CN110797630A - 多路复用的双频带天线 - Google Patents

多路复用的双频带天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110797630A
CN110797630A CN201910586985.3A CN201910586985A CN110797630A CN 110797630 A CN110797630 A CN 110797630A CN 201910586985 A CN201910586985 A CN 201910586985A CN 110797630 A CN110797630 A CN 110797630A
Authority
CN
China
Prior art keywords
band
antenna
radiating elements
base station
array
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.)
Pending
Application number
CN201910586985.3A
Other languages
English (en)
Inventor
M·L·齐默尔曼
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.)
Commscope Technologies LLC
Original Assignee
Commscope Technologies LLC
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 Commscope Technologies LLC filed Critical Commscope Technologies LLC
Publication of CN110797630A publication Critical patent/CN110797630A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0025—Modular arrays
    • 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
    • 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
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • 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
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • 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
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0053—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band
    • H04B1/0057—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band using diplexing or multiplexing filters for selecting the desired band
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

本公开涉及多路复用的双频带天线。基站天线包括多个多路复用器滤波器以及包括多个子阵列的多列辐射元件阵列。每个滤波器可以具有被配置为在相应的第一和第二频带中传递RF信号的第一和第二端口，以及被耦合到多个子阵列中的相应一个子阵列的第三公共端口。这些天线还包括被耦合到多路复用器滤波器的相应子集的第一端口的第一频带端口和被耦合到多路复用器滤波器中的至少一些多路复用器滤波器的第二端口的第二频带端口。天线可以在第一频带中作为MIMO扇区天线操作，并且在第二频带中作为扇区分裂天线操作。

Description

多路复用的双频带天线
对相关申请的交叉引用
本申请要求2018年8月3日提交的美国临时专利申请序列号62/714,399的优先权，其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明一般涉及无线通信并且，并且更具体地，涉及适合于在蜂窝通信系统中使用的基站天线。
背景技术
蜂窝通信系统在本领域中是公知的。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分为一系列被称为“小区”的区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括被配置为提供与位于整个小区中的订户的双向射频(“RF”)通信的基站天线、基带装备和无线电设备。在许多情况下，小区可以被划分为多个“扇区”，并且不同的基站天线为每个扇区提供覆盖。天线通常被安装在塔上或其他凸起结构上，由每个天线生成的辐射波束(“天线波束”)向外指向以服务相应的扇区。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵列，当天线被安装用于使用时，辐射元件被布置在一个或多个垂直列中。这里，“垂直”是指相对于由地平线定义的平面大致垂直的方向。这里还将参考(1)方位角平面，其是指平行于地平线定义的平面的、由基站天线平分的平面，以及(2)仰角平面，其是指垂直于方位角平面的沿着基站天线的视轴指向方向延伸的平面。
非常常见的基站配置是所谓的“三扇区”配置，其中小区在方位角平面中被划分为三个120°扇区。为每个扇区提供基站天线。在三扇区配置中，由每个基站天线生成的天线波束典型地在方位角平面中具有约65°的半功率波束宽度(“HPBW”)，使得天线波束在整个120°扇区中提供良好的覆盖。因此，这些基站天线中的三个将提供方位角平面中的全360°覆盖。典型地，每个基站天线将包括所谓的辐射元件线性阵列，该辐射元件线性阵列包括被布置在垂直延伸的列中的多个辐射元件。每个辐射元件可具有大约65°的HPBW，使得由线性阵列生成的天线波束将为方位角平面中的120°扇区提供覆盖。通过提供沿着仰角平面延伸的一个辐射元件列，天线波束的仰角HPBW可以缩窄到显著小于65°，缩窄量随着列的长度而增加。
随着对蜂窝服务的需求不断增长，蜂窝运营商已经升级其网络，以大幅提高网络容量并支持新世代的服务。已添加的新世代的服务通常在与现有世代不同的频带中操作以避免干扰。当引入这些新服务时，典型地必须维持现有的“遗留”服务以支持遗留移动设备。因此，随着新服务被引入，必须部署新的蜂窝基站或者必须升级现有的蜂窝基站以支持新服务。为了降低成本，许多蜂窝基站支持两个、三个、四个或更多个不同类型或世代的蜂窝服务。为了减少这种基站的塔上的天线的数量，许多运营商部署在多个频带中通信的天线以支持多个不同的蜂窝服务。
从单个基站天线支持多个频带中的服务的一种方式是在天线上包括多个辐射元件线性阵列，这些线性阵列中的不同线性阵列在不同的频带中操作。另一种方法是使用所谓的“宽带”辐射元件，该“宽带”辐射元件可以在多于一个频带中发送和接收RF信号。例如，1.7-2.7GHz频率范围内有许多不同的频带，包括1695-2180MHz频带和2490-2690MHz频带。本领域中已知可以发送1.7-2.7GHz频率范围内的任何位置的信号的宽带辐射元件。双工器可以被包括在基站天线中，该双工器在发送路径中将来自低频带(此处为1695-2180MHz频带)和高频带(此处为2490-2690MHz频带)两者的信号组合以用于通过单个辐射元件阵列传输，并且在接收路径中划分出信号以向低频带无线电设备提供低频带信号并且向高频带无线电设备提供高频带信号。因此，宽带辐射元件的使用可允许单个辐射元件阵列支持多个频带中的服务。
随着蜂窝流量的持续增长，蜂窝运营商也面临着支持各频带中每个基站容量水平增加的压力。用于增加容量的若干已知技术包括使用高增益波束成形天线、使用多输入多输出(“MIMO”)传输技术以及使用扇区分裂(sector-splitting)。
波束成形天线是指具有多个辐射元件列的天线，这些辐射元件由无线电设备的不同端口馈电。无线电设备可以调制RF信号，然后将其发送到与无线电设备的每个输出端口(“无线电设备端口”)相关联的收发器。每个无线电设备端口的RF信号的幅度和相位可以由无线电设备设置，使得辐射元件的这些列一起操作以形成更聚焦、更高增益的天线波束，该天线波束在例如方位角平面中具有缩窄的波束宽度。通过对每个无线电设备端口的RF信号的幅度和相位进行适当调整，通常可以在方位角平面中在宽范围的指向角上扫描天线波束(即，从天线的视轴指向方向扫描远离)。可以在时分双工(TDD)传输方案中以逐个时隙为基础改变天线波束的大小和/或指向方向，以便在每个时隙期间增加选定的用户的方向上的天线增益。波束成形天线的列间距(即，相邻的垂直取向的辐射元件线性阵列之间的水平距离)通常相对较小(例如，0.65λ或更小，其中λ是操作频带的中心频率的波长)。由于波束成形天线具有生成窄天线波束的能力，因此它们可以展现出显著更高的天线增益，并且从而支持增加的容量并对相邻扇区产生更低水平的干扰。
MIMO操作是用于增加基站容量的另一种技术。MIMO是指通过无线电设备的相应端口输出多个数据流并通过多个不同的天线阵列(或子阵列)发送该多个数据流的技术，该多个不同的天线阵列(或子阵列)例如彼此在空间上是分离的和/或处于正交的极化。MIMO利用多径传播，并因此可以依赖于传输路径是相对独立的，这通常要求辐射元件列之间的较大间隔(例如，一个波长或更大的间隔)。MIMO传输技术的使用可以有助于克服多径衰落、发送的信号从建筑物的反射等的负面影响，以提供增强的传输质量和容量。
扇区分裂是指其中基站的覆盖区域被划分为多于三个扇区的技术，在各种扇区分裂应用中使用六个、九个甚至十二个扇区。例如，六扇区基站在方位角平面上将具有六个60°扇区。将每个120°扇区分裂成多个较小的子扇区增加了系统容量，这是因为每个天线可以服务于更小的区域并且因此可以提供更高的天线增益，并且因为扇区分裂还可以允许在120°扇区内重复使用频率。在扇形分裂应用中，单个多波束天线通常可被用于每个120°扇区。多波束天线在相同频带内生成两个或更多个天线波束，从而将扇区分裂成两个或更多个更小的扇区。扇区分裂通常需要多个辐射元件线性阵列。用于扇区分裂的两种常见方法是使用波束成形网络(诸如巴特勒矩阵(Butler Matrix))的扇区分裂和使用透镜天线(lensed antenna)的扇区分裂。
在第一种扇区分裂方法中，多个线性阵列经由包括巴特勒(Butler)矩阵或其他波束成形网络的馈电网络被连接到例如一对端口。在其中每个120°扇区被分裂成两部分的六扇区配置中，波束成形网络生成两个独立的并排天线波束，这两个独立的并排天线波束各自具有大约33°的方位角HPBW并且共同覆盖120°扇区。第一端口生成第一天线波束，并且第二端口生成第二天线波束。假设用于该扇区的视轴指向方向在方位角平面中为0°，则这些天线波束将具有分别约为-30°和30°的方位角指向方向。
在第二种扇区分裂方法中，RF透镜被包括在基站天线中，并且多个线性阵列被配置为通过RF透镜在不同方向上发送和接收信号。RF透镜可用于将由线性阵列生成的天线波束的方位角波束宽度缩窄到适合于向子扇区提供服务的波束宽度。因此，例如，对于由三个基站天线服务的六扇区基站，RF透镜将被设计成将每个天线波束的方位角HPBW缩窄到大约33°。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了包括多个多路复用器滤波器的基站天线。每个多路复用器滤波器包括被配置为传递第一频带中的RF信号但不传递第二频带中的RF信号的第一端口、被配置为传递第二频带中的RF信号而不传递第一频带中的RF信号的第二端口，以及被配置为传递第一频带和第二频带两者中的RF信号的第三端口。这些基站天线还包括多列辐射元件阵列，该多列阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到多路复用器滤波器中的相应一个多路复用器滤波器的第三端口。基站天线还包括多个第一频带端口和多个第二频带端口，每个第一频带端口被耦合到多路复用器滤波器的相应子集的第一端口，并且每个第二频带端口被耦合到多路复用器滤波器中的至少一些多路复用器滤波器的第二端口。辐射元件阵列被配置为在第一频带中作为N×MIMO扇区天线操作，并且在第二频带中作为生成指向不同方向的至少两个天线波束的扇区分裂天线操作，其中N是大于或等于2的整数。
在一些实施例中，基站天线还可以包括被耦合在第二频带端口和辐射元件之间的多个波束成形网络。
在一些实施例中，多列阵列可以具有多个行以及至少一个行，该多个行每行包括总共X个辐射元件，该至少一个行包括总共Y个辐射元件，其中Y小于X。
在一些实施例中，基站天线还可以包括被耦合在第一频带端口和辐射元件之间的多个功率分配器，其中这些功率分配器中的至少一些功率分配器具有被耦合到多列阵列的第一列中的辐射元件的子阵列的第一输出以及被耦合到多列阵列的第二不同列中的辐射元件的子阵列的第二输出。
在一些实施例中，基站天线还可以包括多个第一频带移相器，每个第一频带移相器被电耦合在第一频带端口中的相应一个第一频带端口和辐射元件的相应子集之间。
在一些实施例中，每个第一频带移相器可以被电耦合在第一频带端口中的相应一个第一频带端口和功率分配器的相应子集之间。
在一些实施例中，功率分配器可以是不均等(unequal)功率分配器。
在一些实施例中，每个功率分配器可以被电耦合在第一频带端口中的相应一个第一频带端口和第一频带移相器的相应子集之间。
在一些实施例中，基站天线还可以包括多个第二频带移相器，每个第二频带移相器被耦合在第二频带端口中的相应一个第二频带端口和辐射元件的相应子集之间。
在一些实施例中，每个第二频带移相器可以被电耦合在第二频带端口中的相应一个第二频带端口和波束成形网络中的至少一些波束成形网络之间。
在一些实施例中，每个波束成形网络可以包括巴特勒矩阵。
在一些实施例中，多列阵列可以包括具有总共Y个辐射元件的偶数个行。在一些实施例中，X＝4且Y＝3且N大于或等于4。
在一些实施例中，被包括在具有Y个辐射元件的行中的至少一些辐射元件可以不与由被包括在具有X个辐射元件的行中的辐射元件定义的列垂直对齐。
根据本发明的进一步实施例，提供了包括第一低频带端口和第二低频带端口以及第一高频带端口和第二高频带端口以及多个多路复用滤波器的天线。这些天线还包括辐射元件阵列，该辐射元件阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到多路复用滤波器中的相应一个多路复用滤波器。第一功率分配器网络被电耦合在第一低频带端口和多个多路复用器滤波器的第一子集之间，并且第二功率分配器网络被电耦合在第二低频带端口和多个多路复用器滤波器的第二子集之间。天线还包括被电耦合在第一和第二高频带端口与多个多路复用器滤波器之间的波束成形网络。天线被配置为在低频带和高频带之一中作为MIMO扇区天线操作，并且在低频带和高频带中的另一个中作为扇区分裂天线操作，并且包括在天线中的低频带端口的总数与高频带端口的总数相同。
在一些实施例中，阵列可以包括多个辐射元件列，并且第一低频带端口可以被耦合到该阵列的至少两个不同列中的辐射元件。
在一些实施例中，阵列可以包括多个辐射元件列，并且第一功率分配器网络可以包括不均等功率分配器，该不均等功率分配器被配置为将具有不同功率电平的RF信号输出到阵列的两个不同列中的辐射元件。
在一些实施例中，由在第一低频带端口处输入的RF信号生成的天线波束的方位角半功率波束宽度可以是由在第一高频带端口处输入的RF信号生成的天线波束的方位角半功率波束宽度的大约两倍。
在一些实施例中，阵列可以包括多个辐射元件行，并且这些行中的一些行可以具有比这些行中的其他行更少的辐射元件。
在一些实施例中，行中的具有较少辐射元件的至少一个行可以是阵列的顶行或阵列的底行中的一个。
在一些实施例中，在第一低频带端口处输入的RF信号可以生成适合于为方位角平面中的120度扇区提供覆盖的天线波束，并且在第一高频带处输入的RF信号可以生成适合于为方位角平面中的60度扇区提供覆盖的天线波束。
在一些实施例中，阵列可以包括多个辐射元件列，并且相邻列之间的距离可以在高频带的中心频率的0.4倍-0.75倍波长之间。
在一些实施例中，阵列可以包括多个辐射元件列，并且将第一低频带端口连接到阵列的馈电网络可以包括至少一个移相器和第一功率分配器，该第一功率分配器具有被耦合到位于阵列的不同列中的相应辐射元件的输出。在一些实施例中，至少一个移相器可以被电耦合在第一低频带端口和第一功率分配器之间。在一些实施例中，第一功率分配器可以被电耦合在第一低频带端口和至少一个移相器之间。
在一些实施例中，将第一高频带端口连接到阵列的馈电网络可以包括至少一个移相器和第一波束成形网络。在一些实施例中，第一波束成形网络可以被电耦合在第一高频带端口和至少一个移相器之间。在一些实施例中，至少一个移相器可以被电耦合在第一高频带端口和第一波束成形网络之间。在一些实施例中，第一波束成形网络可以包括至少一个2×3波束成形网络和至少一个2×4波束成形网络。
根据本发明的又一些实施例，提供了天线，该天线包括第一低频带端口和第二低频带端口以及第一高频带端口和第二高频带端口、多个多路复用滤波器以及辐射元件阵列，该辐射元件阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到多路复用滤波器中的相应一个多路复用滤波器。这些天线还包括被电耦合在第一低频带端口和多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间的第一低频带馈电网络，以及被电耦合在第一高频带端口和多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间的第一高频带馈电网络。辐射元件阵列具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
在一些实施例中，第一低频带馈电网络包括第一功率分配器网络，并且第一高频带馈电网络包括波束成形网络。
在一些实施例中，阵列中包括总共X个辐射元件的辐射元件行定义多个列。
在一些实施例中，第一功率分配器被耦合到至少两个不同列中的辐射元件。
在一些实施例中，第一功率分配器是不均等地划分输入至该第一功率分配器的功率的不均等功率分配器。
在一些实施例中，天线被配置为使得在第一低频带端口处输入的低频带RF信号生成适合于为方位角平面中的120°扇区提供覆盖的天线波束，并且使得在第一高频带端口处输入的高频带RF信号生成适合于为方位角平面中的120°扇区的预定义子集提供覆盖的天线波束。
在一些实施例中，方位角平面中的120°扇区的预定义子集是方位角平面中的120°扇区的一半。
在一些实施例中，具有Y个辐射元件的至少一个行是阵列的顶行或阵列的底行中的一个。
在一些实施例中，第一高频带馈电网络可以包括第一功率分配器网络，并且第一低频带馈电网络可以包括波束成形网络。
附图说明
图1是可以被操作为4×MIMO天线的传统四列交叉极化基站天线的示意性框图。
图2是传统两列交叉极化扇区分裂基站天线的示意性框图。
图3A是示出了根据本发明实施例的基站天线的示意性框图，该基站天线包括在第一频带中作为MIMO扇区天线以及在第二频带中作为扇区分裂天线操作的宽带辐射元件的阵列。
图3B是示出了如果图3A的基站天线被实现为双极化天线则可以被包括在该基站天线中的附加部件的示意性框图。
图4是示出了根据本发明实施例的基站天线的示意性框图。
图5是2×4波束成形网络的框图，该波束成形网络可以被用于实现被包括在图4的基站天线中的各个波束成形网络。
图6是示出了图4的基站天线的修改版本的示意性框图。
图7是示出了图4的基站天线的另一个修改版本的示意性框图。
图8是示出了图4的基站天线的又一个修改版本的示意性框图。
图9A是示出了根据本发明进一步实施例的基站天线的示意性框图。
图9B是被包括在图9A的基站天线中的辐射元件阵列的示意性表示。
图10是2×3波束成形网络的框图，该波束成形网络可以被用于实现被包括在图9A的基站天线中的各个波束成形网络中的选定的一些波束成形网络。
图11是示出了图9A的基站天线的修改版本的示意性框图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供了具有多列宽带辐射元件阵列的多路复用的基站天线。宽带辐射元件阵列可以在第一频带中作为MIMO扇区天线并且在第二频带中作为多波束扇区分裂天线操作。根据本发明实施例的多路复用的基站天线可以允许蜂窝运营商使用单个宽带辐射元件阵列为两个不同的频带提供服务，即使该两个不同的频带使用不同的无线通信标准。
在示例实施例中，可以提供包括交叉极化宽带辐射元件的四列阵列的基站天线。该天线可以包括被耦合到阵列的用于第一频带的四个端口，以及被耦合到阵列的用于第二频带的另外四个端口。第二频带可以在比第一频带更高的频率处。例如，第二频带可以是2300-2690MHz频带或其一部分，并且第一频带可以是1695-2180MHz频带或其一部分。为每个辐射元件(或为辐射元件的子阵列)提供双工器，使得两个频带中的RF信号可以通过该四列阵列被发送。
该四列阵列可以在第一频带中被操作为4×MIMO扇区天线(即，天线在两个正交极化中的每一个处生成具有大约65°方位角HPBW的两个天线波束)并且在第二频带中被操作为扇区分裂天线(即，天线在两个正交极化中的每一个处生成指向不同的方位角角度的具有大约33°方位角HPBW的两个天线波束)。在第一频带中，每个端口可以被耦合到阵列的四个列中的两个列，以便将第一频带天线波束的方位角波束宽度缩窄。在第二频带中，每个端口可以被耦合到阵列的所有辐射元件。四个列可以以选定的距离彼此间隔开，使得扇形分裂波束的峰值将指向与四列阵列的方位角视轴指向角成大约25°-33°的方位角角度。在示例实施例中，这些列可以以第二频带的中心频率处的大约0.4λ至0.75λ的距离彼此间隔开。在一些实施例中，第二频带(在第二频带中执行扇区分裂)可以在比第一频带更高的频率处，而在一些实施例中，第二频带可以在比第一频带更低的频率处。
在一些实施例中，可以在第一频带中使用一个或多个不均等功率分配器，以将每个端口耦合到四个辐射元件列中的两列。使用不均等功率分配器可以减小使用两个列来将在第一频带中的方位角波束宽度缩窄的程度，从而可以实现适当的方位角波束宽度。
在一些实施例中，四列阵列(即，具有多个行的阵列，每行具有四个辐射元件，其中每行中的辐射元件沿着垂直轴与其他行中的辐射元件对齐以形成X行4列阵列)还可以包括每行仅具有三个辐射元件的附加辐射元件行。在这样的实施例中，仅具有三个辐射元件的行中的辐射元件可以不沿垂直轴与包括四个辐射元件的行中的辐射元件对齐，而是将位于相邻的垂直轴之间。结果，每个第一频带端口可以被耦合到阵列的一些行中的两个辐射元件，并且耦合到阵列的其他行中的仅单个辐射元件。包括仅具有三个辐射元件的行的效果可以是增加第一频带中的天线波束的方位角波束宽度。提供有具有不同数量的辐射元件的行的阵列可以被用作上述不均等功率分配技术的替代，或者可以与不均等功率分配技术结合使用以进一步增加较低频带天线波束的方位角波束宽度。
因此，根据本发明的一些方面，提供了包括多个多路复用器滤波器的基站天线。每个多路复用器滤波器可以具有被配置为传递第一频带中的RF信号但不传递第二频带中的RF信号的第一端口，被配置为传递第二频带中的RF信号而不传递第一频带中RF信号的第二端口，以及被配置为传递第一频带和第二频带两者中的RF信号的第三端口。这些天线还包括多列辐射元件阵列，该多列辐射元件阵列包括多个子阵列，其中每个子阵列被耦合到多路复用器滤波器中的相应一个多路复用器滤波器的第三端口。每个子阵列可以包括一个或多个辐射元件。这些天线还包括被耦合到多路复用器滤波器的相应子集的第一端口的多个第一频带端口以及被耦合到多路复用器滤波器中的至少一些多路复用器滤波器的第二端口的多个第二频带端口。辐射元件阵列可以被配置为在第一频带中作为MIMO扇区天线操作，并且在第二频带中作为生成指向不同方向的至少两个天线波束的扇区分裂天线操作。在一些实施例中，多列阵列可以具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。在一些实施例中，Y可以大于或等于2。
根据本发明的另一些方面，提供了基站天线，该基站天线包括第一低频带端口和第二低频带端口、第一高频带端口和第二高频带端口、多个多路复用滤波器、包括被耦合到多路复用滤波器的相应一些多路复用滤波器的多个子阵列的辐射元件阵列、作为被电耦合在第一低频带端口和多个多路复用器滤波器的第一子集之间的网络的第一功率分配器、被电耦合在第二低频带端口和多个多路复用器滤波器的第二子集之间的第二功率分配器网络，以及被电耦合在第一高频带端口和第二高频带端口与多个多路复用器滤波器之间的波束成形网络。在一些实施例中，辐射元件阵列可以具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
根据本发明的又一些方面，提供了基站天线，该基站天线包括第一低频带端口和第二低频带端口、第一高频带端口和第二高频带端口、多个多路复用滤波器以及辐射元件阵列，该辐射元件阵列包括被耦合到多路复用滤波器中的相应一些多路复用滤波器的多个子阵列。这些天线还包括被电耦合在第一低频带端口和多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间的第一低频带馈电网络以及被电耦合在第一高频带端口和多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间的第一高频带馈电网络。辐射元件阵列具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
现在将参考附图更详细地讨论本发明的实施例。
使用单个辐射元件阵列来提供多个频带中的服务在本领域中是已知的。例如，通过使用宽带辐射元件并在辐射元件阵列和馈电网络的其余部分之间放置多路复用器滤波器(例如，双工器、三工器等)，可以将多个频率特定的馈电网络附接到同一辐射元件阵列，如在2013年2月20日提交的美国专利申请序列号13/771,474中所公开的那样。辐射元件的这种共享允许单个辐射元件列针对两个或更多个不同频带生成具有独立仰角下倾(elevation down tilt)的天线波束。原理上，该概念可以被扩展到具有多个辐射元件列的天线。然而，在事实上，可能难以使用多列宽带辐射元件阵列来在两个不同的频带中提供服务，特别是如果这些频带被间隔得相当远，这是因为对于一个频带将是最佳的辐射元件的配置，对于另一个频带而言通常远非最佳。
例如，一种广泛实践的无线通信标准是LTE。LTE标准支持不同子带中的时分双工(TDD-LTE)和频分双工(FDD-LTE)技术。例如，2490-2690MHz频带在全球范围内被许可用于TDD-LTE，而1690-2170MHz范围内的各种频带被用于FDD-LTE应用。
许多TDD-LTE网络使用多列波束成形天线。针对TDD-LTE优化的天线可以包括例如四个交叉极化辐射元件列，其在2490-2690MHz频带中被间隔开0.5-0.65倍波长并且每个列生成约65°至90°的标称方位角HPBW。这四个辐射元件列可以被操作为波束成形天线，并且双极化可被用于实现2×MIMO。相反，在1690-2170MHz频带(或其部分)中，通常使用具有标称45°-65°方位角HPBW和至少约一个波长的列间距的两列交叉极化辐射元件阵列来实现4×MIMO。因此，如果针对LTE的一个子带优化列的数量和列间距，则通常将不针对LTE的其他子带优化列的数量和/或列间距。因此，通常将使用两个不同的天线来在2490-2690MHz频带(这里也被称为2600MHz频带)中实现具有2×MIMO的波束成形天线以及在1690-2170MHz频带(这里也被称为1900MHz频带)中实现4×1MIMO。
2017年8月1日公布的美国专利No.9,722,327公开了一种用于使用四列宽带辐射元件阵列以提供TDD-LTE 2600MHz频带中的波束成形2×MIMO天线和FDD-LTE 1900MHz子频带中的4×MIMO天线的技术。该技术使用不均等功率分配器将每个1900MHz端口耦合到四个列中的两个列，同时为1900MHz天线波束提供适当的方位角波束宽度。
已经认识到，在一些应用中，如果使用多列宽带辐射元件阵列来在第一频带中实现MIMO天线并在第二频带中实现扇区分裂天线，则可以提高性能。
图1是传统基站天线10的示意性框图，该基站天线10包括两列交叉极化辐射元件，这两列交叉极化辐射元件可以在1690-2170MHz频带的全部或部分中被操作为4×MIMO天线。天线100包括四个端口20-1至20-4以及交叉极化辐射元件40的阵列30，阵列30包括辐射元件40的两个列32，其中列32由例如至少约一个波长(该波长在1690-2170MHz频带的中心频率处约为150mm)间隔开。这里，当天线包括两个或更多个类似的元件时，元件可以被赋予两部分参考标号，并且类似的元件可以通过它们的完整的参考标号(例如，端口20-1)被单独引用并且通过它们的参考标号的仅第一部分(例如，端口20)被集体引用。辐射元件40的每列32生成在1690-2170MHz频带中具有约65°至90°的标称方位角HPBW的天线波束。每个列32具有相关联的馈电网络，该馈电网络包括可调移相器和功率分配器电路50。每个可调移相器和功率分配器电路50将输入端口20中的相应一个输入端口耦合到相应列32的各个辐射元件40。可调移相器和功率分配器电路50可以包括多个输出52，并且每个输出52可以被耦合到相关联的列中的辐射元件40中的单独一个或者被耦合到一个或多个辐射元件40的子阵列42(在所示实施例中，每个输出52被耦合到相应的子阵列42，其中每个子阵列42包括两个辐射元件40)。每个可调移相器和功率分配器电路50将由端口20中的相应一个端口提供的RF信号分裂多个子分量，并改变这些子分量的相对相位以调整由辐射元件40的列32形成的天线波束的仰角或“倾”角(即，天线波束的视轴指向方向的仰角)。
图2是传统的扇区分裂基站天线100的示意性框图，该基站天线100包括辐射元件140的阵列130。基站天线100包括四个端口120-1到120-4，并且阵列130包括交叉极化辐射元件140的两个列132，该两个列通过约0.7-1.5倍波长间隔开。每个端口120被耦合到相应的可调移相器和功率分配器电路150。每个可调移相器和功率分配器电路150将由端口120中的相应一个端口提供的RF信号分裂成多个子分量，并且改变这些子部件的相对相位以调整由RF信号形成的天线波束的仰角或“倾”角。每个可调移相器和功率分配器电路150可以包括多个输出152。
天线100还包括多个波束成形网络(Beam Forming Network,BFN)160。每个波束成形网络160可以包括例如巴特勒矩阵(Butler Mtrix)。来自两个可调移相器和功率分配器电路150的相应输出152被耦合到波束成形网络160的第一子集中的每个波束成形网络160。例如，如图2所示，每个波束成形网络160-1到160-6接收在端口120-1处输入到天线100的RF信号的子分量和在端口120-2处输入到天线100的RF信号的子分量，这些子分量由可调移相器和功率分配器电路150-1和150-2输出。每个波束成形网络160-1到160-6具有一对输出，第一输出被连接到第一列132-1中的至少一个辐射元件140的相应子阵列142，并且第二输出被连接到第二列132-2中的至少一个辐射元件140的相应子阵列142。波束成形网络160-1到160-6生成一对天线波束，每个天线波束在2490-2690MHz频带中具有约33°的方位角HPBW。这两个天线波束可以分别具有约-30°和30°的方位角视轴角度(即，波束成形网络将天线波束电子地移向远离视轴)。
来自可调移相器和功率分配器电路150-3和150-4的相应输出152被耦合到波束成形网络160的第二子集中的每个波束成形网络160。为了简化附图，图2中省略了与移相器150-3和150-4相关联的波束成形网络160的第二子集。移相器150-3和150-4与省略的波束成形网络160之间的连接与移相器150-1和150-2与波束成形网络160-1至160-6之间的连接相同，并且，除了波束成形网络160-1到160-6连接到辐射元件140的-45°倾斜辐射器而省略的波束成形网络160连接到辐射元件140的+45°倾斜辐射器以外，省略的波束成形网络以如160-1到160-6所示的相同方式连接到子阵列142。图2中省略的波束成形网络160生成第二对天线波束，每个天线波束在2490-2690MHz频带中的具有约为33°的方位角HPBW。两个天线波束分别具有约为-30°和30°的方位角视轴角度。
图3A是示出了根据本发明实施例的基站天线200的示意性框图，该基站天线200包括宽带辐射元件240的阵列230，该阵列230在第一频带中作为MIMO扇区天线操作并且在第二频带中作为扇区分裂天线操作。如图3A所示，基站天线200包括多个第一频带端口210(在图3A中被称为低频带或“LB”端口，以表示端口210可以接收两个频带中的较低频带中的信号)和多个第二频带端口220(在图3A中被称为高频带或“HB”端口，以表示端口220可以接收两个频带中的较高频带中的信号)。宽带辐射元件240的阵列230包括辐射元件240的多个列232，并且辐射元件240可以被布置在子阵列242中，每个子阵列242包括一个或多个辐射元件240。
每个第一频带端口210可以通过相应的功率分配器网络270被耦合到子阵列242的相应子集。在一些实施例中，每个功率分配器网络270可以被配置为均等地分裂被输入至该功率分配器网络270的RF信号。在其他实施例中，每个功率分配器网络270可以被配置为不均等地分裂被输入至该功率分配器网络270的RF信号。例如，可以在第一频带端口210-1处输入要由天线200发送的RF信号。该RF信号可以由相关联的功率分配器网络270分裂成多个子分量。这些子分量中的一半(通过相应的多路复用滤波器280)被传递到位于第一列232-1中的子阵列242，并且这些子分量中的另一半(也通过相应的多路复用滤波器280)被传递到位于第二列232-2中的子阵列242。在实现不均等功率分配的实施例中，被传递到列230中的一个列的RF信号的子分量可以具有比被传递到列232中的另一个列的RF信号的子分量更高的功率电平。通常，被传递到阵列230的内列232(即，图3A的示例实施例中的列232-2)的RF信号的子分量将接收更高功率的子分量。通过调整RF信号的较高功率子分量和RF信号的较低功率子分量的相对幅度，可以调整通过输入到第一频带端口210-1的RF信号生成的天线波束的方位角波束宽度。具体而言，相对功率电平的差异越大，方位角波束宽度越大。每个低频带天线波束的方位角波束宽度可以例如被设计成用于覆盖扇区的合适波束宽度。例如，在一些实施例中，每个低频带天线波束可具有约65°的方位角HPBW。
第一频带端口210-2可以以与第一频带端口210-1完全相同的方式被耦合到子阵列242的第二子集，并且因此将省略对第一频带端口210-2和辐射元件240之间连接的进一步描述。
每个第二频带端口220可以通过波束成形网络260被耦合到子阵列242的子集。如图3A所示，两个第二频带端口220都被耦合到波束成形网络260，并且波束成形网络260的每个输出(通过相应的多路复用器滤波器280)被耦合到子阵列242中的相应一个子阵列。波束成形网络260可以基于输入到高频带端口220-1和220-2的RF信号分别生成第一天线波束和第二天线波束。第一天线波束和第二天线波束可以在方位角平面中被电子地扫描，以相对于阵列230的视轴指向方向指向相反的方向。
提供了多个多路复用器滤波器280，对于每个子阵列242提供了一个多路复用器滤波器280。每个多路复用器滤波器280包括被耦合到功率分配器网络270中的一个功率分配器网络的第一输入、被耦合到波束成形网络260的第二输入，以及被耦合到子阵列242中的相应一个子阵列的输出。多路复用器滤波器280可以组合从功率分配器网络270和波束成形网络260接收的RF信号并将经组合的信号传递到相关联的子阵列242用于通过其辐射元件240传输，并且可以分裂从相关联的子阵列242的辐射元件240接收的RF信号以使得第一频带中的RF信号被传递到功率分配器网络270并且第二频带中的RF信号被传递到波束成形网络260。
图3A(单独)示出了用单极化辐射元件实现基站天线的实施例。如本领域技术人员所知，现在使用交叉极化辐射元件来实现大多数现代基站天线，每个交叉极化辐射元件包括被配置为以正交极化来辐射RF能量的两个不同的辐射器。一种广泛使用的交叉极化辐射元件是-45°/+45°倾斜偶极辐射元件，该-45°/+45°倾斜偶极辐射元件包括相对于地平线以-45°角取向的第一偶极辐射器以及相对于地平线以+45°角取向的第二偶极辐射器。
图3B是示出了如果基站天线200被实现为双极化天线则将被包括在图3A的基站天线200中的附加部件的示意性框图。如图3B所示，为了将基站天线200实现为双极化天线，图3A中所示的RF端口210、220，功率分配器网络270，多路复用器滤波器280和波束成形网络260被复制用于第二极化。图3A中所示的RF端口210、220，功率分配器网络270，多路复用器滤波器280和波束成形网络260可以例如被用于对每个交叉极化辐射元件240的-45°辐射器进行馈电，并且图3B中所示的RF端口210、220，功率分配器网络270，多路复用器滤波器280和波束成形网络260可被用于对每个交叉极化辐射元件240的+45°辐射器进行馈电。应当注意，在图3A和3B两者中示出了辐射元件240的相同子阵列242。
由于下面讨论的本发明的实施例相对复杂，描绘这些实施例的附图仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络，以便简化附图(即，附图对应于图3A)。应当理解，可以为每个这样的实施例生成对应于图3B的图，以示出用于第二极化的端口和馈电网络。
天线200的交叉极化版本可以如下操作。在天线200中包括总共四个第一频带端口210-1到210-4。输入到这些端口210中的每一个端口的RF信号可以生成不同的天线波束，使得可以同时为第一频带(低频带)形成总共四个天线波束。每个第一频带天线波束可以具有适合于覆盖例如120°扇区的方位角波束宽度。这四个天线波束可被用于以4×MIMO配置将天线操作为扇区天线。在天线200中同样包括总共四个第二频带端口220。这四个端口220可用于将120°扇区分裂成两个60°子扇区。这些端口中的两个端口(端口220-1和220-2)可以在第二频带(高频带)中以倾斜-45°和倾斜+45°极化生成指向大约-30°的视轴方位角的天线波束，并且另外两个端口(端口220-3和220-4)可以在第二频带中以倾斜-45°和倾斜+45°极化生成指向大约30°的视轴方位角的天线波束，使得120°扇区被分裂成两个子扇区。由于为每个60°子扇区提供两个高频带天线波束，因此天线200可以在高频带中作为2×MIMO天线操作。
图4是示出了根据本发明实施例的基站天线300的示意性框图。图4说明图3A到3B的天线300的一个示例实施例的特定实现方案。如上所述，图4仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络以简化附图。
如图4所示，基站天线300包括多个第一频带(低频带)端口310和多个第二频带(高频带)端口320。为每个极化提供两个低频带端口310和两个高频带端口320(即，天线300包括总共四个低频带端口310和总共四个高频带端口320)。天线300还包括宽带辐射元件340的阵列330。阵列330包括辐射元件340的四个列332，并且辐射元件340可以被布置在子阵列342中，每个子阵列342包括一个或多个辐射元件340。尽管在图4的示例实施例中每个子阵列342包括两个辐射元件340，但是应当理解，子阵列342中的一些或全部可以具有单个辐射元件340或者可以包括两个以上的辐射元件340，并且所有子阵列342不需要包括相同数量的辐射元件340。
每个第一频带端口310可以被耦合到相应的可调移相器和功率分配器电路350。每个可调移相器和功率分配器电路350将由端口310中的相应一个端口提供的RF信号分裂成多个子分量，并改变这些子分量的相对相位，以便调整通过该RF信号形成的天线波束的仰角或“倾”角。每个可调移相器和功率分配器电路350可以包括多个输出，并且每个输出被耦合到多个功率分配器370中的相应一个功率分配器。被连接到低频带移相器350-1的每个功率分配器网络370被耦合到辐射元件340的第一列332-1中的相应子阵列342以及辐射元件340的第二列332-2中的相应子阵列342。被连接到低频带移相器350-2的每个功率分配器网络370被耦合到辐射元件340的第三列332-3中的相应子阵列342以及辐射元件340的第四列332-4中的相应子阵列342。
在一些实施例中，每个功率分配器370可以被配置均等地分裂输入至该功率分配器的RF信号。在其他实施例中，每个功率分配器370可以被配置为不均等地分裂输入至该功率分配器的RF信号。当功率分配器370执行不均等功率分配时，RF信号的较高功率子分量可以被传递到内列(即，列332-2和332-3)并且RF信号的较低功率子分量可以被传递到外列(即，一些实施例中的列332-1和332-4)。通过调整RF信号的较高功率子分量和RF信号的较低功率子分量的相对幅度，通过输入到低频带端口310的RF信号生成的天线波束的方位角波束宽度可以被调整到适合的值。例如，在一些实施例中，低频带天线波束可具有约65°的方位角HPBW，以提供对整个120°扇区的覆盖。
每个第二频带端口320可以被耦合到相应的可调移相器和功率分配器电路354。每个可调移相器和功率分配器电路354将由端口320中的相应一个端口提供的RF信号分裂成多个子分量，并改变这些子分量的相对相位，以便调整通过该RF信号形成的天线波束的仰角或“倾”角。每个可调移相器和功率分配器电路354可以包括多个输出，并且每个输出被耦合到多个单独的波束成形网络360中的相应一个波束成形网络。具体地，每个单独的波束成形网络360包括第一输入端口和第二输入端口。每个单独的波束成形网络360的第一输入端口被耦合到接收第一极化RF信号的第一高频带移相器354(例如，高频带移相器354-1，其被耦合到-45°倾斜辐射器)的输出中的相应一个输出，并且每个波束成形网络360的第二输入端口被耦合到接收第一极化RF信号的第二高频带移相器354(例如，高频带移相器354-2，其也被耦合到-45°倾斜辐射器)的输出中的相应一个输出。
每个单独的波束成形网络360包括四个输出。每个输出被耦合到子阵列342中的相应一个子阵列。每个单独的波束成形网络360可以分别对基于输入到高频带端口320-1和320-2的RF信号生成的第一天线波束和第二天线波束做出贡献。第一和第二天线波束可以在方位角平面中被扫描以相对于阵列330的视轴指向方向指向相反的方向。图4中所示的各个波束成形网络360可以一起构成如图3A所示复合波束成形网络260。
如图4所示，为被包括在天线300中的子阵列342中的每个“行”提供单独的波束成形网络360。图5是被包括在图4的基站天线300中的单独的波束成形电路360-5的一个可能实现方案的高级电路图。图5所示的设计还可以被用来实现单独的波束成形网络360-1到360-4。通过提供五个这样的单独的波束成形网络360，两个天线波束的仰角HPBW可以被显著地减小到适合于蜂窝覆盖的值。
如图5所示，单独的波束成形网络360-5可以被实现为双向2×4波束成形网络。到波束成形网络360-5的输入端口包括来自第一高频带移相器354-1的输出之一(HBPS1-5)和来自第二高频带移相器354-2的输出之一(HBPS 2-5)。这些输入端口被连接到第一和第二180°等功率分配器364。每个180°等功率分配器364可以例如使用具有180°Shiffman(希夫曼)移相器的Wilkinson(威尔金森)功率分配器来实现。但是，也可以替代地使用其他功率分配器，诸如环形180°耦合器或具有附加相移的90°混合器。每个180°等功率分配器364的输出被耦合到4×4巴特勒矩阵366。巴特勒矩阵366的每个输出被耦合到子阵列342中的相应一个子阵列。图5中还示出了巴特勒矩阵366的每个输出处的用于形成两个天线波束的RF信号的幅度和相位。如虚线圆圈368-1、368-2所示，在一些实施例中，可以在180°等功率分配器364和巴特勒矩阵366之间提供附加的移相器。这些额外的移相器368可被用于略微修改天线波束的方位角HPBW和/或方位角波束指向角度以用于小区扇区优化。
再次参考图4，以双工器的形式提供了多个多路复用器滤波器380，对于每个子阵列342提供了一个双工器380。每个双工器380包括被耦合到功率分配器370中的相应一个功率分配器的第一输入、被耦合到波束成形网络360中的相应一个波束成形网络的第二输入，以及被耦合到子阵列342中的相应一个子阵列的输出。双工器380可以组合从相应的功率分配器370接收的低频带RF信号和从相应的单独的波束成形网络360接收的高频带信号，并将经组合的信号传递到子阵列342中的相应一个子阵列以用于通过辐射元件340传输，并且可以分裂从相关联的子阵列342的辐射元件340传递的RF信号以使得低频带RF信号被传递到功率分配器370并且高频带RF信号被传递到单独的波束成形网络360。
图6是示出了作为图4的基站天线的修改版本的基站天线400的示意性框图。图6再次仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络以简化附图。注意，在图6中，在波束成形网络360和双工器380之间的连接上使用虚线，以示出这些是实际连接，这有助于简化附图。
通过比较图4和图6可以看出，基站天线300和400彼此非常相似。实际上，端口310、320，单独的波束成形网络360，双工器380，高频带移相器354和辐射元件340的阵列330在两个天线300、400中可以是相同的。因此，在两个图中，这些部件用相同的参考标号标记，并且将省略对天线400的这些元件的进一步描述。此外，还可以看出，两个天线300、400中对于高频带的整个设计是相同的。然而，两个天线300、400在低频带馈电网络的设计上不同，并且具体地，在执行移相和功率分配的顺序中有所不同。具体地，基站天线400被配置为使用功率分配器470将在低频带端口310处输入的低频带RF信号分裂成两个子分量，并且将每个子分量传递到与辐射元件340的特定列332相关联的相应的低频带移相器450。这与基站天线300的设计形成对比，在基站设计300的设计中在低频带端口310处输入的低频带RF信号首先(使用低频移相器350)被分裂成可变移相的五个子分量以将期望的下倾应用于所得的低频带天线波束，然后每个低频带移相器350的五个输出被传递到五个功率分配器370，该五个功率分配器370进一步分裂信号并将子分量传递到两个不同列332中的每一个列中的子阵列342。因此，在天线300和400中，低频带信号在辐射元件的两列之间被移相和分配功率的顺序是相反的。如图4的实施例中所示，图6中的功率分配器470可以被配置为以与基站天线300的功率分配器370相同的方式均等或不均等地分裂输入至该功率分配器470的RF信号。
因此，基站天线300和400之间的主要差异在于基站天线300(图4)包括总共四个低频带移相器350和二十个功率分配器370，而基站天线400(图6)包括总共八个低频移相器450和四个功率分配器470(注意，图4和6中仅示出了一半移相器和功率分配器，因为电路元件仅针对一个极化示出)。因此，在所需的移相器和功率分配器的数量方面，在两种设计之间存在权衡。在一些应用中，图4的设计可能是优选的，因为它减少了所需的移相器的数量，并且移相器倾向于是具有移动件和相关联的机械连接的大单元，这可能增加天线的尺寸、重量、成本和复杂性。虽然附加的功率分配器也具有相关联的成本，但在许多情况下，功率分配器可以在小的印刷电路板(或现有的印刷电路板)上实现，并且因此可以更容易和廉价地实现。
图7是示出了作为图4的基站天线的另一修改版本的基站天线500的示意性框图。图7仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络以简化附图。
通过比较图4、6和7可以看出，基站天线500类似于基站天线300和400。实际上，低频带设计与基站天线300的低频带设计相同。因此，这里将省略对天线500的低频带馈电网络的进一步描述。天线500的高频带设计类似于天线300和400的设计，除了在天线500中，在高频带中执行移相和波束成形的顺序已经与基站天线300和400中的顺序相反。具体地，如图7所示，在天线500中，一对高频带端口320直接连接到相应的波束成形网络560。可以使用例如图5中所示的设计将每个波束成形网络560实现为2×4波束成形网络。每个波束成形网络560的四个输出可以耦合到四个相应的高频带移相器554。每个移相器554可以将输入至该移相器的RF信号分裂成五路(该分裂可以是分裂成五个相等幅度的子分量或不均等幅度的子分量)并且向五个子分量赋予相位锥度。每个移相器554的五个输出被连接到辐射元件340的对应列332的五个子阵列342。
因此，基站天线300和500之间的主要差异在于基站天线300(图4)包括总共四个高频带移相器354和十个波束成形网络360，而基站天线500(图7)包括总共八个高频移相器554和两个波束成形网络560(注意，图4和7中仅示出了一半移相器和波束成形网络，因为电路元件仅针对一个极化示出)。因此，在所需的移相器和波束成形网络的数量方面，在两种设计之间存在权衡。在一些应用中，图4的设计可能是优选的，因为它减少了所需的移相器的数量，并且移相器倾向于是具有移动件和相关联的机械连接的大单元，这可能增加天线的尺寸、重量、成本和复杂性。
图8是示出了作为图4的基站天线的又一修改版本的基站天线600的示意性框图。图8仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络以简化附图。
通过比较图6-8可以看出，基站天线600具有基站天线400的低频带设计，并且具有基站天线500的高频带设计。因此，以上已经描述了基站天线600的所有元件，并且因此这里将省略对设计的进一步描述。
图9A是示出了根据本发明又进一步实施例的基站天线700的示意性框图。基站天线类似于图4的基站天线300，除了被包括在基站天线700中的辐射元件340的阵列730包括具有三个辐射元件340的行以及具有四个辐射元件340的行。
如图9A所示，基站天线700包括辐射元件340的阵列730，该阵列730具有辐射元件340的六个中间行，该六个中间行每行包括四个辐射元件340，该辐射元件340定义辐射元件的四列732-1至732-4。另外，阵列730包括辐射元件340的两个上部行以及辐射元件340的两个下部行，两个上部行每行包括三个辐射元件340，两个下部行每行也包括三个辐射元件340。两个上部行和两个下部行中的辐射元件340位于由四个列732-1至732-4定义的垂直轴之间，每行具有位于列732-1和732之间的第一辐射元件340、位于列732-2和732-3之间的第二辐射元件340，以及位于列732-3和732-4之间的第三辐射元件340。
图9B是图9A的简化版本，图9B仅示出了图9A的辐射元件340。如图9B所示，天线700可以被配置为在低频带中生成两个120°方位角HPBW扇区天线波束。阵列730的顶部两个行中的每一行中的辐射元件340当中的两个辐射元件、阵列730的底部两个行中的每一行中的辐射元件340中的一个辐射元件，以及列732-1和732-2中的辐射元件340被用于形成两个低频带天线波束中的第一低频带天线波束。类似地，阵列730的顶部两个行中的每一行中的剩余辐射元件340、阵列730的底部两个行中的每一行中的剩余两个辐射元件340、以及列732-3和732-4中的辐射元件340被用于形成两个低频带天线波束中的第二低频带天线波束。所有辐射元件340被用于形成两个高频带扇区分裂60°方位角HPBW天线波束。应当理解，图9B仅示出了用于两个极化之一的天线波束。
包括在基站天线700中的辐射元件340的阵列730不是辐射元件340的直的行和列的完美矩阵，因为仅具有三个辐射元件340的行中的辐射元件340不与具有四个辐射元件340的行中的辐射元件340垂直对齐(即，在列方向上对齐)。为了本公开的目的，当辐射元件阵列中的行具有不同数量的辐射元件，并且在具有较少辐射元件的行中的辐射元件位于由具有最多辐射元件的行中的最外辐射元件定义的列之间时，则具有减少的数量的辐射元件的行中的辐射元件每个被认为是由具有完全数量的辐射元件的行定义的辐射元件列之一的一部分。具体地，具有减少的数量的辐射元件的行中的每个辐射元件被认为是该辐射元件通常与其一起被馈电的辐射元件列的一部分。例如，在图9A-9B的实施例中，子阵列342-5中的辐射元件340将被认为是列732-1的一部分，并且子阵列342-10中的辐射元件340将被认为是列732-2的一部分。
在阵列中包括仅包括三个(而不是四个)辐射元件340的行可以增加低频带阵列的方位角波束宽度。这可以更容易地设计具有用于低频带和高频带两者的适当的方位角HPBW值的天线。通常，仅具有三个辐射元件的行将位于阵列的顶部和底部中的任一处或两处，尽管本发明的实施例不限于此。由于存在仅具有三个辐射元件340的偶数个行，所以形成两个低频带天线波束的两组子阵列342将在它们具有相同数量的辐射元件340并且具有相同的一般结构的意义上是平衡的。
从图9A中可以看出，波束成形网络760-1和760-2是2×3波束成形网络，而不是2×4波束成形网络。图10是2×3波束成形网络的框图，该波束成形网络可被用于实现图9A-9B中的基站天线中的波束成形网络760-2(以及波束成形网络760-1)。如图10所示，波束成形网络760-2的输入端口可以包括来自第一高频带移相器354-1的输出之一和来自第二高频带移相器354-2的输出之一。这些输入端口被连接到90°混合耦合器762。90°混合耦合器762的第一输出被耦合到子阵列342-10，该子阵列342-10包括阵列730的最上面两行中的中间辐射元件340。90°混合耦合器762的第二输出被耦合到180°耦合器764(诸如，例如具有180°Shiffman移相器的Wilkinson功率分配器)。180°耦合器764的第一输出被耦合到子阵列342-5，该子阵列342-5包括阵列730的最上面两行中的最左边的辐射元件340。180°耦合器764的第二输出被耦合到子阵列342-15，该子阵列342-15包括阵列730的最上面两行中的最右边的辐射元件340。
通过改变90°混合耦合器762的分裂系数，可以获得不同的幅度分布，其可以用于调整天线波束的特性，包括例如天线波束的方位角波束宽度。该幅度分布可以变化，例如，从均匀(幅度权重1-1-1)到严重锥形(幅度权重0.4-1-0.4)。如果90°混合耦合器762和180°耦合器764被配置用于均等分裂，则提供0.7-1-0.7幅度的幅度分布。因此，可以理解，2×3波束成形网络760-1、760-2提供一定程度的设计灵活性，允许创建不同的波束形状和旁瓣电平。90°混合耦合器762可以是例如分支线耦合器、Lange(兰格)耦合器或耦合线耦合器。
图11是示出了作为图9A的基站天线的修改版本的基站天线800的示意性框图。图11仅示出了用于两个极化之一的端口和馈电网络以简化附图。注意，在图11中，在波束成形网络360和双工器380之间的连接上使用虚线，以示出这些是实际连接，这有助于简化附图。
通过比较图9A和图11可以看出，基站天线700和800彼此非常相似，两者之间的仅有区别在于低频馈电网络的设计，并且具体地，在于在列间执行移相和功率分配的顺序。具体地，与上述图4和6的基站天线300和400的情况一样，基站天线800被配置为将在低频带端口310处输入的低频带RF信号分裂成两个子分量并将每个子分量传递到相应的低频移相器，该相应的频带移相器与辐射元件340的特定列732相关联。这与基站天线700的设计形成对比，在基站700的设计中在低频带端口310处输入的低频带RF信号首先被分裂成五个子分量，这五个子分量被可变地移相以将所期望的下倾应用到所得的低频带天线波束，然后每个低频带移相器350的五个输出被传递到功率分配器370，该功率分配器370进一步分裂信号并将子分量传递到两个不同列732中的每一个列中的子阵列342。图11中的功率分配器470可以被配置为均等或不均等地分裂输入至该功率分配器470的RF信号。
根据本发明实施例的基站天线可以允许在先前蜂窝运营商发现必须部署两个不同的天线的许多情况下使用单个天线。通过使用双工宽带辐射器，可以使用单个辐射元件阵列来服务两个或更多个不同的频带，并且诸如不均等功率分布，在阵列的一些行中包括不同数量的辐射元件、部署具有可调特性的波束成形网络、将一些端口耦合到阵列的多个列等等之类的技术可以被用于为第一频带中的MIMO扇区天线和第二频带中的扇区分裂天线提供具有适当方位角HPBW的阵列。
虽然以上已经公开了示例实施例，但是应当理解，这里描述的技术可以被广泛应用，并且本发明不限于所示的实施例。例如，虽然上述实施例通常具有四个辐射元件列(有时具有仅具有三个辐射元件的行)，但是应当理解，可以提供具有更多或更少列的实施例。例如，可以为各种应用实现六列和八列实施例(包括选定的行分别具有少于六个或八个辐射元件的情况)。同样应当理解，在一些情况下，可以使用三工器，并且可以使用相同的阵列来支持三个不同频带中的服务。
在上述实施例中，低频带被操作为MIMO扇区天线，并且较高频带被操作为扇区分裂天线。在一些应用中，本发明可以使用该配置更好地操作。然而，本发明的实施例不限于此，就其他频带而言，相反的布置可能更好地操作。因此，在所有上述实施例中，应当理解，“低频带”可以替代地是扇区分裂天线，并且“高频带”可以替代地是MIMO天线。
还应当理解，上述操作频带仅是示例。频带通常因国家而异，和/或在不同的国家内有所不同，并且应当理解，这里公开的技术可以使用不同频带的各种组合来实现。一些附加示例如下：
低频带：1710-1880MHz；高频带：2300-2400MHz
低频带：1850-1995MHz；高频带：2496-2690MHz
低频带：1695-2180MHz；高频带：2300-2690MHz
在上述实施例中，辐射元件的相邻列之间的间隔可以例如基于较高频带的需要来设置，然后可以使用各种技术(如上所述)来获得用于较低频带的天线波束的合适方位角HPBW。然而，本发明的实施例不限于此。例如，如上所述，在一些应用中，在较高频带中实现MIMO扇区天线并且在较低频带中实现扇区分离天线可能是适当的。这提供了一个示例，其中可以使用对于较低频带的列间隔需求来设置列间隔，并且可以使用各种技术来调整较高频带中的天线波束的方位角HPBW。
本公开公开了至少以下实施例项目：
1、一种基站天线，包括：多个多路复用器滤波器，每个多路复用器滤波器包括被配置为传递第一频带中的射频RF信号但不传递第二频带中的RF信号的第一端口、被配置为传递所述第二频带中的RF信号而不传递所述第一频带中的RF信号的第二端口，以及被配置为传递所述第一频带和第二频带两者中的RF信号的第三端口；多列辐射元件阵列，所述多列辐射元件阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括所述辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到所述多路复用器滤波器中的相应一个多路复用器滤波器的所述第三端口；多个第一频带端口，每个第一频带端口被耦合到所述多路复用器滤波器的相应子集的所述第一端口；以及多个第二频带端口，每个第二频带端口被耦合到所述多路复用器滤波器中的至少一些多路复用器滤波器的所述第二端口，其中，所述辐射元件阵列被配置为在所述第一频带中作为N×MIMO扇区天线操作，并且在所述第二频带中作为生成指向不同方向的至少两个天线波束的扇区分裂天线操作，其中N是大于或等于2的整数。
2、如项目1所述的基站天线，还包括被耦合在所述第二频带端口和所述辐射元件之间的多个波束成形网络。
3、如项目1或2所述的基站天线，其中，所述多列阵列具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
4、如项目2所述的基站天线，还包括被耦合在所述第一频带端口和所述辐射元件之间的多个功率分配器，所述功率分配器中的至少一些功率分配器具有被耦合到所述多列阵列的第一列中的辐射元件子阵列的第一输出以及被耦合到所述多列阵列的第二不同列中的辐射元件子阵列的第二输出。
5、如项目4所述的基站天线，还包括多个第一频带移相器，每个第一频带移相器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述辐射元件的相应子集之间。
6、如项目5所述的基站天线，其中，每个第一频带移相器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述功率分配器的相应子集之间。
7、如项目4所述的基站天线，其中，所述功率分配器是不均等功率分配器。
8、如项目5所述的基站天线，其中，每个功率分配器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述第一频带移相器的相应子集之间。
9、如项目2所述的基站天线，还包括多个第二频带移相器，每个第二频带移相器被耦合在所述第二频带端口中的相应一个第二频带端口和所述辐射元件的相应子集之间。
10、如项目9所述的基站天线，其中，每个第二频带移相器被电耦合在所述第二频带端口中的相应一个第二频带端口和所述波束成形网络中的至少一些波束成形网络之间。
11、如项目2-10中任一项所述的基站天线，其中，每个波束成形网络包括巴特勒矩阵。
12、如项目3所述的基站天线，其中，所述多列阵列包括具有总共Y个辐射元件的偶数个行。
13、如项目3所述的基站天线，其中，X＝4且Y＝3且N大于或等于4。
14、如项目3所述的基站天线，其中，所述辐射元件中的被包括在具有Y个辐射元件的行中的至少一些辐射元件不与由被包括在具有X个辐射元件的行中的辐射元件定义的列垂直对齐。
15、如项目1所述的基站天线，其中，所述第一频带在比所述第二频带更低的频率处。
16、如项目3所述的基站天线，所述第二频带在比所述第一频带更低的频率处。
17、一种天线，包括：第一低频带端口和第二低频带端口；第一高频带端口和第二高频带端口；多个多路复用滤波器；辐射元件阵列，所述辐射元件阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括所述辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到所述多路复用器滤波器中的相应一个多路复用器滤波器；第一功率分配器网络，被电耦合在所述第一低频带端口和所述多个多路复用器滤波器的第一子集之间；第二功率分配器网络，被电耦合在所述第二低频带端口和所述多个多路复用器滤波器的第二子集之间；以及馈电网络，被电耦合在所述第一高频带端口和第二高频带端口与所述多个多路复用器滤波器之间，其中，所述天线在所述低频带和所述高频带中的一个频带中作为MIMO扇区天线操作，并且在所述低频带和所述高频带中的另一个频带中作为扇区分裂天线操作，以及其中，被包括在所述天线中的低频带端口的总数量与高频带端口的总数量相同。
18、如项目17所述的天线，其中，所述阵列包括辐射元件的多个列，并且其中，所述第一低频带端口被耦合到所述阵列的至少两个不同列中的辐射元件。
19、如项目17所述的天线，其中，所述阵列包括辐射元件的多个列，并且其中，所述第一功率分配器网络包括不均等功率分配器，所述不均等功率分配器被配置为将具有不同功率电平的RF信号输出到所述阵列的两个不同列中的辐射元件。
20、如项目17-19中任一项所述的天线，其中，由在所述第一低频带端口处输入的RF信号生成的天线波束的方位角半功率波束宽度是由在所述第一高频带端口处输入的RF信号生成的天线波束的方位角半功率波束宽度的大约两倍。
21、如项目17-20中任一项所述的天线，其中，所述阵列包括辐射元件的多个行，并且其中，所述行中的一些行具有比所述行中的其他行更少的辐射元件。
22、如项目21所述的天线，其中，所述行中的具有较少辐射元件的至少一个行是所述阵列的顶行或所述阵列的底行中的一个。
23、如项目17-22中任一项所述的天线，其中，在所述第一低频带端口处输入的RF信号生成适合于对方位角平面中的120度扇区提供覆盖的天线波束，并且其中，在所述第一高频带端口处输入的RF信号生成适合于对所述方位角平面中的60度扇区提供覆盖的天线波束。
24、如项目17-22中任一项所述的天线，其中，在所述第一高频带端口处输入的RF信号生成适合于对方位角平面中的120度扇区提供覆盖的天线波束，并且其中，在所述第一低频带端口处输入的RF信号生成适合于对所述方位角平面中的60度扇区提供覆盖的天线波束。
25、如项目17-24中任一项所述的天线，其中，所述阵列包括辐射元件的多个列，并且其中，相邻列之间的距离在所述高频带的中心频率的0.4倍-0.75倍波长之间。
26、如项目17-25中任一项所述的天线，其中，所述阵列包括辐射元件的多个列，并且其中，将所述第一低频带端口连接到所述阵列的馈电网络包括至少一个移相器和第一功率分配器，所述第一功率分配器具有被耦合到所述阵列的不同列中的相应辐射元件的输出。
27、如项目26所述的天线，其中，所述至少一个移相器被电耦合在所述第一低频带端口和所述第一功率分配器之间。
28、如项目26所述的天线，其中，所述第一功率分配器被电耦合在所述第一低频带端口和所述至少一个移相器之间。
29、如项目17-28中任一项所述的天线，其中，将所述第一高频带端口连接到所述多路复用器滤波器的所述馈电网络包括至少一个移相器和第一波束成形网络。
30、如项目29所述的天线，其中，所述第一波束成形网络电耦合在所述第一高频带端口和所述至少一个移相器之间。
31、如项目29所述的天线，其中，所述至少一个移相器被电耦合在所述第一高频带端口和所述第一波束成形网络之间。
32、如项目29所述的天线，其中，所述第一波束成形网络包括至少一个2×3波束成形网络和至少一个2×4波束成形网络。
33.一种天线，包括：第一低频带端口和第二低频带端口；第一高频带端口和第二高频带端口；多个多路复用滤波器；辐射元件的阵列，所述辐射元件的阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括所述辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到所述多路复用滤波器中的相应一个多路复用滤波器；第一低频带馈电网络，被电耦合在所述第一低频带端口和所述多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间；第一高频带馈电网络，被电耦合在所述第一高频带端口和所述多个多路复用滤波器中的至少一些多路复用滤波器之间，其中，所述辐射元件的阵列具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
34、如项目33所述的天线，其中，所述第一低频带馈电网络包括第一功率分配器，并且所述第一高频带馈电网络包括波束成形网络。
35、如项目33或34所述的天线，其中，所述阵列中包括总共X个辐射元件的所述辐射元件的行定义多个列。
36、如项目34或35所述的天线，其中，所述第一功率分配器被耦合到位于至少两个不同列中的辐射元件。
37、如项目36所述的天线，其中，所述第一功率分配器是不均等地划分输入至所述第一功率分配器的功率的不均等功率分配器。
38、如项目33-37中任一项所述的天线，其中，所述天线被配置使得在所述第一低频带端口处输入的低频带RF信号生成适合于对方位角平面中的120°扇区提供覆盖的天线波束，并且使得在所述第一高频带端口输入的高频带RF信号生成适合于对所述方位角平面中的所述120°扇区的预定义子集提供覆盖的天线波束。
39、如项目38所述的天线，其中，所述方位角平面中的所述120°扇区的所述预定义子集是所述方位角平面中的所述120°扇区的一半。
40、如项目33-39中任一项所述的天线，其中，所述行中的具有Y个辐射元件的至少一个行是所述阵列的顶行或所述阵列的底行中的一个。
这里使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在限制本公开。如这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解，当术语“包括”和/或“包含”被用在本说明书中时，指定所述操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他操作、元件、部件和/或其组。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。在整个附图描述中，类似的参考标号表示类似的元件。
应当理解，当元件被称为“在……上”、“被耦合到”或“被连接到”另一元件时，该元件可以被直接形成在另一元件上、被耦合到或被连接到另一元件，或者在其间可以存在一个或多个中间元件。
本文使用诸如“顶部”、“底部”、“较高”、“较低”、“上方”、“下方”等术语来描述元件或特征的相对位置。例如，为了方便起见，当附图的较高部分被称为“顶部”而附图的较低部分被称为“底部”时，实际上，在不脱离本发明构思的教导的情况下，“顶部”也可以被称为“底部”并且“底部”也可以被称为“顶部”。
应当理解，尽管这里可以使用术语“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。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但是并不旨在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将是清楚的。选择和描述这里的公开的各方面是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解具有如适合预期特定用途的各种修改的本公开。

Claims (10)

1.一种基站天线，包括：
多个多路复用器滤波器，每个多路复用器滤波器包括被配置为传递第一频带中的射频RF信号但不传递第二频带中的RF信号的第一端口、被配置为传递所述第二频带中的RF信号而不传递所述第一频带中的RF信号的第二端口，以及被配置为传递所述第一频带和第二频带两者中的RF信号的第三端口；
多列辐射元件阵列，所述多列辐射元件阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括所述辐射元件中的一个或多个辐射元件，并且每个子阵列被耦合到所述多路复用器滤波器中的相应一个多路复用器滤波器的所述第三端口；
多个第一频带端口，每个第一频带端口被耦合到所述多路复用器滤波器的相应子集的所述第一端口；以及
多个第二频带端口，每个第二频带端口被耦合到所述多路复用器滤波器中的至少一些多路复用器滤波器的所述第二端口，
其中，所述辐射元件阵列被配置为在所述第一频带中作为N×MIMO扇区天线操作，并且在所述第二频带中作为生成指向不同方向的至少两个天线波束的扇区分裂天线操作，其中N是大于或等于2的整数。
2.如权利要求1所述的基站天线，还包括被耦合在所述第二频带端口和所述辐射元件之间的多个波束成形网络。
3.如权利要求1或2所述的基站天线，其中，所述多列阵列具有每个行包括总共X个辐射元件的多个行以及包括总共Y个辐射元件的至少一个行，其中Y小于X。
4.如权利要求2所述的基站天线，还包括被耦合在所述第一频带端口和所述辐射元件之间的多个功率分配器，所述功率分配器中的至少一些功率分配器具有被耦合到所述多列阵列的第一列中的辐射元件子阵列的第一输出以及被耦合到所述多列阵列的第二不同列中的辐射元件子阵列的第二输出。
5.如权利要求4所述的基站天线，还包括多个第一频带移相器，每个第一频带移相器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述辐射元件的相应子集之间。
6.如权利要求5所述的基站天线，其中，每个第一频带移相器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述功率分配器的相应子集之间。
7.如权利要求4所述的基站天线，其中，所述功率分配器是不均等功率分配器。
8.如权利要求5所述的基站天线，其中，每个功率分配器被电耦合在所述第一频带端口中的相应一个第一频带端口和所述第一频带移相器的相应子集之间。
9.如权利要求2所述的基站天线，还包括多个第二频带移相器，每个第二频带移相器被耦合在所述第二频带端口中的相应一个第二频带端口和所述辐射元件的相应子集之间。
10.如权利要求9所述的基站天线，其中，每个第二频带移相器被电耦合在所述第二频带端口中的相应一个第二频带端口和所述波束成形网络中的至少一些波束成形网络之间。
CN201910586985.3A 2018-08-03 2019-07-02 多路复用的双频带天线 Pending CN110797630A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862714399P 2018-08-03 2018-08-03
US62/714,399 2018-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110797630A true CN110797630A (zh) 2020-02-14

Family

ID=66867879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910586985.3A Pending CN110797630A (zh) 2018-08-03 2019-07-02 多路复用的双频带天线

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11018427B2 (zh)
CN (1) CN110797630A (zh)
WO (1) WO2020027914A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022120857A1 (zh) * 2020-12-11 2022-06-16 华为技术有限公司 一种基站天线及基站设备
CN114639948A (zh) * 2022-03-21 2022-06-17 智道网联科技(北京)有限公司 用于v2x设备的天线、v2x设备和车辆

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109980362B (zh) * 2017-12-27 2021-06-01 华为技术有限公司 一种天线装置及波束状态切换方法
WO2020027914A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 Commscope Technologies Llc Multiplexed antennas that sector-split in a first band and operate as mimo antennas in a second band
EP3968461A4 (en) * 2019-06-03 2022-06-08 Huawei Technologies Co., Ltd. ANTENNA AND BASE STATION
WO2021183253A1 (en) * 2020-03-13 2021-09-16 Commscope Technologies Llc Methods of identifying electrical connections between a radio frequency circuit and a radio, and related radio frequency circuits
WO2021194652A1 (en) * 2020-03-27 2021-09-30 Commscope Technologies Llc Shared-aperture base station antennas with tri-beam and twin-beam generation
CN113839175A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 康普技术有限责任公司 基站天线
US11894892B2 (en) 2020-08-27 2024-02-06 Commscope Technologies Llc Beamforming antennas that share radio ports across multiple columns
EP3994806A4 (en) * 2020-08-27 2023-04-26 CommScope Technologies LLC BEAMFORMING ANTENNAS THAT SHARE RADIO PORTS ON MULTIPLE COLUMNS
WO2022110203A1 (zh) * 2020-11-30 2022-06-02 华为技术有限公司 基站天线和基站
CN115548680A (zh) * 2021-06-30 2022-12-30 华为技术有限公司 一种波束赋形的方法、装置及系统
EP4207626A3 (en) * 2022-01-04 2023-09-06 CommScope Technologies LLC Beamforming antennas that share radio ports across multiple columns

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3518695A (en) * 1967-09-07 1970-06-30 Collins Radio Co Antenna array multifrequency and beam steering control multiplex feed
US20130229308A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna system
CN103311669A (zh) * 2012-02-20 2013-09-18 安德鲁有限责任公司 具有多个独立斜度的共享天线
US20150244072A1 (en) * 2012-09-11 2015-08-27 Alcatel Lucent Multiband antenna with variable electrical tilt
CN106415930A (zh) * 2014-06-05 2017-02-15 康普技术有限责任公司 对于共享孔径阵列天线的独立方位图案

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5333001A (en) * 1993-05-18 1994-07-26 Martin Marietta Corporation Multifrequency antenna array
US5982337A (en) 1998-02-20 1999-11-09 Marconi Aerospace Systems Inc. Cellular antennas for stratosphere coverage of multi-band annular earth pattern
US6084541A (en) * 1998-07-13 2000-07-04 Comsat Corporation Self diagnosis and self healing scheme for digital beam-forming
CN103682573B (zh) 2008-11-20 2016-08-17 康普科技有限责任公司 双波束扇区天线与阵列
US9112551B2 (en) 2010-11-15 2015-08-18 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Antenna architecture for maintaining beam shape in a reconfigurable antenna
KR20150053487A (ko) 2013-11-08 2015-05-18 주식회사 케이엠더블유 다중대역 안테나
US10243263B2 (en) * 2014-04-30 2019-03-26 Commscope Technologies Llc Antenna array with integrated filters
CN107078399B (zh) * 2015-10-13 2019-05-24 华为技术有限公司 多扇区mimo有源天线系统和通信设备
WO2020027914A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 Commscope Technologies Llc Multiplexed antennas that sector-split in a first band and operate as mimo antennas in a second band
CN111817026A (zh) * 2019-04-10 2020-10-23 康普技术有限责任公司 具有带有频率选择性共享辐射元件的阵列的基站天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3518695A (en) * 1967-09-07 1970-06-30 Collins Radio Co Antenna array multifrequency and beam steering control multiplex feed
CN103311669A (zh) * 2012-02-20 2013-09-18 安德鲁有限责任公司 具有多个独立斜度的共享天线
US20130229308A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna system
US20150244072A1 (en) * 2012-09-11 2015-08-27 Alcatel Lucent Multiband antenna with variable electrical tilt
CN106415930A (zh) * 2014-06-05 2017-02-15 康普技术有限责任公司 对于共享孔径阵列天线的独立方位图案

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022120857A1 (zh) * 2020-12-11 2022-06-16 华为技术有限公司 一种基站天线及基站设备
CN114639948A (zh) * 2022-03-21 2022-06-17 智道网联科技(北京)有限公司 用于v2x设备的天线、v2x设备和车辆

Also Published As

Publication number Publication date
US20200044345A1 (en) 2020-02-06
US20200328511A1 (en) 2020-10-15
US11018427B2 (en) 2021-05-25
WO2020027914A1 (en) 2020-02-06
US11309629B2 (en) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110797630A (zh) 多路复用的双频带天线
US10693244B2 (en) Independent azimuth patterns for shared aperture array antenna
US10505609B2 (en) Small cell beam-forming antennas
EP2092608B1 (en) Optimized radiation patterns
US11990669B2 (en) Base station antennas having arrays of radiating elements with 4 ports without usage of diplexers
CN111869004B (zh) 利用振幅加权和相位加权的线性叠加来支持具有高视轴覆盖的高有效全向辐射功率(eirp)的基站天线
US11031678B2 (en) Base station antennas having arrays with frequency selective shared radiating elements
US20220353699A1 (en) Base station antennas with sector splitting in the elevation plane based on frequency band
CN210111047U (zh) 用于天线的馈电网络及天线
US20220166129A1 (en) Base station antennas having partially-shared wideband beamforming arrays
CN112186368A (zh) 用于天线的馈电网络、天线及用于天线的馈电方法
US20230395974A1 (en) Mixed element beam forming antenna
US20170117627A1 (en) A Wireless Communication Node With an Antenna Arrangement For Triple Band Reception and Transmission
CN114552236A (zh) 跨多个列共享无线电端口的波束赋形天线

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200214

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication