CN112514163A

CN112514163A - 多频带蜂窝式天线系统

Info

Publication number: CN112514163A
Application number: CN201980046004.4A
Authority: CN
Inventors: D·E·巴克; P·C·T·宋
Original assignee: Quintel Cayman Ltd
Current assignee: Quintel Cayman Ltd
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: US11197173B2; US10735978B2; US20200344615A1; WO2019217906A1; CN112514163B; EP3791442A1; US20190349783A1; EP3791442A4

Abstract

一种天线系统可以包括：用于从具有第一频率的第一分量信号输出第一组分量信号的第一相移网络；用于从具有第二频率的第二分量信号输出第二组分量信号的第二相移网络，所述第一频率小于第二个；以及天线阵列，所述第一相移网络将给予用于所述第一组分量信号的第一倾斜角，所述第二相移网络将给予用于所述第二组分量信号的第二倾斜角；以及单个可变电倾斜控制器，其用于控制所述第一和第二相移网络并且被配置成维持在所述第一倾斜角与第二倾斜角之间的比，其中所述第一倾斜角大于所述第二倾斜角，并且其中该比小于1。

Description

多频带蜂窝式天线系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月11日提交的、序号为62/670,488的美国临时专利申请的优先权，所述申请通过引用以其全部被并入本文中。

技术领域

本公开一般地涉及天线系统，并且更具体地涉及不同分量频率的匹配服务占位（footprint）。

背景技术

针对宽带移动通信网络所设计的基站天线可以包括一个或多个阵列，每个阵列包括多个辐射天线元件，并且所述阵列能够支持一个或多个频谱带。当考虑用于经由阵列传输信号的时候，每个阵列的天线元件被连接到射频（RF）波束成形网络（也被称为RF分布网络或RF馈电网络），所述射频（RF）波束成形网络被设计成将RF功率分布到天线元件。阵列的天线元件通常被布置在垂直平面中，并且被设计成在（例如在5与15度之间的）高程平面（elevation plane）中创建相对窄的辐射图案射束。也可以在RF馈电网络与天线元件之间使用移相器。移相器用来沿着天线阵列而给予线性变化的相位斜度，并且因此改变高程平面中所辐射的图案的视轴方向。这被称为可变电倾斜（VET），以便控制和优化蜂窝式网络覆盖和干扰参数。

移动电信运营商部署基站装备，其可以包括基带装置、无线电装备和天线。无线电装备已经传统地被设计成为仅一个RF频带提供RF信号，其继而被连接到基站天线的一个或多个辐射阵列。对于基站站点处的多个RF频带，多个无线电装置被连接到对应多个天线。每个无线电装置加天线组合可具有改变与被连接到天线的RF频带相关联的天线射束倾斜的能力，以用于网络设计优化目的。

发明内容

在一个示例中，本公开提供了一种天线系统，所述天线系统包括：用于从具有第一频率的第一分量信号输出第一组分量信号的第一相移网络，用于从具有第二频率的第二分量信号输出第二组分量信号的第二相移网络，其中第一频率小于第二频率，以及天线阵列，所述天线阵列包括被耦合到第一相移网络并且被耦合到第二相移网络的多个天线元件。在一个示例中，所述第一相移网络将给予天线阵列的第一辐射图案第一倾斜角以用于所述第一组分量信号，并且所述第二相移网络将给予天线阵列的第二辐射图案第二倾斜角以用于所述第二组分量信号。所述天线系统还可以包括单个可变电倾斜控制器，以控制第一相移网络和第二相移网络，其中所述单个可变电倾斜控制器被配置成维持在所述第一倾斜角与第二倾斜角之间的比，其中所述第一倾斜角大于所述第二倾斜角，并且其中所述第二倾斜角与第一倾斜角的比小于1。

在另一示例中，本公开提供了一种天线系统，其包括：包括多个天线元件的天线阵列，用于将第一多个预编码权重应用到与第一频率相关联的第一组分量信号的第一基带波束成形单元，以及用于将第二多个预编码权重应用到与第二频率相关联的第二组分量信号的第二基带波束成形单元，其中所述第一频率小于所述第二频率。在一个示例中，所述第一多个预编码权重将给予天线阵列的第一辐射图案第一倾斜角以用于所述第一组分量信号，所述第二多个预编码权重将给予天线阵列的第二辐射图案第二倾斜角以用于所述第二组分量信号，并且所述第一多个预编码权重和第二多个预编码权重被配置成维持在所述第一倾斜角与所述第二倾斜角之间的比，其中所述第一倾斜角大于所述第二倾斜角，并且其中所述第二倾斜角与所述第一倾斜角的比小于1。在另一示例中，所述第一多个预编码权重将给予天线阵列的第一辐射图案第一射束宽度以用于所述第一组分量信号，所述第二多个预编码权重将给予天线阵列的第二辐射图案第二射束宽度以用于所述第二组分量信号，并且所述第一多个预编码权重和所述第二多个预编码权重被配置成维持所述第一射束宽度和第二射束宽度，以为所述第一辐射图案和所述第二辐射图案两者提供相同的主射束远场辐射图案。

在又一示例中，本公开提供了一种天线系统，所述天线系统包括：包括多个天线元件的天线阵列和馈电网络，其用于：从至少具有第一频率的第一分量信号以及第二频率的第二分量信号的输入信号创建信号对，给予所述信号对频率相关的相位差，并且给予所述信号对幅度差，每个信号对的幅度差取决于所述信号对的频率相关的相位差，所述信号对包括所述天线阵列的所述多个天线元件的天线元件驱动信号，其中所述天线元件驱动信号提供针对所述第一频率的第一阵列照度函数以及针对所述第二频率的第二阵列照度函数，其中所述第二频率大于所述第一频率，并且其中所述第二照度函数具有与所述第一照度函数相比更大的幅度锥度。

附图说明

通过考虑结合附图的以下详细描述，本公开的教导可以被容易地理解，其中：

图1A示出了具有双频带无线电装置的天线系统的以750MHz和880MHz的RF信号的高程辐射图案的曲线图，所述双频带无线电装置被连接到相同的天线阵列并且以9度倾斜角而倾斜；

图1B图示了由图1A的每个RF分量信号所服务的近似覆盖服务区域的绘图；

图2A图示了具有双频带无线电装置的商售的天线系统的以750MHz和880MHz的RF信号的高程辐射图案的曲线图，并且所述750MHz信号以11度倾斜并且所述880MHz信号以9度倾斜；

图2B图示了由图2A的每个RF分量信号所服务的近似覆盖服务区域的绘图；

图3图示了第一示例性天线系统、天线元件幅度曲线图、针对两个不同RF信号频率的每个天线元件处的相对相位的图表、以及作为针对两个不同RF信号频率的高程角的函数的结果得到的远场辐射图案的曲线图；

图4图示了如下值的表：所述值表示对服务覆盖占位在通过使用常规天线系统来承载750MHz和880MHz通信服务的信号之间对准得多么好地相互关联的RF传播模拟的输出；

图5图示了第二示例性天线系统、针对第一RF信号频率的天线元件幅度曲线图、以及作为针对第一RF信号频率的高程角的函数的结果得到的远场辐射图案的曲线图；

图6图示了第二示例性天线系统、针对第二RF信号频率的天线元件幅度曲线图、以及作为针对两个RF信号频率的高程角的函数的结果得到的远场辐射图案的曲线图；以及

图7图示了根据本公开的具有数字波束成形的示例性天线系统。

为了便于理解，在可能的情况下已经使用了相同的参考数字来标示对于各图而言公共的相同元素。

具体实施方式

本公开的示例包括针对多频带蜂窝式基站部署的天线系统。具体地，本公开的示例提供了用于不同RF分量频率的高程平面辐射图案，以便针对不同的RF分量频率的结果得到的服务小区范围或占位在可变主射束倾斜角的范围上大体上类似。本公开的示例可以在具有基带载波聚合特征的情况下被使用在诸如长期演进（LTE）之类的接入技术中。例如，将分量载波占位与彼此对准将载波聚合效率最大化并且还避免较宽蜂窝式网络中不必要的小区间干扰。

双频带（和多频带）技术通过一个无线电装备同时支持邻近RF频带。例如，在美国，700MH和850MHz频带提供宏蜂窝式服务，并且已经通过使用被连接到单独天线的单独的700MHz和850MHz无线电装备或在多端口天线上的至少单独的天线连接而被支持。双频带无线电装置允许基站站点处用于移动运营商的装备或“箱”计数中的缩减。此外，4G无线电接入技术和超越的（诸如长期演进（LTE））允许将来自不同频带的两个或更多RF信道结合在一起以支持更高的业务容量解决方案，被称为载波聚合（CA）。诸如美国的850MHz之类的RF频带正从支持3G接入技术被重目的化至4G/LTE接入技术，其然后准许使用载波聚合。可以通过如下来优化使用载波聚合的蜂窝式网络：确保分量RF频带的服务覆盖占位被对准或被叠覆在彼此的顶上。这可以通过改变支持每个RF频带的天线的射束倾斜来被实现。如果一个频带与双载波、载波聚合示例中的另一频带相比具有更少的覆盖范围，那么这可导致双载波、载波聚合不可用于所有移动用户的益处。

双频带无线电装置在两个RF频带中发射和接收信号，所述两个RF频带一起被连接到相同的天线。天线可以包括被设计用于宽带操作的天线元件的阵列，因为天线能够支持两个频带。例如，能够在范围698-960MHz中操作的天线可以支持在美国所使用的700MHz和850MHz RF频带两者。天线阵列可在高程平面中具有定向辐射射束，其可以在5和15度射束宽度之间，取决于频率和天线阵列的长度。辐射射束还可以在高程平面中倾斜以针对覆盖而优化并且将小区间干扰最小化。

图1A示出了具有双频带无线电装置的商售的天线系统的以750MHz（实线图）和880MHz（点线图）的RF信号的高程辐射图案的曲线图100，所述双频带无线电装置被连接到相同的天线阵列并且以9度倾斜角而倾斜。图1A被呈现在从高程角-30度（指向天空）到+30度（指向地面）的笛卡尔坐标中。图1A中的垂直线103是1度倾角，其表示从地面上方25m处的基站天线到远离基站站点1.4km距离处的小区服务覆盖区域的边缘的角，所述基站站点典型地是许多小区站点的。

图1B图示了由每个RF分量所服务的近似覆盖服务区域的绘图110。图1A中在此1度倾角下的750MHz和880MHz辐射图案的相交揭示了在1.7km远的两个RF频带之间的小区边缘处的所辐射的信号强度中的4dB差异。虽然所述880MHz和750MHz信号具有相同的射束倾斜，但是所述750MHz信号分量将比880MHz信号更强大约4dB而抵达小区边缘（例如，假定没有其它传播差异被计及）。特别地，高程射束宽度在较高频率的情况下变窄，因为射束宽度是阵列长度（其在此情况中是固定的）与频率的反函数。由于小区间干扰的增大，这可导致朝向小区边缘的降级的750MHz信号分量。所述750MHz信号可以通过使用更激进的倾斜角而针对小区间干扰被重优化，但是这可引入在880MHz下的缩减的信号分量占位。

用于提供能够支持多个RF频带的天线阵列（所述天线阵列在随着频率不改变或最小地改变的角范围之上具有高程辐射图案）的一个解决方案涉及使用双工器来分离来自双频带无线电装置的不同频带信号（例如750MHz和880MHz），然后将频率相关的分量信号路由到单独的天线或天线端口，其允许高程图案独立地倾斜。图2A和2B图示了结果，其中750MHz信号分量以11度而不是9度来倾斜。具体地，图2A示出了具有双频带无线电装置的商售的天线系统的以750MHz（实线图）和880MHz（点线图）的RF信号的高程辐射图案的曲线图290，并且所述750MHz信号分量以11度倾斜并且所述880MHz信号以9度倾斜。图2A中的垂直线203是1度倾角，其表示从地面上方25m处的基站天线到远离基站站点1.4km距离处的小区服务覆盖区域的边缘的角。图2B图示了由每个RF分量所服务的近似覆盖服务区域的绘图（299）。使用双工器和独立倾斜控制的缺点是：它需要管理和计算两个倾斜角，并且可能地在站点处具有另外的天线。

本公开的示例优化了供双频带或多频带无线电装置使用的天线高程射束辐射图案，而无需对不同频带的分离的倾斜控制并且没有用于每个频带的分离的天线元件或天线阵列。图3图示了示例性的天线系统301，其操作结合意图用于传输的RF信号的处理的示例而被描述。包括在700MHz频谱带（例如750MHz）和850MHz频谱带（例如880MHz）中的RF信号的双频带RF输入信号V_in被连接到第一双工滤波器235，所述第一双工滤波器235将双频带RF信号分成两个频率相关的分量信号；所述第一频率相关的分量信号与700MHz频带（“7”）相关联，并且所述第二频率相关的分量信号与850MHz频带（“8”）相关联。700MHz频带的频率相关的分量信号经由第一RF馈电网络225（在本文中也被称为“RF分布网络”）以及第一相移网络来被处理，所述第一相移网络包括八个移相器310_1-8，其产生第一频率相关的分量信号的一组八个分量信号。850MHz频带的频率相关的分量信号经由第二RF馈电网络220和第二相移网络来被处理，所述第二相移网络包括八个移相器320_1-8，其产生第二频率相关的分量信号的一系列八个分量信号。第一频率相关的分量信号（700MHz频带）的八个分量信号系列以及第二频率相关的分量信号（850MHz）的八个分量信号系列的相应输出被组合在一系列八个双频带双工滤波器330_1-8中。经组合的RF信号的系列被连接到天线阵列中的天线元件，所述天线阵列在此情况中是天线元件（450_1-8）的双极化阵列的一个极化阵列。

每个相移网络310_1-8和320_1-8被设计成为沿着天线阵列（450_1-8）的每个相应的频带给予可变相位斜度函数，以便改变高程平面辐射的图案射束倾斜。两个相移网络310_1-8和320_1-8可以被独立地控制以创建可变电倾斜（VET）射束倾斜，以确保针对每个频带的小区边缘覆盖占位与彼此叠覆。然而，在本示例中，使用单个VET控制，并且两个相移网络经由耦合机制（例如倾斜控制器315）而被彼此耦合，其中所述耦合被设计成与850MHz频带信号相比为700MHz频带信号递送更大的视轴（boresight）射束倾斜角，以确保在所述两个频带之间的更优的小区边缘叠覆。在一个示例中，倾斜控制器315可以包括在两个相移网络之间的机械链接或电气连接以用于控制信号。本示例维持在高程图案的-3°到+3°区周围的类似的辐射图案，而无论分量RF频率的视轴倾斜角如何。此特定的角范围（-3°到+3°区）将一般地包括针对典型的宏小区站点的大部分小区区域和小区边缘，包括起伏的地形和建筑物。例如，具有在地面上方25m的天线高度以及在平坦地表之上自小区站点1.4km的小区边缘距离的基站小区站点相当于+1度的倾角。还可示出的是：在+1°和+3°倾斜内的小区的面积很好地表示超过80%的小区总面积。

天线阵列的照度函数通过天线元件幅度曲线图501来被示出，所述天线元件幅度曲线图501图示了来自RF分布网络225或220中任一个的相应的天线元件450_1-8处的分量信号550_1-8的相对幅度，所述RF分布网络225或220在此示例中基本上是相同的馈电网络。本示例的照度函数关于RF频率基本上是不变的。每个天线元件651_1-8和660_1-8处的相位轮廓（profile）或相对相位在图表601中被描绘出，分别地针对750MHz和880MHz的两个不同的RF信号频率。应当注意到：750MHz的信号频率可落在700MHz频带（其在一个示例中可从698-803MHz变动）内，并且880MHz的信号频率可落在850MHz频带（其在一个示例中可从824-894MHz变动）内。曲线图701描绘了作为高程角（在-30度到+30度之上）的函数的结果得到的远场辐射图案751和760，分别地针对750MHz和880MHz的两个不同的RF信号频率。经耦合的RF相移网络310_1-8& 320_1-8为每个相应的频谱带引入相位延迟，使得所辐射的图案在角范围-3°和+3°之上是类似的。在图3中，880MHz RF信号具有6度的射束倾斜，并且750MHz RF信号具有大约7度的射束倾斜，使得针对两个RF信号的辐射图案被很好地对准在对于确定小区范围和服务占位而言最关键的角度范围的周围，在此情况中在图3的曲线图701中突出显示的区800作为在-3度与+3度之间的高程角。

应当理解的是，图3的示例针对天线系统301的一部分来被描述，该部分包括天线元件450_1-8的双极化阵列中的第一极化部件阵列。因此，天线系统301可以包括针对第二极化部件阵列的相同或相似的部件（例如，另外的馈电/分布网络、另外的相移网络、另外的双频带双工滤波器等等）。

图4描绘了具有如下值的表499：所述值表示对服务覆盖占位在通过使用常规天线系统来承载750MHz和880MHz通信服务的信号之间对准得多么好地相互关联的RF传播模拟的输出，其作为针对每个RF信号的视轴倾斜的函数并且具有30m的基站天线高度。例如，表499揭示了：如果750MHz和880MHz RF信号两者都以10度倾斜，则存在针对服务占位相关性的79%优度度量，其作为以下中较小的而被测量：（a）通过880MHz服务的覆盖区域而被划分的750MHz服务的覆盖区域，以及（b）通过750MHz服务的覆盖区域而被划分的880MHz服务的覆盖区域。表499揭示了：如果750MHz RF信号以12度倾斜（其中实现94%的相关性），那么能够实现更优的相关性。数据的回归分析指示了：针对最优视轴倾斜值的经验公式可以被导出为T ₈₈₀ = 0.87 x T ₇₅₀，其中T ₈₈₀是针对880MHz RF信号的倾斜值，并且T ₇₅₀是针对750MHz信号的倾斜值。扩展此分析（未被示出）允许导出形式T _f = 1+(f-800)/800 x T ₈₀₀的更一般的经验公式，其中f是频率，T _f是针对以频率f的信号的倾斜值，并且T ₈₀₀是以800MHz的RF信号的倾斜值，其中800MHz是天线的标称中频（例如，天线可以具有698-894MHz的标称操作范围）。其它类似的天线（例如具有相同数目的元件以及近似的阵列长度）揭示了相似的结果，并且具有用于表征最优倾斜值的相似经验公式。

在一个示例中，当使用单个倾斜控制器315（例如VET控制器）而不是两个独立的VET控制装置的时候，所述公式可以被用来确定在两个相移网络310_1-8& 320_1-8之间的所期望的耦合行为。在所述经验公式中还可以考虑地面上方的天线高度以及小区范围，以允许进一步的优化，并且确保相应频带的小区边缘针对一系列小区部署而被叠覆。然而，小区高度和小区边缘距离倾向于相互关联，并且因而高度和范围细化倾向于较不关键，并且相对不灵敏。用于通过使用基于在平均宏小区站点周围（例如美国25m和1.4km范围）的倾斜公式来控制相应的频带相关的相移网络的单个倾斜控制器315关于具有在频带之间的相互关联的小区边缘叠覆、与使用常规天线相比将几乎总是更优的。

第二示例根据频率来改变天线孔径照度函数，以便维持在频率范围之上的几近恒定的射束宽度。平坦或矩形的孔径照度函数导致窄射束宽度，并且锥形孔径照度函数导致较宽的射束宽度。最大指向性以及因此的增益通常在倾斜角范围之上是优选的，而同时将高程平面中的上部旁瓣层级最小化，例如在相对于主瓣15dB以下，因为旁瓣可导致小区间干扰。

第二示例包括RF功率分布网络，所述RF功率分布网络跨天线阵列中的多个天线元件而划分RF功率。RF分布网络包括混合耦合器，以用于将差分相位的RF信号转换成具有不同（并且互补）幅度（例如幅度差是相位差的函数）的一对信号。具有变化幅度的这些信号用来驱动天线阵列中的天线元件，作为孔径照度函数的一部分。差分相位的信号的相位差通过使用不同长度的RF线而被生成，其中相位差是频率相关的并且作为频率的固有函数而变化。

参考图5并且结合意图用于传输的RF信号的处理来描述第二示例天线系统302。以频率880MHz、具有340mm的对应波长的输入信号V被连接到RF分布网络200。信号首先经由RF拆分器201而被拆分成两个分量信号。第一分量信号经由均等功率拆分器202而被拆分成第三和第四分量信号。第二分量信号经由均等功率拆分器203而被拆分成第五和第六分量信号。

第三和第四分量信号被馈给到第一正交混合耦合器206，其中第三分量信号经由第一固定线长度204（其与用于第四分量信号的线长度相比长近似220mm）而被馈给，诸如以给予在第一正交混合耦合器206的输入端口处的第三和第四分量信号之间的128度的相位差。第一正交混合耦合器206被调谐到由天线元件400_1-8的阵列所支持的RF频率的范围内的指定频率，例如810MHz的中心或中频，并且由近似93mm线长度的四个四分之一波长λ/4分支所构造，如所图示的那样。来自第一正交混合耦合器206的两个输出信号具有向量方程，如通过第一正交混合耦合器206的输出所示出的那样。这些输出方程考虑与以880MHz的信号相关联的相位失配，以及本示例中的正交混合耦合器206被调谐到810MHz（其中以810MHz的输入信号将导致具有90度相位差的输出信号）。两个输出信号的幅度差取决于通过被输入到第一正交混合耦合器206的第三和第四分量信号所展现的相位差。来自第一正交混合耦合器206的第一输出信号通过第二固定线长度208而被延迟——所述第二固定线长度208被调谐以给予在810MHz下的180度相位延迟——其继而被连接到两路均等功率RF拆分器210，所述两路均等功率RF拆分器210为天线元件400₁ 和400₈提供RF驱动信号。来自第一正交混合耦合器206的第二输出信号不被延迟，并且被连接到两路均等功率RF拆分器211，所述两路均等功率RF拆分器211为天线元件400₄和400₅提供RF驱动信号。

第五和第六分量信号被连接到第二正交混合耦合器207，其中第五分量信号经由第三固定线长度205（其与用于第六分量信号的线长度相比长近似200mm）而被馈给，诸如以给予在第二正交混合耦合器207的输入端口处的第五和第六分量信号之间的149度的相位差。第二正交混合耦合器207也被调谐到810MHz的中心频率，并且由近似93mm线长度的四个四分之一波长λ/4分支所构造，如所图示的那样。来自第二正交混合耦合器207的两个输出信号具有向量方程，如通过第二正交混合耦合器207的输出所示出的那样。这些输出方程考虑与以880MHz的信号相关联的相位失配，以及本示例中的第二正交混合耦合器207被调谐到810MHz（其中以810MHz的输入信号将导致具有90度相位差的输出信号）。两个输出信号的幅度差取决于通过被输入到第二正交混合耦合器207的第五和第六分量信号所展现的相位差。来自第二正交混合耦合器207的第一输出信号通过第四固定线长度209而被延迟——所述第四固定线长度209被调谐以给予在810MHz下的180度相位延迟——其继而被连接到两路均等功率RF拆分器212，所述两路均等功率RF拆分器212为天线元件400₂ 和400₇提供RF驱动信号。来自第二正交混合耦合器207的第二输出信号不被延迟，并且被连接到两路均等功率RF拆分器213，所述两路均等功率RF拆分器213为天线元件400₃和400₆提供RF驱动信号。

可变移相器300_1-8的相移网络被设置在RF拆分器（210、211、212、213）的最终级的输出与天线元件400_1-8的阵列之间，以提供对高程平面射束的可变电倾斜（VET）控制。图5中的曲线图502描绘了与每个天线元件400_1-8相对应的RF驱动信号500_1-8的相对幅度，并且因此图示了天线孔径的照度函数，其在此示例中具有对称锥形，其中幅度从边缘元件向中心元件增大。曲线图702描绘了作为高程角（在-30度到+30度之上）的函数的远场辐射图案700，其表示孔径照度函数500_1-8，没有被应用到来自相移网络300_1-8的元件的另外的相移。所辐射的图案具有大约7度的垂直射束宽度（例如半功率射束宽度（HPBW））以及小于-17dB的上部旁瓣层级。

图6描绘了与图5相同的天线系统302，但是针对在被处理的以750MHz的输入信号V。当具有400mm的对应波长的750MHz信号被输入到RF分布网络200的时候，固定线长度204和205跨到第一正交混合耦合器206的输入以及跨到第二正交混合耦合器207的输入而创建相位差分，其是与在被处理的880MHz信号的先前示例中的那些不同的相位差分。这些相位差分继而在第一正交混合耦合器206的输出处以及在第二正交混合耦合器207的输出处创建信号幅度，其是与在被处理的880MHz信号的先前示例中的那些不同的信号幅度。正交混合耦合器206和207的输出通过固定线长度208和209而被相位校正，并且此外通过均等功率RF拆分器（210、211、212、213）而被拆分，所述均等功率RF拆分器（210、211、212、213）创建跨元件400_1-8的阵列的照度函数，如先前所描述的那样。

针对750MHz的输入信号的孔径的结果得到的照度函数在曲线图503中被示出为RF信号幅度510_1-8。图6中的照度函数比与通过RF分布网络200而对以880MHz的信号的处理相关联的照度函数500_1-8更加矩形得多（例如平坦/非锥形）。换言之，与曲线图503的照度函数相比，曲线图502图示了照度函数的更大的幅度锥度。然而，应当注意到的是：照度函数510_1-8不是完全矩形的，因为两个中心元件具有比其它元件稍微更强的幅度。曲线图703描绘了作为高程角（在-30度到+30度之上）的函数的远场辐射图案710，其表示孔径照度函数510_1-8，没有被应用到来自相移网络300_1-8的元件的另外的相移。所辐射的图案具有大约7度的垂直射束宽度以及小于-17dB的上部旁瓣层级。然而，主射束辐射的图案与针对880MHz的信号的所辐射的图案（在曲线图703中被示出为远场辐射图案700）几乎相同。另外，RF分布网络200提供主射束图案，所述主射束图案在从700MHz到960MHz的频率的范围之上保持相对不变（例如在感兴趣的任何倾斜角处的1dB差内，诸如在水平线以上和以下+/-3度）。因此，图5和图6的示例适合于三频带LTE载波聚合（CA）应用。

应当注意的是，相比于针对较低频带信号（例如750MHz）的照度函数，所述多个拆分器的拆分器比或所述多个固定线长度的长度中的至少一个被调谐以将更大的幅度锥度提供到针对较高频带信号（例如880MHz）的照度函数。因而，应当理解的是，在其它、另外和不同的示例中，天线元件400_1-8的阵列可以支持不同范围的RF频率和/或输入信号的分量信号的频带可不同。另外，正交混合206和207可具有不同的尺度（dimension）并且可以被调谐到不同的频率。替换地或另外地，馈电网络200可以利用不同的拆分器比和/或线长度，以便相比于输入信号的较低频带分量信号而将更大的幅度锥度提供到针对较高频带分量信号的辐射图案。

前述示例图示本公开关于无源RF分布和相移网络的原理。然而，本公开的另外的示例还包括基带波束成形，其中在与相应的分量RF频率相关联的基带处生成幅度和相位权重，使得在用来确定小区范围的高程角的范围之上，针对不同RF频率分量的结果得到的高程辐射图案彼此对准。所述对准可以如下被实现：通过以协调的方式（例如通过使用以上结合图3和图4的示例所描述的公式）来调整针对两个分量频率信号的相应倾斜角，和/或经由调整射束宽度或照度函数锥度，如结合图5和图6的示例所描述的那样。

图7图示了示例性的天线系统303，其中应用数字波束成形。意图用于在以700MHz的RF频带处传输的第一基带信号被拆分成分量基带信号，并且向量权重（p1到p4）在第一基带波束成形单元10处被应用到第一基带信号的分量基带信号。意图用于在以850MHz的RF频带处传输的第二基带信号被拆分成分量基带信号，并且向量权重（r1到r4）在第二基带波束成形单元20处被应用到第二基带信号的分量基带信号。来自第一基带信号的基带分量信号和来自第二基带信号的基带分量信号通过使用求和函数30_1-N （宽泛地“向量求和单元”）而被向量求和。复合基带分量信号然后从基带被上转换到RF并且经由基带至RF转换单元40而被放大。结果得到的RF信号然后经由模拟馈电网络50而被馈给到N个天线元件62_1-N。模拟馈电网络50是可选的并且用来将四个复合RF信号（驱动信号）分布到天线元件62_1-N，例如8个天线元件。在一个示例中，可选的模拟相移网络64_1-N可以用于另外的倾斜控制。

虽然前面描述了根据本公开的一个或多个方面的各种示例，但是根据本公开的一个或多个方面的其它和另外的（多个）示例可以被设计而不偏离其范围，所述范围通过随后的（多个）权利要求及其等同物来被确定。例如，为了说明性目的，主要关于传输信号而描述了前述示例。然而，应当理解到：前述示例等同地适用以关于相同或相似的频带和/或频率分量信号而接收信号。

本公开的各种方面还可以包括以下：

本公开的示例包括用于多频带蜂窝式基站部署的天线系统，其具有针对不同RF分量频率的高程平面辐射图案，使得针对不同的RF分量频率的结果得到的服务小区范围或占位大体上类似。

在一个示例中，一种相控阵列天线系统可以包括多个天线元件，所述天线系统支持在RF频率范围之上的RF信号并且在具有单个可变电倾斜控制装置的高程平面中创建定向射束，其特征在于：针对与RF信号的第一频率分量信号相关联的电倾斜角的范围，针对RF信号的第一频率分量信号所形成的服务区域覆盖占位的范围与针对RF信号的不同频率分量信号所形成的服务区域覆盖占位的范围大体上相同。在一个示例中，所述天线系统可以被连接到用于发射和接收具有来自至少两个RF频谱带的分量信号的RF信号的无线电系统。另外，在一个示例中，所述无线电系统可以被连接到基带单元，所述基带单元在由所述无线电系统所支持的至少两个RF频谱带中提供载波聚合特征。

在一个示例中，对于由相控阵列天线系统所支持的频率的范围，高程平面辐射图案在关于水平线的高程角+/-3度的范围之上大体上不变。另外，在一个示例中，主射束高程平面辐射图案中的绝大多数跨相控阵列天线系统所支持的频率的范围大体上不变。

在一个示例中，所述相控阵列天线系统包括第一双工器（diplexor），以用于将RF信号拆分成至少第一频率相关的分量信号和第二频率相关的分量信号，其中所述相控阵列天线系统此外将所述第一频率相关的分量信号拆分成另外的分量信号，并且连接到第一相移网络以用于递送针对所述第一频率相关的分量信号的可变电倾斜，其中所述相控阵列天线系统此外将所述第二频率相关的分量信号拆分成另外的分量信号，并且连接到第二相移网络以用于递送针对所述第二频率相关的分量信号的可变电倾斜，所述相控阵列天线系统此外包括在第一和第二相移网络之间的耦合机制。

在一个示例中，所述天线系统包括馈电网络，所述馈电网络创建分量信号对，每对分量信号具有取决于RF频率的相位差并且被转换成特征在于具有幅度差的分量信号对，所述幅度差取决于分量信号对相位差，其被用作针对天线阵列照度函数的驱动信号。在这样的示例中，所述天线元件驱动信号可具有阵列照度函数，所述阵列照度函数在增大的RF频率的情况下具有增大的幅度锥度。

在一个示例中，所述无线电系统包括有源的波束成形网络，并且在基带处发展波束成形。示例性实施例还可以包括如下方法：所述方法操作上述示例性相控阵列天线系统中的任一个来用于发射信号、接收信号、或发射信号和接收信号两者。

Claims

1.一种天线系统，包括：

用于从具有第一频率的第一分量信号输出第一组分量信号的第一相移网络，

用于从具有第二频率的第二分量信号输出第二组分量信号的第二相移网络，其中所述第一频率小于所述第二频率；

天线阵列，所述天线阵列包括被耦合到第一相移网络并且被耦合到第二相移网络的多个天线元件，其中所述第一相移网络将给予天线阵列的第一辐射图案第一倾斜角以用于所述第一组分量信号，其中所述第二相移网络将给予天线阵列的第二辐射图案第二倾斜角以用于所述第二组分量信号；以及

单个可变电倾斜控制器，用于控制第一相移网络和第二相移网络，其中所述单个可变电倾斜控制器被配置成维持在所述第一倾斜角与第二倾斜角之间的比，其中所述第一倾斜角大于所述第二倾斜角，并且其中所述第二倾斜角与所述第一倾斜角的比小于1。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述天线阵列支持在RF频率范围之上的射频（RF）信号，其中所述RF频率范围包括所述第一频率和所述第二频率。

3.根据权利要求2所述的天线系统，其中所述比根据T_f = 1+(f-n)/n × T_n来被维持，其中n是所述RF频率范围的中频，并且T_n是所述中频的倾斜角，并且其中：要么T_f是第一倾斜并且f是第一频率，要么T_f是第二倾斜并且f是第二频率。

4.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述比根据T₁ = M × T₂来被维持，其中T₁是第一倾斜角，T₂是第二倾斜角，并且M是小于1的比。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述天线阵列包括用于第一极化的第一部件阵列以及用于第二极化的第二部件阵列，其中所述第一部件阵列被耦合到第一相移网络并且被耦合到第二相移网络。

6.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一分量信号和所述第二分量信号是输入信号的分量信号。

7.根据权利要求6所述的天线系统，此外包括：

至少一个双工滤波器，以分离来自输入信号的第一分量信号和第二分量信号。

8.根据权利要求7所述的天线系统，此外包括：

第一馈电网络，用于将所述第一组分量信号分布到所述第一相移网络；以及

第二馈电网络，用于将所述第二组分量信号分布到所述第二相移网络。

9.根据权利要求8所述的天线系统，其中所述第一组分量信号和第二组分量信号具有相同的照度函数。

10.根据权利要求1所述的天线系统，此外包括：

多个双工滤波器，其中所述多个天线元件经由所述多个双工滤波器而被耦合到所述第一相移网络和第二相移网络。

11.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一辐射图案和所述第二辐射图案为从水平线以上3度到水平线以下3度的角范围提供大体上相同的覆盖占位以用于天线阵列的部署。

12.一种天线系统，包括：

包括多个天线元件的天线阵列，

用于将第一多个预编码权重应用到与第一频率相关联的第一组分量信号的第一基带波束成形单元；以及

用于将第二多个预编码权重应用到与第二频率相关联的第二组分量信号的第二基带波束成形单元；

其中所述第一频率小于所述第二频率；其中所述第一多个预编码权重将给予天线阵列的第一辐射图案第一倾斜角以用于所述第一组分量信号，其中所述第二多个预编码权重将给予天线阵列的第二辐射图案第二倾斜角以用于所述第二组分量信号，其中所述第一多个预编码权重和第二多个预编码权重被配置成维持在所述第一倾斜角与所述第二倾斜角之间的比，其中所述第一倾斜角大于所述第二倾斜角，并且其中所述第二倾斜角与第一倾斜角的比小于1。

13.根据权利要求12所述的天线系统，此外包括：

向量求和单元，用于将所述第一组分量信号的以及所述第二组分量信号的相应的分量信号组合成一组经组合的信号；以及

基带到射频（RF）转换单元，用于将所述经组合的信号转换成RF信号。

14.根据权利要求13所述的天线系统，此外包括：

馈电网络，用于分布RF信号作为所述多个天线元件的驱动信号。

15.根据权利要求15所述的天线系统，其中所述天线阵列包括用于第一极化的第一部件阵列以及用于第二极化的第二部件阵列，其中所述第一部件阵列被耦合到所述馈电网络。

16.根据权利要求12所述的天线系统，其中所述天线阵列支持在RF频率范围之上的射频（RF）信号，其中所述RF频率范围包括所述第一频率和第二频率。

17.根据权利要求17所述的天线系统，其中所述比根据T_f = 1+(f-n)/n ×T_n来被维持，其中n是所述RF频率范围的中频，并且T_n是所述中频的倾斜角，并且其中：要么T_f是第一倾斜并且f是第一频率，要么T_f是第二倾斜并且f是第二频率。

18.根据权利要求12所述的天线系统，其中所述比根据T₁ = M × T₂来被维持，其中T₁是第一倾斜角，T₂是第二倾斜角，并且M是小于1的比。

19.根据权利要求12所述的天线系统，其中所述第一辐射图案和所述第二辐射图案为从水平线以上3度到水平线以下3度的角范围提供大体上相同的覆盖占位以用于天线阵列的部署。

20.一种天线系统，包括：

包括多个天线元件的天线阵列；以及

馈电网络，其用于：

从至少具有第一频率的第一分量信号以及第二频率的第二分量信号的输入信号创建信号对，

给予所述信号对频率相关的相位差；以及

给予所述信号对幅度差，每个信号对的幅度差取决于所述信号对的频率相关的相位差，所述信号对包括所述天线阵列的所述多个天线元件的天线元件驱动信号，其中所述天线元件驱动信号提供针对所述第一频率的第一阵列照度函数以及针对所述第二频率的第二阵列照度函数，其中所述第二频率大于所述第一频率，并且其中所述第二照度函数具有与所述第一照度函数相比更大的幅度锥度。

21.根据权利要求21所述的天线系统，此外包括：

多个拆分器，用于从输入信号来创建信号对。

22.根据权利要求22所述的天线系统，此外包括：

多个固定线长度，用于给予所述信号对频率相关的相位差。

23.根据权利要求23所述的天线系统，其中所述多个拆分器的拆分器比或所述多个固定线长度的长度中的至少一个被调谐以相比于第一照度函数而向第二照度函数提供更大的幅度锥度。

24.根据权利要求21所述的天线系统，此外包括：

多个正交混合耦合器，用于给予所述信号对幅度差。

25.根据权利要求21所述的天线系统，其中所述第一照度函数将经由所述天线阵列来提供第一辐射图案，并且其中所述第二照度函数将经由所述天线阵列来提供第二辐射图案，其中所述第一辐射图案和所述第二辐射图案为从水平线以上3度到水平线以下3度的角范围提供大体上相同的覆盖占位以用于天线阵列的部署。

26.根据权利要求21所述的天线系统，其中所述天线阵列支持在RF频率范围之上的射频（RF）信号，其中所述RF频率范围包括所述第一频率和所述第二频率。

27.根据权利要求27所述的天线系统，其中所述多个正交混合耦合器中的每一个被调谐至所述RF频率范围内的指定频率。

28.根据权利要求28所述的天线系统，其中所述指定频率包括所述RF频率范围内的中频。

29.一种天线系统，包括：

包括多个天线元件的天线阵列，

其中所述第一频率小于所述第二频率，其中所述第一多个预编码权重将给予天线阵列的第一辐射图案第一射束宽度以用于所述第一组分量信号，其中所述第二多个预编码权重将给予天线阵列的第二辐射图案第二射束宽度以用于所述第二组分量信号，并且其中所述第一多个预编码权重和所述第二多个预编码权重被配置成维持所述第一射束宽度和所述第二射束宽度，以为所述第一辐射图案和所述第二辐射图案两者提供相同的主射束远场辐射图案。

30.根据权利要求30所述的天线系统，此外包括：

31.根据权利要求31所述的天线系统，此外包括：

32.根据权利要求32所述的天线系统，其中所述天线阵列包括用于第一极化的第一部件阵列以及用于第二极化的第二部件阵列，其中所述第一部件阵列被耦合到所述馈电网络。

33.根据权利要求30所述的天线系统，其中所述天线阵列支持在RF频率范围之上的射频（RF）信号，其中所述RF频率范围包括所述第一频率和所述第二频率。

34.根据权利要求30所述的天线系统，其中所述第一辐射图案和所述第二辐射图案为从水平线以上3度到水平线以下3度的角范围提供大体上相同的覆盖占位以用于天线阵列的部署。