CN112585818B - 用于控制不同阵列配置中方位图案的分割菱形天线元件 - Google Patents

用于控制不同阵列配置中方位图案的分割菱形天线元件 Download PDF

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Abstract

一种天线系统包括布置成单位小区阵列的单位小区，每个单位小区包括用于在第一射频（RF）范围内操作的至少一个双极化天线元件，以及被配置成具有第一和第二对共极化辐射元件的扩展菱形天线元件的至少一个双极化天线元件，第一和第二对共极化辐射元件具有正交极化。用于至少一个扩展菱形天线元件的单位小区可以具有矩形边界，其中第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在跨矩形边界的第一对角线并且在矩形边界内的第一相对角中，并且其中第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第二对角线并且在矩形边界内的第二相对角中。

Description

用于控制不同阵列配置中方位图案的分割菱形天线元件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月31日提交的美国临时专利申请序列号62/712，925的优先权，所述美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开一般涉及交叉极化天线阵列，并且更具体地涉及具有改进的扇区功率比的天线阵列。
背景技术
近年来，已经发布了附加的频谱带，并且蜂窝运营商已经部署了新的无线电接入技术来满足订户流量需求。天线系统不仅需要支持在非常大的带宽之上操作的多个频带（例如，低频带（LB），例如617-960MHz；和高频带（HB），例如1.4-2.7GHz），天线系统还需要以良好的隔离度（isolation）具有良好的辐射属性。经由两个独立的RF端口驱动的双极化天线元件作为一种分集技术被广泛用于移动通信中，以帮助减轻无线电信道衰落。为了满足日益增长的移动数据需求，越来越多的操作在类似操作频带下和不同操作频带下的天线元件被封装到单个天线反射器上。为了进一步增强网络容量，诸如长期演进高级（LTE-A）之类的高级无线电系统可以使用多输入多输出（MIMO）天线系统，其中LB的两个双极化天线阵列列和HB的两个双极化天线阵列列被封装在一起，用于连接到LB的四传送四接收（4T4R）基站无线电单元，以及用于连接到HB的4T4R无线电。一般而言，N/2数量的双极化天线阵列可以分组在一起，以使能实现每个频带的NTNR系统。
发明内容
在一个示例中，本公开描述了一种天线系统，所述天线系统具有被布置为单位小区阵列的第一多个单位小区，第一多个单位小区中的每个单位小区包括至少一个双极化天线元件，用于在第一射频（RF）范围内操作。在一个示例中，第一多个单位小区中的至少一个单位小区中的至少一个双极化天线元件被配置成扩展菱形天线元件，其包括第一对共极化辐射元件和第二对共极化辐射元件。在一个示例中，第一对共极化辐射元件具有与第二对共极化辐射元件正交的极化。在一个示例中，所述至少一个单位小区具有矩形边界，所述矩形边界包括在基本上平行于天线系统的反射器的平面内的四个角，其中扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第一对角线并且在所述至少一个单位小区的矩形边界内的第一相对角中，并且其中扩展菱形天线元件的第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第二对角线并且在所述至少一个单位小区的矩形边界内的第二相对角中，第二相对角不同于第一相对角。
在另一示例中，本公开描述了一种方法，所述方法包括在天线阵列内布置具有扩展菱形天线元件的多个单位小区的数量和位置以及不具有扩展菱形天线元件的至少第二单位小区的数量和位置，以经由天线阵列提供所选方位辐射图案特性。
在仍另一示例中，本公开描述了一种用于天线阵列的方法，所述天线阵列具有包括第一扩展菱形天线元件的至少一个单位小区和包括第二扩展菱形天线元件的至少第二单位小区，第二扩展菱形元件包括由具有第一非等分割比矢量的第一RF分割器驱动的第一对共极化分量辐射元件和由具有第二非等分割比矢量的第二RF分割器驱动的第二对共极化分量辐射元件。在一个示例中，所述方法可以包括布置第一RF分割器的第一非等分割比矢量和第二RF分割器的第二非等分割比矢量，以提供所选方位辐射图案特性。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本公开的教导，附图中：
图1A-1C图示了示例多频带、多端口天线；
图2图示了用于三扇区蜂窝基站站点的常规的和优化的方位辐射图案；
图3图示了示例天线系统；
图4图示了根据本公开的具有单位小区的天线阵列，该单位小区具有交叉偶极子天线元件、菱形单位小区和扩展菱形天线元件；
图5图示了根据本公开的天线系统，其中天线阵列包括扩展菱形天线元件；
图6图示了根据本公开的示例天线系统，其中第一和第三单位小区均包含扩展菱形天线元件；
图7图示了根据本公开的具有并排阵列的天线系统，该并排阵列包括与包含常规LB双极化天线元件的单位小区交替的包含LB扩展菱形天线元件的单位小区；
图8描绘了根据本公开的以并排布置配置的天线系统，该并排布置中辐射元件在与相邻反射器相关联的扩展菱形天线元件之间交换；和
图9图示了天线系统，其具有与包含常规LB双极化天线元件的单位小区交替的包含LB双极化移位辐射元件对的单位小区。
为了促进理解，在可能的情况下，已经使用了等同的参考标号来指定各图公共的等同元件。
具体实施方式
本公开提供了对具有扩展菱形天线元件单位小区的基站天线阵列的方位辐射图案的控制和优化。基站天线阵列通常要求使得辐射射频（RF）功率的半功率波束宽度在大约65度（与方位的视轴成+/-65度）。朝向+/-60度辐射图案角度方位，RF功率优选以最小化相邻小区干扰的速率滚降。提出了单位小区的垂直列阵列，其中每个单位小区具有双极化天线元件，并且其中至少一个单位小区包含被配置成扩展菱形天线元件的双极化天线元件。扩展菱形天线元件由两对共极化的驱动分量辐射元件组成，相应的分量辐射元件对彼此正交极化，并且每对分量辐射元件定位在单位小区的径向相对的角中。在分量辐射元件之间的间隔在方位平面中创建阵列因子。当用双极化扩展菱形天线元件和常规双极化天线元件的组合来驱动单位小区的垂直阵列时，与仅具有常规双极化天线元件（例如，交叉偶极子天线元件和/或双极化贴片天线元件）的单位小区阵列相比，3dB波束宽度可以维持在所需的65度，但是在+/-60度方位平面辐射图案角度方位角处具有更尖锐的功率滚降率。本公开还描述了一种阵列拓扑，以使能实现优化的天线元件封装密度，在较小尺寸的反射器中给出更好的阵列性能。本公开还包括具有并排放置的多列阵列的示例。
如本文所使用的，术语“天线”和“天线阵列”可以可互换地使用。为了一致性，并且除非另外特别指出，关于所描绘的任何天线阵列，现实世界的地平线在页面上被指示为从左到右/从右到左，并且向上/垂直方向是在从页面底部到页面顶部的方向上，与图中的文本/标号一致。
还应当指出，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文使用，但是这些术语的使用仅旨在作为标签。因此，在一个示例中诸如“第三”之类的术语的使用不一定意味着该示例在每种情况下都必须包括类似项目的“第一”和/或“第二”。换言之，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的使用不意味着对应于那些数值的那些项目的特定数量。此外，例如，术语“第三”的使用不意味着关于特定类型项目的“第一”和/或“第二”的特定顺序或时间关系，除非另有指示。
近年来，已经发布了附加的频谱带，并且蜂窝运营商已经部署了新的无线电接入技术来满足订户流量需求。天线系统不仅需要支持在非常大的带宽之上操作的多个频带（例如，低频带（LB），例如617-960MHz；和高频带（HB），例如1.4-2.7GHz），天线系统还需要以良好的隔离度具有良好的辐射属性。经由两个独立的RF端口驱动的双极化天线元件作为一种分集技术被广泛用于移动通信中，以帮助减轻无线电信道衰落。为了满足日益增长的移动数据需求，越来越多的操作在类似操作频带下和不同操作频带下的天线元件被封装到单个天线反射器上。为了进一步增强网络容量，诸如长期演进高级（LTE-A）之类的高级无线电系统可以使用多输入多输出（MIMO）天线系统，其中LB的两个双极化天线阵列列和HB的两个双极化天线阵列列被封装在一起，用于连接到LB的四传送四接收（4T4R）基站无线电单元，以及用于连接到HB的4T4R无线电。一般而言，N/2数量的双极化天线阵列可以分组在一起，以使能实现每个频带的NTNR系统。
图1A-1C示出了示例多频带、多端口天线。图1A描绘了具有基站天线100的公共三重阵列配置，基站天线100包括一系列的N个单位小区1091至109N，单位小区1091至109N被配置为组成定位在反射器102之上的三个双极化天线阵列106、107和108。第一个是LB双极化天线阵列106，并且被设计用于在RF频率的LB范围内操作。接下来是第一HB双极化天线阵列107，并且最后是第二HB双极化天线阵列108，这两个天线阵列均被设计用于在RF频率的HB范围内操作。每个单位小区1091至109N包括用于LB双极化天线阵列106的较大LB双极化天线元件101、用于第一HB双极化天线阵列107的两个HB双极化天线元件（每个元件为103）和用于第二HB双极化天线阵列108的两个HB双极化天线元件（每个元件为104）。在HB双极化天线元件之间的垂直距离或节距通常是LB双极化天线元件101的节距的一半。在该三重双极化列天线阵列中，LB双极化天线阵列106通常定位在反射器102的中心。该配置通常也称为“并排”基站天线配置。
LB双极化天线元件101可以包括具有以+45度的斜射极化的辐射元件101A（诸如偶极子），和具有以-45度的斜射极化的正交极化辐射元件101B。每个LB双极化天线元件或“单位小区”1091-109N以规定的节距沿反射器102的长度分布，该规定的节距被调谐以优化方向性、仰角辐射主波束倾斜范围和仰角辐射图案旁瓣性能。第一HB双极化天线阵列107还分别包括+45度极化和-45度极化的辐射元件103A和103B。第二HB双极化天线阵列108还分别包括+45度极化和-45度极化的辐射元件104A和104B。
图1B描绘了“双列直插式”基站天线配置。天线110包括反射器112和两个同轴双极化天线阵列列；操作在LB频率范围下的LB双极化天线阵列116和操作在HB频率范围下的HB双极化天线阵列117。在该配置中，LB双极化天线元件111由一对+45度极化的LB辐射元件111A和一对-45度极化的LB辐射元件111B组成。在一对辐射元件内的每个辐射元件以相等的相位和幅度被驱动。每对共极化辐射元件通常彼此紧密接近地布置，利用它们的相互耦合来改进LB双极化天线阵列116在大带宽之上的输入阻抗匹配。LB双极化辐射元件对111A和111B的该布置可以称为“菱形天线元件”。然后，包括正交辐射元件113A和113B的常规HB双极化天线元件113可以部署在包括LB双极化辐射元件对111A和111B的菱形天线元件内。LB双极化菱形天线元件111和常规HB双极化天线元件113组成第一单位小区1191。由于HB双极化天线阵列117的节距小于LB双极化天线阵列116的节距，因此附加的HB双极化天线元件113可以沿着反射器112的垂直长度定位在包含菱形天线元件的单位小区之间。
为了实现4T4R天线配置，图1B中的天线阵列拓扑被复制并且被并排放置，如在图1C的天线120中所示。这可以称为“双宽”天线系统。
蜂窝基站站点通常被设计和部署为具有三个扇区，这三个扇区被布置为服务于不同的方位角，例如每个扇区服务于距小区站点位置120°的角度范围。每个扇区可以包括具有方位辐射图案的天线，该方位辐射图案定义了扇区覆盖占用区。基站扇区天线的方位辐射图案的半功率波束宽度（HPBW）一般在大约65°是最佳的，以便用最少数量的三扇区基站站点提供蜂窝服务覆盖。
包括长期演进（LTE）在内的大多数移动数据蜂窝网络接入技术采用1：1或全频谱重用方案，以便最大化频谱效率和容量。这种积极的频谱重用意味着扇区间和小区间干扰需要被最小化，使得频谱效率可以被最大化。通常由电相控阵列波束倾斜供应的天线倾斜提供网络优化自由，以解决小区间干扰，但很少的选项存在用以优化扇区间干扰。天线图案的前到后（FTB）、前到侧（FTS）和扇区功率比（SPR）是指示扇区间干扰量的品质因数；FTB和FTS越大且SPR值越低，扇区间干扰越低。
图2示出了3扇区蜂窝基站站点的方位辐射图案的曲线图210。辐射图案211、212、213具有以0度（211）、120度（212）和240度（213）的视轴方位角。每个扇区的3dB波束宽度或HPBW被定义为214，通常跨规定频带中的所有频率大约为65度。为了确保在多个3扇区基站站点之间覆盖的最佳站点间镶嵌，可以示出相邻扇区辐射图案应当在相对于主波束的大约-10dB水平上在+/-60度方位角处交叉。利用在公共接地平面/反射器之上的常规双极化天线元件（例如，如图1A中所示），辐射图案将从每个波束峰值开始在+/-60度方位角处和超出+/-60度方位角变宽，从而在每个扇区之间给出更大的重叠区域215。该重叠的增加可能引起扇区间干扰的增加，并因此引起频谱效率的不合期望的降低。
图2还图示了优化的方位辐射图案（221、222、223）的曲线图220。首先，每个扇区的RF功率维持3dB的波束宽度224和10dB的扇区交叉水平，并且因此类似于曲线图210中所示的天线方位辐射图案。第二，超出距每个波束峰值的+/-60度方位角，RF功率滚降更尖锐，以最小化每个扇区216之间的重叠。这可以通过比较215和216下方面积看出，其中216是具有较少重叠的优选辐射图案。
在基站天线阵列设计中（诸如在图1A中），基于偶极子或贴片的单个天线阵列列（106、107或108）将仅实现大约7-8%的SPR。这类似于曲线图210中所示的图案。为了实现曲线图220的更积极的方位滚降图案（超过+/-60度方位角），可以将反射器102的方位平面中的附加双极化天线元件添加到一个或多个单位小区。一示例在图3中示出。
例如，图3图示了包括N个单位小区的阵列的天线系统300，其中第一单位小区3301具有一对双极化天线元件340、341，而其他单位小区3302至330N每个仅具有一个双极化天线元件。第一RF信号连接到第一共同馈电（CF）网络310的第一输入390，从而为双极化天线元件阵列的+45度极化辐射元件提供分量信号。第二RF信号连接到第二CF网络311的第二输入391，从而为双极化天线元件阵列的-45度极化辐射元件提供分量信号。第一RF分割器或功分器370连接到第一单位小区3301的两个双极化天线元件340和341的两个+45度极化辐射元件360和361。第二RF分割器或功分器371连接到第一单位小区3301的双极化天线元件的两个-45度极化辐射元件360和361。功分器370和371的RF功率分割和相位分割对于辐射元件的两个共极化对通常是相等的。双极化天线元件对配置取决于天线元件的间隔而在方位平面中给出阵列因子，以在方位辐射图案中大约+/-60度方位角的水平上使波束宽度变窄。被转换成一对驱动的双极化天线元件的单位小区越多，波束宽度越窄并且方位图案滚降越陡。应当注意的是，每个扇区理想地应当与相邻扇区维持在大约-10dB的交叉点，以确保蜂窝网络设计中的最佳小区镶嵌。然而，天线反射器320现在几乎是其原始宽度的两倍（例如，如与图1A的反射器102相比），因为复制了附加元件。这意味着实际的部署因素（诸如风荷载）将恶化，连同更高的材料成本和天线重量。
本公开描述了使用分割菱形天线元件和单位小区来生成方位阵列因子并且针对天线的SPR参数进行改进，而不需要增加反射器宽度尺寸。图4图示了第一天线阵列401，其具有带有单个双极化天线元件405A和405B的单位小区402，以及单位小区410（例如，“菱形单位小区”），其中一对+45度辐射元件411A和一对-45度辐射元件411B在反射器尺寸419之上包括双极化天线元件（例如，LB菱形天线元件）。图4还图示了天线阵列420，其中，单位小区402的双极化天线元件被复制（424A、424B和425A、425B），但是被约束为装配在与单位小区421所示相同的反射器尺寸419内。两个双极化天线元件424A、424B和425A、425B的紧密接近（例如，小于半个波长间隔）导致影响天线系统性能的相互耦合问题。为了改进相互耦合效应，两个双极化天线元件424A、424B和425A、425B可以进一步分离。例如，这在天线阵列430中示出，天线阵列430包括具有两个双极化天线元件434A、434B和435A、435B的单位小区431，这导致反射器宽度439的增加。
单位小区410的LB菱形天线元件具有允许排列（一个或多个）HB双极化天线元件的优点，其中HB双极化天线阵列可以在与LB双极化天线阵列没有相互阻碍的情况下部署。此外，+45度和-45度辐射元件的驱动对紧密地定位在一起，以使能实现充分的相互耦合，从而增强带宽和隔离性能。然而，共极化辐射元件对的相位中心的间隔不足以设立可以有效控制方位波束宽度和SPR的阵列因子。
相比之下，如天线阵列440中所示，本公开的示例将两个共极化辐射元件对中的每一个的分量辐射元件放置在单位小区441的相对角中。特别地，单位小区441例如在基本上平行于天线系统的反射器的平面内具有包括四个角的基本上矩形尺寸的边界。扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件441A和441B设置在单位小区441的边界内的四个角中的第一直径相对的角中，并且扩展菱形天线元件的第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件442A和442B设置在单位小区441的边界内的四个角中的第二直径相对的角中。最大化共极化辐射元件的间隔使共极化辐射元件对的相互耦合最小化，并且同时维持反射器宽度尺寸。可以看出，反射器的宽度可以维持为419，并且可以示出为提供将改进SPR的方位阵列因子。换言之，共极化辐射元件441A和442A被移动到单位小区周界的右上角和左下角，而共极化辐射元件441B和442B（其可以与441A和442A正交极化）被移动到单位小区周界的左上角和右下角。这在本公开中被称为“扩展菱形天线元件”。
应当注意的是，如果天线阵列中的所有单位小区都将包括扩展菱形天线元件，则天线阵列的性能可能由于在扩展菱形天线元件之间的强相互耦合（例如，相邻单位小区耦合）而降级。然而，如果扩展菱形天线元件与诸如在单位小区402中所示的常规双极化天线元件交替，则除了在维持总体天线宽度的同时提供SPR的改进之外，单位小区之间的相互耦合也可以被最小化。
图5示出了本公开的第一示例天线系统500，其中天线阵列580包括部署在公共反射器520上的多个单位小区5301-5303以用于在LB频率范围内操作，该公共反射器520具有基本上类似于如先前在图1A中所示的具有单列阵列的天线阵列的反射器宽度的反射器宽度。第一单位小区5301具有第一对共极化辐射元件541A和542A，它们在彼此成对角地定位在标称正方形或矩形单位小区周界的相对角中。第一单位小区5301还具有第二对共极化辐射元件541B和542B，它们彼此成对角地定位在标称正方形或矩形单位小区周界的相对角中；第二对共极化辐射元件541B和542B与第一对共极化辐射元件541A和542A正交极化，并且与其在不同的角中。两对LB共极化辐射元件（541A、542A和541B、542B）形成扩展菱形天线元件。共极化辐射元件对（541A、542A和541B、542B）的位置和间隔可以在反射器520的宽度内的方位平面中调整，以微调SPR。共极化辐射元件对（541A、542A和541B、542B）的位置和间隔也可以在垂直平面中调整，以微调辐射仰角图案向下倾斜范围和上仰角辐射图案旁瓣水平。
在一个示例中，第一单位小区的两个LB共极化辐射元件对（541A、542A和541B、542B）中的每一个都由相等幅度且同相RF分割器或功分器570和571经由相应的共同馈电网络510和511馈电，共同馈电网络510和511处理相应的输入信号590和591。在一个示例中，四个常规的HB双极化天线元件（503中的两个和504中的两个）可以放置在组成扩展菱形天线元件的两对LB共极化辐射元件（541A、542A和541B、542B）之间的中心区域中。单位小区2（5302）和单位小区3（5303）各自包括具有正交极化偶极子辐射元件502A和502B的常规双极化LB天线元件501。单位小区2（5302）和单位小区3（5303）也各自包括如图示那样布置的常规HB双极化天线元件（503中的两个和504中的两个）。单位小区5301-5303的组合阵列因子给出了阵列的总体SPR改进，而同时维持65度的优选HPBW。
图5还示出了本公开的第二示例，其中天线阵列585包括第一单位小区5501，其中两个常规的HB双极化天线元件（504中的两个）定位在由两对LB共极化辐射元件（541A、542A、541B、542B）组成的LB扩展菱形天线元件内部，其中各对彼此正交极化以形成第一单位小区5501。第二和第三单位小区5502和5503各自包括LB双极化天线元件501，偏离反射器525的中心并且与两个HB双极化天线元件（504中的两个）相邻。在该方法中，反射器525可以具有与图1B类似的相同宽度，或者具有减小的宽度，因为仅使用了一个HB双极化天线元件阵列。应当注意的是，例如，在其他、另外的和不同的示例中，图5的示例可以被扩展或修改为包括具有不同配置的LB双极化天线元件的N数量个单位小区的阵列，诸如常规的双极化天线元件、（非扩展）菱形天线元件、扩展菱形天线元件和双极化移位辐射元件对。
应当注意的是，如本文所提到的，单位小区可以包括用于共享反射器、天线罩和/或公共背板的天线系统的任何一个或多个天线阵列的任何一个或多个天线元件的分组，具有基本上矩形的尺寸并且包括在基本上平行于反射器、天线罩和/或公共背板的平面内的四个角，并且其中至少两个单位小区占据反射器、天线罩和/或公共背板的长度。对于任何特定阵列，单位小区可以包括一个或多个天线元件。此外，如本文所提到的，天线元件可以包括旨在占据包括多个天线元件的天线阵列中的特定位置的任何一个或多个辐射元件。天线元件可以包括常规的双极化辐射元件（例如，+45/-45度交叉偶极子、V/H定向交叉偶极子、双极化贴片天线等）、菱形天线元件、“H”形或“狗骨”形天线元件（例如，具有两个分割的垂直辐射元件和一个水平辐射元件）、分割的菱形天线元件、包括双极化移位辐射元件对的天线元件等等。
为了减小相互耦合的影响，包含LB扩展菱形天线元件的单位小区可以与包含常规LB双极化天线元件的单位小区交替。图6示出了进一步改进SPR的第三示例，其中第一和第三单位小区两者包含扩展菱形天线元件。如图6中所图示的，天线系统600包括天线阵列680，天线阵列680包括部署在公共反射器620上的多个单位小区6301-6303。天线系统600类似于图5的天线系统500，并且包括第一单位小区6301，其具有第一对共极化辐射元件641A和642A以及与第一对共极化辐射元件641A和642A正交的第二对共极化辐射元件641B和642B。在一个示例中，第一单位小区6301的两个LB共极化辐射元件对（641A、642A和641B、642B）中的每一个都由相等幅度且同相RF分割器或功分器670和671经由相应的共同馈电网络610和611馈电，共同馈电网络610和611处理相应的输入信号690和691。第一单位小区6301还包括四个常规的HB双极化天线元件（603中的两个和604中的两个），其放置在组成扩展菱形天线元件的两对LB共极化辐射元件（641A、642A和641B、642B）之间的中心区域中。单位小区2（6302）包括具有正交极化偶极子辐射元件602A和602B的常规双极化LB天线元件601。单位小区2（6302）还包括如图示那样布置的常规HB双极化天线元件（603中的两个和604中的两个）。
如果需要更大的仰角平面波束倾斜，那么常规的天线阵列在大倾角处可能在方位平面中经历波束偏斜。偏斜标示主波束与视轴方向偏离。例如，+45度主波束可能在方位的正角度方向上失真，而-45度主波束可能在方位的负角度方向上失真。然而，本公开的示例可以通过分别用非等幅和/或非等相RF分割器或功分器674和675驱动最后第N个单位小区630N的每对共极化辐射元件（641A、642A和641B、642B）来偏移该方位平面偏斜。相位和/或幅度的偏移在方位平面中创建自然的偏斜，在最小倾角处该偏斜可能被认为是不重要的，但是在最大倾角处，共极化天线元件提供预失真，以帮助重新对准方位辐射图案，并且从而最小化偏斜。
在图7中描绘了本公开的第四示例，其中第一示例中或第三示例中描述的天线系统可以以并排配置放置，以创建更大的单位小区阵列。图7的天线阵列710包括与包含常规LB双极化天线元件7302、7304、7401和7403的单位小区交替的包含LB扩展菱形天线元件7301、7303、7402和7404的单位小区。天线阵列710具体示出了并排放置的两个反射器712和714的示例。左反射器712用于一个LB双极化天线阵列791和两个双极化HB阵列793和794。第一和第三单位小区7301和7303各自包括扩展菱形天线元件，并且第二和第四单位小区7302和7304各自包括常规的LB双极化天线元件。右反射器714用于一个LB双极化天线阵列792和两个HB双极化天线阵列795和796。第一和第三单位小区7401和7403各自包括常规的LB双极化天线元件，而第二和第四单位小区7402和7404各自包括LB扩展菱形天线元件。该配置确保了没有扩展菱形天线元件直接与另一个扩展菱形天线元件相邻地被定位，否则这可能引起过度的相互耦合并使阵列性能降级。HB双极化天线阵列793-796的HB双极化天线元件可以类似于根据图5的天线阵列580和图6的天线阵列680的描述来布置。
应当注意的是，反射器712的辐射元件被图示为大致指向上方的箭头，而反射器714的辐射元件被图示为大致指向下方的箭头。箭头的方向性表示与相应辐射元件相关联的信号之间的相位关系。例如，用于反射器712的辐射元件的信号可以同相，而用于反射器714的辐射元件的信号也可以彼此同相，但是可以与用于反射器712的辐射元件的信号异相。该布置可以在反射器712上的阵列和反射器714上的阵列之间提供隔离度。例如，反射器714的辐射元件可以与反射器712的辐射元件异相180度（例如，反相），或者可以具有不同的相位关系（例如，145度异相，185度异相，等等），所述相位关系可以根据在与反射器712相关联的（一个或多个）阵列和与反射器714相关联的（一个或多个）阵列的相应辐射元件之间的间隔距离来调谐。
为了减小反射器的大小，可以移除HB双极化天线元件的附加列，如图5中关于天线阵列585所述。图7的天线阵列720示出了该特定布置的并排配置的示例，其中包含LB扩展菱形天线元件（7501、7503、7602、7604）的单位小区与包含常规LB双极化天线元件（7502、7504、7601、7603）的单位小区交替，以在相应的反射器772和774之上提供两个并排大小的LB阵列797和798。如所图示的，HB双极化天线元件被布置在两个阵列781和782中。应当注意的是，例如，在其他、另外的和不同的示例中，图7的天线系统可以被扩展或修改为包括具有不同配置的LB双极化天线元件的N数量个单位小区的天线系统，诸如常规的LB双极化天线元件、菱形天线元件和扩展菱形天线元件。
本公开的第五示例图示了图8中所示的天线系统800，当天线系统以并排布置被配置时，该天线系统800可以提供改进的SPR。在本示例中，辐射元件在与相邻反射器812和814相关联的扩展菱形天线元件之间交换。例如，单位小区8301和8303的扩展菱形天线元件可以包括第一对+45度共极化辐射元件802和805，以及第二对-45度共极化辐射元件。然而，在本示例中，来自单位小区8402和8404的辐射元件803可以代替辐射元件805。该对共极化辐射元件802和803然后可以被共馈（例如，具有相等幅度和相位的功分器和共同馈电，诸如图5中所图示）。如图8中所示，标示辐射元件802和803的箭头的方向性是相同的（例如，一般指向上方），其指示辐射元件803也与辐射元件802同相，而与反射器812相关联的大多数辐射元件具有不同的相位关系（例如，由一般指向下方的箭头指示）。此外，辐射元件805现在可以与辐射元件806配对，以包括与单位小区8402和8404相关联的共极化辐射元件对。换言之，辐射元件803和805交换位置。该对共极化辐射元件805和806可以类似地共馈。此外，标示辐射元件805和806的箭头的方向性是相同的（例如，一般指向下方），其指示辐射元件805也与辐射元件806同相，而与反射器814相关联的大多数辐射元件具有不同的相位关系（例如，由一般指向上方的箭头指示）。这改进方位阵列因子，并且因此也改进总体天线SPR性能。类似布局中的辐射元件可以以类似的方式交换，以实现更窄的波束宽度阵列因子。
图9图示了本公开的第六示例，其中天线系统900包括被线性定位在反射器912之上的单位小区9301-9304的阵列。如所图示的，天线系统900包括两个双极化HB阵列993和994。在单位小区9301-9304内，双极化HB阵列993和994的双极化HB辐射元件的位置类似于图7的天线阵列710的示例中所图示的位置，和/或如图8的天线系统800的并排阵列中任一个中所图示的位置。在图9的示例中，单位小区9301和9303包括包含LB双极化移位辐射元件对的LB天线元件。例如，LB双极化移位辐射元件对可以包括正交极化辐射元件902和905中的相应一个。换言之，单个极性辐射元件（分别为902和905）各自放置在反射器912的边缘上。单位小区9301和9303与包括常规LB双极化天线元件的单位小区9302和9304交替。
应当注意的是，每个LB双极化移位辐射元件对的辐射元件可以放置在其中部署了这样的LB双极化移位辐射元件对的任何给定单位小区内的反射器912的任一侧。然而，如图9中可以看到的，当比较单位小区9301和9303时，辐射元件902和905的位置交换。这提供了相同极性的辐射元件的“成对”布局。特别地，辐射元件902的实例（其是共极化的）被放置在反射器912的每一侧（一个在单位小区9301中，并且一个在单位小区9303中），以给出图案平衡。同样，辐射元件905的实例（其是共极化的，并且与辐射元件902正交）被放置在反射器912的每一侧（同样，一个在单位小区9301中，并且一个在单位小区9303中），以给出图案平衡。
在一个示例中，（共极化的）辐射元件902的实例的位置和间隔可以在反射器912的宽度内的方位平面中调整，以微调SPR。此外，（共极化的）辐射元件905的实例的位置和间隔也可以在反射器912的宽度内的方位平面中调整，以微调SPR。辐射元件902和905的相应实例的垂直平面间隔中的类似调整也可以应用于微调辐射仰角图案向下倾斜范围和上仰角辐射图案旁瓣水平。在一个示例中，在包括八个单位小区的线性阵列的天线系统中，单位小区9301-9304的图案可以重复。此外，诸如9301和9303的单位小区可以用于其中可以部署不同类型的多种单位小区的阵列中（例如，常规LD双极化天线元件、LB分割菱形天线元件、LB（非分割）菱形天线元件等）。
应当注意的是，本公开的示例描述了+45/-45度斜射线性极化的使用。然而，尽管线性极化是典型的，并且使用线性极化给出了示例，但是本公开的其他实施例可以容易地实现，例如包括双正交椭圆极化或者左手圆极化和右手圆极化，如本领域技术人员将领会的。
虽然前述内容描述了根据本公开的一个或多个方面的各种示例，但是在不脱离由以下（一项或多项）权利要求及其等同物确定的本公开范围的情况下，可以设计出根据本公开的一个或多个方面的（一个或多个）其他和另外的示例。

Claims (19)

1.一种天线系统，包括：
被布置为单位小区阵列的第一多个单位小区，第一多个单位小区中的每个单位小区包括至少一个双极化天线元件，用于在第一射频（RF）范围内操作；
其中第一多个单位小区中的至少一个单位小区中的用于在第一RF范围内操作的至少一个双极化天线元件被配置为扩展菱形天线元件，其包括第一对共极化辐射元件和第二对共极化辐射元件，第一对共极化辐射元件具有与第二对共极化辐射元件正交的极化，其中所述至少一个单位小区具有矩形边界，所述矩形边界包括在平行于天线系统的反射器的平面内的四个角，其中扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第一对角线并且在所述至少一个单位小区的矩形边界内的第一相对角中，并且其中扩展菱形天线元件的第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第二对角线并且在所述至少一个单位小区的矩形边界内的第二相对角中，第二相对角不同于第一相对角；
其中第一多个单位小区中的至少第二单位小区中的用于在第一RF范围内操作的至少一个双极化天线元件不被配置为扩展菱形天线元件。
2.根据权利要求1所述的天线系统：
其中第一对共极化辐射元件中的第一和第二天线元件相对于第一RF范围以大于半个波长且小于一个波长设置；
其中第二对共极化辐射元件中的第一和第二天线元件相对于第一RF范围以大于半个波长且小于一个波长设置。
3.根据权利要求2所述的天线系统：
其中第一多个单位小区包括具有非扩展菱形天线元件的至少第三单位小区。
4.根据权利要求1所述的天线系统：
其中，具有扩展菱形天线元件的至少一个单位小区的数量和位置以及不具有扩展菱形天线元件的至少第二单位小区的数量和位置被布置成提供至少一个所选方位辐射图案特性。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其中所述至少一个所选方位辐射图案特性包括以下各项中的至少一个：
半功率波束宽度；或者
扇区功率比。
6.根据权利要求4所述的天线系统，进一步包括：
第一射频（RF）分割器；和
第二RF分割器；
其中，具有扩展菱形天线元件的至少一个单位小区具有从第一射频（RF）分割器驱动的第一对共极化分量辐射元件，并且具有从第二RF分割器驱动的第二对共极化分量辐射元件。
7.根据权利要求6所述的天线系统，进一步包括：
第三RF分割器，第三RF分割器具有第一非等分割矢量比；和
第四RF分割器，第四RF分割器具有第二非等分割矢量比；
其中所述多个单位小区包括至少第三单位小区，第三单位小区被配置有扩展菱形天线元件，并且具有从第三RF分割器驱动的第三对共极化辐射元件，并且具有从第四RF分割器驱动的第四对共极化辐射元件，其中第三RF分割器的第一非等分割比矢量和第四RF分割器的第二非等分割比矢量被配置为经由天线系统提供包括波束偏斜的所选方位辐射图案。
8.根据权利要求6所述的天线系统：
其中所述至少一个单位小区还包含用于在第二RF范围内操作的至少第二双极化天线元件，第一RF范围和第二RF范围是非连续的。
9.根据权利要求8所述的天线系统：
其中，用于在第二RF范围内操作的至少第二双极化天线元件设置在用于在第一RF范围内操作的至少一个双极化天线元件的扩展菱形天线元件内。
10.根据权利要求8所述的天线系统，进一步包括：
第二多个单位小区，其与第一多个单位小区相邻部署并被布置成单位小区的第二阵列。
11.根据权利要求1所述的天线系统，进一步包括：
第二多个单位小区，其与第一多个单位小区相邻部署并被布置成单位小区的第二阵列；和
第一RF分割器，第一RF分割器用以提供第一分量信号以驱动在所述至少一个单位小区中的至少一个双极化天线元件的扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一辐射元件，并且用以提供第二分量信号以驱动来自第二多个单位小区中的单位小区的扩展菱形天线元件的第三对共极化辐射元件中的第一辐射元件。
12.一种方法，包括：
在天线阵列内布置具有扩展菱形天线元件的多个单位小区的数量和位置以及具有不被配置为扩展菱形天线元件的双极化天线元件的至少第二单位小区的数量和位置，以经由天线阵列提供至少一个所选方位辐射图案特性，其中所述扩展菱形天线元件和所述双极化天线元件用于在第一频带内操作，
其中扩展菱形天线元件的每个相应的扩展菱形天线元件包括：
第一对共极化辐射元件和第二对共极化辐射元件，第一对共极化辐射元件具有与第二对共极化辐射元件正交的极化，其中相应的扩展菱形天线元件的相应单位小区具有矩形边界，所述矩形边界包括在平行于天线阵列的反射器的平面内的四个角，其中相应扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第一对角线并且在相应单位小区的矩形边界内的第一相对角中，并且其中扩展菱形天线元件的第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第二对角线并且在相应单位小区的矩形边界内的第二相对角中，第二相对角不同于第一相对角。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个所选方位辐射图案特性包括以下各项中的至少一个：
半功率波束宽度；或者
扇区功率比。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，对于所述多个单位小区中的至少一个单位小区的至少第一扩展菱形天线元件，第一对共极化分量辐射元件从第一射频（RF）分割器驱动，并且其中，第二对共极化分量辐射元件从第二RF分割器驱动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，对于所述多个单位小区中的至少一个单位小区的至少第二扩展菱形天线元件，第一对共极化辐射元件从具有第一不等分割比矢量的第三RF分割器驱动，并且具有从具有第二不等分割比矢量的第四RF分割器驱动的第二对共极化辐射元件，其中，所述方法进一步包括：
布置第一非等分割比矢量和第二非等分割比矢量，以经由天线阵列提供所选方位辐射图案特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个所选方位辐射图案特性包括波束偏斜。
17.一种用于提供天线阵列的方法，所述天线阵列包含包括第一扩展菱形天线元件的至少一个单位小区和包括第二扩展菱形天线元件的至少第二单位小区，第二扩展菱形元件包括由具有第一非等分割比矢量的第一RF分割器驱动的第一对共极化分量辐射元件和由具有第二非等分割比矢量的第二RF分割器驱动的第二对共极化分量辐射元件，所述方法包括：
布置第一RF分割器的第一非等分割比矢量和第二RF分割器的第二非等分割比矢量，以提供至少一个所选方位辐射图案特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个所选方位辐射图案特性包括波束偏斜。
19.根据权利要求17所述的方法，其中第一对共极化辐射元件具有与第二对共极化辐射元件正交的极化，其中所述至少第二单位小区具有矩形边界，所述矩形边界包括在平行于天线阵列的反射器的平面内的四个角，其中第二扩展菱形天线元件的第一对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第一对角线并且在所述至少第二单位小区的矩形边界内的第一相对角中，并且其中第二扩展菱形天线元件的第二对共极化辐射元件中的第一和第二辐射元件被设置在四个角中跨矩形边界的第二对角线并且在所述至少第二单位小区的矩形边界内的第二相对角中，第二相对角不同于第一相对角。
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