CN111066203B

CN111066203B - 多频带天线阵列

Info

Publication number: CN111066203B
Application number: CN201780094311.0A
Authority: CN
Inventors: 伊格纳西欧·冈萨雷斯; 克里斯托夫·施普兰格尔; 布鲁诺·比斯孔蒂尼
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: US20200212600A1; EP3669423A1; CN111066203A; WO2019052633A1; EP3669423B1; US11456544B2

Abstract

本发明提供了一种适于多频带操作的天线100。天线100包括配置为在第一频带中辐射的多个第一辐射单元101，其中，第一辐射单元101布置在稀疏mMIMO阵列102中。天线100还包括配置为在低于第一频带的第二频带中辐射的多个第二辐射单元103，其中，第二辐射单元103布置在与稀疏阵列102至少部分重叠的阵列中。因此，至少一些第二辐射单元103布置在稀疏阵列102覆盖的区域中。

Description

多频带天线阵列

技术领域

本发明涉及一种新的天线结构。特别地，本发明涉及一种多频带天线，即，一种配置为在至少两个频带中操作的天线。因此，本发明提出了一种具有大规模多输入多输出(massive multiple input multiple output，mMIMO)阵列和至少一个天线阵列的多频带天线。

背景技术

随着长期演进(long term evolution，LTE)部署即将完成，运营商现在需要为即将到来的5G移动通信标准做好网络准备。启用这种新一代移动通信的关键技术之一是低于6GHz频率的mMIMO。因此，要求天线供应商开发支持mMIMO的新天线。

特别地，为了减少现场天线的数量从而节省空间，需要支持mMIMO和常规频带的新天线。减少天线数量意味着分别极大简化mMIMO天线和传统天线的总体部署过程。因此，相关的运营成本(operating expense，OPEX)和资本性支出(capital expenditure，CAPEX)都可以减少。

除了mMIMO的优越的MIMO能力之外，端口数量的增加还将实现诸如站点共享等非常有趣的场景，根据站点共享，天线在至少两个不同的运营商之间共享。站点共享将进一步显著降低OPEX。

此外，诸如补充下行链路(supplementary downlink，SDL)或L-频段(1.427GHz-1.52GHz)的新频段目前正在拍卖中，并已在多个国家获得许可。因此，新天线应优选地特别支持这些新频段。为了覆盖现代基站天线系统中的标准工作频段，必须开发与传统技术不同的新频率、新概念、和新架构。

由于上述原因，优选在不增大传统天线尺寸的情况下，尤其需要将mMIMO天线阵列与一个或多个天线阵列集成在单个天线上。对于商用现场部署，尤其是天线高度通常是主要的限制因素。因此，天线高度减小的新型集成天线将意味着显著简化整个部署过程。另外，为了促进站点获取，并满足关于站点升级的本地法规，新型集成天线的天线宽度也应至少与传统产品相当。此外，为了能够继续使用站点中已经存在的机械支撑结构，新型集成天线的风荷载也应与传统产品的风荷载相等。

然而，将mMIMO天线阵列和一个或多个天线阵列集成在单个天线上通常会导致天线高度复杂，这会对天线尺寸产生负面影响。因此，对于新型集成天线，要满足上述天线高度和宽度上的严格限制是非常具有挑战性的。

目前没有将mMIMO天线阵列与至少一个其他天线阵列集成在单个天线上的常规解决方案。

发明内容

鉴于上述挑战和缺点，本发明旨在改进常规天线。因此，本发明的目的是提供一种将mMIMO阵列与至少一个其他天线阵列集成的天线，该天线同时保持对天线高度和宽度的非常严格的限制。特别地，集成天线的尺寸不应大于常规天线。此外，分别与单独的常规mMIMO天线和常规天线相比，集成天线应表现出相同甚至更好的性能。

此外，特别地，需要用于在两个以上频带中操作的集成多频带天线，尤其是具有两个高频带(high band，HB)阵列、一个中频带(mid band，MB)阵列、和mMIMO阵列的天线。这种天线的宽度不应超过390毫米，长度不应超过1500毫米，深度不应超过50毫米。天线还应特别能够支持2×4T4R(1.8G和2.6G)+2T2R(2.1G)+L-波段并具有全64TRX mMIMO功能。

通过所附独立权利要求中提供的方案实现了本发明的目的。在从属权利要求中进一步定义了本发明的有利实施方式。

特别地，本发明的方案将稀疏mMIMO阵列和至少一个其他天线阵列组合，以便构建新型集成天线。

对于本文，稀疏天线阵列是辐射单元阵列，与类似(comparable)非稀疏天线阵列(或满天线阵列)相比，增大了阵列中未被辐射单元占用的空间(可用空间)，而与该非稀疏天线阵列相比并没有减小有效孔径。由此，“类似阵列”是指两个阵列具有相似的有效天线孔径，并且例如，两个阵列覆盖相同的区域和/或具有相似数量的辐射单元。例如，与类似非稀疏阵列相比，可以去除一些辐射单元以获得稀疏阵列。即，通过在至少一些辐射单元之间产生空间来增大可用空间。作为另一示例，与类似非稀疏阵列相比，可以增大至少一些辐射单元之间的间隔以获得稀疏阵列。即，通过在一些辐射单元之间提供更大的距离来增大可用空间。

因此，稀疏阵列的特定示例是给定孔径的阵列，其辐射单元比具有类似孔径的均匀非稀疏阵列(满阵列)更少。在均匀的阵列中，辐射单元严格按照均匀的间隔排列，并且均匀性要求大大限制了允许放置辐射单元的位置的数量。如上所述，例如，可以通过从这种均匀的非稀疏阵列中去除辐射单元来获得稀疏阵列。

本发明的一方面提供了一种天线。该天线包括配置为在第一频带中辐射的多个第一辐射单元和配置为在低于第一频带的第二频带中辐射的多个第二辐射单元。其中，第一辐射单元布置在稀疏大规模mMIMO阵列中，第二辐射单元布置在与稀疏阵列至少部分重叠的阵列中，使得至少一些第二辐射单元布置在稀疏阵列覆盖的区域中。

将稀疏阵列用于天线的mMIMO功能允许将其他阵列的一些第二辐射单元放置在第一辐射单元之间，上述其他阵列优选是无源或至少是非mMIMO天线阵列。以此方式将两个阵列集成在天线上，与常规天线相比，可以不增大天线尺寸。特别地，可以实现对天线高度和宽度的上述严格限制。

使用稀疏阵列可以将至少两个阵列的不同辐射单元最优地集成。因此，可以利用集成天线的优点。即，与单独使用常规的mMIMO天线和常规的无源天线相比，可以减少现场天线的数量。

尽管使用稀疏阵列增大了可用空间，并因此有利于更紧密地集成两个阵列，但与类似常规非稀疏阵列相比，稀疏阵列仍表现出同等的性能。尽管与类似非稀疏阵列相比，稀疏阵列是通过减少第一辐射单元的数量获得的，但是其方向性水平几乎相同，其在方位角切面(azimuth cut)中的旁瓣电平(side lobe level，SLL)仅略有降低，甚至提高了仰角切面(elevation cut)的栅瓣性能。相较于将其他阵列与非稀疏阵列例如并排集成，使用稀疏阵列还允许增大其他阵列的第二辐射单元之间的间隔，从而提高其他阵列的性能。

还可以有分别在第三、第四、第n频带中操作并且优选地布置在第三、第四、第n天线阵列中的其他第三、第四、第n辐射单元。

在该方面的一种实现形式中，稀疏阵列包括第一辐射单元，该第一辐射单元沿天线的纵向布置成多个列，该多个列在沿天线的横向隔开，并且第一辐射单元的多个列中的至少一列包括的第一辐射单元少于第一辐射单元的其他列。

因此，通过在包括较少第一辐射单元的列中创建空间来增大可用空间。这能够在不增大整体天线尺寸的情况下将稀疏阵列与第二辐射单元的阵列集成。

在该方面的另一实现形式中，稀疏阵列包括第一辐射单元，该第一辐射单元沿天线的纵向布置成多个列，该多个列沿天线的横向隔开，并且在至少一列中，第一辐射单元的间隔是非均匀的。

非均匀间隔提供空间以增大稀疏mMIMO阵列中的可用空间。这能够在不增大整体天线尺寸的情况下将稀疏mMIMO阵列与第二辐射单元的阵列集成。

在该方面的另一实现形式中，第一辐射单元的具有非均匀间隔的至少一列包括以较小间隔隔开的相邻第一辐射单元和以较大间隔隔开的相邻第一辐射单元，并且至少一个第二辐射单元布置在第一辐射单元的较大间隔中。

较大间隔允许放置至少一些第二辐射单元。这能够在不增大整体天线尺寸的情况下将mMIMO阵列和其他阵列集成。

在该方面的另一实现形式中，与第二辐射单元的阵列重叠的列中的第一辐射单元的间隔是非均匀的，和/或不与第二辐射单元的阵列重叠的列中的第一辐射单元的间隔是均匀的。

本文中的术语“A和/或B”应理解为“A和B中的至少一个”。

相比于类似常规天线的独立mMIMO阵列，在不牺牲mMIMO阵列的性能的情况下，实现了第二辐射单元的阵列与mMIMO阵列的集成。

在该方面的另一实现形式中，稀疏阵列的至少70％布置在天线的中心区域。

天线的中心区域是在天线的纵向上位于天线中间的特定区域。重射频(heavyradio frequency，heavy RF)模块通常附接至天线背面的任意mMIMO阵列。在中心区域中布置稀疏阵列，从而改善了本发明的天线的机械特性(重量、强度等)。

在该方面的另一实现形式中，布置在稀疏阵列覆盖的区域中的第二辐射单元与第一辐射单元交错布置。

这能够在不损失天线性能的情况下将两个阵列集成。

在该方面的另一实现形式中，布置在稀疏阵列覆盖的区域中的第二辐射单元的间隔是均匀的。

与例如并排放置的两个阵列相比，即通过使用集成有其他阵列的稀疏阵列可以增大第二辐射单元的均匀间隔。因此，提高了其他阵列的性能。优选地，第二辐射单元的阵列是HB阵列(1700MHz-2700MHz)或MB阵列(1400MHz-2200MHz)。

在该方面的另一实现形式中，第二辐射单元沿天线的纵向布置成列，该列与稀疏阵列至少部分重叠。

列状阵列(column-like array，也称柱状阵列)提供了最优的整体天线性能。

在该方面的另一实现形式中，在至少一个位置上，第二辐射单元的列被分成两个第二辐射单元，这两个辐射单元相对于天线的纵向布置在相同位置，但沿天线的横向隔开。优选地，该至少一个位置为列的一端。

这两个辐射单元可以用于产生具有更窄的水平波束宽度的组合辐射图。当第二辐射单元的整个阵列被激励时，与仅有一列辐射单元相比，总水平波束宽度可以因此而减小。

在该方面的另一实现形式中，多个第二辐射单元包括第一类型的第二辐射单元和第二类型的第二辐射单元，而且第一类型的第二辐射单元布置在稀疏阵列覆盖的区域中，第二类型的第二辐射单元布置在稀疏阵列覆盖的区域外。

例如，第一类型的第二辐射单元可以是专用的低剖面和/或低遮蔽(lowshadowing)的辐射单元。低剖面意味着辐射单元的高度小于0.15λ，其中，λ是辐射单元的频带的波长。低遮蔽意味着当与第一辐射单元集成时，辐射单元不会遮蔽第一辐射单元，或者仅引起最小的遮蔽效应。例如，所谓的VH偶极子(以下进一步详细解释)具有这种低剖面和/或低遮蔽特性，并且在严格的天线尺寸限制下提高了天线的性能。相比之下，第二类型的第二辐射单元可以是常规的辐射单元，例如盘形偶极子(例如印刷在PCB上的扁平偶极子)。使用不同类型的第二辐射单元还提供了合适的水平波束宽度。

在该方面的另一实现形式中，天线还包括配置为在低于第一频带的第三频带中辐射的多个第三辐射单元，其中，第三辐射单元布置在与稀疏阵列至少部分重叠的至少一个其他阵列中，使得至少一些第三辐射单元布置在稀疏阵列覆盖的区域中。

因此，提供了具有在多达三个频带中操作的共存天线阵列的天线。每个阵列由此表现出与相同的常规独立阵列相似的性能。稀疏阵列可以被设计为最优地集成第二辐射单元的阵列和第三辐射单元的阵列。优选地，第二辐射单元的阵列是MB阵列(1400MHz-2200MHz)，并且第三辐射单元的至少一个其他阵列是HB阵列(1690MHz-2690 MHz)。

在该方面的另一实现形式中，布置在稀疏阵列覆盖的区域中的第三辐射单元与第一辐射单元交错布置。

这能够在不损失天线性能的情况下将两个阵列集成。

在该方面的另一实现形式中，第三辐射单元沿天线的纵向布置成两列，该两列沿天线的横向隔开，每列与稀疏阵列至少部分重叠。

这些列状阵列提供了最优性能。

在该方面的另一实现形式中，第三辐射单元的两列布置在第二辐射单元的阵列的相对两侧，使得第二辐射单元的阵列布置在两列之间。

如上所述，优选地，第二辐射单元的阵列是MB阵列，并且第三辐射单元的其他阵列是HB阵列。在这种情况下，由于HB频带和MB频带不是彼此倍数，当以上述方式并排布置三列时，在各自列中的第二辐射单元和第三辐射单元之间的间隔不形成规则的网格。这提高了整体天线性能。

在该方面的另一实现形式中，设置在稀疏阵列覆盖的区域中的第三辐射单元的间隔是均匀的。

与例如并排放置的两个阵列相比，即通过使用集成有第三辐射单元的阵列的稀疏阵列可以增大第三辐射单元的均匀间隔。因此，提高了该阵列的性能。

在该方面的另一实现形式中，与第三辐射单元的至少一个其他列重叠的列中的第一辐射单元的间隔是非均匀的，并且与第二辐射单元的列重叠的列中的第一辐射单元的非均匀间隔不同于与第三辐射单元的至少一个其他列重叠的列中的第一辐射单元的非均匀间隔。

以这种方式，稀疏天线阵列被优化以最优地分别集成第二辐射单元的其他阵列和第三辐射单元的其他阵列。

在该方面的另一实现形式中，多个第三辐射单元包括第一类型的第三辐射单元和第二类型的第三辐射单元，并且第一类型的第三辐射单元设置在稀疏阵列覆盖的区域中，第二类型的第三辐射单元设置在稀疏阵列覆盖的区域外。

例如，第一类型的第三辐射单元可以是被称为VH偶极子的上述低剖面和/或低遮蔽辐射单元。第二类型的第三辐射单元可以是常规的辐射单元，如所提到的盘形偶极子。使用不同类型的辐射单元可提供合适的水平波束宽度。

在该方面的另一实现形式中，稀疏阵列包括八列，第二辐射单元的阵列与两个中心列部分重叠，第三辐射单元的第一阵列与稀疏阵列的一侧的第一辐射单元的两个最外列部分重叠，并且第三辐射单元的第二阵列与稀疏阵列的另一侧的第一辐射单元的两个最外列部分重叠。

该特定天线提供了HB-MB-HB阵列和mMIMO的交错稀疏阵列配置的并排组合。该特定天线表现出优化的性能。然而，该特定天线的宽度(横向)不超过390mm、长度(纵向)不超过1500mm、深度(垂直于其他方向的视轴方向)不超过50mm。该天线还能支持2×4T4R(1.8G和2.6G)+2T2R(2.1G)+L-波段并具有全64TRX mMIMO功能。

在第一方面的另一实现形式中，天线配置为在不同频带中进行多频带操作，为此，配置了不同的辐射单元。

附图说明

结合附图在以下具体实施例的描述中对本发明的上述方面和实现形式进行解释，其中：

图1示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和一个其他阵列的天线。

图2示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和一个其他阵列的天线。

图3示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和两个其他阵列的天线。

图4示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和两个其他阵列的天线。

图5示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和至少一个其他阵列的天线的一部分。

图6示出了根据本发明实施例的具有mMIMO阵列和两个其他阵列的天线的一部分。

图7示出了根据本发明的实施例的用于在具有稀疏mMIMO阵列的天线中的交错放置的辐射单元。

图8示出了根据本发明的实施例的天线的栅瓣和SLL方位角与常规天线的比较。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的天线100。图1的天线100配置为在至少两个频带中操作，即，天线100是多频带天线。为此，天线100包括至少两个天线阵列，其中，每个天线阵列包括多个辐射(天线)单元。

特别地，天线100包括配置为在第一频带中辐射的多个第一辐射单元101。此外，天线100包括多个第二辐射单元103，该第二辐射单元103与第一辐射单元101不同(例如，类型、大小)，第二辐射单元103配置为在低于第一频带的第二频带中辐射。因此，第二频带优选地与第一频带不同。然而，第二频带也可以与第一频带部分重叠。

第一辐射单元101布置在稀疏mMIMO阵列102中，稀疏mMIMO阵列102覆盖天线100的特定区域。优选地，稀疏阵列102布置在天线100上，使得稀疏阵列102覆盖的区域的至少70％(更优选地至少85％)位于天线100的中心区域。然而，也可以将全部稀疏阵列102布置在天线100的中心区域。

第二辐射单元103布置在其他阵列中，该其他阵列与稀疏阵列102至少部分重叠。由于第二辐射单元103的其他阵列的至少一部分与稀疏阵列102重叠，因此至少一些第二辐射单元103布置在稀疏阵列102覆盖的区域中。将稀疏阵列102而不是常规的非稀疏阵列用于mMIMO功能为集成其他阵列提供了可用空间，同时不牺牲整个天线100的尺寸。第二辐射单元103可以布置成规则的阵列，例如布置成一列或多行多列。但是，只要第二辐射单元103部分地位于稀疏阵列102中，第二辐射单元103也可以在一定程度上以不规则的方式布置。

mMIMO阵列102的第一辐射单元101优选地在3300MHz-3800 MHz的第一频带中辐射。第二辐射单元103可以是HB辐射单元或MB辐射单元。优选地，如果第二辐射单元103是HB辐射单元，则第二辐射单元103配置为在1690MHz-2690 MHz的第二频带中辐射。如果第二辐射单元103是MB辐射单元，则第二辐射单元103优选地配置为在1400MHz-2200 MHz的第二频带中辐射。

因此，图1所示的天线100配置为将其他阵列(优选为由第二辐射单元103形成的无源天线阵列)与mMIMO阵列102集成。

图2示出了根据本发明实施例的天线100，图2的天线100以图1所示的天线100为基础。天线100包括布置在稀疏阵列102中的第一辐射单元101和布置在其他阵列中的第二辐射单元103，该其他阵列与稀疏阵列102至少部分地重叠。特别地，如图2所示，稀疏阵列102的第一辐射单元101优选地沿天线100的纵向200布置在多个列201中，该多个列201沿天线100的横向202隔开。即，稀疏阵列102优选地包括布置在多个并排的列201中的第一辐射单元101。在图2中，示例性地示出了稀疏阵列102的四个并排的列201。

此外，如图2所示，第二辐射单元103优选地沿天线100的纵向200布置成列203，该列203与稀疏阵列102至少部分重叠。在图2中，示例性地示出了与稀疏阵列102重叠的一个列203。即，布置在列203中的至少一些第二辐射单元103布置在稀疏阵列102覆盖的区域内。因此，优选地，第二辐射单元103在稀疏阵列102覆盖的区域中与第一辐射单元101交错布置，即，在每个与稀疏阵列102重叠的第二辐射单元103之间至少有一个第一辐射单元101。如图2所示，第二辐射单元103因此优选地以均匀的间隔s2布置。

此外，从图2中可以看出，第一辐射单元101的多个列201中的至少一列包括的第一辐射单元101少于第一辐射单元101的其他列201。特别地，例如图2中所示的四个列201，稀疏阵列102的相对两侧上的两个最外列201包括十二个第一辐射单元101，而稀疏阵列102的两个中间列201仅包括十个第一辐射单元101。

因此，在第一辐射单元101的至少一列201中，第一辐射单元101的间隔是非均匀的。在图2中，以两个中间列201为例，中间列201中的一些相邻的第一辐射单元101以较小的间隔s1b隔开，而其他相邻的第一辐射单元101以较大的间隔s1a隔开。优选地，在第一辐射单元101的较大的间隔s1a中布置第二辐射单元103，即，第二辐射单元103布置在通过使用稀疏阵列102而提供的可用空间中。第一辐射单元101的其他列201中的间隔，特别是不与任何第二辐射单元103重叠的那些列201中的间隔可以是均匀的。例如，在图2中，两个最外列201具有均匀的间隔s1。优选地，均匀的间隔s1大于较小的间隔s1b但是小于较大的间隔s1a。

图3示出了根据本发明实施例的天线100，图3的天线100以图1和图2的天线100为基础。特别地，图3的天线100包括稀疏阵列102中的第一辐射单元101、列状的其他阵列中的第二辐射单元103、以及第三辐射单元300。如图3所示，第三辐射单元300优选地沿天线100的纵向200布置在两个列301中。这些列301沿天线100的横向202隔开。像第二辐射单元103一样，第三辐射单元300的两个列301与稀疏阵列102至少部分重叠。即，图3中所示的每个列301中的至少一些第三辐射单元300布置在稀疏阵列102覆盖的区域中。

在图3中，具体地，第三辐射单元300的两个列301布置在第二辐射单元103的列状阵列的相对两侧。因此，第二辐射单元103的阵列优选地布置在第三辐射单元300的两个列301之间。在图3中还可以看出，第二辐射单元103的列状阵列在该阵列的一端被分成两个第二辐射单元303。这两个辐射单元303布置在相对天线100的纵向相同的位置，但是沿天线100的横向202隔开。这些辐射单元303使得第三辐射单元103、303的全部阵列产生较窄的阵列水平波束宽度。

在图3中还可以看出，第二辐射单元103的间隔s2和第三辐射单元300的间隔s3是均匀的。特别地，稀疏阵列102覆盖的区域的内侧和外侧都是均匀的。在稀疏阵列102中，分别与第二辐射单元103或第三辐射单元300重叠的第一辐射单元101的多个列201是非均匀的。此外，与第二辐射单元103重叠的多个列201中的第一辐射单元101的间隔的非均匀性不同于与第三辐射单元300重叠的多个列201中的第一辐射单元101中的间隔的非均匀性。特别地，较小的间隔s1b、s1b*，和/或较大的间隔s1a、s1a*在这些列201之间可以有所不同，这取决于列201是与第二辐射单元103重叠还是与第三辐射单元300重叠。

优选地，天线100是配置为在两个HB、一个MB、以及mMIMO频带中辐射的多频带天线，HB频率范围优选为1690MHz-2690 MHz、MB频率范围优选为1427MHz-2200 MHz、mMIMO频带频率范围优选为3300MHz-3800 MHz。因此，优选地，第二辐射单元103的阵列是MB阵列，并且第三辐射单元300的多个列301是HB阵列。

图4示出了根据本发明实施例的天线100，图4的天线100以图3所示的天线100为基础。实际上，图4是以立体图示出了与图3相同的天线100。可以看出，第二辐射单元103和第三辐射单元300均包括第一类型的辐射单元和第二类型的辐射单元。特别地，第二辐射单元103包括第一类型的第二辐射单元1031和第二类型的第二辐射单元1032。第一类型的第二辐射单元1031布置成与稀疏阵列102重叠，即第一类型的第二辐射单元1031优选与第一辐射单元101交错，而第二类型的第二辐射单元1032布置在稀疏阵列102外，即优选地布置在天线100的外侧区域。同样地，对于第三辐射单元300，第一类型的第三辐射单元3001优选地在稀疏阵列102覆盖的区域中与第一辐射单元101交错布置，并且第二类型的第三辐射单元3002布置在稀疏阵列102外。

第一类型的第二辐射单元1031和/或第一类型的第三辐射单元3001可以被特别设计用于与mMIMO稀疏阵列102的第一辐射单元101共享区域。因此，第一类型的第二辐射单元1031和第一类型的第三辐射单元3001优选是低遮蔽辐射单元，优选地具有低剖面。这些被称为垂直与水平(vertical horizontal，VH)偶极子具有极大的优势，即，通过不直接填充mMIMO第一辐射单元101上的空间，即使不消除也能显著减少对mMIMO阵列102的遮蔽。特别地，如图7中的(A)所示，这种低剖面的VH偶极子700可以是包括四个偶极子臂701和四个馈电槽702的双极化辐射单元，其中辐射的双极化由槽702定义。优选地，四个偶极子臂701以例如90°间隔的角度布置来布置，并且辐射槽702也以例如90°间隔的角度布置来布置。优选地，该第一角度布置和该第二角度布置相对于彼此旋转45°。如图7中的(B)所示，这些VH偶极子700还可以包括位于顶部的寄生定向器。这种VH偶极子700被构建为具有非常低的剖面，并且可以作为第二辐射单元103和/或第三辐射单元300集成到第一辐射单元101的阵列中，其中，这种VH偶极子700仅对稀疏阵列102造成非常低的遮蔽。

第二类型的第二辐射单元1032和/或第二类型的第三辐射单元3002可以是诸如盘形偶极子的常规辐射单元，并且可以具有比VH偶极子大的轮廓(profile)，因为第二类型的第二辐射单元1032和/或第二类型的第三辐射单元3002不需要与稀疏阵列102共享任何区域。

从图4中还可以看出，第二辐射单元1031、1032的阵列在该阵列的一端被分开为包括两个第二辐射单元303，以产生具有更窄的水平波束宽度的组合辐射图，优选地，该第二辐射单元1031、1032的阵列为MB阵列。当第二辐射单元103、303的整个阵列被激励时，总水平波束宽度减小。

特别地，图4所示的稀疏阵列102包括八列201。优选地，这八列201沿天线100的横向202间隔大约40mm-50mm，最优选地间隔46mm。除了中间的两列之外，所有的列201优选具有一定数量(此处为十二个)的第一辐射单元101，两个中间列优选具有更少(此处仅为十个)的第一辐射单元101。第二辐射单元103的阵列与这两个中间列201部分重叠。

稀疏阵列102的八列也具有不同的间隔，特别是第一辐射单元101的不同的较小间隔s1b、s1b*和较大间隔s1a、s1a*。在任一侧的两个最外列中的间隔中，较小的间隔s1b*优选为40mm-50mm，更优选为46mm，并且较大的间隔s1a*优选为60mm-70mm，更优选为64mm。在两个中间列中，较小的间隔s1b优选为40mm-50mm，更优选为46mm，并且较大的间隔s1a优选为85mm-100mm，更优选为92mm。其余的列优选在第一辐射单元101之间具有优选为50mm-60mm，更优选为55mm的均匀间隔。关于两个中间列201，稀疏阵列102优选地在天线100的横向202上对称。

此外，如图4所示，第三辐射单元300的第一阵列被布置为与稀疏阵列102的一侧上的两个最外列201部分重叠，并且第三辐射单元300的第二阵列被布置为与稀疏阵列102的另一侧上的第一辐射单元101的两个最外列201部分重叠。第三辐射单元300的两列优选地为具有均匀间隔s3的列。

图5示出了根据本发明实施例的天线100上的一部分的俯视图，图5中的天线100以先前附图中所示的天线100为基础。特别地，示例性地示出了第二辐射单元103，尤其是第一类型的第二辐射单元1031，其布置在稀疏阵列102覆盖的区域内，即布置在第一辐射单元101之间。可以看出，可以如何使用VH偶极子(如图7所示)在mMIMO稀疏阵列102的第一辐射单元101上产生最小的遮蔽。

图6示出了根据本发明实施例的天线100的一部分的放大图，图6中的天线100以先前附图中所示的天线100为基础。特别地，图6示出了两个第三辐射单元300，特别是分别设置在稀疏阵列102所覆盖的区域内和区域外的第一类型的第三辐射单元3001和第二类型的辐射单元3002。可以看出，第一类型的第三辐射单元3001可以是图7所示的VH偶极子700，以在稀疏阵列102上产生低遮蔽。第二类型的第三辐射单元3002可以是常规的盘形或环形偶极子，并且可以具有比VH偶极子700更大的尺寸和轮廓，因为第二类型的第三辐射单元3002无论如何都不会在稀疏阵列102上产生任何遮蔽。图6还示出，第一类型的第二辐射单元1031和第二类型的第二辐射单元1032优选采用与第一类型的第三辐射单元3001和第二类型的第三辐射单元3002相同的选配。

图8示出了根据本发明实施例的天线100与常规mMIMO天线的性能比较。特别地，图8示出了天线100中使用的mMIMO稀疏阵列102与常规天线中使用的类似非稀疏mMIMO阵列之间的栅瓣、SLL、和方向性((A)中)、以及SLL方位角((B)中)的测量比较。特别地，将具有不同配置的两个不同的稀疏阵列102与常规的非稀疏阵列进行比较。可以看出，稀疏阵列102的性能至少与常规的非稀疏mMIMO阵列的性能相同。具体地，对于具有稀疏阵列102的本发明的天线100，方向性非常相似，SLL仅略微降低(降低了2.5dBs)，而栅瓣性能甚至提高(提高了4dBs-5dBs)。

综上所述，本发明提供了一种新型集成天线100，其中，特别提供了稀疏mMIMO阵列102，并且该稀疏mMIMO阵列102被设计为与例如无源天线阵列的至少一个其他阵列最优地集成。特别地，稀疏mMIMO阵列102分别与HB辐射单元和MB辐射单元300、103最优地集成。因此，在不增大天线100相对于传统天线的尺寸的情况下，提供了具有多达三个不同频带的天线100。特别地，天线100可以被构造为具有93mm的总最大宽度、100mm的最大长度、和50mm的最大深度。从而，天线100表现出至少与独立的HB、MB、和mMIMO阵列相当的性能。

已经结合作为示例的多种实施例以及实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员通过实践所要求保护的发明以及根据对附图、本公开、和独立权利要求的研究能够理解并实现其他变形形式。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且未加以数量限定的情况并不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求书中所记载的若干实体或项目的功能。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中并不表示这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。

Claims

1.天线（100），包括

配置为在第一频带中辐射的多个第一辐射单元（101），

其中，所述第一辐射单元（101）布置在稀疏大规模多输入多输出（mMIMO）阵列（102）中，以及

配置为在低于所述第一频带的第二频带中辐射的多个第二辐射单元（103），

其中，所述第二辐射单元（103）布置在与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）至少部分重叠的阵列中，使得至少一些所述第二辐射单元（103）布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的区域中，具体地：所述多个第二辐射单元（103）包括第一类型的第二辐射单元（1031）和第二类型的第二辐射单元（1032），所述第一类型的第二辐射单元（1031）布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中，所述第一类型的第二辐射单元（1031）为低遮蔽辐射单元且具有低剖面，所述低遮蔽辐射单元包括当与所述第一辐射单元集成时，所述第一类型的第二辐射单元（1031）不会遮蔽第一辐射单元或者仅引起最小的遮蔽效应，所述第二类型的第二辐射单元（1032）布置在所述大规模多输入多输出稀疏阵列（102）覆盖的所述区域外。

2.根据权利要求1所述的天线（100），其中

所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）包括第一辐射单元（101），所述第一辐射单元（101）沿所述天线（100）的纵向（200）布置成多个列（201），所述多个列（201）沿所述天线（100）的横向（202）隔开，以及

所述第一辐射单元（101）的所述多个列（201）中的至少一列包括的第一辐射单元（101）少于所述第一辐射单元（101）的其他列（201）。

3.根据权利要求1或2所述的天线（100），其中

在至少一列（201）中，所述第一辐射单元（101）的间隔是非均匀的。

4.根据权利要求3所述的天线（100），其中

所述第一辐射单元（101）的具有非均匀间隔的所述至少一列（201）包括以第二间隔分开的相邻第一辐射单元（101）和以第一间隔分开的相邻第一辐射单元（101），所述第一间隔大于所述第二间隔，以及

至少一个所述第二辐射单元（103）布置在所述第一辐射单元（101）的所述第一间隔中。

5.根据权利要求2所述的天线（100），其中

与所述第二辐射单元（103）的所述阵列重叠的列（201）中的所述第一辐射单元（101）的间隔是非均匀的，和/或

不与所述第二辐射单元（103）的所述阵列重叠的列（201）中的所述第一辐射单元（101）的间隔是均匀的。

6.根据所述权利要求1至2之一所述的天线（100），其中

所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）的至少70％布置在所述天线（100）的中心区域。

7.根据权利要求1至2之一所述的天线（100），其中

布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中的所述第二辐射单元（103）与所述第一辐射单元（101）交错布置。

8.根据权利要求1至2之一所述的天线，其中

布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中的所述第二辐射单元（103）的间隔是均匀的。

9.根据权利要求1至2之一所述的天线（100），其中

所述第二辐射单元（103）沿所述天线（100）的纵向（200）布置成列（203），所述列（203）与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）至少部分重叠。

10.根据权利要求9所述的天线（100），其中

在至少一个位置上，所述第二辐射单元（103）的所述列（203）被分成两个第二辐射单元（303），所述两个第二辐射单元（303）相对于所述天线（100）的所述纵向（200）布置在相同位置，但沿所述天线（100）的横向（202）隔开，所述至少一个位置为所述列（203）的一端。

11.根据所述权利要求1至2之一所述的天线（100），还包括

配置为在低于所述第一频带的第三频带中辐射的多个第三辐射单元（300），

其中，所述第三辐射单元（300）布置在与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）至少部分重叠的至少一个其他阵列中，使得至少一些所述第三辐射单元（300）布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中。

12.根据权利要求11所述的天线（100），其中

布置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中的所述第三辐射单元（300）与所述第一辐射单元（101）交错布置。

13.根据权利要求11所述的天线（100），其中

所述第三辐射单元（300）沿所述天线（100）的纵向（200）布置成两列（301），所述两列（301）沿所述天线（100）的横向（202）隔开，每列（301）与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）至少部分重叠。

14.根据权利要求13所述的天线（100），其中

所述第三辐射单元（300）的所述两列（301）布置在所述第二辐射单元（103）的所述阵列的相对两侧，使得所述第二辐射单元（103）的所述阵列布置在所述两列（301）之间。

15.根据权利要求11所述的天线（100），其中

设置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中的所述第三辐射单元（300）的间隔是均匀的。

16.根据权利要求11所述的天线（100），其中

不与所述第二辐射单元（103）的所述阵列重叠的列（201）中的所述第一辐射单元（101）的间隔是均匀的，

与第三辐射单元（300）的至少一个其他列重叠的列（201）中的所述第一辐射单元（101）的间隔是非均匀的，以及

与所述第二辐射单元（103）的所述阵列重叠的所述列（201）中的所述第一辐射单元（101）的非均匀间隔不同于与所述第三辐射单元（300）的所述至少一个其他列重叠的所述列（201）中的所述第一辐射单元（101）的非均匀间隔。

17.根据权利要求11所述的天线（100），其中

所述多个第三辐射单元（300）包括第一类型的第三辐射单元（3001）和第二类型的第三辐射单元（3002），以及

所述第一类型的第三辐射单元（3001）设置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域中，所述第二类型的第三辐射单元（3002）设置在所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）覆盖的所述区域外。

18.根据所述权利要求11所述的天线（100），其中

所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）包括八列（201），

所述第二辐射单元（103）的所述阵列与两个中心列（201）部分重叠，以及

所述第三辐射单元（300）的第一阵列与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）的一侧的所述第一辐射单元（101）的两个最外列（201）部分重叠，并且所述第三辐射单元（300）的第二阵列与所述稀疏大规模多输入多输出阵列（102）的另一侧的所述第一辐射单元（101）的两个最外列（201）部分重叠。