列。例如，用于在方位上形成可控波束的天线阵列组件可具有沿水平轴线以阵列布置的多个天线元件，并且这些天线元件中的每个可由沿竖直轴线设置成阵列的辐射器元件阵列组成。通常，辐射器元件的竖直阵列可以固定的相位和幅度关系相互反馈，以在仰角上形成预定的波束。反馈到每个竖直阵列或从每个竖直阵列接收的信号的幅度和相位可由波束形成权重矩阵控制，以在方位上提供可控波束。例如，在多用户MIMO(MU-MIMO)系统中，可在接入点处使用天线阵列以形成多个同步波束，每个波束指向和/或来自订户单元，同时朝向其他订户模块形成空值。
天线元件之间可存在无线电频率耦合，这可致使由天线阵列产生的图案不同于天线阵列之间具有高隔离度的天线阵列所预期的图案。例如，可不直接基于用于控制从天线阵列的天线元件发射的信号的幅度和相位的权重来预测方位辐射图案和最大辐射功率。
本发明的目的为减缓现有技术的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面提供天线阵列组件，包括：
至少第一天线元件和第二天线元件，每个天线元件包括至少一个贴片辐射器元件，该贴片辐射器元件以与相应的接地板基本上平行的关系设置，并且每个贴片辐射器元件以相同的取向设置；以及
隔离器杆，该隔离器杆设置在第一天线元件和第二天线元件的相应接地板之间，该隔离器杆为细长的，具有包括T形的横截面，该横截面横跨纵向轴线，隔离器杆包括：
支撑杆，该支撑杆与第一天线元件和第二天线元件的接地板接触，该支撑杆形成T形的主干；以及
基本上平面的横向件，形成T形的顶部，并且该横向件与第一天线元件和第二天线元件的接地板的平面以基本上平行的关系设置在与贴片辐射器元件相同的一侧上，
其中隔离器杆的横向件具有的横截面宽度为在天线阵列的工作频率下的波长的至少四分之一，从而在第一天线元件与第二天线元件之间提供无线电频率隔离。
这可增加第一天线元件与第二天线元件之间的隔离，基于用于控制从天线阵列的天线元件发射或接收的信号的幅度和相位的权重，可允许更直接地预测方位辐射图案和最大辐射功率。
在本发明的实施例中，隔离器的横杆的宽度基本上为在天线阵列组件的工作频率下的波长的一半。
这可在天线元件之间实现提供特别高的隔离。
在本发明的实施例中，隔离器杆由金属构成。这可提供坚固且导电的隔离器杆，该隔离器杆实现良好的隔离。
在本发明的实施例中，隔离器杆包括具有导电涂层的非导电材料。
这可提供轻量且低成本的实施方式。
在本发明的实施例中，每个天线元件包括：
导电的贴片辐射器元件的阵列，沿天线元件的第一轴线设置，该天线元件被设置成使得第一轴线平行，隔离器杆的支撑杆以与第一轴线平行的关系设置。
该实施例可提供良好的隔离。
在本发明的实施例中，天线元件的每个辐射器元件在相应的第一电介质膜上形成为金属层，并且相应的接地板被布置成支撑相应的第一电介质膜。
这提供了元件之间具有有效隔离的低损耗实施方式。
在本发明的实施例中，每个天线元件包括：
相应的第二电介质膜，于相应的第一电介质膜，并且承载沿天线元件柱组件的第一轴线设置的导电的贴片导向器元件的阵列，每个导向器元件与相应的贴片辐射器元件对齐；以及
支撑框架，该支撑框架被布置成以相对于相应的第一电介质膜的间隔关系支撑相应的第二电介质膜，其中该支撑框架具有导电性表面。
这可允许改善的宽带阻抗匹配每个辐射器元件。
在本发明的实施例中，天线阵列组件包括多个导向器壁框架，每个导向器壁框架被设置成围绕相应的导向器元件并且在远离相应的接地板的方向上延伸，其中每个导向器壁框架都具有导电性表面。
这提供了天线元件之间连同隔离器杆的良好隔离。
在本发明的实施例中，每个导向器壁框架都比隔离器杆的横杆从相应的接地板延伸得更远。
这提供了天线元件之间的良好隔离。
在本发明的实施例中，天线阵列组件包括设置在隔离器杆的横杆上的辐射吸收材料。
这可减少由于隔离器杆的横向件中的表面电流引起的辐射，并且可改善天线元件之间的隔离，从而产生更直接预测的波束图案。
在本发明的实施例中，辐射吸收材料形成为矩形块，该矩形块的宽度小于横向件的宽度，并且该矩形块的深度小于横向件的宽度的一半。
已经发现这有效地减少了来自隔离器杆中表面电流的辐射。
在本发明的实施方案中，辐射吸收材料包括聚氨酯泡沫和碳。
已经发现这有效地减少了来自隔离器杆中表面电流的辐射。
根据本发明的第二方面，提供了无线电终端，该无线电终端包括所要求保护的天线阵列组件。
在本发明的实施例中，无线电终端包括无线电收发器，该无线电收发器具有安装在接地板的与辐射器元件相对的表面上的印刷电路板，该无线电收发器连接到辐射器元件。
从以下对本发明的优选实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将显而易见，该优选实施例仅作为示例给出。
附图说明
图1为本发明的实施例中的天线阵列组件的剖视图；
图2为本发明的实施例中的天线阵列组件的斜视图；
图3为本发明的实施例中的包括导向器元件的天线阵列组件的剖视图；
图4为本发明的实施例中的包括指导向器元件的天线阵列组件的斜视图；
图5为本发明的实施例中的具有设置在隔离器杆的横向件上的辐射吸收材料的天线阵列组件的剖视图；
图6为本发明的实施例中的具有设置在隔离器杆的横截面上的辐射吸收材料的天线阵列组件的斜视图；
图7为本发明的实施例中的包括导向器元件、具有设置在隔离器杆的横向件上的辐射吸收材料的天线阵列组件的剖视图；
图8为本发明的实施例中的包括导向器元件、具有设置在隔离器杆的横向件上的辐射吸收材料的天线阵列组件的斜视图；以及
图9为本发明的实施例中的包括天线阵列组件的波束形成设备的示意图。
具体实施方式
作为示例，现在将在具有接地板的天线阵列组件的背景下描述本发明的实施例，接地板为用于印刷天线元件阵列的背板，天线元件为用于固定无线接入系统的接入点的扇形天线。然而，应当理解，这仅为示例性的，并且其它实施例可为其它无线系统中的天线阵列组件。在本发明的实施例中，使用约5GHz的工作频率，但是本发明的实施例不限于该频率，并且在本发明的特定实施例中适用于高达60GHz或甚至更高的较低或较高的工作频率。
图1示出本发明的实施例中的天线阵列组件的剖视图，并且图2以斜视图示出天线阵列组件。天线阵列组件包括至少第一天线元件和第二天线元件，每个天线元件包括至少一个贴片辐射器元件3a、3b，其与相应的接地板2a、2b基本上为平行关系，并且每个贴片辐射器元件处于相同的取向。
如图1和图2中所示，隔离器杆1b位于第一天线元件和第二天线元件的相应的接地板2a与接地板2b之间的位置。如图所示，隔离器杆1b处于天线元件的接地板2a与接地板2b之间，隔离器杆1b电连接到接地板，并且可附接到接地板(例如，通过螺钉)。接地板2a、2b和/或隔离器杆1b或杆1a、1b、1c可由金属制成(诸如铝)，并且可制造为单件，例如通过挤压或模制。在这种情况下，隔离器杆设置在接地板之间，即它的位置在接地板之间，尽管接地板和/或隔离器杆可为单个物品。阵列中可包括另外的天线元件，并且在每个天线元件之间可存在隔离器杆。接地板2a、2b和隔离器杆1b或杆1a、1b、1c可由非导电材料(诸如塑料材料)制成，具有导电涂层(诸如铜)。这允许接地板重量轻并且模制成包括隔离器杆的形状，这可为经济的制造方法。单件制造也可给予接地的改善的连续性。
从图1和图2中可看出，隔离器杆1a、1b、1c具有包括T形的横截面，该横截面横跨纵向轴线。即隔离器杆为细长的，在垂直于横截面的方向上比在横跨横截面的方向上更长。隔离器杆具有支撑杆，该支撑杆与第一天线元件和第二天线元件的接地板接触，该支撑杆形成T形的主干，以及基本上平面的横向件，该基本上平面的横向件形成T形的顶部。横向件与第一天线元件和第二天线元件的接地板2a、2b的平面以平行关系设置在与贴片辐射器元件3a、3b相同的一侧上。如在图1和图2的示例中可看出，贴片辐射器元件为基本上平面的，并且由于贴片辐射器元件的平面是共面的或平行的，这些贴片辐射器元件具有相同的取向。
在本发明的实施例中，隔离器杆1b的横向件具有的横截面宽度为在天线阵列的工作频率下的波长的至少四分之一。已经发现这在第一天线元件与第二天线元件之间提供无线电频率隔离。这可增加第一天线元件与第二天线元件之间的隔离，基于用于控制从天线阵列的天线元件发射或接收的信号的幅度和相位的权重，可允许更直接地预测方位辐射图案和最大辐射功率。
在本发明的实施例中，隔离器的横杆的宽度基本上为在天线阵列组件的工作频率下的波长的一半。这可在天线元件之间提供特别高的隔离。例如，与5.5GHz的工作频率下的约54mm的波长相比，横杆的宽度可为25.6mm，使得横杆的宽度约为0.47波长。天线阵列组件的工作频率范围可为例如5150MHz-5925MHz，或在其它情况下例如4.8MHz至6.2GHz，或更大的频率范围。已经发现可在相邻天线元件之间实现30dB或更大的隔离。
T形杆隔离器的横杆与接地板的间隔可方便地为例如波长的八分之一。已经发现用于提供有效的隔离的T形杆隔离器与接地板的间距的宽范围值。
在天线阵列组件的工作频率下，隔离器杆的主干的厚度和横向件的厚度可小于1/10波长。已经发现这可提供良好的隔离，同时允许紧凑的实施方式。
隔离器杆的横向件可通过减少在天线元件之间流动的表面电流来改善天线元件之间的隔离。在隔离器杆的主干上方的横向件的中心可看起来为无线电频率下的短路，并且横向件的每个边缘可约为无线电频率下的开路。以这种方式，由辐射器元件感应的表面电流可被反射回它们所源自的天线元件，从而降低与相邻天线元件的耦合。
如图2所示，天线元件由接地板2a和一个或多个辐射器元件3a、3c和3e组成，通常呈线性阵列。图2中示出第二天线元件，包括接地板2b和一个或多个辐射器元件3b、3d和3f，再次呈线性阵列。如本领域所已知的，辐射器元件通常由反馈轨道的布置(未示出)反馈。例如，辐射器元件可为边缘反馈贴片辐射器，其中反馈轨道连接到贴片的边缘。辐射器元件可通过反馈轨连接到无线电终端的无线电收发器，天线阵列组件为无线电终端的一部分。反馈轨道可包括微带轨道和印刷信号分离器的树状结构，布置成以适当的幅度和相位向每个元件提供反馈，以通常在仰角上形成固定的波束。应当理解，天线阵列组件的天线本质上为可操作用于信号的传输和接收的往复装置。除了信号的传输之外，对“辐射器”的引用并不旨在排除用于信号的接收的操作。无线电终端可包括印刷电路板，其可方便地安装在接地板的与辐射器元件相对的面上。
如图2所示，每个天线元件可包括沿天线元件的第一轴线的导电贴片辐射器元件3a、3c、3e、3b、3d、3f的阵列，天线元件被设置成使得第一轴线平行，隔离杆1b的支撑杆与第一轴线为平行关系。
如图1所示，天线元件的每个辐射器元件可形成为电介质膜4a、4b上的金属层3a、3b，并且接地板2a、3b被布置为支撑电介质膜。电介质膜可为聚酯。这提供了元件之间具有有效隔离的低损耗实施方式金属层3a、3b与接地板2a、2b之间的电介媒质主要由空气组成，对于从辐射器元件发射或接收的波束的辐射贴片给出低电介质损耗。
如图3和图4所示，每个天线元件可包括平行于第一电介质膜4a、4b的第二电介质膜6a、6b，该第二电介质膜6a、6b承载沿天线元件柱组件的第一轴线设置的导电贴片导向器元件阵列，每个导向元件5a、5b与相应的贴片辐射器元件3a、3b对齐。导向器元件可允许改善的宽带阻抗匹配每个辐射器元件。
从图3中可看出，支撑框架7a、7b被布置成以相对于每个第一电介质膜4a、4b的间隔关系支撑每个第二电介质膜6a、6b。从图3和图4可看出，天线阵列组件也包括导向器壁框架8a、8c、8e、8b、8d、8f，每个导向器壁框架围绕导向器元件并且在远离接地板2a、2b的方向上延伸。每个支撑框架和每个导向器壁框架具有导电性表面，并且可完全由金属(例如铝)构成。这种布置提供了天线元件之间连同隔离器杆的良好隔离。
如图3和图4所示，每个导向器壁框架8a-8f可比隔离器杆1a、1b、1c的横杆从接地板2a，2b延伸得更远。这提供了天线元件之间的良好隔离。
在本发明的实施例中，图5示出横截面图，并且图6示出天线阵列组件的斜视图，该天线阵列组件具有设置在隔离器杆1a、1b、1c的横向件上的辐射吸收材料9a、9b、9c。这可减少由于隔离器杆的横向件中的表面电流引起的辐射，并且可改善天线元件之间的隔离，从而产生更直接地预测的波束图案。如图5和图6所示，辐射吸收材料可形成为矩形块，该矩形块的宽度小于横向件的宽度，并且深度小于横向件宽度的一半。已经发现这可有效地减少隔离器杆中表面电流的辐射。辐射吸收材料包括聚氨酯泡沫和碳，例如辐射吸收材料(RAM)可为由Laird制造的Eccosorb AN73材料。已经发现这可有效地减少隔离器杆中表面电流的辐射。
图7和图8示出具有设置在横向件上的辐射吸收材料的隔离器杆也可用在具有导向器元件的天线阵列组件中。这可减少来自横向件的辐射并且可改善天线元件之间的隔离。
隔离器杆可制作为单件，或者可与接地板成一体，或者隔离器杆可由一个以上的零件组装，电连接在一起。例如，隔离器杆可由两个部件形成，每个部件具有包括L形的横截面，诸如，当连接在一起时，隔离器杆的横截面包括T形。
图9为包括本发明的实施例中的天线阵列组件的波束形成设备的示意图。在图9的示例中，每个天线元件1至7为柱天线元件，其为辐射器元件的竖直线性阵列。天线元件可为天线阵列组件的一部分，如图1和图2所示，或者如图3和图4、图5和图6或图7和图8所示。
如图9所示，波束成形权重矩阵12将适当的幅度和相位权重施用于从多个输入数据流导出的信号。对于多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统的示例，形成同步波束，其被引导到不同的订户模块，独立地向每个订户模块传送数据流。在发生同步传输的MU-MIMO组中，每个波束具有指向每个其他订户模块的空值。
在该示例中，每个数据流被映射11到一系列正交频分复用(OFDM)符号。对于每个波束的每个极化，可分别加权符号的每个子载波或音调，以便由每个天线元件进行传输。组合的加权音调被反馈到相应的传输链14，传输链14将音调转换为时域信号，用于从相应天线元件15a至15g传输的频率的上转换。
在该示例中，在这种情况下，信号可反馈到每个天线元件，以便在两个极化中的每一个(竖直(V)或水平(H))进行传输。每个天线元件可具有用于每个极化的反馈网络。用于一个极化的反馈网络可连接到每个贴片辐射器的第一边缘，并且用于另一个极化的反馈网络可连接到每个贴片辐射器的与第一边缘成直角的不同边缘。每个极化的信号从相应的传输链14反馈到天线元件。
波束形成函数13计算用于波束成形权重矩阵的权重组。波束成形函数可计算权重以满足某些标准(诸如最大辐射功率)，例如以满足等效全向辐射功率(EIRP)的限制。如果在天线元件之间存在相互耦合，即缺乏隔离，那么如果相互耦合的特性是未知的或可变的，则从权重组确定辐射波束的特性以及组合的MU-MIMO波束的特性的过程可变得计算密集或不准确。类似地，计算权重组以产生满足传输功率和/或波束形状的某些标准的波束或一组MU-MIMO波束的过程可为不准确的或计算要求量大的。通过在天线阵列组件中的天线元件之间提供改善的隔离，本发明的实施例可减缓这些影响。在本发明的实施例中，可在相邻天线元件之间获得30dB或更大的隔离值。
以上实施例应被理解为本发明的说明性示例。应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可单独使用，或者与所描述的其它特征组合使用，并且也可与任何其它实施例或任何其它实施例的任何组合的一个或多个特征组合使用。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可采用以上未描述的等同物和修改。
Claims (14)
1.一种天线阵列组件，包括：
至少第一天线元件和第二天线元件，每个都包括至少一个贴片辐射器元件，该贴片辐射器元件以与相应的接地板基本上平行的关系设置，并且每个贴片辐射器元件都以相同取向设置；以及
隔离器杆，设置在所述第一天线元件和所述第二天线元件的相应的接地板之间，所述隔离器杆为细长的并具有包括T形的横截面，该横截面横跨纵向轴线，所述隔离器杆包括：
支撑杆，与所述第一天线元件和所述第二天线元件的接地板接触，所述支撑杆形成所述T形的主干；以及
基本上平面的横向件，形成所述T形的顶部，并且该横向件与所述第一天线元件和所述第二天线元件的接地板的平面以基本上平行的关系设置在与所述贴片辐射器元件相同的一侧上，
其中，所述隔离器杆的所述横向件具有的横截面宽度为在所述天线阵列组件的工作频率下的波长的至少四分之一，从而在所述第一天线元件与所述第二天线元件之间提供无线电频率隔离。
2.根据权利要求1所述的天线阵列组件，其中，隔离器的横杆的宽度基本上为在所述天线阵列组件的工作频率下的波长的一半。
3.根据权利要求1或2所述的天线阵列组件，其中，所述隔离器杆由金属构成。
4.根据权利要求1或2所述的天线阵列组件，其中，所述隔离器杆包括具有导电涂层的非导电材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的天线阵列组件，其中，每个天线元件包括：
导电的贴片辐射器元件的阵列，沿天线元件的第一轴线设置，这些天线元件被设置成使得所述第一轴线平行，所述隔离器杆的支撑杆以与所述第一轴线平行的关系设置。
6.根据权利要求5所述的天线阵列组件，其中，天线元件的每个贴片辐射器元件形成为在相应的第一电介质膜上的金属层，并且相应的接地板被布置成支撑相应的第一电介质膜。
7.根据权利要求根6所述的天线阵列组件，其中，每个天线元件包括：
相应的第二电介质膜，平行于相应的第一电介质膜，并且承载沿天线元件柱组件的所述第一轴线设置的导电贴片的导向器元件的阵列，每个导向器元件与相应的贴片辐射器元件对齐；以及
支撑框架，布置成以相对于相应的第一电介质膜的间隔关系支撑相应的第二电介质膜，其中，所述支撑框架具有导电性表面。
8.根据权利要求7所述的天线阵列组件，包括：多个导向器壁框架，每个导向器壁框架都设置成围绕相应的导向器元件并且在远离相应的接地板的方向上延伸，其中，每个导向器壁框架都具有导电性表面。
9.根据权利要求8所述的天线阵列组件，其中，每个导向器壁框架都比所述隔离器杆的横杆从相应的接地板延伸得更远。
10.根据前述权利要求中任一项所述的天线阵列组件，包括设置在所述隔离器杆的横向件上的辐射吸收材料。
11.根据权利要求10所述的天线阵列组件，其中，所述辐射吸收材料形成为矩形块，该矩形块的宽度小于所述横向件的宽度，并且该矩形块的深度小于所述横向件的宽度的一半。
12.根据权利要求10或11所述的天线阵列组件，其中，所述辐射吸收材料包括聚氨酯泡沫和碳。
13.一种无线电终端，包括根据权利要求1至12中任一项所述的天线阵列组件。
14.根据权利要求13所述的无线电终端，其中，所述无线电终端包括无线电收发器，该无线电收发器具有安装在所述接地板的与所述贴片辐射器元件相对的面上的印刷电路板，所述无线电收发器连接到所述贴片辐射器元件。
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