CN112640215A - 用于方位波束宽度稳定的具有交错竖直阵列的带透镜基站天线 - Google Patents

Abstract

一种带透镜基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列包括多个第一辐射元件，所述多个第一辐射元件配置成传输第一RF信号的相应子分量；第二阵列，所述第二阵列包括多个第二辐射元件，所述多个第二辐射元件配置成传输第二RF信号的相应子分量；以及RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一辐射元件中的第一个以及从所述第二辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述第一辐射元件的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的第二子集沿着与所述第一竖直轴线间隔开的第二竖直轴线对准。所述第一阵列和所述第二阵列各自包括每一水平行的单个辐射元件。

Description

用于方位波束宽度稳定的具有交错竖直阵列的带透镜基站 天线

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2019年1月31日提交的美国临时专利申请序列号62/799,350和2018年8月24日提交的美国临时专利申请序列号62/722,238的优先权，每个申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及无线电通信，并且更具体地涉及用于蜂窝通信系统和其它通信系统的带透镜天线。

背景技术

蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，一个地理区域被划分成称作“小区”的一系列区域，每个小区由基站提供服务。基站可包括基带设备、无线电和基站天线，该基站天线配置成提供与位于整个小区中的用户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，小区可被划分成多个“扇区”，并且单独的基站天线提供对每个扇区的覆盖。天线通常安装在塔架或其它升高结构上，其中，由每个天线生成的辐射束(“天线束”)向外指向以为相应扇区提供服务。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵列，其中，当天线被安装使用时，辐射元件以一个或多个竖直列布置。本文中“竖直”是指相对于由地平线限定的平面垂直的方向。

非常常见的基站配置为所称的“三扇区”配置，其中，小区在方位面中被划分成三个120°扇区，并且基站包括提供对三个相应扇区的覆盖的三个基站天线。方位面是指将基站天线一分为二并且与地平线限定的平面平行的水平面。在三扇区配置中，由每个基站天线生成的天线束通常在约65°的方位面中具有半功率波束宽度(“HPBW”)，使得天线束提供对整个120°扇区的良好覆盖。通常，每个基站天线将包括通常被称为“线性阵列”的辐射元件的竖直延伸列。线性阵列中的每个辐射元件可以具有近似65°的HPBW，使得由线性阵列生成的天线束将提供对方位面中120°扇区的覆盖。

扇区分裂是指这样一种技术，其中，基站的覆盖区域被划分成多于三个扇区，诸如，六个、九个或甚至十二个扇区。六扇区基站将在方位面中具有六个60°扇区。将每个120°扇区分成多个较小子扇区增加了系统容量，因为每个天线束提供对更小区域的覆盖，因此可提供较高天线增益和/或允许120°扇区内的频率复用。在扇区分裂应用中，单个多波束天线通常用于每个120°扇区。多波束天线在相同频带内生成两个或更多个天线束，由此将扇区分成两个或更多个较小扇区。扇区分裂通常需要辐射元件的多列阵列。扇区分裂的两种常见方法是使用诸如巴特勒矩阵(Butler matrix)的波束成形网络的扇区分裂和使用带透镜天线的扇区分裂。

在第一种扇区分裂方法中，辐射元件的多列阵列由馈送网络驱动，所述馈送网络包括Butler矩阵或其它波束成形网络以从多列阵列产生两个或更多个天线束。例如，如果多列阵列用于生成各自具有约33°的方位HPBW的两个并排天线束，则可以使用三个基站天线来实现六扇区配置。例如，在美国专利公开号2011/0205119中公开了具有生成多个波束的多列阵列的天线。

在第二种扇区分裂方法中，在基站天线中包括RF透镜，并且多个线性阵列配置成通过RF透镜在不同方向上发射和接收信号。RF透镜可用于将由线性阵列生成的天线束的方位波束宽度缩小至适合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透镜将设计成将每个天线束的方位HPBW缩小到约33°。

多波束天线的应用可能需要最小方位图交叉以覆盖扇区，同时降低干扰。由多波束天线生成的天线束的“交叉”性能是指在天线束和相邻天线束具有相同增益的点处(在方位面中)从峰值增益水平的降低。例如，如果两个相邻天线束的方位图以比方位图的峰值增益低10dB的水平彼此交叉，则多波束天线将具有10dB的交叉。然而，上述用于扇区分裂的方法中的每一个可能不提供可接受的交叉性能，特别是如果天线包括在大频带上操作的宽带阵列。

发明内容

根据本发明的实施例，提供带透镜基站天线，包括：第一阵列，所述第一阵列包括多个第一辐射元件，所述多个第一辐射元件配置成传输第一RF信号的相应子分量；第二阵列，所述第二阵列包括多个第二辐射元件，所述多个第二辐射元件配置成传输第二RF信号的相应子分量；以及RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一辐射元件中的第一个以及从所述第二辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述第一辐射元件的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的第二子集沿着与所述第一竖直轴线间隔开的第二竖直轴线对准。所述第一阵列包括所述第一阵列中的每一水平行的单个辐射元件，所述第二阵列包括所述第二阵列中的每一水平行的单个辐射元件。

在一些实施例中，所述第二辐射元件的第一子集沿着第三竖直轴线对准，所述第二辐射元件的第二子集沿着与所述第三竖直轴线间隔开的第四竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一辐射元件安装成从反射器的第一区段向前延伸，所述第二辐射元件安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以斜角相交。在一些实施例中，所述斜角可以在100°与140°之间。

在一些实施例中，所述带透镜基站天线还可以包括多个第一馈送板。每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一辐射元件中的两个或更多个，其中所述第一馈送板的第一子集沿着所述第一竖直轴线对准，所述第一馈送板的第二子集沿着所述第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在所述第一辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

在一些实施例中，所述第一辐射元件中的第一个的视轴指向方向与延伸穿过所述RF透镜结构的中心的纵向轴线不相交。

在一些实施例中，所述RF透镜结构包括具有竖直延伸的纵向轴线的圆柱形RF透镜结构。

在一些实施例中，所述第一辐射元件的操作频带在1.7-2.7GHz频带内，所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在20-75mm之间。

在一些实施例中，所述第一辐射元件的一半沿着所述第一竖直轴线对准，所述第一辐射元件的另一半沿着所述第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一辐射元件的第三子集沿着第三竖直轴线对准，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。

在一些实施例中，所述带透镜基站天线还可以包括第三阵列，所述第三阵列包括多个第三辐射元件，所述多个第三辐射元件配置成传输第三RF信号的相应子分量。在这些实施例中，所述第三辐射元件的第一子集可以沿着第五竖直轴线对准，所述第三辐射元件的第二子集可以沿着与所述第五竖直轴线间隔开的第六竖直轴线对准，并且所述RF透镜结构可以定位成从所述第三辐射元件中的第一个接收电磁辐射。

在一些实施例中，所述RF透镜结构可以包括沿着竖直轴线延伸的多个椭圆形RF透镜。

在一些实施例中，所述第一阵列可以配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，所述第二阵列可以配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区。

在一些实施例中，沿着所述第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的最小竖直间隔可以大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着所述第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的最小竖直间隔。

根据本发明的另外实施例，提供了带透镜基站天线，包括：第一RF端口；第一阵列，所述第一阵列包括经由馈送网络连接到所述第一RF端口的多个辐射元件，其中穿过所述第一阵列中的第一辐射元件的中心的第一竖直轴线与穿过所述第一阵列中的第二辐射元件的中心的第二竖直轴线间隔开；第二RF端口；以及第二阵列，所述第二阵列包括经由馈送网络连接到所述第二RF端口的多个辐射元件，其中穿过所述第二阵列中的第一辐射元件的中心的第三竖直轴线与穿过所述第二阵列中的第二辐射元件的中心的第四竖直轴线间隔开。这些天线还包括RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一阵列中的至少一个辐射元件以及从所述第二阵列中的至少一个辐射元件接收电磁辐射。

在一些实施例中，所述第一阵列的辐射元件可以以至少两列和多行布置，所述第一阵列中的多行辐射元件中的至少一些可以包括单个辐射元件，并且所述第二阵列的辐射元件同样可以以至少两列和多行布置，所述第二阵列中的多行辐射元件中的至少一些可以包括单个辐射元件。

在一些实施例中，所述第一阵列中的所有多行辐射元件包括单个辐射元件，所述第二阵列中的所有多行辐射元件包括单个辐射元件。

在一些实施例中，所述带透镜基站天线还可以包括多个第一馈送板，每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一阵列中的两个或更多个辐射元件。在这些实施例中，所述第一馈送板的第一子集可以沿着所述第一竖直轴线对准，所述第一馈送板的第二子集可以沿着所述第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离可以在所述第一阵列中的辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

在一些实施例中，所述第一阵列可以配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，所述第二阵列可以配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区，并且由所述第一阵列生成的天线束的峰值幅值处于与所述第一子扇区的中心处的方位角偏移的方位角处。

在一些实施例中，所述第一阵列中的辐射元件的一半可以沿着所述第一竖直轴线对准，所述第一阵列中的辐射元件的另一半可以沿着所述第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一阵列中的辐射元件的子集可以沿着第三竖直轴线对准，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。

在一些实施例中，所述第一阵列中的至少一些辐射元件安装成从反射器的第一区段向前延伸，所述第二阵列中的至少一些辐射元件安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以100°与140°之间的斜角相交。

在一些实施例中，沿着所述第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔可以大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着所述第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔。

根据本发明的另外其它实施例，提供了带透镜基站天线，其配置成在低频带和高频带两者中传输信号。这些天线包括：第一RF端口；第一阵列，所述第一阵列包括经由馈送网络连接到所述第一RF端口的多个辐射元件，所述第一阵列中的每个辐射元件与所述第一阵列中的所有其他辐射元件竖直间隔开；以及RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一阵列中的至少一个辐射元件接收电磁辐射。所述第一阵列中的至少一些辐射元件在水平方向上与所述第一阵列中的其它辐射元件交错，并且定位在距离所述RF透镜结构的一定距离处，使得由所述第一阵列响应于所述高频带中的RF信号生成的第一天线束在方位面中比由所述第一阵列响应于所述低频带中的RF信号生成的第二天线束窄。

在一些实施例中，所述带透镜基站天线还包括第二阵列，所述第二阵列包括经由第二馈送网络连接到第二RF端口的多个辐射元件，所述第二阵列中的每个辐射元件与所述第二阵列中的所有其它辐射元件竖直间隔开。在此类实施例中，所述RF透镜结构还定位成从所述第二阵列中的至少一个辐射元件接收电磁辐射，并且其中所述第二阵列中的至少一些辐射元件在水平方向上与所述第二阵列中的其它辐射元件交错。

在一些实施例中，所述第一阵列中的辐射元件可以安装成从反射器的第一区段向前延伸，所述第二阵列中的辐射元件可以安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且其中由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以100°与140°之间的斜角相交。

在一些实施例中，所述带透镜基站天线还包括多个第一馈送板，每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一阵列中的两个或更多个辐射元件，其中所述第一馈送板的第一子集沿着第一竖直轴线对准，所述第一馈送板的第二子集沿着第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离可以在所述第一阵列中的辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

在一些实施例中，所述第一阵列中的辐射元件的一半可以沿着所述第一竖直轴线对准，所述第一阵列中的辐射元件的另一半可以沿着所述第二竖直轴线对准。

在一些实施例中，所述第一阵列可以配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，所述第二阵列可以配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区。在这些实施例中，由所述第一阵列生成的天线束的峰值幅值可以处于与所述第一子扇区的中心处的方位角偏移的方位角处。

在一些实施例中，沿着第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔可以大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔。

根据本发明的另外实施例，提供了带透镜基站天线，包括：包括反射器的框架；至少一个辐射元件阵列，所述至少一个辐射元件阵列安装成从所述反射器向前延伸；以及RF透镜，所述RF透镜安装在所述至少一个辐射元件阵列的前方，所述RF透镜包括：透镜外壳，所述透镜外壳具有主体和安装在所述主体的第一端上的第一透镜端盖；和在所述透镜外壳内的一个或多个RF聚焦材料。所述第一透镜端盖包括第一凸缘，所述第一凸缘构造成将所述RF透镜安装到所述框架。

在一些实施例中，所述主体包括玻璃纤维。

在一些实施例中，所述第一端盖还包括第二凸缘，并且所述第一凸缘和所述第二凸缘附接到所述框架。

在一些实施例中，所述透镜外壳还包括第二端盖，所述第二端盖附接到所述主体的与第一端相对的第二端，所述第二透镜端盖包括构造成将所述RF透镜的第二端安装到所述框架的第三凸缘和第四凸缘。

在一些实施例中，所述第一端盖附接到所述反射器。

在一些实施例中，所述第一凸缘包括至少一个安装点。

在一些实施例中，所述第一透镜端盖包括多个肋。

附图说明

图1A和1B是带透镜基站天线的示意性俯视图，其示出了线性阵列的方位波束宽度随频率的变化如何可用于提供方位波束宽度稳定性。

图2是根据本发明的实施例的移除了天线罩的带透镜多波束基站天线的透视图。

图3是图2的带透镜多波束基站天线的透视图，其中也移除了RF透镜结构。

图4是图2的带透镜多波束基站天线的横截面图。

图5A-5C是示出了可以通过使用根据本发明的实施例的交错竖直阵列实现方位波束宽度稳定性的改进的一系列图形。

图6是类似于图2-4的天线的带透镜基站天线的示意性透视图，除了图6的天线包括辐射元件的常规线性阵列之外。

图7是由图2-4的带透镜基站天线的交错竖直阵列中的一个生成的天线束的方位图的示意图。

图8是图2的带透镜多波束基站天线的修改版本的示意性横截面图。

图9是包括交错竖直阵列的带透镜基站天线的示意性图示，该交错竖直阵列基于单个辐射元件而非基于馈送板来实施交错。

图10是根据本发明的另外实施例的带透镜基站天线的示意性前视图。

图11是根据本发明的实施例的包括交错阵列的带透镜基站天线的示意性图示，该交错阵列沿着三个不同的竖直轴线定位辐射元件。

图12是根据本发明的一些实施例的包括椭圆形RF透镜阵列的带透镜基站天线的示意性透视图。

图13是图2-4的基站天线中包括的辐射元件的交错竖直阵列中的一个的示意性前视图。

图14A-14D是示出了用于在基站天线内支撑圆柱形RF透镜的常规方法的透视图和端视图。

图15A-15B是根据本发明的实施例的RF透镜端盖的内部视图和外部视图。

图15C是包括图15A-15B的透镜端盖的RF透镜外壳的一部分的横截面视图。

图16A-16C是示出了包括图15A-15C的透镜端盖中的两个透镜端盖的RF透镜可以如何安装在基站天线内的各种视图。

具体实施方式

虽然RF透镜提供了用于实施扇区分裂的便利机构，但在实践中尝试使用带透镜多波束天线时，可能会产生各种困难。一个此类困难是实现可接受的交叉性能，特别是对于在1.7-2.7GHz频带(或其它宽频带)中操作的基站天线而言。一般来说，由辐射元件生成的天线束的方位波束宽度将随着生成天线束的RF信号的频率的增加而减小。然而，为了提供方位波束宽度稳定性，大多数辐射元件设计成抵消此效应，使得由辐射元件生成的天线束将在辐射元件的操作频率上在方位面中具有相对恒定的波束宽度。设计辐射元件使得其生成在操作频带上具有相对稳定的方位束宽度的天线束有助于确保对于操作频带内的所有频率的RF信号实现可接受的交叉性能。

RF透镜聚焦RF能量的量随RF信号的频率而变，其中随着频率增加出现RF能量的聚焦增加(并且因此出现方位波束宽度的变窄)。因此，RF透镜将倾向于在操作频带的上部分中聚焦比在操作频带的下部分中聚焦的RF能量更多的RF能量，使得如果辐射元件设计成在操作频带上生成具有相对恒定的方位波束宽度的天线束，则难以在整个操作频带上实现可接受的交叉性能。在操作频带较大(例如，1.7-2.7GHz频带)的情况下，可能特别难以在整个操作频带上实现可接受的交叉性能。

美国专利公开第2015/0091767号(“’767公开”)提出使用盒式偶极子辐射元件作为稳定带透镜多波束天线的随频率变化的方位波束宽度的技术。美国专利公开第2018/0131078号(“’078公开”’)描述了稳定带透镜多波束天线的随频率变化的方位波束宽度的各种另外技术，包括(1)使用并排辐射元件(即，在水平方向上的成对辐射元件)，(2)使用单个辐射元件与并排辐射元件交替，(3)使用H-V偶极子结构，以及(4)使用具有两个或更多个寄生结构的盒式偶极子元件。然而，这些技术中的每一种技术在某些应用中具有各种潜在缺点。例如，使用并排辐射元件和/或使用单个辐射元件与并排辐射元件交替可能由于其间的距离较小而导致并排辐射元件之间的过度耦合。此耦合可能使所产生的天线束畸变。同样地，使用H-V偶极子结构需要为每个辐射元件提供180°混合耦合器以转换成+/-45°偏振。当操作频带较大时，例如在1.7-2.7GHz频带的情况下，盒式辐射元件的制造可能比其它常用的辐射元件更昂贵和/或可能不提供足够的方位波束宽度稳定。

根据本发明的实施例，提供了带透镜基站天线，其可展现良好的方位波束宽度稳定性，甚至在诸如1.7-2.7GHz频带的大操作频带上。这些基站天线包括辐射元件的“交错”竖直阵列。在本文中，交错竖直阵列是指其中辐射元件在竖直方向上彼此间隔开的辐射元件阵列，其中至少一些辐射元件相对于其它辐射元件在水平方向上错开相对小的距离。因此，交错竖直阵列大体上竖直延伸，但辐射元件沿着两个或更多个竖直轴线对准，而不是全部沿着相同的竖直轴线对准，如辐射元件的常规竖直定向线性阵列中的情况那样。每个交错的竖直阵列每行可仅具有一个辐射元件，因此可以避免当每行设置两个辐射元件时可能产生的过度耦合问题，如‘078公开中所公开的。此外，辐射元件在水平方向上的交错可以将阵列配置成具有方位波束宽度与频率关系，所述方位波束宽度与频率关系通常与RF透镜结构的方位波束宽度与频率关系相对，使得带透镜天线将具有随频率而变的良好的方位波束宽度稳定性。

在一些实施例中，带透镜基站天线可包括扇区分裂天线，其包括辐射元件的两个、三个或甚至更多个交错竖直阵列。在此类实施例中，天线可包括：第一辐射元件的第一阵列，所述第一辐射元件的第一阵列配置成传输第一射频(“RF”)信号的相应子分量；第二辐射元件的第二阵列，所述第二辐射元件的第二阵列配置成传输第二RF信号的相应子分量；以及RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从第一辐射元件中的第一个以及从第二辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述第一辐射元件的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的第二子集沿着与所述第一竖直轴线间隔开的第二竖直轴线对准。所述第一阵列和所述第二阵列各自包括每一水平行的单个辐射元件。

在一些实施例中，所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在所述第一辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。在第一辐射元件的操作频带在1.7-2.7GHz频带内的实施例中，第一竖直轴线与第二竖直轴线之间的水平距离可以例如在20-75mm之间。在一些实施例中，第一辐射元件中的第一个的视轴指向方向可以与延伸穿过RF透镜结构的中心的纵向轴线不相交。

现在参考图1A，该图是带透镜基站天线10的示意性俯视图。基站天线10包括沿着相同竖直轴线对准的辐射元件14的常规线性阵列12(在图1A中仅可见顶部辐射元件14)。线性阵列12生成天线束18，该天线束被注入到聚焦天线束18的圆柱形RF透镜16中。RF透镜16将随着入射RF信号的频率的增加而更多地聚焦入射RF信号，因为聚焦随着RF信号在穿过RF透镜16时循环通过的波长的数目而增加，并且因而RF透镜16将聚焦比较低频率RF信号更多的穿过RF透镜16的较高频RF信号。

然而，RF透镜16将聚焦入射到其上的天线束的程度不仅随RF信号的频率而变，而且还随入射天线束照射的RF透镜16的多少而变。如图1A中所示，如果将具有相对宽的方位波束宽度的天线束18注入到RF透镜16中，则天线束18将照射大部分RF透镜16。相比之下，如图1B中所示，如果将具有略小方位波束宽度的天线束18’注入到RF透镜16中，则天线束18’将照射较少的RF透镜16，并且因此在所有其它情况均相同的情况下，与天线束18相比，将被RF透镜16聚焦更少。因此，如果辐射元件14的线性阵列12可设计成生成具有随频率的变化以与RF透镜16随频率的变化而改变方位波束宽度的方式相反的方式改变的方位波束宽度的天线束，则可提供随频率的变化具有相对稳定的方位波束宽度的带透镜基站天线。

例如，由辐射元件的两列阵列生成的天线束的方位波束宽度将随频率的变化而变化，因为就波长而言，频率越高，两列之间的水平间隔将越大。因此，由两列阵列生成的天线束的方位面中的波束宽度将随频率变化。根据本发明的实施例的基站天线中包括的交错竖直阵列以与上述两列阵列相同的方式有效操作。具体地，由于沿着不同竖直轴线定位的辐射元件之间的距离(在波长方面)随着频率增加而增加，注入到RF透镜16中的天线束的方位波束宽度将随着频率增加而减小。如果在操作频带的低端(例如，1.7GHz)的第一频率f1处照射RF透镜16的天线束18的电场孔S1与在操作频带的高端(例如，2.7GHz)的第二频率f2处照射RF透镜16的天线束18’的电场孔S2的比率约等于频率f1与频率f2的比率，则可以实现方位波束宽度稳定性。因此，通过在水平方向上交错辐射元件中的一些，阵列12照射RF透镜16的程度随频率而变，从而抵消RF透镜16对方位波束宽度的频率依赖性效应。

现在将参考附图更详细地讨论本发明的实施例，在附图中示出了示例性实施例。

现在将参考附图2-4，其示出了根据本发明的一些实施例的带透镜多波束基站天线100，其中移除了天线罩。具体地，图2是带透镜多波束基站天线100的透视图，而图3是图2的带透镜多波束基站天线100的透视图，其中RF透镜结构也被移除以更好地图示天线100中包括的辐射元件的交错竖直阵列。图4是带透镜多波束基站天线100的横截面图。图13是天线100中包括的辐射元件的交错竖直阵列中的一个的示意性前视图。

带透镜多波束基站天线100包括大致V形的反射器102，该反射器包括第一反射器面板104-1和第二反射器面板104-2。反射器面板104可各自为大体上平面面板。反射器102还可包括从相应反射器面板104的外部边缘向前延伸的一对侧壁106。反射器102还可包括从反射器102的中心部分向前延伸的隔离壁108。

带透镜多波束基站天线100还可包括辐射元件120的第一交错竖直阵列110-1和第二交错竖直阵列110-2。如上所述，“交错竖直阵列”是指这样的辐射元件阵列，其中辐射元件在竖直方向上彼此间隔开，其中至少一些辐射元件相对于其它辐射元件在水平方向上错开相对小的距离。如图3和图13中最佳示出，交错竖直阵列110-1包括彼此竖直间隔开的多个辐射元件120，并且辐射元件120沿着两个间隔开的竖直轴线V1和V2竖直对准。类似地，交错竖直阵列110-2包括彼此竖直间隔开的多个辐射元件120，并且辐射元件120沿着另外两个间隔开的竖直轴线V3和V4竖直对准。除了在每个交错竖直阵列110的任一端处的辐射元件120之外，每个阵列110中的每个辐射元件120与在相同竖直轴线上对准的一个辐射元件120和沿着相邻竖直轴线对准的一个辐射元件120竖直相邻。

交错竖直阵列110-1、110-2可安装成从相应的反射器面板104-1、104-2向前延伸。反射器面板104-1、104-2可由一体金属件形成，或者可包括多个不同件。如图4中最佳示出，反射器面板104-1、104-2可以限定以斜角α汇合的一对平面。在一些实施例中，斜角α可以是在100°与140°之间的角。例如，在一些实施例中，斜角α可以是约120°的角。

如图3和图13中最佳示出，辐射元件120可以安装在馈送板112上，使得两个(或更多个)辐射元件120具有共同的馈送部件。在一些实施例中，馈送板112可以安装在反射器102的前方。在所描绘的实施例中，每个交错竖直阵列110包括总共十四个辐射元件120(其中仅十三个在图3中可见)，并且在每个馈送板112上安装两个辐射元件120。由于所有辐射元件120彼此竖直地间隔开，每个交错竖直阵列110包括总共十四行，其中每一行中包括单个辐射元件120，如图13中最佳可见。还如图13中可见，基站天线100配置成使得馈送板112的第一子集沿着第一竖直轴线V1对准，馈送板112的第二子集沿着第二竖直轴线V2对准。如下文所论述的，本发明的其它实施例具有不同的馈送板布置。

每个辐射元件120可以是例如双偏振(交叉偶极子)辐射元件，该双偏振(交叉偶极子)辐射元件包括相对于天线100的纵向(竖直)轴线成-45°角的第一偶极子辐射器和相对于天线100的纵向轴线成+45°角的第二偶极子辐射器。因此，每个交错竖直阵列110可同时传输两个RF信号，即第一RF信号和第二RF信号，该第一RF信号具有传输通过辐射元件120的-45°偶极子辐射器的第一偏振，该第二RF信号具有传输通过辐射元件120的+45°偶极子辐射器的第二正交偏振。

带透镜多波束基站天线100可包括多个RF端口150。当辐射元件120被实施为双偏振辐射元件时，可以为每个交错竖直阵列110提供两个端口150，以将每个偏振处的RF信号供应到每个交错竖直阵列110-1、110-2。此外，辐射元件120可以是宽带辐射元件，其配置成以两个或更多个不同频带(例如，1.7-2.7GHz频率范围内的两个不同频带)传输信号。在使用宽带辐射元件120时，可以在天线100中或在连接到天线100的无线电装置中执行双工。如果在无线电装置中执行双工，则天线100可具有四个RF端口150，即用于每个交错竖直阵列110的两个偏振中的每一个的RF端口150，并且两个频带中的RF信号都通过每个RF端口150传递。相反，如果在天线100中执行双工，则每个RF端口150可以仅从相应的附接的无线电装置接收单个频带中的RF信号，并且因此在此配置中，天线100中将总共包括八个RF端口150。

如上所述，每个交错竖直阵列110可以同时传输第一RF信号和第二RF信号。第一RF信号传输通过辐射元件120的-45°偶极子辐射器，第二RF信号传输通过辐射元件120的+45°偶极子辐射器。第一RF信号可以通过RF端口150中的第一个输入到天线100，并且第一馈送网络(未示出)可以例如将第一RF信号分成七个子分量，这些子分量被馈送到交错竖直阵列110-1中包括的七个馈送板112。每个馈送板112可包括用于-45°偶极子辐射器的1x2功率分配器(未示出)，所述功率分配器进一步细分输入到相应馈送板112的第一RF信号的子分量。用于-45°偶极子辐射器的每个1x2功率分配器(未示出)的输出端耦合到安装在每个馈送板112上的两个辐射元件120的相应的-45°偶极子辐射器。类似地，第二RF信号可以通过RF端口150中的第二个输入到天线100，并且第二馈送网络(未示出)可以例如将第二RF信号分成七个子分量，这些子分量被馈送到交错竖直阵列110-1中包括的七个馈送板112。每个馈送板112还可包括用于+45°偶极子辐射器的1x2功率分配器，所述功率分配器进一步细分输入到相应馈送板112的第二RF信号的子分量。用于+45°偶极子辐射器的每个1x2功率分配器的输出端耦合到安装在每个馈送板112上的两个辐射元件120的相应的+45°偶极子辐射器。

虽然附图中未示出，但第一馈送网络和第二馈送网络各自还可包括电子或机电移相器，该移相器将相位锥度施加到例如相应的第一RF信号和第二RF信号的七个子分量。可以通过改变相应移相器上的设置来调整相位锥度，以便改变由相应的第一RF信号和第二RF信号生成的天线束的下倾角。

交错竖直阵列110-2可以与交错竖直阵列110-1相同地配置，因此将省略其进一步的描述。

如图2和图4中所示，带透镜基站天线100还包括RF透镜结构130。RF透镜结构130可包括例如一个或多个介电RF透镜。在所描绘的实施例中，RF透镜结构130使用单个竖直延伸的圆柱形RF透镜130实施。在示例性实施例中，RF透镜结构130可以由具有聚焦RF能量的均匀介电常数的材料形成。在其它实施例中，RF透镜结构130可包括具有同心布置的介电材料层的龙伯透镜(Luneburg lens)，所述介电材料具有变化的折射率。RF透镜结构130可以例如使用美国专利公开第2017/0279202号中公开的透镜材料中的任何一种形成，所述专利公开的全部内容通过引用并入本文中。在一些实施例中，RF透镜结构130可以是均质透镜，并且可以包括一个或多个RF透镜。当RF透镜结构130包括多个RF透镜时，RF透镜可以是例如圆柱形、球形或椭圆形RF透镜。

天线100可包括双波束宽带天线。在操作中，RF透镜结构130使交错竖直阵列110-1、110-2中的每一个生成的天线束的HPBW缩小，并且因此增大了这些天线束的增益。例如，RF透镜结构130可以将所产生的天线束的HPBW缩小至约33°。辐射元件120的交错竖直阵列110可配置成以不同角度将RF信号注入到RF透镜结构130中，以生成并排天线束，该并排天线束可一起提供对120°扇区的覆盖。应注意，根据本发明的实施例的天线可用于除扇区分裂之外的其它应用中，例如，在诸如体育场、大体育馆、会议中心等的场所中。在此类应用中，多波束更通常地配置成覆盖60°-90°扇区。

如上文所论述的，辐射元件120可设计成在辐射元件120的操作频率范围内生成具有相对稳定的方位波束宽度的天线束，而RF透镜结构130将在方位面中聚焦比较低频RF信号更多的较高频RF信号。因此，包括辐射元件的常规线性阵列的带透镜基站天线可能具有较差的方位波束宽度稳定性，特别是如果天线设计成在大频率范围上操作。由于使用交错竖直阵列110，基站天线100可表现出改进的方位波束宽度稳定性，因为交错竖直阵列110以较高频率产生仅照射RF透镜130的一部分的相对窄的天线束，因此，不像由交错竖直阵列110在较低频率下产生的照射RF透镜的较大部分的天线束那样被RF透镜结构130高度聚焦，因此被RF透镜结构130更密集地聚焦。

交错竖直阵列110-1在方位面中产生较窄的天线束，这导致较少照射RF透镜结构130的边缘处。RF透镜结构130的边缘处的照射锥度随着注入到RF透镜结构130中的天线束的方位HPBW减小而增加。例如，如果在天线100中使用常规竖直线性阵列而不是交错竖直阵列110，则RF透镜结构130所对的角可以比常规竖直线性阵列的方位HPBW小得多。因此，即使常规竖直线性阵列的HPBW可以随着频率增加而变窄，RF透镜结构130的边缘处的锥度变化也可能仅从例如最低频率的或许0.2dB增加到操作频带中的最高频率的0.5dB。但是，在根据本发明的实施例的天线中包括交错竖直阵列110的情况下，RF透镜结构130的边缘在最低频率处已经有锥度，并且由于波束方向图滚降的形状名义上是抛物面的，因此滚降的速率随着滚降值的增加而增加。因此，如果滚降在最低频率时为2dB，则在最高频率时为5dB。由于离开RF透镜结构130的天线束的方位HPBW的稳定取决于RF透镜结构130上的随频率增加的锥度的较大变化，因此用交错竖直阵列实施的天线将显示改进的方位HBW稳定性。还应注意，虽然放大效率(方位HPBW的收缩)随着锥度增加而降低(透镜的使用不太有效)，但在频带的低端，包括交错意味着起始方位HPBW(在透镜之前)已经较窄，因此最终结果是即使在某些锥度下，在RF透镜结构之后的方位HPBW仍比不使用交错的情况要窄。在足够宽的交错的情况下，可使得透镜之后的方位HPBW在相当宽的频带上相对于频率几乎恒定。然而，在某一点，交错变得足够大，使得左侧交错竖直阵列110的右“列”可以开始耦合到右侧交错竖直阵列110的左“列”。

因此，虽然RF透镜将大量地聚焦比低频RF信号更多的高频RF信号，但是由于基站天线100设计成使得由高频RF信号产生的天线束比由低频RF信号产生的天线束照射的RF透镜结构130的部分更小，所以RF透镜结构130将对由高频RF信号产生的天线束执行较少的聚焦，因为RF透镜结构130实际上是此RF信号的较小RF透镜。因此，RF透镜结构130的整体效应可相对独立于频率，从而提供改进的方位波束宽度稳定性。

图5A-5C是示出了方位波束宽度稳定性的改进的一系列图形，该改进可以通过使用根据本发明的实施例的交错竖直阵列代替扇区分裂的带透镜基站天线中的常规线性阵列来实现。具体地，图5A-5C示出了3dB、10dB和12dB方位波束宽度稳定性的改进，该改进可以通过使用交错竖直阵列在示例性实施例中实现。改进的方位波束宽度稳定性提供更好的交叉性能。

首先参考图5A，在图5A左侧的图形示出了对于带透镜基站天线200在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的3dB方位波束宽度，该带透镜基站天线是包括常规线性阵列210的带透镜基站天线100的修改版本。图6是移除了天线罩和RF透镜的天线200的示意性透视图，其示出了包括在其中的常规线性阵列210。如在图5A左侧的图形中所示，对于包括常规线性阵列设计的天线200测得的3dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从26°-41°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在8.6°范围内。在图5A右侧的图形示出了对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的3dB方位波束宽度。如在图5A的右侧的图形中所示，对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100测得的3dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从26°-38°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在6.0°范围内，或改善了30％。

接着参考图5B，左侧的图形示出了对于天线200在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的10dB方位波束宽度，而右侧的图形示出了对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的10dB方位波束宽度。如在图5B左侧的图形中所示，对于包括常规线性阵列设计的天线200测得的10dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从44°-73°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在17°范围内。相比之下，如图5B右侧的图形中所示，对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100测得的10dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从48°-68°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在11°范围内，或改善了35％。

接着参考图5C，左侧的图形示出了对于天线200在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的12dB方位波束宽度，而右侧的图形示出了对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100在1.7-2.7GHz频率范围内测得的随频率变化的12dB方位波束宽度。如在图5C左侧的图形中所示，对于包括常规线性阵列设计的天线200测得的12dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从47°-84°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在23°范围内。相比之下，如图5C右侧的图形中所示，对于根据本发明的实施例的带透镜基站天线100测得的12dB方位波束宽度在1.7-2.7GHz范围内从53°-75°变化，其中84％频率范围的方位波束宽度在12°范围内，或改善了48％。

再次参考图13，竖直轴线V1、V2间隔开水平距离H1。竖直轴线V3、V4通常还将间隔开与竖直轴线V1、V2相同的水平距离H1。在用于生成图5A-5C中所示的图形的基站天线100中，水平距离H1设置为45mm。在根据本发明的实施例的在1.7-2.7GHz频率范围内操作的基站天线中，水平距离H1可以是例如20-75mm。应了解，竖直轴线V1、V2间隔开的水平距离H1将随辐射元件120的操作频率的变化而变化。因此，在本发明的示例性实施例中，水平距离H1(即，竖直轴线V1、V2之间的间隔)可以在辐射元件120的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。在其它实施例中，水平距离H可以在辐射元件120的操作频带的中心频率的0.1与0.35个波长之间。

通常，带透镜基站天线中的辐射元件定向成使得辐射元件的视轴指向方向(其指沿着发射峰值RF能量的轴线，其通常是在垂直于由交叉偶极子限定的平面的方向上从交叉偶极子辐射元件的中心延伸的轴线)延伸穿过延伸穿过RF透镜的中心的竖直轴线。然而，基站天线100包括用于每个交错竖直阵列110的大体上平面的反射器面板104。由于辐射元件120在水平方向上交错，因此所有辐射元件120的视轴指向方向不能指向垂直地穿过RF透镜130的中心的纵向轴线。

如图4中所示，在基站天线100中，沿着竖直轴线V1对准的辐射元件120可以略微指向延伸穿过RF透镜130的中心的竖直轴线L的右侧，而沿着竖直轴线V2对准的辐射元件120可以略微指向竖直轴线L的左侧。因此，由交错竖直阵列110-1发射的峰值辐射可能不指向延伸穿过RF透镜130的中心的竖直轴线L，并且因此所生成的天线束具有偏移到竖直轴线L的任一侧的两个峰(在方位面中)。图7是由交错竖直阵列110-1(在辐射穿过RF透镜130之后)生成的天线束的方位切割的示意图。如图7中可见，两个峰以方位图存在，子扇区的中心的任一侧上一个。这导致宽的尖峰，这在某些应用中可能是期望的。

图8是带透镜多波束基站天线100的修改版本100’的示意性横截面图，该修改版本配置成使得每个辐射元件120的视轴指向方向穿过延伸穿过RF透镜130的中心的竖直轴线L。如图8中所示，这可以通过用图8中所示的反射器102’替换基站天线100的反射器102来实现。如图8中可见，反射器102’总共具有四个反射器面板105-1到105-4。每个反射器面板105定位成使得安装在其上的辐射元件120的视轴指向方向将穿过RF透镜130的纵向轴线L。此设计将产生更常规的天线束形状。

图9是根据本发明的实施例的带透镜基站天线200的示意性图示(其中天线罩和RF透镜结构省略)。带透镜基站天线200包括交错竖直阵列，该交错竖直阵列基于单个辐射元件而不是基于馈送板交错。如图9中所示，带透镜基站天线200可以与带透镜基站天线100几乎相同，不同之处在于，在基站天线200中，每个辐射元件120安装在单个馈送板上，而在基站天线100中，两个辐射元件120安装在每个馈送板112上。

图10示意性地示出了根据本发明的实施例的另一带透镜基站天线300。在图10中，RF透镜结构(其可以与图2和图4中所示的RF透镜结构130相同)和天线罩被移除以图示天线300中包括的两个交错竖直阵列310-1、310-2。如图10中所示，交错竖直阵列310-1包括沿着两个间隔开的竖直轴线V1、V2对准的辐射元件120，交错竖直阵列310-2包括沿着两个间隔开的竖直轴线V3、V4对准的辐射元件120。天线300包括馈送板312，该馈送板与带透镜基站天线100的馈送板112相比，长度延长且旋转45°。因此，交错竖直阵列310-1中的每个馈送板312包括沿着竖直轴线V1对准的第一辐射元件120和沿着竖直轴线V2对准的第二辐射元件120。类似地，交错竖直阵列310-2中的每个馈送板312包括沿着竖直轴线V3对准的第一辐射元件120和沿着竖直轴线V4对准的第二辐射元件120。

图11是根据本发明的另外其它实施例的基站天线400的示意性图示，该基站天线包括沿着三个不同的竖直轴线定位辐射元件120的辐射元件120的交错竖直阵列410。可以看到，除了辐射元件120沿着三个不同的竖直轴线而不是两个不同的竖直轴线对准之外，基站天线400可以非常类似于基站天线200。应了解，辐射元件120可沿着任何数目的竖直轴线对准。

图2-4的基站天线100包括延伸天线100的整个长度的圆柱形RF透镜130。然而，应了解，可使用多种多样的不同RF透镜。例如，图12是根据本发明的一些实施例的包括椭圆形RF透镜530阵列的带透镜基站天线500的示意性透视图。

如图12中所示，基站天线500包括总共七个椭圆形RF透镜530。通常，基站天线500中包括的每个交错竖直阵列510将具有安装在每个椭圆形RF透镜530后面的单个辐射元件120，因此，与在上文所描述的其它实施例中的十四个辐射元件120相比，基站天线500将在每个阵列510中包括七个辐射元件120。尽管图12中示出了椭圆形RF透镜530，但应了解，可以在其它实施例中使用球形RF透镜。

基站天线可以生成光栅瓣，其是指以高俯仰角形成的侧瓣。如果存在光栅瓣，则可能严重降低基站天线的性能，因为光栅瓣表示功率损失并且可能增加对相邻扇区或基站的干扰。当线性阵列中的相邻辐射元件之间的间隔太大时，光栅瓣倾向于在量值上增加。因此，在传统线性阵列中，相邻辐射元件通常间隔开小于一个波长以便抑制光栅瓣。

根据本发明的实施例的基站天线包括水平方向上的交错。因此，第一列中的辐射元件120(即，沿着竖直轴线V1对准的辐射元件)与第二列中的“相邻”辐射元件120(即，沿着竖直轴线V2对准的辐射元件)之间的距离D3包括水平分量和竖直分量两者。为了抑制光栅瓣，根据本发明的一些实施例的基站天线可以减小位于不同列中的相邻辐射元件之间的竖直间距。例如，如图13中最佳示出，安装在相同馈送板112上的辐射元件120可以彼此竖直地间隔开第一距离D1。位于不同列中的两个相邻辐射元件120可以彼此竖直间隔开可小于距离D1的第二距离D2。在一些实施例中，图13中所示的距离D3可大约等于距离D1。

根据本发明的另外的实施例，提供了RF透镜端盖，其可用于将RF透镜安装在基站天线内。如上文所论述的，具有圆柱形形状的RF透镜用于多个基站天线设计中。在许多情况下，RF透镜可以延伸基站天线的整个长度，并且因此可以很大且相对较重。因此，相当宽的支承结构通常用于将圆柱形RF透镜安装在基站天线内。

图14A-14D示出了用于在基站天线的壳体内支撑圆柱形RF透镜的常规方法。如图14A-14B中所示，常规基站天线600包括延伸天线600的整个长度的圆柱形RF透镜630。提供多个透镜支承件660，所述多个透镜支承件将RF透镜630物理地支撑和定位在基站天线600内。支承件660在竖直方向上(即，沿着基站天线600的纵向轴线)彼此间隔开，并且可能需要大量支承件660(在基站天线600中使用八个支承件660)。如参考图14B和图14D最佳可见，每个透镜支承件660包括第一支承件662和第二支承件664，并且因此在基站天线600中包括总共十六个支承件662、664以支撑RF透镜630。如图14A和图14C中所示，透镜支承件660安装成从基站天线600的框架向前延伸。具体地说，透镜支承件660安装到反射器602并且从该反射器向前延伸。透镜支承件660将RF透镜630与基站天线600的辐射元件间隔开，并且将RF透镜630保持在距辐射元件的适当距离处。

在许多情况下，可以通过用设计成聚焦RF能量的一个或多个RF能量聚焦材料填充介电透镜外壳来形成RF透镜。透镜外壳可包括例如塑料或其它介电容器，RF能量聚焦材料可包括例如小块的RF能量聚焦材料(其可以促进随机地定向可包括在小块中的导电材料)或呈半固体(或甚至液体)形式的介电材料。根据本发明的另外的实施例，提供了具有RF透镜的带透镜基站天线，所述RF透镜包括具有集成安装特征的透镜外壳，所述集成安装特征可消除对单独支承件，例如上文论述的透镜支承件660的需要。

特别地，根据本发明的实施例，提供了具有透镜外壳的带透镜基站天线，所述透镜外壳包括一对透镜端盖和主体。透镜外壳的主体可包括在两个端部上都敞开的薄圆柱形结构，透镜端盖可以覆盖主体的相应敞开端。透镜外壳的主体可以由例如玻璃纤维或另一种刚性材料形成。每个透镜端盖可包括集成安装特征，所述集成安装特征配置成安装在基站天线的反射器上或天线的框架的另一部分上。由于透镜外壳的主体是刚性的，因此可以仅使用一对安装特征将主体稳定地安装在天线内的适当位置，这与至少一些常规的带透镜基站天线中使用的大量安装特征相反。此外，在一些实施例中，安装特征可直接集成到透镜端盖中，使得在基站天线中可以不需要附加的RF透镜安装部件。

图15A-15B分别是根据本发明的实施例的RF透镜端盖770的内部视图和外部视图。图15C是包括图15A-15B的透镜端盖的RF透镜外壳762的一部分的横截面图。

参考图15A-15C，可以看到透镜端盖770包括具有圆形中心区772的盘状结构。如图15B中所示，透镜端盖的内侧(即，底端盖的顶侧和顶端盖的底侧)可具有可以提高透镜端盖770的强度和硬度的多个支承肋774A、774B。在所描绘的实施例中，提供了径向支承肋774A以及圆形支承肋774B。虽然在所描绘的实施例中，支承肋774A、774B设置在透镜端盖770的内表面上，但应了解，在其它实施例中，支承肋774A、774B可以替代地设置在透镜端盖770的外表面上，设置在透镜端盖770的内表面和外表面两者上，或可以省略。

透镜端盖770还包括从圆形中心区772的大体上相对的侧表面延伸的一对向后延伸的凸缘776。凸缘776还可各自包括支承肋778。在所描绘的实施例中，每个凸缘776在其两侧上都包括支承肋778以提供增强的强度和刚度，但取决于具体需求，其它配置是可能的。每个凸缘776还可包括安装点780，例如凸台，所述安装点包括凸缘776中的具有中心开口(在附图中不可见)的加强区。例如，安装点780可以设计成接收螺栓的轴，使得透镜端盖770可以螺栓连接到基站天线的另一结构，例如，反射器。

参考图15C，可以看到圆形支承肋774B的外部两个圆形支承肋比其它支承肋774B高，并且形成接收透镜外壳762的主体764的圆形通道782。

图16A-16C是示出了图15A-15C的透镜端盖770中的两个可以用于将根据本发明的实施例的具有透镜端盖770的RF透镜760安装在基站天线700内的方式的各种视图。图16A是RF透镜760的透视图。如图16A中所示，RF透镜760包括透镜外壳762，所述透镜外壳包括主体764和一对透镜端盖770。主体764可例如形成为通过拉挤成型形成的敞开端玻璃纤维筒。虽然玻璃纤维由于其强度、硬度、材料成本、制造容易性和RF特性而可以是透镜外壳762的主体764的特别良好的材料，但应了解，可使用其它材料来形成透镜外壳762的主体764，例如多种不同塑料。在上文参考图15A-15C详细描述的透镜端盖770可以由聚合材料(例如ABS等)形成。端盖770可以通过例如注塑成型形成。透镜外壳762可以填充有RF能量聚焦材料。例如，2018年1月29日提交的序列号为15/882,505的美国专利申请中公开的RF能量聚焦材料中的任一种可以用作沉积在透镜外壳762中以形成RF透镜760的RF能量聚焦材料，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

如图16B中所示，透镜外壳762可安装在例如基站天线700的反射器702或天线的框架的一些其它部分上。特别地，可以在反射器702中邻近每个透镜端盖770的凸缘776上的每一个安装点780形成孔。螺栓(在图中不可见)可穿过反射器702中的孔并且穿过相应安装点780中的开口，并且螺母可旋入螺栓上以将透镜端盖770附接到反射器702，并且因此将RF透镜760的任一端牢固地固定到反射器702。主体764的刚度可以确保RF透镜760的中心部分保持在基站天线700内的适当位置。

将认识到，本说明书只描述了本发明的几个示例性实施例，且本文中描述的技术具有超出上述示例性实施例的适用性。例如，虽然上述示例性实施例聚焦于在1.7-2.7GHz频率范围内传输和接收信号的基站天线，但应了解，可以在其它操作频带中使用交错竖直阵列。实际上，本发明可特别适用于较高频带，例如3-6GHz范围中的频带，因为辐射元件和RF透镜的大小在较高频率下减小，因此带透镜基站天线可特别非常适合用于此类频带中。

作为另一实例，尽管上文所描述的示例性实施例适合使用三个基站天线来实现六扇区基站，但应了解，可包括附加的交错竖直阵列以例如使用三个基站天线来实现九扇区或十二扇区基站。因此，例如，虽然各个所附权利要求涉及包括第一交错竖直阵列和第二交错竖直阵列的带透镜基站天线，但应了解，这意味着这些天线包括至少两个交错竖直阵列，因为三个或甚至更多个交错竖直阵列将适合于各种应用。还应当理解，虽然上述实施例使用-45°/+45°交叉偶极子辐射元件，但是可以使用任何适当的辐射元件。另外，每个交错竖直阵列可以具有单个相关联的RF透镜或多个相关联的RF透镜(例如，用于阵列的每个辐射元件的RF透镜、用于阵列中的每对辐射元件的RF透镜等)。

上文已经参考附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式体现，且不应解读为限制于本文陈述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且这些实施例将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿全文，相同的数字表示相同的元件。

将理解尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各个元件，但这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅用以将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一元件可称作第二元件，并且类似地，第二元件可称作第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

将理解，当一个元件被描述为在另一个元件“上”时，该元件可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接在”另一个元件上时，则不存在任何中间元件。还将理解，当一个元件被描述为“连接”或“耦合”到另一个元件时，该元件可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在任何中间元件。用来描述元件之间的关系的其它词语应以类似方式解读(即，“在……之间”相对“直接在……之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”、“包含”和/或“具有”在本文中使用时，指存在所述的特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其分组。

上文公开的所有实施例的方面和元件可以任何方式组合和/或与其它实施例的方面或元件组合，以提供多个附加实施例。

Claims (40)

1.一种带透镜基站天线，包括：

第一阵列，所述第一阵列包括多个第一辐射元件，所述多个第一辐射元件配置成传输第一射频(“RF”)信号的相应子分量；

第二阵列，所述第二阵列包括多个第二辐射元件，所述多个第二辐射元件配置成传输第二RF信号的相应子分量；以及

RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一辐射元件中的第一个以及从所述第二辐射元件中的第一个接收电磁辐射，

其中所述第一辐射元件的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的第二子集沿着与所述第一竖直轴线间隔开的第二竖直轴线对准，并且

其中所述第一阵列包括所述第一阵列中的每一水平行的单个辐射元件，并且所述第二阵列包括所述第二阵列中的每一水平行的单个辐射元件。

2.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第二辐射元件的第一子集沿着第三竖直轴线对准，并且所述第二辐射元件的第二子集沿着与所述第三竖直轴线间隔开的第四竖直轴线对准。

3.根据权利要求2所述的带透镜基站天线，其中所述第一辐射元件安装成从反射器的第一区段向前延伸，并且所述第二辐射元件安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且其中由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以斜角相交。

4.根据权利要求3所述的带透镜基站天线，其中所述斜角在100°与140°之间。

5.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，还包括多个第一馈送板，每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一辐射元件中的两个或更多个，其中所述第一馈送板的第一子集沿着所述第一竖直轴线对准，并且所述第一馈送板的第二子集沿着所述第二竖直轴线对准。

6.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在所述第一辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

7.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一辐射元件中的第一个的视轴指向方向与延伸穿过所述RF透镜结构的中心的纵向轴线不相交。

8.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述RF透镜结构包括具有竖直延伸的纵向轴线的圆柱形RF透镜结构。

9.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一辐射元件的操作频带在1.7-2.7GHz频带内，并且所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在20-75mm之间。

10.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一辐射元件的一半沿着所述第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的另一半沿着所述第二竖直轴线对准。

11.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一辐射元件的第三子集沿着第三竖直轴线对准，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。

12.根据权利要求2所述的带透镜基站天线，还包括第三阵列，所述第三阵列包括多个第三辐射元件，所述多个第三辐射元件配置成传输第三RF信号的相应子分量，其中所述第三辐射元件的第一子集沿着第五竖直轴线对准，并且所述第三辐射元件的第二子集沿着与所述第五竖直轴线间隔开的第六竖直轴线对准，并且其中所述RF透镜结构定位成从所述第三辐射元件中的第一个接收电磁辐射。

13.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述RF透镜结构包括沿着竖直轴线延伸的多个椭圆形RF透镜。

14.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，并且所述第二阵列配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区。

15.根据权利要求1所述的带透镜基站天线，其中沿着所述第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的最小竖直间隔大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着所述第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的最小竖直间隔。

16.一种带透镜基站天线，包括：

第一射频(“RF”)端口；

第一阵列，所述第一阵列包括经由馈送网络连接到所述第一RF端口的多个辐射元件，其中穿过所述第一阵列中的所述辐射元件中的第一个的中心的第一竖直轴线与穿过所述第一阵列中的所述辐射元件中的第二个的中心的第二竖直轴线间隔开；

第二RF端口；

第二阵列，所述第二阵列包括经由馈送网络连接到所述第二RF端口的多个辐射元件，其中穿过所述第二阵列中的所述辐射元件中的第一个的中心的第三竖直轴线与穿过所述第二阵列中的所述辐射元件中的第二个的中心的第四竖直轴线间隔开；以及

RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一阵列中的所述辐射元件中的至少一个以及从所述第二阵列中的所述辐射元件中的至少一个接收电磁辐射。

17.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列的辐射元件以至少两列和多行布置，并且所述第一阵列中的多行辐射元件中的至少一些包括单个辐射元件，并且其中所述第二阵列的辐射元件以至少两列和多行布置，所述第二阵列中的多行辐射元件中的至少一些包括单个辐射元件。

18.根据权利要求17所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的所有多行辐射元件包括单个辐射元件，并且所述第二阵列中的所有多行辐射元件包括单个辐射元件。

19.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，还包括多个第一馈送板，每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一阵列中的所述辐射元件中的两个或更多个，其中所述第一馈送板的第一子集沿着所述第一竖直轴线对准，并且所述第一馈送板的第二子集沿着所述第二竖直轴线对准。

20.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在所述第一阵列中的辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

21.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，并且所述第二阵列配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区，并且其中由所述第一阵列生成的天线束的峰值幅值处于与所述第一子扇区的中心处的方位角偏移的方位角处。

22.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的辐射元件的一半沿着所述第一竖直轴线对准，并且所述第一阵列中的辐射元件的另一半沿着所述第二竖直轴线对准。

23.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的辐射元件的子集沿着第三竖直轴线对准，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。

24.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的辐射元件中的至少一些安装成从反射器的第一区段向前延伸，并且所述第二阵列中的辐射元件中的至少一些安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且其中由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以100°与140°之间的斜角相交。

25.根据权利要求16所述的带透镜基站天线，其中沿着所述第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着所述第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔。

26.一种带透镜基站天线，其配置成在低频带和高频带两者中传输信号，所述带透镜基站天线包括：

第一射频(“RF”)端口；

第一阵列，所述第一阵列包括经由馈送网络连接到所述第一RF端口的多个辐射元件，所述第一阵列中的每个辐射元件与所述第一阵列中的所有其它辐射元件竖直间隔开；以及

RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一阵列中的至少一个辐射元件接收电磁辐射，

其中所述第一阵列中的至少一些辐射元件在水平方向上与所述第一阵列中的其它辐射元件交错，并且定位在距离所述RF透镜结构的一定距离处，使得由所述第一阵列响应于所述高频带中的RF信号生成的第一天线束在方位面中比由所述第一阵列响应于所述低频带中的RF信号生成的第二天线束窄。

27.根据权利要求26所述的带透镜基站天线，还包括：

第二阵列，所述第二阵列包括经由第二馈送网络连接到第二RF端口的多个辐射元件，所述第二阵列中的每个辐射元件与所述第二阵列中的所有其它辐射元件竖直间隔开，

其中所述RF透镜结构还定位成从所述第二阵列中的至少一个辐射元件接收电磁辐射，并且

其中所述第二阵列中的至少一些辐射元件在水平方向上与所述第二阵列中的其它辐射元件交错。

28.根据权利要求27所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的辐射元件安装成从反射器的第一区段向前延伸，并且所述第二阵列中的辐射元件安装成从所述反射器的第二区段向前延伸，并且其中由所述反射器的第一区段限定的第一平面的前表面和由所述反射器的第二区段限定的第二平面的前表面以100°与140°之间的斜角相交。

29.根据权利要求26所述的带透镜基站天线，还包括多个第一馈送板，每个第一馈送板具有安装在其上的所述第一阵列中的辐射元件中的两个或更多个，其中所述第一馈送板的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一馈送板的第二子集沿着第二竖直轴线对准。

30.根据权利要求29所述的带透镜基站天线，其中所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间的水平距离在所述第一阵列中的辐射元件的操作频带的中心频率的0.1与0.5个波长之间。

31.根据权利要求30所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列中的辐射元件的一半沿着所述第一竖直轴线对准，并且所述第一阵列中的辐射元件的另一半沿着所述第二竖直轴线对准。

32.根据权利要求26所述的带透镜基站天线，其中所述第一阵列配置成覆盖120°扇区的第一子扇区，并且所述第二阵列配置成覆盖所述120°扇区的第二不同子扇区，并且其中由所述第一阵列生成的天线束的峰值幅值处于与所述第一子扇区的中心处的方位角偏移的方位角处。

33.根据权利要求26所述的带透镜基站天线，其中沿着第一竖直轴线对准的两个竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔大于沿着所述第一竖直轴线对准的辐射元件与沿着第二竖直轴线对准的竖直相邻的辐射元件之间的竖直间隔。

34.一种带透镜基站天线，包括：

包括反射器的框架；

至少一个辐射元件阵列，所述至少一个辐射元件阵列安装成从所述反射器向前延伸；

射频(“RF”)透镜，所述射频透镜安装在所述至少一个辐射元件阵列的前方，所述RF透镜包括：透镜外壳，所述透镜外壳具有主体和安装在所述主体的第一端上的第一透镜端盖；以及在所述透镜外壳内的一个或多个RF聚焦材料，

其中所述第一透镜端盖包括第一凸缘，所述第一凸缘构造成将所述RF透镜安装到所述框架。

35.根据权利要求34所述的带透镜基站天线，其中所述主体包括玻璃纤维。

36.根据权利要求34所述的带透镜基站天线，其中所述第一端盖还包括第二凸缘，并且其中所述第一凸缘和所述第二凸缘附接到所述框架。

37.根据权利要求36所述的带透镜基站天线，其中所述透镜外壳还包括第二端盖，所述第二端盖附接到所述主体的与所述第一端相对的第二端，并且第二透镜端盖包括构造成将所述RF透镜的第二端安装到所述框架的第三凸缘和第四凸缘。

38.根据权利要求34所述的带透镜基站天线，其中所述第一端盖附接到所述反射器。

39.根据权利要求34所述的带透镜基站天线，其中所述第一凸缘包括至少一个安装点。

40.根据权利要求34所述的带透镜基站天线，其中所述第一透镜端盖包括多个肋。

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