CN109155457A - 具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统 - Google Patents

具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109155457A
CN109155457A CN201780030320.3A CN201780030320A CN109155457A CN 109155457 A CN109155457 A CN 109155457A CN 201780030320 A CN201780030320 A CN 201780030320A CN 109155457 A CN109155457 A CN 109155457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
output signal
frequency
signal
radiating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780030320.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109155457B (zh
Inventor
M·L·齐默曼
J·C·威尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TE Connectivity Corp
Original Assignee
Tyco Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tyco Electronics Corp filed Critical Tyco Electronics Corp
Publication of CN109155457A publication Critical patent/CN109155457A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109155457B publication Critical patent/CN109155457B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2135—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies using strip line filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

天线包括频率相关的分配器电路以及对第一输出信号进行响应的辐射元件，频率相关的分配器电路被配置为接收输入信号并生成输出信号，输出信号具有基于输入信号的频率的功率电平。

Description

具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月6日提交的美国临时专利申请序列No.62/319111的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文，就像被整体阐述一样。
技术领域
本公开一般而言涉及无线电通信，并且更特别地，涉及在蜂窝通信系统中使用的多波束天线。
背景技术
无线基站在本领域中是众所周知的，并且通常包括基带装备、无线电装置和天线以及其它。天线通常被安装在塔或其它高架结构的顶部，诸如杆、屋顶、水塔等。通常，多个天线被安装在塔上，并且单独的基带单元和无线电装置连接到每个天线。每个天线为定义的覆盖区域或“扇区”提供蜂窝服务。
图1是例示了传统蜂窝基站10的简化示意图。如图1中所示，蜂窝基站10包括天线塔30和位于天线塔30的基座处的装备外壳20。多个基带单元22和无线电装置24位于装备外壳20内。每个基带单元22连接到相应的一个无线电装置24并且也与回程通信系统44进行通信。三个扇区化天线32(标记为天线32-1、32-2、32-3)位于天线塔30的顶部。三根同轴电缆34(其在图1中被捆绑在一起以呈现为单根电缆)将无线电装置24连接到相应的天线32。每根同轴电缆34的每一端可以连接到双工器(未示出)，使得每个无线电装置24的发送信号和接收信号都可以被承载在单根同轴电缆34上。在一些实现中，无线电装置24位于塔30的顶部而不是装备外壳20中，以减少信号传输损耗。
蜂窝基站典型地使用诸如相控阵天线的定向天线32来在整个定义的覆盖区域内提供增加的天线增益。典型的相控阵天线32可以被实现为安装在面板上的辐射元件的平面阵列，每个面板可能有十个辐射元件。典型地，每个辐射元件用于(1)发送从相关联的无线电装置24的发送端口接收到的射频(“RF”)信号，以及(2)从移动用户接收RF信号并将这些接收到的信号馈送到相关联的无线电装置24的接收端口。双工器典型地用于将无线电装置24连接到天线32的每个相应的辐射元件。“双工器”是指熟知类型的三端口滤波器组件，其用于将无线电装置24的发送端口和接收端口这两者连接到天线32或连接到多元件天线32的辐射元件。双工器用于将RF传输路径彼此隔离到无线电装置24的发送端口和接收端口，同时允许两个RF传输路径接入到天线32的辐射元件，并且即使发送频带和接收频带可能在一起紧密地相隔，也可以实现这一点。
为了将RF信号发送到定义的覆盖区域和从定义的覆盖区域接收RF信号，每个定向天线32典型地被安装成面向相对于诸如正北方之类的基准的特定方向(被称为“方位角”)、相对于方位角平面中的水平面倾斜特定的向下角度(被称为“仰角”或“倾斜角”)、以及相对于水平面垂直对准(被称为“滚动(roll)”)。
图2A是可以用于实现图1的定向天线32的带透镜的多波束基站天线200的透视图。图2B是带透镜的多波束基站天线200的剖视图。在美国专利公开No.2015/0091767中详细描述了带透镜的多波束基站天线200，该公开的公开内容通过引用并入本文。
参考图2A和2B，多波束基站天线200包括辐射元件210A、210B和210C的一个或多个线性阵列(本文统一使用标号210表示)。辐射元件210的这些线性阵列在本文中也被称为“线性阵列”或“阵列”。天线200还包括RF透镜230。每个线性阵列210可以具有与透镜230大约相同的长度。多波束基站天线200还可以包括次级透镜240(参见图2B)、反射器250、天线罩260、后盖270、托盘280(参见图2B)和输入/输出端口290中的一个或多个。在下面的描述中，方位角平面与RF透镜230的纵轴垂直，并且仰角平面与RF透镜230的纵轴平行。
RF透镜230用于将线性阵列210的辐射覆盖图样或“波束”聚焦在方位角方向上。例如，RF透镜230可以在方位角平面中将由每个线性阵列210输出的波束(在图2B被标记为BEAM 1、BEAM 2和BEAM 3)的3dB波束宽度从约65°缩小至约23°。虽然天线200包括三个线性阵列210，但是也可以使用不同数量的线性阵列210。
每个线性阵列210包括多个辐射元件212。每个辐射元件212可以包括例如偶极子、贴片或任何其它适当的辐射元件。每个辐射元件212可以被实现为一对交叉极化的辐射元件，其中该对中的一个辐射元件辐射具有+45°极化的RF能量，而该对中的另一个辐射元件辐射具有-45°极化的RF能量。
对于图2A和图2B中描绘的3波束多波束天线200，RF透镜230缩窄每个线性阵列210的半功率波束宽度(“HPBW”)，同时使波束的增益增大例如约4-5dB。所有三个线性阵列210共享相同的RF透镜230，并且因此，每个线性阵列210以相同的方式更改其HPBW。辐射元件212的线性阵列210的纵轴可以与透镜230的纵轴平行。在其它实施例中，线性阵列210的轴可以略微倾斜(2-10°)于透镜230的轴(例如，为了更好的回波损耗或端口到端口的隔离调谐)。
多波束基站天线200可以用于增加系统能力。例如，传统的65°方位角HPBW天线可以用如上所述的多波束基站天线200代替。这将增加基站10的流量处理能力，因为每个波束将具有高4-5dB的增益，并且因此可以在相同的服务质量下支持更高的数据速率。在另一个示例中，多波束基站天线200可以用于减少塔或其它安装位置处的天线数。在图2B中示意性地示出了由天线200生成的三个波束(BEAM 1、BEAM 2、BEAM 3)。每个波束的方位角可以大致垂直于每个线性阵列210的反射器250。在所绘出的实施例中，三个波束中的每个波束的-10dB波束宽度大约为40°并且每个波束的中心分别指向-40°、0°和40°的方位角。因此，三个波束一起提供120°的覆盖范围。
RF透镜230可以由介电透镜材料232形成。RF透镜230可以包括保持介电材料232的壳体，诸如中空的轻质结构。介电透镜材料232聚焦从线性阵列210辐射和由线性阵列210接收的RF能量。
发明内容
在本发明构思的一些实施例中，天线包括：频率相关的分配器电路，该频率相关的分配器电路被配置为接收输入信号并生成输出信号，输出信号具有基于输入信号的频率的功率电平；以及对第一输出信号进行响应的辐射元件。
在其它实施例中，频率相关的分配器电路包括：功率分配器，该功率分配器被配置为响应于输入信号而生成第一分配输出信号和第二分配输出信号；延迟线路，该延迟线路被配置为响应于第二分配输出信号而生成相位延迟输出信号，相位延迟输出信号具有基于第二分配输出信号的频率的相位延迟；以及定向耦合器，该定向耦合器被配置为响应于相位延迟输出信号和第一分配输出信号而生成输出信号。
在其它实施例中，延迟线路包括传输线，该传输线被配置为生成与第二分配输出信号的频率直接成比例的相位延迟。
在其它实施例中，延迟线路包括耦合到Shiffman移相器的传输线。Shiffman移相器被配置为基本上维持与频率无关的相位延迟。
在其它实施例中，延迟线路包括电感部分和电容部分。
在其它实施例中，天线还包括短截线(stub)电路，该短截线电路被配置为响应于相位延迟输出信号和第一分配输出信号而生成第一耦合器输入信号和第二耦合器输入信号。定向耦合器被配置为响应于第一耦合器信号和第二耦合器信号而生成输出信号。
在其它实施例中，短截线电路包括一对四分之一波短路线。
在其它实施例中，短截线电路包括一对半波开口线。
在其它实施例中，短截线电路的输入阻抗是电容性的。
在其它实施例中，短截线电路的输入阻抗是电感性的。
在其它实施例中，定向耦合器是90°混合支线耦合器，其具有大约690MHz-2700MHz的操作带宽。
在其它实施例中，功率分配器是3dB多段Wilkinson功率分配器。
在其它实施例中，辐射元件包括辐射元件的线性阵列。
在其它实施例中，输出信号包括分别与辐射元件的线性阵列相关联的多个输出信号，并且频率相关的分配器电路还被配置为生成多个输出信号以便具有在线性阵列的每端处逐渐变小的功率电平。
在其它实施例中，辐射元件包括多个辐射元件之一。
在其它实施例中，频率相关的分配器电路还被配置为基于输入信号的频率调整输出信号的孔径(aperture)的锥度(taper)。
在其它实施例中，频率相关的分配器电路还被配置为基于输入信号的频率调整天线的插入损耗。
应该注意的是，关于一个实施例描述的方面可以并入在不同的实施例中，尽管没有相对于其进行具体描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合。此外，在审阅以下附图和详细描述之后，根据本发明主题的实施例的其它装置、方法、系统和/或制品对于本领域技术人员将是或将变得明显的。所有这些附加的装置、系统、方法和/或制品都意图被包括在本描述中、在本发明主题的范围内、并且受所附权利要求的保护。本文公开的所有实施例还意图可以被单独实现或以任何方式和/或组合进行组合。
附图说明
当结合附图阅读以下对具体实施例的详细描述时，将更容易地理解实施例的其它特征，其中：
图1是例示了传统蜂窝基站的简化示意图；
图2A是可以用于实现图1的定向天线的带透镜的多波束基站天线的透视图；
图2B是图2A的带透镜的多波束基站天线的剖视图；
图3是根据本发明构思的一些实施例的频率相关的功率分配器电路的框图；
图4是例示了根据本发明构思的一些实施例的图3的频率相关的功率分配器电路的操作的表。
图5是根据本发明构思的一些实施例的包括频率相关的功率分配器电路的天线系统的示意图；
图6是根据本发明构思的一些实施例的包括短截线电路的频率相关的功率分配器电路的框图；以及
图7A-7C是例示了根据本发明构思的一些实施例的延迟线路的配置的图。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的实施例的透彻理解。但是，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在一些情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路，以免混淆本公开。意图是本文公开的所有实施例可以被单独实现或以任何方式和/或组合进行组合。关于一个实施例描述的方面可以并入在不同的实施例中，尽管没有相对于其进行具体描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合。
一些政府管辖区对一个或多个频率处的天线增益施加限制。例如，政府管辖区可以限定一个或多个频率范围的功率阈值，并且可能需要服务提供商来确保传输功率处于或低于该阈值。本发明构思的一些实施例源于这样的认识：频率相关的功率分配器电路可以用在例如波束形成网络和辐射元件之间，以基于信号频率减小定向到该辐射元件的功率。根据本发明构思的各种实施例，辐射元件可以表示整个天线、包括天线的一部分的辐射元件的线性阵列、和/或作为更大的辐射元件的阵列的一部分的单个辐射元件。频率相关的功率分配器电路可以在除了期望功率减小的频率之外的其它频率处减小定向到辐射元件的功率。短截线电路可以用于在期望较少功率减小的频率处减小从辐射元件转移的功率量。
图3是根据本发明构思的一些实施例的频率相关的功率分配器电路300的框图。频率相关的功率分配器电路300包括功率分配器305，功率分配器305具有耦合到定向耦合器315的第一输入端的第一输出端。功率分配器305的第二输出端经由延迟线路310耦合到定向耦合器315的第二输入端。功率分配器305将来自波束的信号划分成两个信号。功率分配器305可以在其两个输出端子之间大致相等地分配功率。延迟线路310对从功率分配器305接收到的信号施加相位延迟，并将该相位延迟信号作为输入信号提供给定向耦合器315。延迟线路310可以具有固定长度，这导致向从功率分配器305输出的信号施加的相位延迟随频率而变化。对于给定的时间延迟，更高频率的信号比低频率信号经历更多的相位延迟。定向耦合器315接收相等振幅的信号作为输入信号，其中从延迟线路310接收到的信号随着频率的增加而经历增加的相位延迟。定向耦合器315输出相位相等、振幅可变的信号，其中振幅差的量取决于输入之间的相位延迟，其中相位延迟随着频率的增加而增加。根据本发明构思的一些实施例，定向耦合器315可以是90°混合支线耦合器，其可操作带宽为大约690MHz-2700MHz。功率分配器305可以是例如3dB多段Wilkinson功率分配器。
图4是例示了根据本发明构思的一些实施例的图3的频率相关的功率分配器电路300的操作的表。当延迟线路310提供0°的相位延迟时，则定向耦合器315的输出端子A和B处的信号功率被近似均匀地划分，其中每个端子接收1/2功率。当延迟线路310提供90°的相位延迟时，则信号功率近似全部被定向到端子A，而端子B接收近似为零的信号功率。当延迟线路310提供-90°的相位延迟时，则信号功率近似全部被定向到端子B，而端子A接收近似零的信号功率。
如上所述，一些政府管辖区对一个或多个频率处的天线增益施加限制。图3的频率相关的功率分配器电路300可以被配置为在发送信号功率将被减小的频率处朝输出端子A或B中的一个转移功率，并且可以被配置为在发送信号功率将被维持的频率处朝输出端子A或B中的另一个转移功率。可以通过示例的方式例示本发明构思的实施例。通信系统可以通过在1710MHz-1880MHz、1910MHz-2170MHz和2496MHz-2690MHz的频带中发送来操作。政府法规可能将在2560MHz的天线增益限制为不超过17.0dB的阈值。因此，可能期望减小在2560MHz处的增益而不会对在1710MHz-1880MHz和1910MHz-2170MHz的其它频带中的增益产生不利影响。通过使用位于频带1710MHz-1880MHz和1910MHz-2170MHz的中心的1940MHz的频率，频率相关的功率分配器电路300可被调谐为使得延迟线路310生成在1940MHz处的大约-90°的相位延迟这导致近似所有的信号功率被转移到端子B。当延迟线路310被配置为在1940MHz处生成大约-90°的相位延迟时，可以在频率1750MHz、2170MHz和2560MHz处生成以下相位延迟：
在1750MHz处，
在2170MHz处，
在2560MHz处，
因此，在2560MHz处，频率相关的功率分配器电路300在端子A和B之间大致相等地分配信号功率。频率相关的功率分配器电路300可以用在天线系统中以调整被定向到辐射元件的信号功率，以确保天线增益不超过定义的阈值，如下面将参考图5所描述的。
图5是根据本发明构思的一些实施例的包括频率相关的功率分配器电路510的天线系统500的示意图。天线系统500包括波束形成网络(BFN)，该波束形成网络接收波束并将信号分发给五个不同的辐射元件515A、515B、515C、515D和515E。根据本发明构思的各种实施例，这些辐射元件515A、515B、515C、515D和515E中的每一个可以表示整个天线、包括天线的一部分的辐射元件的线性阵列、和/或作为更大的辐射元件的阵列的一部分的单个辐射元件。如图5中所示，频率相关的功率分配器电路510用作到辐射元件515E的接口。具体而言，频率相关的功率分配器电路510接收来自BFN 505的输出信号，并使信号功率的一部分通过端子B转移到辐射元件515E，和使信号功率的另一个部分通过耦合到阻抗元件(诸如图5中所示的电阻器R1)的端子A。可以使用图3的频率相关的功率分配器电路300来实现频率相关的功率分配器电路510。将上述示例应用于图5的示例性天线系统500，频率相关的功率分配器电路510通过电阻器R1将在2560MHz的信号频率处的大约一半的信号功率从辐射元件515E转移到接地。这可以通过减小被定向到辐射元件515E的能量来减小天线系统500的增益。减小的能量导致驱动辐射元件515E的信号的孔径的锥度增加。被转移到电阻器R1的能量表示天线的插入损耗的增加。
在本示例中，通常期望避免降低1710MHz-1880MHz和1910MHz-2170MHz频带中的增益。1750MHz处的相位延迟大约为-116°，并且2170MHz处的相位延迟大约为-57°。如图4中所示，当相位延迟为-90°时，几乎所有信号功率都被定向到频率相关的功率分配器电路510的输出端子B。由于期望频率范围中的相位延迟不是精确地-90°，因此频率相关的功率分配器电路510将把一些信号功率通过端子A转移到电阻器R1。虽然它不会是信号功率的完全半功率减小，但是天线系统500的增益将由于被定向到辐射元件515E的信号功率的减小而无论如何都会略微减小。为了减小期望频带中功率衰减的影响，频率相关的功率分配器电路300和510可以包含如下面参考图6所述的短截线电路。
图6是根据本发明构思的一些实施例的包括短截线电路620的频率相关的功率分配器电路600的框图。频率相关的功率分配器电路600包括功率分配器605、延迟线路610和定向耦合器615，它们如图所示进行配置并且可以如上面关于图3中的对应元件所描述的那样来实现。频率相关的功率分配器电路600与频率相关的功率分配器电路300的不同之处在于在延迟线路610和定向耦合器615以及功率分配器605和定向耦合器615之间增加了短截线电路620。短截线电路620可以包括与输入到定向耦合器615的传输线连接的一个或多个短截线或谐振短截线。短截线或谐振短截线是仅在一端处连接的传输线或波导的长度。短截线的自由端要么被保留为开路，要么被短路到参考端子或平面。短截线的输入阻抗是电抗性的—要么电容式要么电感式—这取决于短截线的电气长度以及它被配置为开路还是短路。短截线可以用作射频处的电容器、电感器和/或谐振电路。短截线电路可以提供例如相位补偿短截线，以驱动相位延迟更接近-90°以允许更多的能量被转移到定向耦合器615的端子B。在一些实施例中，两个四分之一波短路线可以用作补偿90°的补偿短截线和/或两个半波开口线可以用作补偿180°的补偿短截线。因此，在一些实施例中，图5的频率相关的功率分配器电路510可以使用图6的频率相关的功率分配器电路600来实现，以通过定向耦合器615的端子B增加被转移到图5的辐射元件515E的功率，从而减小天线系统500在1710MHz-1880MHz和1910MHz-2170MHz频带中的增益减小量。
根据本发明构思的各种实施例，图3的延迟线路310和图6的延迟线路610可以以不同的方式来实现。图7A例示了根据本发明构思的一些实施例的延迟线路的示例，其中相位延迟与频率直接成比例并且可以用于实现图3的延迟线路310和图6的延迟线路610。图7A的延迟线路可以包括具有长度d的50Ohm微带线，其中相位延迟其中εeff是基板材料的有效介电常数，并且λ0是自由空间中的波长。
图7B例示了包括与Shiftman移相器组合的常规传输线的延迟线路的示例。Shiffman移相器可以在频带上提供基本恒定的相位。因此，与图7A的实施例相比，图7B的延迟线路的相位可以随频率更慢地变化。
图7C例示了包括窄段(串联电感)与宽段(并联电容)的组合的带负载的延迟线路的示例，与图7A的实施例相比，其可以提供约15％-30％更快的相位变化。
用于实现图3的延迟线路310和图6的延迟线路610的特定类型的延迟线路的选择可以基于信号振幅和频率与期望的波束位置、宽度和/或旁瓣之间的期望关系。
因此，本发明构思的一些实施例可以提供具有频率相关的功率分配器电路的天线系统，该频率相关的功率分配器电路可以用于减小被定向到天线系统中的一个或多个辐射元件的功率量。当期望减小特定频率处的天线增益时，频率相关的功率分配器电路可被调谐，以便将期望的功率量转移离开例如天线的辐射元件之一。在上述示例中，在目标频率处一半信号功率从辐射元件被转移走。在频率相关的功率分配器电路中使用的延迟线路可被调谐，使得在目标频率处更多或更少的信号功率从辐射元件转移走。在一些实施例中，几乎所有功率都可以从辐射元件转移走，从而在目标频率处有效地从天线中消除该元件。此外，在一些实施例中，频率相关的功率分配器电路可被复制，以便将其插入在多个辐射元件的路径中，使得辐射元件中的多个辐射元件的信号功率被减小，从而甚至更大程度地降低天线系统在目标频率处的方向性。例如，频率相关的功率分配器电路可以在辐射元件阵列的任一端处被插入在相应辐射元件的路径中，以便减小被定向到阵列端部处的辐射元件的信号功率。在一些实施例中，辐射元件越靠近阵列的端部，信号功率的减小可能越大。为了减小目标频率处信号功率减小对其它频带的影响，短截线电路可以被配置用于频率相关的功率分配器电路中，以减小针对特定频率或频带从辐射元件转移走的信号功率量。
进一步的定义和实施例：
本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不意在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在还包括复数形式，除非上下文另外明确指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。贯穿各图的描述，相同的标号表示相同的元件。
应该理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
应该理解的是，虽然本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件。
本文用于描述本发明的实施例的术语不意在限制本发明构思的范围。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域和本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不以理想化或过于正式的意义解释，除非本文明确如此定义。
所附权利要求中的任何设备或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物意在包括具体要求保护的用于结合其它要求保护的元件执行功能的任何公开的结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但是并不意在进行穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择和描述本文公开内容的各方面是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其它技术人员能够理解具有如适合于预期特定用途的各种修改的本公开。

Claims (17)

1.一种天线，包括：
频率相关的分配器电路，被配置为接收输入信号并生成输出信号，所述输出信号具有基于所述输入信号的频率的功率电平；以及
对第一输出信号进行响应的辐射元件。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述频率相关的分配器电路包括：
功率分配器，被配置为响应于所述输入信号而生成第一分配输出信号和第二分配输出信号；
延迟线路，被配置为响应于所述第二分配输出信号而生成相位延迟输出信号，该相位延迟输出信号具有基于所述第二分配输出信号的频率的相位延迟；以及
定向耦合器，被配置为响应于所述相位延迟输出信号和所述第一分配输出信号而生成所述输出信号。
3.如权利要求2所述的天线，其中，所述延迟线路包括：
传输线，被配置为生成与所述第二分配输出信号的频率直接成比例的相位延迟。
4.如权利要求2所述的天线，其中，所述延迟线路包括：
耦合到Shiffman移相器的传输线；
其中，所述Shiffman移相器被配置为基本上维持与频率无关的相位延迟。
5.如权利要求2所述的天线，其中，所述延迟线路包括：
电感部分和电容部分。
6.如权利要求2-5中任一项所述的天线，还包括：
短截线电路，被配置为响应于所述相位延迟输出信号和所述第一分配输出信号而生成第一耦合器输入信号和第二耦合器输入信号；
其中，所述定向耦合器被配置为响应于所述第一耦合器信号和所述第二耦合器信号而生成所述输出信号。
7.如权利要求6所述的天线，其中所述短截线电路包括一对四分之一波短路线。
8.如权利要求6所述的天线，其中，所述短截线电路包括一对半波开口线。
9.如权利要求6-8中任一项所述的天线，其中，所述短截线电路的输入阻抗是电容性的。
10.如权利要求6-8中任一项所述的天线，其中，所述短截线电路的输入阻抗是电感性的。
11.如权利要求2-10中任一项所述的天线，其中，所述定向耦合器是90°混合支线耦合器，该90°混合支线耦合器具有大约690MHz-2700MHz的操作带宽。
12.如权利要求2-11中任一项所述的天线，其中，所述功率分配器是3dB多段Wilkinson功率分配器。
13.如权利要求1-12中任一项所述的天线，其中，所述辐射元件包括辐射元件的线性阵列。
14.如权利要求13所述的天线，其中，所述输出信号包括分别与辐射元件的线性阵列相关联的多个输出信号；并且
其中，所述频率相关的分配器电路还被配置为生成所述多个输出信号以便在所述线性阵列的每个端部处具有逐渐变小的功率电平。
15.如权利要求1-12中任一项所述的天线，其中，所述辐射元件包括多个辐射元件之一。
16.如权利要求1-12和15中任一项所述的天线，其中，所述频率相关的分配器电路还被配置为基于所述输入信号的频率来调整所述输出信号的孔径的锥度。
17.如权利要求1-12、15和16中任一项所述的天线，其中，所述频率相关的分配器电路还被配置为基于所述输入信号的频率来调整所述天线的插入损耗。
CN201780030320.3A 2016-04-06 2017-02-17 具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统 Active CN109155457B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662319111P 2016-04-06 2016-04-06
US62/319,111 2016-04-06
PCT/US2017/018352 WO2017176372A1 (en) 2016-04-06 2017-02-17 Antenna system with frequency dependent power distribution to radiating elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109155457A true CN109155457A (zh) 2019-01-04
CN109155457B CN109155457B (zh) 2021-08-06

Family

ID=60001394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780030320.3A Active CN109155457B (zh) 2016-04-06 2017-02-17 具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10680346B2 (zh)
EP (1) EP3440737A4 (zh)
CN (1) CN109155457B (zh)
WO (1) WO2017176372A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9831548B2 (en) * 2008-11-20 2017-11-28 Commscope Technologies Llc Dual-beam sector antenna and array
WO2019190849A1 (en) * 2018-03-26 2019-10-03 Commscope Technologies Llc Antenna systems with adjustable phase delay elements having configurable dielectric compositions
US11444377B2 (en) * 2019-10-03 2022-09-13 Aptiv Technologies Limited Radiation pattern reconfigurable antenna
KR20220014552A (ko) * 2020-07-29 2022-02-07 삼성전자주식회사 광대역 지원 가능한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 기지국
SE544556C2 (en) * 2021-07-01 2022-07-12 Radio Innovation Sweden Ab Antenna with lobe shaping

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422649A (en) * 1993-04-28 1995-06-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Parallel and series FED microstrip array with high efficiency and low cross polarization
US5596325A (en) * 1995-07-07 1997-01-21 Nonlinear Technologies, Inc. FM-CW radar transceiver
US6253066B1 (en) * 1997-10-24 2001-06-26 Motorola, Inc. Apparatus and method for producing a plurality of output signals with fixed phase relationships therebetween
US20020153967A1 (en) * 1999-04-02 2002-10-24 Kuniyoshi Nakada Variable phase shifter with reduced frequency-dependent phase deviations
CN102324623A (zh) * 2011-08-31 2012-01-18 华南理工大学 一种双频双正交相位输出功分馈电网络
US20120319906A1 (en) * 2010-02-24 2012-12-20 Nozomu Hikino Antenna and portable wireless terminal
US8525616B1 (en) * 2009-04-14 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation Antenna feed network to produce both linear and circular polarizations
CN104364965A (zh) * 2012-06-18 2015-02-18 凯瑟雷恩工厂两合公司 有源天线系统
CN104769776A (zh) * 2012-11-23 2015-07-08 古河电气工业株式会社 阵列天线装置
US20160013563A1 (en) * 2013-07-12 2016-01-14 CommScope Technologies, LLC Wideband Twin Beam Antenna Array
CN205069884U (zh) * 2015-10-27 2016-03-02 广东健博通科技股份有限公司 一种多端口分频电调天线

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517687A (en) * 1994-02-09 1996-05-14 Westinghouse Electric Corporation Subharmonic image rejection and image enhancement mixer
JP4975105B2 (ja) * 2006-10-03 2012-07-11 ビーム ネットワークス リミテッド 移相発振器およびフェーズド・アレイ・アンテナ
TWI544685B (zh) 2014-08-05 2016-08-01 國立交通大學 天線裝置及天線系統

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422649A (en) * 1993-04-28 1995-06-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Parallel and series FED microstrip array with high efficiency and low cross polarization
US5596325A (en) * 1995-07-07 1997-01-21 Nonlinear Technologies, Inc. FM-CW radar transceiver
US6253066B1 (en) * 1997-10-24 2001-06-26 Motorola, Inc. Apparatus and method for producing a plurality of output signals with fixed phase relationships therebetween
US20020153967A1 (en) * 1999-04-02 2002-10-24 Kuniyoshi Nakada Variable phase shifter with reduced frequency-dependent phase deviations
US8525616B1 (en) * 2009-04-14 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation Antenna feed network to produce both linear and circular polarizations
US20120319906A1 (en) * 2010-02-24 2012-12-20 Nozomu Hikino Antenna and portable wireless terminal
CN102324623A (zh) * 2011-08-31 2012-01-18 华南理工大学 一种双频双正交相位输出功分馈电网络
CN104364965A (zh) * 2012-06-18 2015-02-18 凯瑟雷恩工厂两合公司 有源天线系统
CN104769776A (zh) * 2012-11-23 2015-07-08 古河电气工业株式会社 阵列天线装置
US20160013563A1 (en) * 2013-07-12 2016-01-14 CommScope Technologies, LLC Wideband Twin Beam Antenna Array
CN205069884U (zh) * 2015-10-27 2016-03-02 广东健博通科技股份有限公司 一种多端口分频电调天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张光义: "共形相控阵天线的应用与关键技术", 《中国电子科学研究院学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109155457B (zh) 2021-08-06
WO2017176372A1 (en) 2017-10-12
US20190115672A1 (en) 2019-04-18
EP3440737A4 (en) 2019-12-11
US10680346B2 (en) 2020-06-09
EP3440737A1 (en) 2019-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU769480B2 (en) Dual-polarized dipole array antenna
CA2431290C (en) Dual-polarization antenna array
CN111837294A (zh) 具有表现出降低的方位角束宽和增加的隔离的共用辐射元件的天线阵列
US7855696B2 (en) Metamaterial antenna arrays with radiation pattern shaping and beam switching
CN109155457A (zh) 具有对辐射元件的频率相关的功率分发的天线系统
US4978965A (en) Broadband dual-polarized frameless radiating element
US8537068B2 (en) Method and apparatus for tri-band feed with pseudo-monopulse tracking
US7986280B2 (en) Multi-element broadband omni-directional antenna array
US6233434B1 (en) System for transmitting/receiving a signal having a carrier frequency band for a radio base station
US20150340770A1 (en) Antenna Assembly and System
JP2019050521A (ja) アンテナ装置、無線通信装置および信号送信方法
CN106602232B (zh) 双频高增益介质谐振阵列天线
US11677139B2 (en) Base station antennas having arrays of radiating elements with 4 ports without usage of diplexers
KR101127147B1 (ko) 광대역 편파 재구성을 위한 광대역 안테나 시스템 및 이를 이용한 신호 송신 방법
US20210257722A1 (en) Base station antennas having arrays with frequency selective shared radiating elements
US6297782B1 (en) Modular hub array antenna
US4590479A (en) Broadcast antenna system with high power aural/visual self-diplexing capability
US11837793B2 (en) Wideband wide-beamwidth polarization diverse antenna
Mishra et al. Active Phased Array Antenna for Satellite Communication Onboard Data Link Receiver
US20230178888A1 (en) Low-loss switchable panel antennas
WO2023155055A1 (en) Base station antennas having radiating elements with active and/or cloaked directors for increased directivity
US20240063547A1 (en) Enhanced antenna module and antenna array for wireless communication systems
KR920009221B1 (ko) 광대역 2 다이폴형 원편파 안테나
Zhang et al. Compact Wideband Dual-polarized Antenna with High Isolation using Elliptical-shaped Gap Structure and Modified Y-shaped Feeding Baluns

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant