CN113841298B - 具有骨架射频透镜的基站天线 - Google Patents

具有骨架射频透镜的基站天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113841298B
CN113841298B CN202080034195.5A CN202080034195A CN113841298B CN 113841298 B CN113841298 B CN 113841298B CN 202080034195 A CN202080034195 A CN 202080034195A CN 113841298 B CN113841298 B CN 113841298B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
station antenna
dielectric material
sheets
lens
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.)
Active
Application number
CN202080034195.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113841298A (zh
Inventor
K·S·卡萨尼
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
Priority to CN202310279700.8A priority Critical patent/CN116111319A/zh
Publication of CN113841298A publication Critical patent/CN113841298A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113841298B publication Critical patent/CN113841298B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/108—Combination of a dipole with a plane reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • 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
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device
    • 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
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

一种带透镜的基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一RF信号的相应子分量的多个辐射元件；第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的多个辐射元件；以及骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的辐射元件中的第一个并且从所述第二阵列的辐射元件中的第一个接收电磁辐射。在一些实施例中，骨架RF透镜包括由气隙分开的多个介电材料层。

Description

具有骨架射频透镜的基站天线
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2019年5月9日提交的美国临时专利申请第62/845,393号的优先权，该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的天线。
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为称作“小区”的一系列区域，并且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，该基站天线被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。
常见的基站配置为“三扇区”配置，其中，小区在方位面中被划分成三个120°扇区，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。在许多情况下，基站天线可以是所称的“多频带”，其包括以不同频带操作的两个或更多个辐射元件阵列。
扇区分裂是指这样一种技术，其中，基站的覆盖区域在方位面中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。在扇区分割应用中，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子扇区。
用于实施多波束天线的一种技术是将以相同频带操作的辐射元件的两个或更多个线性阵列安装在以不同方位角指向的天线内，使得每个线性阵列覆盖120°扇区的预定部分，例如120°扇区的一半(对于双波束天线)或120°扇区的三分之一(对于三波束天线)。由于典型的辐射元件的方位波束宽度通常适于覆盖整个120°扇区，因此RF透镜可以安装在辐射元件的线性阵列的前方，该RF透镜使每个天线束的方位波束宽度缩小适当的量，以提供对子扇区的服务。然而，不幸的是，RF透镜的使用可能增加基站天线的大小、重量和成本，并且可能存在与使用RF透镜相关联的其它问题。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了带透镜的基站天线，其包括：第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一RF信号的相应子分量的多个辐射元件；第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的多个辐射元件；以及骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的辐射元件中的第一个并且从所述第二阵列的辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述骨架RF透镜包括由气隙分开的多个介电材料层。
在一些实施例中，所述多个介电材料层可包括多个间隔开的介电材料片和多个同心介电材料筒中的至少一者。
在一些实施例中，所述基站天线可沿着纵向轴线延伸，并且所述介电材料层中的至少一些在所述基站天线的深度尺寸上的厚度可以为至少6毫米。
在一些实施例中，所述多个介电材料层可包括基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片。所述间隔开的介电材料片可以在所述基站天线的深度尺寸上彼此间隔开。
在一些实施例中，布置成基本上彼此平行的间隔开的介电材料片可包括第一组间隔开的介电材料片，所述RF透镜还可包括第二组介电材料片，所述第二组介电材料片各自相对于所述第一组间隔开的介电材料片中的介电材料片以相应角度延伸。
在一些实施例中，所述间隔开的介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度尺寸上的厚度可以在6毫米与12毫米之间，并且所述间隔开的介电材料片中的至少两个相邻介电材料片可以分开15毫米至40毫米。
在一些实施例中，布置成基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片可包括最靠近所述第一阵列的近侧介电材料片、最远离所述第一阵列的远侧介电材料片，以及在所述近侧介电材料片与所述远侧介电材料片之间的至少一个中心介电材料片。所述至少一个中心介电材料片的宽度可以超过所述近侧介电材料片的宽度和所述远侧介电材料片的宽度。
在一些实施例中，布置成基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片可包括至少五个间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，所述多个介电材料层可包括多个间隔开的介电材料片，所述RF透镜还可包括连接所述间隔开的介电材料片中的相邻介电材料片的多个介电紧固件。
在一些实施例中，所述第一阵列和所述第二阵列可以被配置成形成相应的第一天线束和第二天线束，并且所述第一天线束和所述第二天线束中的每一个的相应的方位角视轴指向方向(azimuth boresight pointing direction)可延伸穿过至少四个空气填充通道。
在一些实施例中，所述RF透镜可基本上不含金属。
在一些实施例中，沿着所述第一阵列的视轴指向方向的所述RF透镜的混合介电常数基本上可包括所述介电材料层的介电常数和空气的介电常数的平均值，所述平均值基于介电材料的量和沿着所述第一阵列的视轴指向方向存在的空气的量进行加权。
在一些实施例中，所述多个介电材料层可包括布置成基本上彼此平行且基本上垂直于所述基站天线的方位角视轴指向方向的多个间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，所述多个介电材料层可包括布置成基本上彼此平行且基本上垂直于所述第一阵列的方位角视轴指向方向的多个间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，所述RF透镜可以是柱状RF透镜。
根据本发明的另外实施例，提供了带透镜的基站天线，其包括：第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一RF信号的相应子分量的多个辐射元件；第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的多个辐射元件；以及骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的辐射元件中的第一个并且从所述第二阵列的辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述骨架RF透镜包括被布置成基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，间隔开的介电材料片可基本上垂直于基站天线的方位角视轴指向方向。
在一些实施例中，所述基站天线可沿着纵向轴线延伸，并且所述间隔开的介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度尺寸上的厚度可以为至少6毫米。
在一些实施例中，间隔开的介电材料片可在基站天线的深度尺寸上彼此间隔开。
在一些实施例中，布置成基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片可包括第一组间隔开的介电材料片，所述RF透镜还可包括第二组介电材料片，所述第二组介电材料片各自相对于所述第一组间隔开的介电材料片中的介电材料片以相应角度延伸。
在一些实施例中，所述间隔开的介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度尺寸上的厚度可以在6毫米与12毫米之间，并且所述间隔开的介电材料片中的至少两个相邻介电材料片可以分开15毫米至40毫米。
在一些实施例中，布置成基本上彼此平行的多个间隔开的介电材料片可包括至少五个间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，RF透镜的内部可基本上由被空气填充室分开的介电材料片组成。
根据本发明的又一些另外实施例，提供了带透镜的基站天线，其包括：第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一RF信号的相应子分量的多个辐射元件；第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的多个辐射元件；以及骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的辐射元件中的第一个并且从所述第二阵列的辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述RF透镜的沿着所述第一阵列的第一辐射元件的方位角视轴指向方向延伸的区段包括至少3毫米厚且介电常数为至少2.5的至少第一至第四介电材料区域，其中所述第一至第四介电材料区域中的每一个由相应的第一至第三气隙分开。
在一些实施例中，RF透镜的内部基本上可包括由空气填充室分开的介电材料片。
在一些实施例中，所述第一至第四介电材料区域中的每一个的厚度可为至少6毫米。
在一些实施例中，所述第一至第四介电材料区域可包括被布置成基本上彼此平行的第一至第四间隔开的介电材料片。
在一些实施例中，第一至第四间隔开的介电材料片中的每一个在基站天线的深度尺寸上的厚度可以在6毫米与12毫米之间，并且第一至第四间隔开的介电材料片中的至少两个相邻的介电材料片可以分开15毫米至40毫米。
在一些实施例中，第一至第四间隔开的介电材料片可由连接间隔开的介电材料片中的相邻介电材料片的多个介电紧固件互连。
附图说明
图1A是根据本发明的实施例的带透镜的基站天线的透视图。
图1B是图1A的带透镜的基站天线的分解透视图。
图1C是图1B中所示的辐射元件的线性阵列中的一个的放大透视图。
图1D是图1B中所示的RF透镜的透视图。
图1E是图1A-1B的基站天线的横向截面图。
图1F是图1A-1B的移除了顶盖的基站天线的示意性俯视图，其示出了由天线形成的天线束。
图2是根据本发明的另外实施例的带透镜的基站天线的示意性横向截面图。
图3A-3C是分别示出了图2的基站天线的第一至第三线性阵列的方位图的图表。
图4是根据本发明的又一些另外实施例的带透镜的基站天线的示意性横向截面图。
图5是根据本发明的附加实施例的带透镜的基站天线的示意性横向截面图。
图6A是根据本发明的又一些附加实施例的带透镜的基站天线的示意性横向截面图。
图6B是图6A中所示的辐射元件的线性阵列中的一个的一部分的放大透视图。
图6C是图6A的带透镜的基站天线中包括的RF透镜的示意性横截面图，其示出了可用于将介电片连接到整体结构中的多个紧固件。
图7A-7C是分别示出了图6A-6C的基站天线的第一至第三线性阵列的方位图的图表。
图8A是根据本发明的实施例的双波束基站天线(其天线罩省略)的示意性透视图。
图8B是图8A的双波束天线的示意性横截面图，其中，也省略了RF透镜以显示辐射元件的底层阵列。
图8C是根据本发明的另外实施例的RF透镜的示意性横向截面图。
图8D是根据本发明的又一些另外实施例的RF透镜的示意性横向截面图。
具体实施方式
如上所述，用于实施扇区分割的一种方法是提供具有指向扇区的不同部分的辐射元件的两个或更多个阵列的基站天线，并且使用RF透镜来缩小由阵列生成的天线束的方位角波束宽度，使得天线束的尺寸设定成向扇区的相应部分或“子扇区”提供覆盖。RF透镜可以由介电材料形成，并且通常来说，透镜材料的介电常数越高，将发生的RF聚焦越多。现有技术的带透镜的基站天线包括使用所称的“人工”介电材料作为使天线束的方位角波束宽度缩小的RF能量聚焦材料形成的RF透镜。这些人工介电材料包括分散在介电基底材料内以产生具有类似于高介电恒定介电材料的电磁特性的复合材料的小金属片。这些人工介电材料可以是轻质的，并且具有相对高的介电常数(例如，在1.8与2.2之间的介电常数)，其足以使方位角波束宽度缩小所需量。
虽然RF透镜提供了用于实施扇区分割的便利机构，但用于这些透镜中的人工介电材料可能是昂贵的，并且人工介电材料中包括的金属颗粒是无源互调(“PIM”)畸变的潜在来源。在基站天线应用中，PIM畸变尤其令人关注，因为PIM畸变的单个来源可显著降低蜂窝基站的性能。另外，RF能量的注入带透镜的基站天线的RF透镜中的部分可以转换成RF透镜内的热量，并且如果RF透镜变热过多，RF透镜的RF能量聚焦材料可能受损且其电磁特性改变，从而降低天线的性能。
根据本发明的实施例，提供了带透镜的基站天线，其包括可使用便宜的、容易获得的介电材料如聚氯乙烯(“PVC”)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(“ABS”)等形成的骨架RF透镜。这些RF透镜可以例如通过注塑成型、挤出和/或通过在天线内安装介电材料片来形成。根据本发明的实施例的RF透镜可以是“骨架”结构，其包括由气隙分开的间隔开的介电材料层，使得RF透镜包括开放间隔的框架。因此，RF透镜可能是便宜的且易于制造。通过使用具有由气隙分开的较高的介电常数(例如，2.5或更大的介电常数)的介电材料层，可形成RF透镜，所述RF透镜具有与使用人工介电材料形成的RF透镜的介电常数相当的“混合”介电常数，但成本较低。此外，根据本发明的实施例的RF透镜可以不含任何金属，因此将不会是PIM畸变的潜在来源。另外，由于根据本发明的实施例的RF透镜包括介电材料之间的空气通道，并且可由不易受热损坏的材料形成，因此它们可能不需要任何特殊散热元件来从RF透镜排出热量。根据本发明的实施例的RF透镜也可以比类似的现有技术的RF透镜的重量小，并且可以避免对包括有时用于减少PIM畸变的RF吸收器材料天线的潜在需要。
根据本发明的实施例的用于形成RF透镜的间隔开的介电材料层可具有各种各样的不同配置。一般来说，间隔开的介电材料层可被设计成使得对于安装在RF透镜后方的辐射元件的每个阵列，由该阵列沿着阵列的操作子扇区中的每个方位角发射的RF能量将通过介电材料的总厚度，从而对于材料的介电常数，将在方位面中产生所需量的聚焦RF能量。
通常，RF透镜填充有介电材料(或人工介电材料)，所述介电材料具有大于1的介电常数。因此，通过此类RF透镜的RF能量在穿过RF透镜的所有不同部分时聚焦。与此形成鲜明对比的是，根据本发明的实施例的骨架RF透镜含有RF能量不聚焦的大空气通道，使得RF能量交替地穿过相对高介电常数材料的RF能量高度聚焦的相对薄区段，并且接着穿过RF能量不聚焦的较厚空气通道。已发现，此方法可使用更便宜且更容易制造的RF透镜结构来实现必要的RF能量聚焦。另外，空气通道用作散热通道，并且RF透镜可仅由介电材料(即，不使用任何金属)形成，从而允许PIM无失真RF透镜结构。
根据本发明的实施例的基站天线可以是可以用于扇区分割应用的多波束天线。在一些实施例中，这些多波束基站天线可以包括被配置成以相同频带操作辐射元件的至少第一和第二阵列，以及定位成从第一和第二阵列接收电磁辐射的RF透镜。RF透镜可以是骨架RF透镜。在一些实施例中，骨架RF透镜包括由气隙分开的多个介电材料层。在一些实施例中，RF透镜的沿着第一阵列的第一辐射元件的方位角视轴指向方向延伸的区段包括至少3毫米厚且介电常数为至少2.5的至少第一至第四介电材料区域，其中第一至第四介电材料区域中的每一个由相应的第一至第三气隙分开。
在一些实施例中，介电材料层可包括多个平行、间隔开的介电材料片和/或多个同心介电材料筒。介电材料层中的至少一些可具有至少6毫米的厚度，并且至少一些层可由具有超过介电材料层的厚度的两倍的气隙与相邻层间隔开。在一个示例性实施例中，间隔开的介电材料片在天线的深度尺寸上具有在6毫米与12毫米之间的厚度，并且间隔开的介电材料片中的相邻介电材料片具有在15毫米与40毫米之间的中心到中心分隔。
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。
现在参考附图1A-1F，其示出了根据本发明的示例性实施例的带透镜的多波束基站天线100。具体地，图1A和1B分别是带透镜的多波束基站天线100的透视图和分解透视图。图1C是图1B中所示的辐射元件的线性阵列中的一个的放大透视图。图1D是图1B中所示的RF透镜的透视图，图1E是穿过RF透镜截取的基站天线100的横向截面图。最后，图1F是移除了顶盖的图1A-1B的基站天线的示意性俯视图。
首先参考图1A-1B，带透镜的多波束基站天线100包括壳体110。在所描绘的实施例中，壳体110是多件式壳体，其包括天线罩112、托盘114、顶端盖116和底端盖118。托架可以从托盘114的后侧延伸，其用于将天线100安装在天线安装结构上。多个RF端口120和控制端口122可安装在底端盖118中。RF端口120可包括RF连接器，该RF连接器可接收在基站天线100与一个或多个无线电设备(未示出)之间提供RF连接的同轴线缆。控制端口122可包括接收可用于将控制信号发送至天线100的控制线缆的连接器。
天线罩112、端盖116、118和托盘114可以提供对天线100的物理支撑和环境保护。端盖116、118、天线罩112和托盘114可以由例如挤出塑料形成，并且可以包括多个部件或实施为单个部件。例如，天线罩112和顶端盖116可以实施为整体元件。在一些实施例中，RF吸收器(未示出)可以放置在托盘114与辐射元件132之间(下文论述)。RF吸收器可有助于减少可能产生的无源互调(“PIM”)畸变，因为金属托盘114和金属反射器140(下文论述)可形成产生PIM畸变的共振腔。
如图1A中还示出的，基站天线100是沿着纵向轴线A1延伸的细长结构。基站天线100的方位角视轴指向方向是指从基站天线100延伸到在方位面中由基站天线服务的扇区的中心的水平轴线。当基站天线100被安装用于正常使用时，纵向轴线A1通常将沿着竖直轴线延伸，但在一些情况下，基站天线100可以从竖直方向倾斜几度，以向由基站天线100形成的天线束赋予机械下倾斜。如图1A中还示出的，基站天线100具有长度、深度和宽度。基站天线100的长度L是指天线沿着纵向轴线A1延伸的距离。天线100的深度D是指天线沿着垂直于纵向尺寸A1且与基站天线100的方位角视轴指向方向共线的轴线A2延伸的距离。基站天线100的宽度尺寸W是指天线沿着垂直于轴线A1和轴线A2两者的轴线A3延伸的距离。
参考图1B和1C，基站天线100还包括辐射元件132的一个或多个线性阵列130-1、130-2和130-3。在本文中，当多个相同的元件包括在天线中时，这些元件可以由它们的完整参考数字(例如，线性阵列130-3)单独地指代，并且可以由它们的参考数字的第一部分(例如，线性阵列130)共同地指代。每个线性阵列130包括多个辐射元件132。虽然图1B-1C中示出了每个线性阵列130中包括的辐射元件132，作为具有安装在馈线柄印刷电路板上的四个偶极子臂的交叉极化“盒形”偶极子辐射元件132，所述四个偶极子臂形成分别发射具有-45°和+45°极化的RF能量的一对倾斜-45°/+45°偶极子辐射器，但是将认识到，可使用任何适当的辐射元件132。例如，在其它实施例中，可以使用单个极化偶极子辐射元件或补片辐射元件。
如下文将更详细地论述的，基站天线100包括使每个线性阵列130的方位角波束宽度缩小的柱状RF透镜150。使用诸如RF透镜150的柱状透镜可以减少栅瓣(和其它远侧瓣)。栅瓣的减少还可有利地允许增加相邻辐射元件132之间的间隔，从而潜在地允许每个线性阵列130中包括的辐射元件132的数目减少20-30％，如美国专利第9,819,094号中所解释的。
每个线性阵列130可被安装成从反射器140向前延伸。在所描绘的实施例中，每个线性阵列130包括单独的反射器140，但将认识到，在其它实施例中，可以使用充当所有三个线性阵列130的反射器的单片反射器140。每个反射器140可包括金属片，所述金属片充当用于辐射元件132的接地平面，并且还重新向前引导由辐射元件132发射的向后引导的辐射中的大部分。如图1C中示出的，每个线性阵列130还可包括相关联的移相器/分配器134。每个移相器/分配器134的分配器部分可以将发射路径中的RF信号分为多个子分量(并且可以组合接收路径中的RF信号的多个接收子分量)。移相器/分配器134的移相器部分可用于在RF信号的子分量上注入相位锥化，以便以所需方式改变所得天线束的仰角。可以为每个线性阵列130提供一个或多个移相器/分配器134。如图1C中还示出的，两个RF连接器120可用于在每个线性阵列130与无线电设备(未示出)之间传递信号，即以两个正交极化中的每一个传递RF信号。虽然天线100包括三个线性阵列130，但将认识到，可以使用不同数目的线性阵列130。例如，在其它实施例中，可以使用两个或四个线性阵列130。
图1B和1D-1E示出了基站天线100中包括的RF透镜150。RF透镜150可以定位在线性阵列130前方，使得每个线性阵列130的方位角视轴指向方向指向RF透镜150的中心纵向轴线(其可以是基站天线100的上述纵向轴线A1)。在一些实施例中，每个线性阵列130可具有与RF透镜150大致相同的长度。当安装天线100以供使用时，方位面大体上垂直于RF透镜150的中心纵向轴线A1。
如上文所论述的，常规带透镜的基站天线可能遇到若干问题，包括成本增加、PIM畸变和/或热耗散问题，这些问题可能对RF透镜的RF能量聚焦材料的电磁特性产生负面影响。根据本发明的实施例的RF透镜可以避免与常规RF透镜相关联的这些问题，如本文将进一步详细解释的。
RF透镜150可包括或可不包括外部介电壳152。RF透镜150可以是包括间隔开的介电材料层160的骨架透镜。这些间隔开的介电材料层160可限定可具有开放或封闭侧表面的空气填充通道154。空气填充通道154的顶部和底部同样可以是打开的或关闭的。间隔开的介电材料层160可以限定开放间隔的框架。在一些实施例中，间隔开的介电材料层160可包括彼此间隔开并且可限定平行平面的多个平坦介电材料片162。在一些实施例中，一个或多个额外平坦介电材料片164(参见图6A)、柱状介电材料片166等可以连接平行的平坦介电材料片162，使得RF透镜是整体结构。在其它实施例中，可以提供介电间隔件156和/或介电紧固件158(例如，塑料螺钉)，其用于使介电材料层160彼此间隔开，并且可选地可用于使介电材料层160彼此连接，使得RF透镜150可以作为单件结构安装在基站天线100中。
间隔开的介电材料层160可用作RF能量聚焦材料。在一些实施例中，可使用相同类型的介电材料形成所有介电材料层160，使得形成骨架透镜150的材料具有恒定介电常数。在其它实施例中，可以使用两种或更多种不同的介电材料来形成骨架RF透镜150。例如，间隔开的介电材料层160可以由具有第一介电常数的介电材料形成，并且可以使用具有其它介电常数的一个或多个附加材料形成间隔件156和/或紧固件158。在另外其它实施例中，一些间隔开的介电材料160层(例如，多个平行的平坦介电材料片162)可具有第一介电常数，而其它间隔开的介电材料层160(例如，添加平行的平坦介电材料片162或其它介电材料片164)可具有不同于第一介电常数的第二介电常数。
在一些实施例中，形成RF透镜150的介电材料层160中的一些或全部可以是常规的相对轻质的介电材料，例如，PVC、ABS、聚醚酰亚胺(“PEI”，其以品牌名称UltemTM销售)、聚醚醚酮(“PEEK”)、纤维玻璃、聚四氟乙烯材料等。取决于PVC的特定配方，PVC可具有例如在约2.8与3.5之间的介电常数。ABS通常具有约3.0的介电常数，而PEI具有约3.1的介电常数。在一些示例性实施例中，用于形成根据本发明的实施例的RF透镜的大部分的固体介电材料可具有在约2.5与4.0之间以及在其它实施例中在约2.8与3.5之间的介电常数。可选择根据本发明的实施例的RF透镜中包括的介电材料的量，使得在本发明的一些实施例中，RF透镜将具有约1.7-2.3的“有效”介电常数，其中“有效”介电常数对应于由均质介电材料形成的相同尺寸的RF透镜的介电常数。换句话说，在一些实施例中，根据本发明的实施例的RF透镜可以执行与由介电常数在1.7-2.3范围内的介电材料形成的常规固体RF透镜基本上相同的聚焦量。
由于基站天线100包括交叉极化辐射元件132，因此每个线性阵列130可产生两个天线束170，即两个极化中的每一个处一个天线束170。在图1F中示意性地示出了由相应的线性阵列130-1、130-2、130-3生成的三个天线束170-1、170-2、170-3。图1F中示出了仅三个天线束170，因为由每个线性阵列130以正交极化形成的两个天线束170可具有基本上相同的形状和指向方向。由每个线性阵列130形成的天线束170的中心(即，每个线性阵列130的方位角视轴指向方向)相对于基站天线100的方位角视轴指向方向分别指向-40°、0°和40°角的方位角。因此，三个线性阵列130生成天线束170，所述天线束一起在方位面中提供对120°扇区的覆盖。
RF透镜150可以在方位面中使每个天线束170-1、170-2、170-3的3dB波束宽度从约65°缩小至约23°-25°。通过使每个天线束170的方位波束宽度缩小，RF透镜150使每个天线束170的增益增加例如约4-5dB。较高的天线增益允许多波束基站天线100以相同的服务质量支持更高的数据速率。多波束基站天线100还可以减少基站的天线计数。
如参考图1E和1F可见，天线束170-1、170-2、170-3中的每一个的方位角视轴指向方向延伸穿过大量空气填充通道154并且穿过大量介电层160。
虽然RF透镜150具有大致柱状形状，但将认识到，RF透镜150可具有其它形状，包括球形形状、椭圆形形状、细长椭圆形柱状形状等，且在本发明的其它实施例中，天线100可包括多于一个RF透镜150。
如上文所描述的，RF透镜150可仅由介电材料制成。因此，RF透镜150中可以不存在可用作PIM畸变的潜在来源的任何金属。此外，RF透镜150可由便宜的容易获得的介电材料形成，并且可例如由片材材料或通过简单的挤出工艺容易地制造。因此，与表现出相似性能水平的现有技术的RF透镜相比，RF透镜150可能更便宜。另外，如上文所描述的，RF透镜150可包括大量空气填充通道154。这些空气填充通道154可以提供用于消散由于RF透镜150吸收RF能量而在RF透镜150内产生的热量的路径，并且因此可以确保热问题不会使带透镜的基站天线100的性能降低。
图2是根据本发明的另外实施例的带透镜的基站天线200的横向截面图。带透镜的基站天线200可以与上文所描述的带透镜的基站100相同，除了基站天线100中包括的RF透镜150被替换为基站天线200中的RF透镜250之外。因此，下面的描述将仅关注RF透镜250。
如图2中所示，RF透镜250是包括间隔开的介电材料层160的骨架透镜。RF透镜250不包括单独的外部介电壳152。间隔开的介电材料层160还限定空气填充通道154，该空气填充通道具有开放侧表面，使得RF透镜250的前半部中的所有通道154彼此通信，并且RF透镜250的后半部中的所有通道154同样彼此通信。
RF透镜250中包括的间隔开的介电材料层160为彼此间隔开且限定平行平面的总共七个平坦介电材料片162-1至162-7，以及限定RF透镜250的外表面的一个柱状介电材料片166。RF透镜250还包括介电间隔件156和介电紧固件158，该介电间隔件和介电紧固件用于使平坦介电材料片160彼此间隔开且使七个平坦介电材料片162互连成单件结构。柱状介电材料片166与中间平坦介电材料片162-4一体地形成，使得整个RF透镜250是单件单元。介电间隔件156可包括例如由介电材料形成的中空筒。筒可具有封闭端，该封闭端具有用于接收紧固件158的相应开口(例如，螺纹孔)。介电紧固件158可包括例如塑料螺钉。应当理解，介电间隔件156和介电紧固件158可以各种各样的其它方式实现。作为另一实例，介电紧固件158可包括塑料螺母和螺栓，介电间隔件156可包括具有封闭端的筒，筒中具有平滑的孔开口，筒的侧壁中有开口。侧壁中的开口可以允许将塑料螺母插入其中，并且每个螺栓可以穿过平坦介电材料片162中的相应一个中的开口，并且穿过三面筒156的端部中的对应开口，并且进入其对应的螺母中。
在图2的RF透镜250中，每个平坦介电材料片162与一个或两个相邻的平坦介电材料片162间隔开H2、H3或H4的距离，最前面的平坦介电材料片162-1的中心与柱状介电材料片166间隔开距离H1，且最后面的平坦介电材料片162-7的中心与柱状介电材料片166类似地间隔开距离H1。平坦介电材料片162对称地布置在RF透镜250中，但这不需要如此。平坦介电材料片162可以具有不同的宽度。如图2中所示，位于RF透镜250的中心的平坦介电材料片162-4具有最大宽度，而RF透镜250的前部和后部的平坦介电材料片162-1、162-7分别具有最小宽度。平坦介电材料片162的宽度随着距位于RF透镜250的中间的平坦介电材料片162-4的距离的增加而变得越来越小。
每个平坦介电材料片162可具有某一厚度。在图2所示的实施例中，所有平坦介电材料片162具有与柱状介电材料片166相同的厚度T1，但在其它实施例中厚度可变化。在一些实施例中，厚度T1可以在例如5-15毫米之间。在其它实施例中，厚度T1可以在7-12毫米之间。在另外其它实施例中，厚度T1可以在8-10毫米之间。在一些实施例中，H1可以大于H2、H3和H4。在一些实施例中，H1可以在例如30-50毫米之间，并且在其它实施例中，可以在35-45毫米之间。在一些实施例中，H2、H3和H4可以在例如15-40毫米之间。在其它实施例中，H2、H3和H4可以在20-35毫米之间，并且在另外其他实施例中，在25-30毫米之间。在一些实施例中，每个距离H2、H3、H4可以是由特定空气填充通道154分开的介电片162的厚度T1的至少两倍。在其它实施例中，每个距离H2、H3、H4可以是由特定空气填充通道154分开的介电片162的厚度T1的至少三倍。例如，介电材料片162-5和162-6可各自具有厚度T1，且可以由深度距离为H3的空气填充通道分开。H3可以是厚度T1的至少两倍或至少三倍。
应认识到，应选择介电片的厚度、介电片的介电常数以及相邻介电片之间的间隙的大小以优化根据本发明的实施例的RF透镜的性能。一般来讲，随着介电常数和/或介电片的厚度的增加，相邻介电片之间的间隔也可以增加。还将认识到，根据本公开，由空气填充通道间隔开的介电材料片在聚焦RF能量的方式方面不同于具有相同厚度的单个固体介电材料块。
图3A-3C是分别示出了图2的基站天线的第一至第三线性阵列的方位图的图表。图3A-3C中的每个图中的不同曲线表示在1695-2170MHz频带内各种不同频率下的方位图的模拟图，所述频带是基站天线200中的辐射元件132的线性阵列130的操作频带。提供曲线，其示出了图3A-3C中的每个图中的共极化和交叉极化方位图。下面的表I概括了基站天线200的各种模拟性能参数。
表I
规格 子频带1 子频带2 子频带3
子频带频率范围(MHz) 1695-1880 1820-1990 1920-2170
方位角3dB波束宽度(度) 26 25 24
峰值方位角侧瓣(dB) 15.3 15 14.9
前后比，180°+/-30°区域(dB) 25 24 24
视轴处的交叉极化鉴别率(dB) 15 15 15
如表I中所示，取决于线性阵列130操作的特定子频带，每个波束的3dB方位角波束宽度在24°与26°之间。通常，约23°的3dB方位角波束宽度对于每扇区提供三个天线束的天线是最佳的，并且在24°-26°范围内的值对于大多数(如果不是所有)扇区分割应用是可接受的。峰值方位角侧瓣低于每个天线束的峰值增益15dB，这还是可接受的性能。前后比和交叉极化鉴别率性能也在可接受的范围内。因此，表I中所示的模拟结果指示基站天线200为三个子扇区扇区分割应用提供可接受的性能。此性能是用RF透镜250实现的，该RF透镜可能制造成本较低，可能更轻，更可靠(因为它可能不会经历由于热积聚问题导致的退化)，并且这不是PIM畸变的潜在来源。
图4是根据本发明的又一些另外实施例的带透镜的基站天线300的示意性横向截面图。带透镜的基站天线300可以与上文所述的带透镜的基站200几乎相同，除了基站天线100中包括的RF透镜150被替换为基站天线300中的RF透镜350之外。因此，下面的描述将仅关注RF透镜350。RF透镜350与基站天线200中包括的RF透镜250非常相似，因此下面的描述将仅关注这两个透镜之间的差异。
如图4中所示，RF透镜350也是骨架透镜，其包括呈七个平行的间隔开的平坦介电材料片162形式的间隔开的介电材料层160以及限定RF透镜350的外表面的柱状介电材料片166(在基站天线300中其小于基站天线200中包括的对应柱状介电材料片166)。在一些实施例中，可以省略柱状介电材料片166。间隔开的介电材料层160还限定具有开放侧表面的空气填充通道154。在RF透镜350中省略RF透镜250中包括的介电间隔件156和介电紧固件158。相反，天线300的顶部端盖116和底部端盖118(参见图1A)可包括内部细长通道，该内部细长通道被配置成接收平坦介电材料片162的相应的顶部和底部。顶部端盖116和底部端盖118还可包括具有圆形形状的相应的内部通道，所述内部通道被配置成接收柱状介电材料片166的相应的顶部和底部。替代地或另外，可以提供单独的透镜支撑结构(未示出)，其用于将RF透镜350保持在基站天线300内的适当位置。由于基站天线300在其它方面可以与基站200基本上相同，因此将省略其进一步描述。基站天线300可具有与基站天线200基本上相同的性能。
图5是根据本发明的附加实施例的带透镜的基站天线400的示意性横向截面图。带透镜的基站天线400可以与上文所述的带透镜的基站300几乎相同，除了基站天线300中包括的RF透镜350被替换为基站天线400中的RF透镜450之外。因此，下面的描述将关注RF透镜450上。
RF透镜450与RF透镜350的不同之处在于：RF透镜450包括多个柱状介电材料片166-1至166-5，并且不包括任何平坦介电材料片。中心柱状介电材料片166-1可包括实心介电材料筒(如图所示)，而其余四个柱状介电材料片166-2至166-5可包括具有环形形状的开放筒。因此，RF透镜450包括围绕实心介电材料筒的多个同心环形介电材料筒。虽然中心介电材料“片”166-1在所描绘的实施例中实现为实心介电材料筒，但应了解，在其它实施例中，其可被替换为具有开口内部的介电材料筒。通常，每个同心介电筒的顶部和底部将打开以简化RF透镜450的制造，但这不需要如此。
线性阵列130中的每一个的视轴指向方向直接穿过相对厚的实心介电筒166-1。因此，筒166-1可以对每个线性阵列130发射的RF能量执行大量聚焦。此外，柱状介电材料片166-2至166-4相对靠近柱状介电材料片166-1定位，这可增加每个线性阵列130发射的RF能量在横穿RF透镜450时穿过的介电材料的量，因为RF能量可能不仅穿过每个柱状介电材料片166-2至166-4的“前部”和“后部”，而且还穿过该片的“侧面”，其中RF能量将穿过较大量的介电材料。可以使用顶部端盖116和底部端盖118中的适当成形的通道和/或用单独的支撑结构(未示出)(如RF透镜350的情况)，和/或通过使用介电间隔件156和介电紧固件158(如RF透镜250的情况)，将RF透镜450支撑在基站天线400中。
图6A-6C示出了根据本发明的另外实施例的基站天线500。特别地，图6A是基站天线500的示意性横向截面图，图6B是基站天线500中包括的辐射元件532的线性阵列130中的一个的一部分的放大透视图，图6C是带透镜的基站天线500中包括的RF透镜550的更详细横向截面图。带透镜的基站天线500与上文所述的带透镜的基站200非常相似，除了基站天线500的线性阵列130中包括的辐射元件532不同于辐射元件132，并且基站天线500中包括的RF透镜550包括基站天线200的RF透镜250中不存在的四个成角度的平坦介电材料片164。下面的描述将关注基站天线500与基站天线200之间的不同。
如图6A和6C中所示，RF透镜550是骨架透镜，其包括限定开放侧空气填充通道154的间隔开的介电材料层160。间隔开的介电材料层160包括与RF透镜250中包括的平坦介电材料片162相同的七个平行的平坦介电材料片162以及相对于七个平行的平坦介电材料片162成角度的另外四个平坦介电材料片164。RF透镜550可任选地包括柱状介电材料片166，其围绕平坦介电材料片162、164并且限定RF透镜550的外表面。RF透镜550还包括介电间隔件156和介电紧固件158，该介电间隔件和介电紧固件用于将平坦介电材料片162、164互连成单件结构。
另外四个平坦介电材料片164提供对由辐射元件532的线性阵列130发射的RF能量的额外聚焦。另外四个平坦介电材料片164定位成主要聚焦由线性阵列130-1和130-3发射的RF能量。特别地，第一平坦介电材料片164-1和第二平坦介电材料片164-2分别沿着RF透镜550的后侧直接定位在线性阵列130-1、130-3的前方，并且第三平坦介电材料片164-3和第四平坦介电材料片164-4分别沿着RF透镜550的前侧定位在线性阵列130-1和130-3的方位角视轴指向方向。如图6A中最佳可见，来自线性阵列130-1和130-3的RF能量可以穿过七个平行的平坦介电材料片162的较少介电材料，因为片162-1和162-7具有小宽度，并且因此不沿着线性阵列130-1和130-2的相应的方位角视轴指向方向。因此，与由线性阵列130-2发射的RF能量相比，由线性阵列130-1、130-3发射的RF能量可能经历七个平行的平坦介电材料片162的较少聚焦。添加四个平坦介电材料片164-1至164-4可以补偿此减少的聚焦量，以使线性阵列130-1、130-3的方位角波束宽度充分缩小。
如上所述，基站天线500使用与基站天线200中使用的类型不同的辐射元件532来形成线性阵列130。在图6B中描绘了若干辐射元件532。辐射元件532是被设计成在整个1695-2690MHz频带上操作的超宽频带辐射元件。还向每个辐射元件532添加了引向器534。
图7A-7C是分别示出了图6A-6C的基站天线的第一至第三线性阵列的方位图的图表。图7A-7C中的每个图中的不同曲线表示在1695-2690MHz频带内各种不同频率下的方位图的模拟图，所述频带是基站天线500中的辐射元件532的线性阵列130的操作频带。提供曲线，其示出了图7A-7C中的每个图中的共极化和交叉极化方位图。下面的表II概括了基站天线500的各种模拟性能参数。
表II
Figure BDA0003341711740000161
如表II中所示，基站天线500可以被设计成在1695-2690MHz频率范围内的四个不同子频带中操作。所有四个子频带的性能高度一致。例如，取决于线性阵列130操作的特定子频带，每个波束的3dB方位角波束宽度在23°与26.5°之间。峰值方位角侧瓣在低于每个天线束的峰增益的13dB至15dB之间变化，这表示可接受的性能。前后比和交叉极化鉴别率性能也在可接受的范围内。因此，表II中所示的模拟结果指示基站天线500在整个1695-2690MHz频率范围内为三个子扇区扇区分割应用提供可接受的性能。
上面讨论的本发明的实施例全部是三波束天线，其包括用于将120°扇区分成三个40°子扇区的辐射元件的三个线性阵列。然而，应认识到，本发明的实施例不限于此。
例如，图8A是根据本发明的实施例的双波束基站天线600(其天线罩省略)的示意性透视图。图8B是双波束天线600的示意性透视图，其中，省略了RF透镜650以显示基站天线600的辐射元件的底层阵列。可以例如使用本文所论述的任何RF透镜设计来实现RF透镜650。此外，这些RF透镜设计还可被修改为(1)对RF能量执行较少聚焦(因为基站天线是双波束天线，其被设计成在方位面中将扇区分成两个60°子扇区)和/或(2)使介电材料相对于辐射元件的两个线性阵列更适当地布置。
例如，图8C示出了RF透镜750，其可以用于实现基站天线600的RF透镜650。如通过比较图6A和8C可见，平坦介电材料片162的数目从RF透镜550中的七个减少到RF透镜750中的五个，且平坦介电材料片164的数目从RF透镜550中的四个减少到RF透镜750中的两个，因为双波束天线600需要较少聚焦RF能量。另外，第一和第二平坦介电材料片164在RF透镜750中略微不同地成角度，使得它们分别垂直于线性阵列630-1和630-2的方位角视轴指向方向。图8D示出了另一RF透镜850，其可以用于实现基站天线600中的RF透镜650。如图8D中所示，RF透镜850包括弯曲以形成V形介电材料片的多个平坦介电材料片162。
同样将认识到，根据本发明的实施例的基站天线的非透镜部分可具有任何适当设计，包括不同数目的线性阵列、不同阵列设计、不同类型的辐射元件等。这例如在图8A-8B中示出，其示出了基站天线600包括与常规的直线性阵列相反的辐射元件632的“交错”线性阵列630-1、630-2。如图8B中所示，基站天线600具有V形反射器，并且线性阵列630中的辐射元件632包括小的“交错”，使得给定阵列630中的辐射元件632并非全部沿着共同竖直轴线对准，而是一些辐射元件632从其它辐射元件632水平地偏移小的量。在图8A-8B所示的特定示例中，给定阵列630中的所有辐射元件632沿着两个竖直轴线中的一个对准。如2018年8月24日提交的美国临时专利申请序列号62/722,238中所解释的，此类交错线性阵列可包括在基站天线中，以便改善操作频带内的方位角波束宽度的稳定性，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
还将认识到，根据本发明的实施例，基站天线可以包括多于一个RF透镜。例如，上文所述的基站天线各自包括延伸天线的整个长度的单个圆形柱状RF透镜。然而，将认识到，这些圆形柱状天线可以替换为多个圆形柱状RF透镜的叠堆，所述多个圆形柱状RF透镜可与上述RF透镜相同，除了每个RF透镜可具有较短的高度之外。这些较短的RF透镜可以堆叠以提供与上述RF透镜形状完全相同的多件式RF透镜。替代地，可以在堆叠的透镜之间设置小间隙以进一步促进气流通过散热管。
根据本发明的实施例的RF透镜在附图中主要以横截面示出。应了解，用于形成根据本发明的实施例的RF透镜的介电材料片可在RF透镜的纵向上延伸RF透镜的整个长度。通常，每个介电材料片的长度(即，在基站天线的纵向方向上的距离)将略大于RF透镜相关联的基站天线的辐射元件的长度。
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。还应注意，根据本发明的实施例的天线可用于除扇区分隔之外的其它应用中，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。
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”包括所列的相关联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元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，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“联接”到另一元件时，该元件可以直接连接或联接到另一元件，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“直接联接”到另一元件时，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，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，当在本文中使用时，术语“包括(comprises/comprising)”，和/或“包含(includes/including)”指定存在所述的特征、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 (25)

1.一种带透镜的基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一射频(“RF”)信号的相应子分量的第一多个辐射元件；
第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的第二多个辐射元件；以及
骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的所述第一多个辐射元件中的一个或多个辐射元件并且从所述第二阵列的所述第二多个辐射元件中的一个或多个辐射元件接收电磁辐射；
其中所述骨架RF透镜包括由气隙分开的多个介电材料层，使得第一RF信号和第二RF信号交替地穿过RF能量被高度聚焦于其中的介电材料层，然后穿过RF能量未被聚焦于其中的空气通道，所述空气通道比介电材料层厚。
2.根据权利要求1所述的带透镜的基站天线，其中所述多个介电材料层包括多个间隔开的平坦介电材料片和多个同心介电材料筒中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的带透镜的基站天线，其中所述基站天线沿着纵向轴线延伸，其中所述介电材料层中的至少一些在所述基站天线的深度维度上的厚度为至少6毫米，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的深度维度指所述基站天线沿着垂直于所述纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
4.根据权利要求1所述的带透镜的基站天线，其中所述多个介电材料层包括被布置成基本上彼此平行的多个间隔开的平坦介电材料片。
5.根据权利要求2所述的带透镜的基站天线，其中所述多个间隔开的平坦介电材料片中的多个平坦介电材料片被布置为基本上彼此平行。
6.根据权利要求3所述的带透镜的基站天线，其中所述多个间隔开的平坦介电材料片中的多个平坦介电材料片被布置为基本上彼此平行。
7.根据权利要求4-5中任一项所述的带透镜的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片在所述基站天线的深度维度上彼此间隔开，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的所述深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
8.根据权利要求6所述的带透镜的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片在所述基站天线的所述深度维度上彼此间隔开。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的带透镜的基站天线，其中被布置成基本上彼此平行的所述多个间隔开的平坦介电材料片包括第一组间隔开的介电材料片，所述RF透镜还包括第二组介电材料片，所述第二组介电材料片各自相对于所述第一组间隔开的介电材料片中的介电材料片以相应角度延伸。
10.根据权利要求4-5中任一项所述的带透镜的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度维度上的厚度在6毫米与12毫米之间，并且所述间隔开的平坦介电材料片中的至少两个相邻介电材料片分开介于15毫米与40毫米之间，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的所述深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
11.根据权利要求6所述的带透镜的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片中的至少一些在所述基站天线的所述深度维度上的厚度在6毫米与12毫米之间，并且所述间隔开的平坦介电材料片中的至少两个相邻介电材料片分开介于15毫米与40毫米之间。
12.根据权利要求4-6中任一项所述的带透镜的基站天线，其中被布置成基本上彼此平行的所述多个间隔开的平坦介电材料片包括最接近所述第一阵列的近侧介电材料片、最远离所述第一阵列的远侧介电材料片以及在所述近侧介电材料片与所述远侧介电材料片之间的至少一个中心介电材料片，其中所述至少一个中心介电材料片的宽度超过所述近侧介电材料片的宽度和所述远侧介电材料片的宽度。
13.根据权利要求4-6中任一项所述的带透镜的基站天线，其中被布置成基本上彼此平行的所述多个间隔开的平坦介电材料片包括至少五个间隔开的平坦介电材料片。
14.一种基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一射频(“RF”)信号的相应子分量的第一多个辐射元件；
第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的第二多个辐射元件；以及
骨架RF透镜，所述骨架RF透镜定位成从所述第一阵列的所述第一多个辐射元件中的一个或多个辐射元件并且从所述第二阵列的所述第二多个辐射元件中的一个或多个辐射元件接收电磁辐射；
其中所述骨架RF透镜包括被布置成基本上彼此平行的多个间隔开的平坦介电材料片。
15.根据权利要求14所述的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片基本上垂直于所述基站天线的方位角视轴指向方向，其中所述基站天线的所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线。
16.根据权利要求14或15所述的基站天线，其中所述基站天线沿着纵向轴线延伸，其中所述间隔开的平坦介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度维度上的厚度为至少6毫米，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
17.根据权利要求14或15所述的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片在所述基站天线的深度维度上彼此间隔开，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
18.根据权利要求14或15所述的基站天线，所述RF透镜还包括一组介电材料片，所述一组介电材料片各自相对于所述多个间隔开的平坦介电材料片以相应角度延伸。
19.根据权利要求14所述的基站天线，其中所述间隔开的平坦介电材料片中的至少一些在所述基站天线的深度维度上的厚度在6毫米与12毫米之间，并且所述间隔开的平坦介电材料片中的至少两个相邻介电材料片分开介于15毫米与40毫米之间，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的所述深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
20.一种基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列包括被配置成传输第一射频(“RF”)信号的相应子分量的第一多个辐射元件；
第二阵列，所述第二阵列包括被配置成传输第二RF信号的相应子分量的第二多个辐射元件；以及
RF透镜，所述RF透镜定位成从所述第一阵列的所述第一多个辐射元件中的一个或多个辐射元件并且从所述第二阵列的所述第二多个辐射元件中的一个或多个辐射元件接收电磁辐射；
其中所述RF透镜的沿着所述第一阵列的所述第一多个辐射元件中的第一辐射元件的方位角视轴指向方向延伸的区段包括至少第一介电材料区域、第二介电材料区域、第三介电材料区域和第四介电材料区域，所述第一介电材料区域、所述第二介电材料区域、所述第三介电材料区域和所述第四介电材料区域中的每一个为至少3毫米厚并且具有为至少2.5的介电常数，其中所述第一介电材料区域、所述第二介电材料区域、所述第三介电材料区域和所述第四介电材料区域中的两个相邻介电材料区域由第一气隙、第二气隙和第三气隙中的相应一个气隙分开，其中所述第一多个辐射元件中的所述第一辐射元件的所述方位角视轴指向方向指从所述第一多个辐射元件中的所述第一辐射元件延伸到在方位面中由所述第一多个辐射元件中的所述第一辐射元件服务的扇区的中心的轴线。
21.根据权利要求20所述的基站天线，其中所述第一介电材料区域、所述第二介电材料区域、所述第三介电材料区域和所述第四介电材料区域中的每一个包括相应的介电材料片，所述介电材料片在彼此之间由空气填充室分开。
22.根据权利要求20所述的基站天线，其中所述第一介电材料区域、所述第二介电材料区域、所述第三介电材料区域和所述第四介电材料区域中的每一个的厚度为至少6毫米。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的基站天线，其中所述第一介电材料区域、所述第二介电材料区域、所述第三介电材料区域和所述第四介电材料区域分别包括被布置成基本上彼此平行的第一间隔开的介电材料片、第二间隔开的介电材料片、第三间隔开的介电材料片和第四间隔开的介电材料片。
24.根据权利要求23所述的基站天线，其中所述第一间隔开的介电材料片至所述第四间隔开的介电材料片中的每一个在所述基站天线的深度维度上的厚度在6毫米与12毫米之间，并且所述第一间隔开的介电材料片至所述第四间隔开的介电材料片中的至少两个相邻介电材料片分开介于15毫米与40毫米之间，其中所述基站天线具有方位角视轴指向方向，所述方位角视轴指向方向指从所述基站天线延伸到在方位面中由所述基站天线服务的扇区的中心的水平轴线，并且其中所述基站天线的深度维度指所述基站天线沿着垂直于纵向轴线并且与所述基站天线的所述方位角视轴指向方向共线的轴线延伸的距离的维度。
25.根据权利要求23所述的基站天线，其中所述第一间隔开的介电材料片至所述第四间隔开的介电材料片由连接所述间隔开的介电材料片中的相邻介电材料片的多个介电紧固件互连。
CN202080034195.5A 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线 Active CN113841298B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310279700.8A CN116111319A (zh) 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962845393P 2019-05-09 2019-05-09
US62/845,393 2019-05-09
PCT/US2020/027643 WO2020226845A1 (en) 2019-05-09 2020-04-10 Base station antennas having skeletal radio frequency lenses

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310279700.8A Division CN116111319A (zh) 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113841298A CN113841298A (zh) 2021-12-24
CN113841298B true CN113841298B (zh) 2023-04-14

Family

ID=73050745

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080034195.5A Active CN113841298B (zh) 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线
CN202310279700.8A Pending CN116111319A (zh) 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310279700.8A Pending CN116111319A (zh) 2019-05-09 2020-04-10 具有骨架射频透镜的基站天线

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11462836B2 (zh)
CN (2) CN113841298B (zh)
WO (1) WO2020226845A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116130951B (zh) * 2022-12-12 2023-09-22 江苏亨鑫科技有限公司 一种具有层叠介质的排气管天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2223577C2 (ru) * 2002-04-15 2004-02-10 Корженков Петр Николаевич Большая диэлектрическая линза с силовым радиопрозрачным каркасом
CN109546359A (zh) * 2018-12-06 2019-03-29 北京神舟博远科技有限公司 一种基于3d打印的方向图可重构相控阵天线系统
CN109638473A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 北京交通大学 透镜天线及透镜天线制作方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6590544B1 (en) * 1998-09-01 2003-07-08 Qualcomm, Inc. Dielectric lens assembly for a feed antenna
US6606077B2 (en) * 1999-11-18 2003-08-12 Automotive Systems Laboratory, Inc. Multi-beam antenna
JP3822619B2 (ja) * 2004-08-19 2006-09-20 独立行政法人電子航法研究所 全方向性を有する誘電体レンズ装置。
US7420525B2 (en) * 2006-06-23 2008-09-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Multi-beam antenna with shared dielectric lens
US7539573B2 (en) * 2006-06-23 2009-05-26 Pitney Bowes Software Inc. Enhanced positional accuracy in geocoding by dynamic interpolation
IT1392314B1 (it) 2008-12-18 2012-02-24 Space Engineering Spa Antenna a lente discreta attiva aperiodica per coperture satellitari multifascio
US9397407B2 (en) * 2012-12-20 2016-07-19 Canon Kabushiki Kaisha Antenna system
US9780457B2 (en) 2013-09-09 2017-10-03 Commscope Technologies Llc Multi-beam antenna with modular luneburg lens and method of lens manufacture
EP3120642B1 (en) * 2014-03-17 2023-06-07 Ubiquiti Inc. Array antennas having a plurality of directional beams
CN109643839B (zh) * 2016-09-07 2021-02-19 康普技术有限责任公司 适合用于蜂窝和其它通信系统的多频带多波束透镜式天线
CN109149122B (zh) * 2018-09-06 2020-10-16 西安电子科技大学 一种基于3d打印的透镜和透镜天线
US11855349B2 (en) 2018-11-07 2023-12-26 Commscope Technologies Llc Lensed base station antennas having functional structures that provide a step approximation of a Luneberg lens

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2223577C2 (ru) * 2002-04-15 2004-02-10 Корженков Петр Николаевич Большая диэлектрическая линза с силовым радиопрозрачным каркасом
CN109546359A (zh) * 2018-12-06 2019-03-29 北京神舟博远科技有限公司 一种基于3d打印的方向图可重构相控阵天线系统
CN109638473A (zh) * 2019-01-14 2019-04-16 北京交通大学 透镜天线及透镜天线制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113841298A (zh) 2021-12-24
CN116111319A (zh) 2023-05-12
US11462836B2 (en) 2022-10-04
WO2020226845A1 (en) 2020-11-12
US20220216617A1 (en) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3622579B1 (en) Base station antennas having parasitic coupling units
US11264727B2 (en) Lensed base station antennas having staggered vertical arrays for azimuth beam width stabilization
CN111989824B (zh) 具有天线罩影响消除特征的多带基站天线
CN110611173B (zh) 带透镜基站天线
US11056773B2 (en) Twin-beam base station antennas having thinned arrays with triangular sub-arrays
US11205852B2 (en) Multi-band base station antennas having integrated arrays
US20170062952A1 (en) Dual band, multi column antenna array for wireless network
US11855349B2 (en) Lensed base station antennas having functional structures that provide a step approximation of a Luneberg lens
US11069960B2 (en) Multiband base station antennas having improved gain and/or interband isolation
US11621497B2 (en) Antenna assembly for a beamforming antenna and base station antenna
CN113841298B (zh) 具有骨架射频透镜的基站天线
US11909102B2 (en) Base station antennas having partially-shared wideband beamforming arrays
US7355555B2 (en) Antenna
US11581638B2 (en) Dual-beam antenna array
US20230006367A1 (en) BASE STATION ANTENNAS INCLUDING SLANT +/- 45º AND H/V CROSS-DIPOLE RADIATING ELEMENTS THAT OPERATE IN THE SAME FREQUENCY BAND
US20240006744A1 (en) Twin-beam base station antennas having bent radiator arms
US20240128638A1 (en) Twin-beam antennas having hybrid couplers
CN116937120A (zh) 用于低成本应用的其中具有多样的子阵列布局的双波束基站天线
Khalil et al. Development of the C-Band Directional Antenna

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant