CN114696092A - 带有电介质隔离器的天线组件和基站天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线组件，所述天线组件包括一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，其中，所述电介质隔离器被配置为调整辐射元件之间的耦合信号的相位，以用于至少部分地消除辐射元件之间的耦合干扰，由此能够改善天线的辐射方向图。此外，本发明还涉及一种具有所述天线组件的基站天线以及一种借助于电介质隔离器调试天线组件的方法。

Description

带有电介质隔离器的天线组件和基站天线
技术领域
本发明一般涉及无线电通信，更具体地说，涉及一种用于蜂窝通信系统的带有电介质隔离器的天线组件、相关的基站天线、例如波束成形天线以及一种借助于电介质隔离器调试天线组件的方法。
背景技术
基站天线通常包括辐射元件、例如交叉偶极子或贴片辐射元件的线性阵列或二维阵列。为了增加系统容量，目前正在部署波束成形基站天线，其包括多个紧密间距的、构造用于波束成形的辐射元件线性阵列。许多波束成形天线设计用于利用波束成形使得在方位角平面中产生的天线波束的波束宽度变窄。这增加了在期望的用户方向上传输的信号功率，并减少了干扰。
如果波束成形天线中的辐射元件的线性阵列紧密地间距在一起，则可以将天线波束扫描到方位角平面中的非常宽的角度，而不会产生大的旁瓣或者说大幅度的旁瓣。然而，当线性阵列更紧密地间隔在一起时，相邻线性阵列中的辐射元件之间的相互耦合增加，这降低了基站天线的其他性能参数、例如共极化性能。因此天线的辐射方向图会畸形，波束合成性能会变差。这是不希望的。
为了改善隔离性能，会在各辐射元件之间设置隔离器。传统的隔离器通常用金属件或带有金属图案的PCB元件实现。这些隔离器上的金属作用面可以至少部分地减小相邻的辐射元件之间的耦合信号。然而，这些隔离器基于自身的金属作用面可能会干扰天线的辐射方向图。例如这些隔离器可以吸收由相应的辐射元件发射的无线电波并将无线电波以不同的相位重新向外辐射。因此，这些传统的隔离器可能会负面地影响天线的辐射方向图。而这也是不希望的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的带有电介质隔离器的天线组件、相关的基站天线以及一种借助于电介质隔离器调试天线组件的方法。
按照本发明的第一方面，提供一种用于波束成形天线的天线组件。所述天线组件包括一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，其中，所述电介质隔离器被配置为调整辐射元件之间的耦合信号的相位，以用于至少部分地消除辐射元件之间的耦合干扰。
在本公开中，电介质隔离器应理解为一种不带有金属作用面的隔离器。与金属隔离器不同地，RF信号基本上会传输经过电介质隔离器，而不会或以较低程度发生如金属隔离器那样在隔离器表面进行的再反射或再辐射。电介质隔离器的工作原理在于RF信号的波长会随着传播介质的介电常数的变化而变化。基于此，通过改变RF信号传输经过隔离器所经受的相位变化量可以调整辐射元件之间的(至少)一部分耦合信号的相位，以用于至少部分地消除辐射元件之间的耦合干扰，从而在保持对天线的辐射方向图较低程度的负面影响的情况下改善天线的隔离度性能。
按照本发明的第二方面，提供一种天线组件。所述天线组件包括基板、安装在基板上的一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，其中，所述电介质隔离器构成为无金属的隔离器，并且所述电介质隔离器布置在辐射元件之间，以便至少部分地降低辐射元件之间的耦合干扰。
根据本发明一些实施例的天线组件可以改善辐射方向图形状和/或改善天线的交叉极化鉴别率性能。
按照本发明的第三方面，提供一种基站天线，其包括根据本发明各实施例之一所述的天线组件。在一些实施例中，所述基站天线可以构成为波束成形天线或大规模多输入多输出天线。
按照本发明的第四方面，提供一种借助于电介质隔离器调试天线组件的方法，所述天线组件包括一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，所述方法包括：选择电介质隔离器的厚度和/或介电常数，从而使传输经过电介质隔离器的第一部分耦合信号抵消了未传输经过电介质隔离器的第二部分耦合信号。
按照本发明的第五方面，提供一种电介质隔离器，所述电介质隔离器被配置为通过改变传输经过电介质隔离器的第一部分耦合信号的相位来减少相邻辐射元件之间的耦合干扰，其中，传输经过电介质隔离器的所述第一部分耦合信号抵消了未传输经过电介质隔离器的第二部分耦合信号。
附图说明
图中：
图1示出根据本发明一些实施例的基站天线的示意性立体图；
图2示出在图1的基站天线中的天线组件的局部立体图；
图3示出图2中的天线组件的由电介质隔离器和隔栏形成的组件的示例性视图；
图4示出根据本发明一些实施例的天线组件的第一简化示意图；
图5示出根据本发明一些实施例的天线组件的第二简化示意图；
图6示出根据本发明一些实施例的天线组件的第三简化示意图；
图7示出根据本发明一些实施例的天线组件的第四简化示意图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明，其中的附图示出了本发明的若干实施例。然而应当理解的是，本发明可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本发明的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本发明的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。
应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本发明。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在X和Y之间”和“在大约X和Y之间”应当解释为包括X和Y。本说明书使用的用辞“在大约X和Y之间”的意思是“在大约X和大约Y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约X至Y”的意思是“从大约X至大约Y”。
在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
现在将参考附图更详细地描述本发明的一些实施例。
参照图1和2，图1示出根据本发明一些实施例的基站天线的示意性立体图；图2示出在图1的基站天线中的天线组件的局部立体图；
如图1所示，基站天线100是沿纵轴线L延伸的细长结构。基站天线100可以具有大致矩形横截面的管状形状。基站天线100包括天线罩110和顶端盖120。在一些实施例中，天线罩110和顶端盖120可以包括单个整体单元，这可以有助于防水。一个或多个安装支架150设置在天线罩110的后侧，其可用于将基站天线100安装到例如天线塔上的天线支架(未示出)上。基站天线100还包括底端盖130，底端盖130包括安装在其中的多个连接器140。基站天线100通常以竖直方式安装(即，当基站天线100处于正常运行中时，纵轴线L可大致垂直于由地平线限定的平面)。在此公开的根据本发明实施例的技术可以应用于多种不同类型的基站天线，例如，多频带天线、波束成形天线、大规模多输入多输出(MIMO)天线等。
如图2所示，基站天线100包括天线组件200，天线组件200例如可以在顶端盖120或底端盖130附接到天线罩110之前从顶部或底部可滑动地插入天线罩110中。天线组件200可以包括基板(例如反射体)和从基板向前延伸的多个辐射元件222阵列220。每个阵列220可包括一列辐射元件222，使得各阵列220一起形成一个成行成列布置的辐射元件222二维排布。这些辐射元件阵列220可以沿竖直方向V从基站天线100的底端部130延伸到顶端部120，竖直方向V可以是基站天线100的纵轴线L的方向。该竖直方向V可以垂直于水平方向H和前向方向F(见图1)。在其他实施例中，相邻阵列(列)220中的辐射元件222在竖直方向V上发生偏移，使得每一列相对于相邻列交错。
应理解的是，这些辐射元件222可以是任意类型的具有任意工作频带的辐射元件。在一些实施例中，这些辐射元件222可以是高频带辐射元件，其工作频带可以是例如3GHz至6GHz或者其中的一个或多个部分范围。在其他实施例中，这些辐射元件222的工作频带可以是毫米波通信频段(例如几十个GHz的频段)。在其他实施例中，这些辐射元件222可以是中频带辐射元件，其工作频带例如可以为例如1427MHz至2690MHz或者其中的一个或多个部分范围。在其他实施例中，这些辐射元件222可以是低频带辐射元件，其工作频带例如可以为617MHz至960MHz或者其中的一个或多个部分范围。
继续参见图2，可以看到一个隔离器210布置在相邻的两个辐射元件222之间，以用于降低辐射元件222之间的耦合干扰，从而提高阵列220之间的隔离度。根据本发明的各实施例，隔离器210是一类电介质隔离器，而并非传统的带有金属作用面的隔离器。在一些实施例中，所述电介质隔离器210可以是纯塑料件。在一些实施例中，所述电介质隔离器210可以由纯PCB基材制成，即不带有金属覆层的PCB基材。由此能以成本有利的方式制造电介质隔离器。传统的金属隔离器基于自身的金属作用面可以与辐射元件相互作用并在一些情况下可能会引起天线的辐射方向图的畸变。金属隔离器的这种负面效应随着在相邻的辐射元件之间的间距的变小而趋向增大。在一些情况下，甚至无法在相邻的辐射元件222之间安装这些金属隔离器。
电介质隔离器210可以不带有任何金属作用面。因此，电介质隔离器210不具有或者说以较低程度具有金属隔离器所具有的上述负面效应。金属隔离器往往会反射或接收并再辐射RF信号。相反地，RF信号倾向于会通过根据本发明的实施例的电介质隔离器，而不带有或仅带有较低的反射或再辐射。在本公开中，电介质隔离器210的工作原理在于：RF信号通过电介质隔离器的速度是电介质隔离器210的介电常数的函数。RF信号的传播速度影响RF信号通过电介质隔离器210时其相位变化的程度。因此，可以通过改变电介质隔离器210的厚度和/或介电常数来调整穿过电介质隔离器210的RF信号部分的相位变化量。通过调整RF信号传输经过隔离器所经受的相位变化量可以调整辐射元件之间的(至少)一部分耦合信号的相位，以用于至少部分地消除辐射元件之间的耦合干扰。具体地，电介质隔离器210可以布置在第一部分耦合信号的传播路径中，第一部分耦合信号由此会传输经过电介质隔离器而经受相位变化、例如相位滞后。而第二部分耦合信号并不传输经过电介质隔离器，由此不会经受由电介质隔离器引起的附加相位变化。当第一部分耦合信号与第二部分耦合信号基于相位的差异而发生相消或者说叠减时，消除辐射元件之间的耦合干扰则可以被有效地降低，从而改善天线的隔离度性能。
在本发明的一些实施例中，可以在每个辐射元件222的周围设置隔栏230、240。这些隔栏可以使得辐射元件周围的电磁分布更加对称、均匀，从而改善天线的辐射方向图，例如使得辐射方向图的交叉极化更纯。如图2所示，天线组件200可以包括多个在竖直方向V上延伸的第一隔栏230。第一隔栏230分别布置各辐射元件阵列220的各辐射元件的(水平方向的)两侧。天线组件200可以包括多个在水平方向H上延伸的第二隔栏240。第二隔栏240分别布置在辐射元件阵列220的各辐射元件222的(竖直方向的)两侧。第一隔栏230和/或第二隔栏240可以构成为印制有金属图案的PCB隔栏。在其他实施例中，第一隔栏230和/或第二隔栏240也可以构成为金属隔栏、例如铜隔栏或铝隔栏。应理解的是，在图2中示出的第一隔栏230和第二隔栏240的布置方式只是一种示例性的实施例，其数量和布置方式也可以根据需要进行改变。在一些实施例中，天线组件200也可以仅具有第一隔栏230或第二隔栏240。
根据本发明的一些实施例，电介质隔离器210可以通过任意的方式安装在辐射元件222之间、例如电介质隔离器210可以安装在隔栏230、240之一上；电介质隔离器210可以使用单独的支承机构安装；或者以适当的方式例如通过铆钉、焊接等直接安装在反射体上。
参照图3，示出了由电介质隔离器210和隔栏230(以及可选地由电介质隔离器210和隔栏240)形成的组件的示例性视图，其中示出了电介质隔离器210的一种可行的安装方案，即，电介质隔离器210直接安装在隔栏上230或240，由此形成了电介质隔离器210和隔栏230或240的组件。
结合图2和3，电介质隔离器210可以安装在第一隔栏230上，使得该电介质隔离器210可以处于相邻阵列220的辐射元件222之间，从而降低相邻阵列220之间辐射元件222的耦合干扰。第一隔栏230可以安装在反射体上，并且在第一隔栏230的背离反射体的端部上具有配合部2301，例如突出部。电介质隔离器210可以具有与配合部对应的对应配合部2101，例如槽。由此，电介质隔离器210可以借助于对应配合部2101安装到第一隔栏230的配合部2301上。在所示实施例中，电介质隔离器210可以借助于槽形状配合地或者说紧密地安装在第一隔栏230上，或者可以通过附加的器件、例如通过焊接进行固牢。在其他实施例中，电介质隔离器210也可以粘接到第一隔栏230上。
类似地，电介质隔离器210也可以安装在第二隔栏240上，使得该电介质隔离器210可以处于同一阵列的两个辐射元件222之间，从而降低同一阵列的辐射元件222之间的耦合干扰。在此不再赘述。
在图2和3的实施例中，电介质隔离器210可以构成为长方体形的介质块。应理解的是，电介质隔离器210可以具有任意适宜的形状和结构，并非限制于特定的实施例。在其他实施例中，电介质隔离器210也可以构成为圆柱形、棱柱形、薄片形或针形等等。
此外，电介质隔离210器的安装位置和/或数量也可以根据性能要求、成本要求和/或安装条件等因素适宜地选择。通常，在实际调试时，可以实时观测网络分析仪显示的隔离数据来选择优化的安装位置。在这些优化的安装位置处，各耦合信号可以基于相应的相位差异而发生相消效果，使得至少部分地消除辐射元件222之间的耦合干扰。
图4至7示例性地示出了根据本发明一些实施例的天线组件200的不同的简化示意图。
图4示出了根据本发明一些实施例的天线组件200的第一简化示意图。图4仅示例性地示出了四个辐射元件线性阵列：多个第一辐射元件222(在此示例性地为3个)，设置为竖直延伸的第一阵列2201；多个第二辐射元件222，设置为竖直延伸的第二阵列2202；多个第三辐射元件222，设置为竖直延伸的第三阵列2203；多个第四辐射元件222，设置为竖直延伸的第四阵列2204。这四个阵列在水平方向H上彼此相邻布置。此外，在各阵列的两侧也分别布置了沿竖直方向V延伸的第一隔栏230。
由于辐射元件222根据其在反射体正面中所处位置不同，所受到的耦合干扰的强度也不同。通常，例如在由四个线性阵列220(如图4所示)组成的天线阵列中，与在由线性阵列形成的组合二维阵列的外部区域或“外围”上的辐射元件222相比，在中心区域中的辐射元件222可以从周围的辐射元件222接收更多的耦合干扰。另外，在每个线性阵列的中心的辐射元件222通常被配置为比靠近每个线性阵列的两端的辐射元件222传输更多的RF能量。因此，受成本要求和/或安装条件等因素影响，电介质隔离器210可以仅被提供给在组合式二维阵列的中心区域中的辐射元件222，因为这些辐射元件222传输更多的RF能量并且由于它们邻近数量更多的其他辐射元件222的事实而受到更多的耦合干扰。在图4所示的实施例中，可以仅在中间区域设置电介质隔离器210(例如通过上面提及的安装方式安装在处于中间区域中的第一隔栏230上)，从而使得处于中间区域的第二阵列2202和第三阵列2203的辐射元件之间的耦合干扰得到抑制。
图5示出了根据本发明一些实施例的天线组件的第二简化示意图。在图5的实施例中，在各阵列2201-4之间均设置有电介质隔离器210。
图6示出根据本发明一些实施例的天线组件200的第三简化示意图。在图6的实施例中，除了第一隔栏230之外，天线组件200还包括多个在水平方向H上延伸的第二隔栏240。由此，电介质隔离器210也可以安装在第二隔栏240上，使得该电介质隔离器210可以处于同一阵列的两个辐射元件222之间，从而降低同一阵列的辐射元件222之间的耦合干扰。
图7示出根据本发明一些实施例的天线组件的第四简化示意图。各相邻阵列2201-4设计成彼此在竖直方向V上错开排布，也就是说，各相邻阵列2201-4中的辐射元件222不再水平对齐。由此，增大相邻辐射元件222的同一极化的辐射器间的空间距离，以提高相邻阵列之间的隔离度。此外，图7还示出了安装在第二隔栏240上的电介质隔离器210，这些电介质隔离器210可以有效地降低同一阵列的辐射元件222之间的耦合干扰。当然，电介质隔离器210也可以不借助隔栏地单独地布置在辐射元件222周围。
虽然已经描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。

Claims (10)

1.一种天线组件，其特征在于，所述天线组件包括一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，其中，所述电介质隔离器被配置为调整辐射元件之间的耦合信号的相位，以用于至少部分地消除辐射元件之间的耦合干扰。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述电介质隔离器被布置在第一辐射元件与第二辐射元件之间的耦合信号的传输路径中，以便调整所述耦合信号从第一辐射元件传输至第二辐射元件的相位变化量；和/或
所述电介质隔离器被配置为，使得传输经过电介质隔离器的第一部分耦合信号与未传输经过电介质隔离器的第二部分耦合信号发生相消效果；和/或
所述电介质隔离器是塑料件。
3.一种天线组件，其特征在于，所述天线组件包括基板、安装在基板上的一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，其中，所述电介质隔离器构成为无金属的隔离器，并且所述电介质隔离器布置在辐射元件之间，以便至少部分地降低辐射元件之间的耦合干扰。
4.根据权利要求3所述的天线组件，其特征在于，所述一个或多个辐射元件阵列包括竖直延伸的第一阵列和相邻的竖直延伸的第二阵列，至少一个电介质隔离器布置在第一阵列与第二阵列之间；和/或
所述天线组件包括用于所述一个或多个辐射元件阵列的第一隔栏，所述第一隔栏布置在第一阵列与第二阵列之间；和/或
至少一个电介质隔离器安装在所述第一隔栏上；和/或
所述第一隔栏安装在基板上，并且在所述第一隔栏的背离基板的端部上具有配合部，所述至少一个电介质隔离器具有与配合部对应的对应配合部，所述至少一个电介质隔离器借助于所述对应配合部安装到第一隔栏的配合部上；和/或
所述一个或多个辐射元件阵列包括竖直延伸的第一阵列，至少一个电介质隔离器布置在第一阵列的相邻的辐射元件之间；和/或
所述天线组件包括用于所述一个或多个辐射元件阵列的第二隔栏，所述第二隔栏布置在第一阵列的相邻的辐射元件之间；和/或
至少一个电介质隔离器安装在所述第二隔栏上；和/或
所述第二隔栏安装在基板上，并且在所述第二隔栏的背离基板的端部上具有配合部，至少一个电介质隔离器具有与配合部对应的对应配合部，所述至少一个电介质隔离器借助于所述对应配合部安装到第一隔栏的配合部上；和/或
所述一个或多个辐射元件阵列包括分配有第一份额射频功率的第一辐射元件和分配有第二份额射频功率的第二辐射元件，其中，第一份额射频功率大于第二份额射频功率，其中，相邻于所述第一辐射元件布置有至少一个电介质隔离器，而相邻于所述第二辐射元件未布置有电介质隔离器；和/或
第一辐射元件处于所述一个或多个辐射元件阵列的中间区域，而第二辐射元件处于所述一个或多个辐射元件阵列的边缘区域。
5.根据权利要求3或4所述的天线组件，其特征在于，所述电介质隔离器构成为纯塑料件；和/或
所述电介质隔离器由纯PCB基材制成；和/或
所述基板是反射体。
6.基站天线，其包括根据权利要求1至5之一所述的天线组件。
7.根据权利要求6所述的基站天线，其特征在于，所述基站天线构成为波束成形天线或大规模多输入多输出天线。
8.一种借助于电介质隔离器调试天线组件的方法，所述天线组件包括一个或多个辐射元件阵列以及用于所述一个或多个辐射元件阵列的至少一个电介质隔离器，所述方法包括：
选择电介质隔离器的厚度和/或介电常数，从而使传输经过电介质隔离器的第一部分耦合信号抵消了未传输经过电介质隔离器的第二部分耦合信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述电介质隔离器布置在辐射元件之间，以便至少部分地降低辐射元件之间的耦合干扰；和/或
所述天线组件构成为根据权利要求1至5之一所述的天线组件。
10.一种电介质隔离器，其特征在于：所述电介质隔离器被配置为通过改变传输经过电介质隔离器的第一部分耦合信号的相位来减少相邻辐射元件之间的耦合干扰，其中，传输经过电介质隔离器的所述第一部分耦合信号抵消了未传输经过电介质隔离器的第二部分耦合信号。
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