CN116097524A - 天线系统和馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法 - Google Patents

Abstract

一种天线系统包括具有至少三个双极化辐射元件的天线阵列，其中每个双极化辐射元件包括第一极化状态的第一辐射部分和与第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分。该天线系统还包括与每个极化状态的双极化辐射元件连接的馈送结构。该馈送结构包括用于馈送第一极化状态的双极化辐射元件的第一子阵列的第一馈送网络，以及用于馈送第二极化状态的双极化辐射元件的第二子阵列的第二馈送网络。该第二子阵列至少部分不同于所述第一子阵列。该天线系统提供了改进的结构，其中通过增加馈送线之间的距离来减少耦合，并由此提高系统性能。

Description

天线系统和馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法

技术领域

本公开大体上涉及天线领域，更具体地说，涉及天线系统和馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法。

背景技术

一般来说，通信系统使用多个天线(其中每个天线包括一个或多个辐射体)来执行大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，mMIMO)。通常，辐射结构的允许尺寸(即孔径)受到约束。此外，众所周知，可用孔径上天线数量增加到超过一定密度会适得其反。因为这导致了天线耦合，并且辐射图变得高度相关，从而导致通信系统的性能较差。

传统的天线系统使用更多数量的收发器(即发射器/接收器(transmitter/receiver，TRx)或无线电链)来在辐射图控制中引入更高的灵活性，以便提高使用mMIMO的天线的性能。这些收发器映射到可用的辐射体上。在传统的天线阵列中，每个收发器通常馈送特定数量的天线元件，这些天线元件组称为子阵列。在传统天线阵列双极化的情况下，每个子阵列的每个极化都被馈送在一起，共享相同的天线元件。然而，由于通信系统的系统性能取决于天线阵列上每个收发器之间的耦合，因此如果使用更多数量的收发器，系统性能就会下降。因此，技术问题是如何降低天线(即在传统天线阵列或天线系统中)中的耦合水平，以提高天线系统的性能。

因此，根据上述讨论，需要克服与传统天线系统相关的上述缺点。

发明内容

本公开寻求提供一种天线系统和馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法。本公开寻求提供一种解决天线阵列中收发器之间耦合的现有问题的方案，该问题降低了传统天线系统的系统性能。本公开的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的解决方案，并提供一种改进的天线系统结构，其中减少了耦合，提高了系统性能。

本公开的目标是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。本公开的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。

在一个方面，本公开提供了一种天线系统，包括：具有至少三个双极化辐射元件的天线阵列，其中所述双极化辐射元件中的每个双极化辐射元件被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分和与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分；以及与每个极化状态的所述双极化辐射元件连接的馈送结构，其中所述馈送结构包括：第一馈送网络，用于通过与第一子阵列中的所述双极化辐射元件的所述第一辐射部分连接来馈送所述第一极化状态的所述双极化辐射元件的所述第一子阵列，及第二馈送网络，用于通过与第二子阵列中的所述双极化辐射元件的所述第二辐射部分连接来馈送所述第二极化状态的所述双极化辐射元件的所述第二子阵列，其中所述第二子阵列至少部分不同于所述第一子阵列。

本公开提供了一种改进的天线系统结构，其中第一馈送网络和第二馈送网络以馈送网络的馈送线之间的距离增加的方式布置，并且因此天线系统中的耦合减少(例如，改进了馈送解耦)。由于第二子阵列至少部分不同于第一子阵列，这意味着收发器馈送共享辐射元件但不共享极化的子阵列，从而改善收发器之间的解耦。此外，馈送线在天线系统中交替布置(例如，使得在天线阵列中占用的空间减少)，这使得与传统天线系统相比，天线布线的集成度更高。有益的是，本公开的天线系统提供了额外的自由度，例如第一子阵列和第二子阵列的辐射图成形中的自由度，这进一步改善了天线系统的灵活性和系统性能。

在一种实现形式中，天线阵列是二维大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，mMIMO)天线阵列。

有益的是，即使天线系统是mMIMO阵列，其中使用了多个收发器和双极化辐射元件，仍然减少了收发器之间的耦合，提高了系统性能。在传统和市售的双极化mMIMO阵列中，每对双极化辐射元件或三元组(即三个双极化辐射元件)由两个收发器(即2个TRx)馈送，每个极化一个收发器。与传统的双极化mMIMO阵列相反，在本公开的天线系统中，一个收发器(TRx)馈送相同极化的辐射元件子集(即第一子阵列)，而另一个收发器馈送不同极化(例如正交极化)的部分不同的辐射元件子集(即第二子阵列)，这显著减少了耦合，并提高了系统性能。

在另一种实现形式中，第一子阵列和第二子阵列中的每一个子阵列的双极化辐射元件在俯视图中水平分布和/或垂直分布。

由于第一子阵列和第二子阵列水平分布和/或垂直分布，本公开的天线系统在第一子阵列和第二子阵列的辐射图成形方面提供了额外的自由度，这进一步改善了天线系统的灵活性和系统性能。

在另一种实现形式中，第一子阵列和第二子阵列中的每一个子阵列包括三个或更多个双极化辐射元件。

由于天线系统中的馈送结构，第一子阵列和第二子阵列的三个或更多个双极化辐射元件具有改进的解耦。因此，与传统天线相比，辐射图不相关，并且系统性能得到了改善。

在另一种实现形式中，天线系统还包括被布置在天线阵列的至少一侧上的至少一个单极化辐射元件。

通过在天线阵列的顶部和底部添加的至少一个单极化辐射元件，可以获得所有双极化辐射元件的配对。例如，在天线阵列的一些双极化辐射元件未配对的边缘，提供至少一个单极化辐射元件用于所有双极化辐射元件的配对。

在另一种实现形式中，辐射元件中的每个辐射元件包括贴片天线。

贴片天线是一种扁平的辐射贴片，通过该贴片，可以在天线系统(或天线阵列)的有限空间中使用大量的辐射元件，并且由于这些贴片天线的馈送结构，实现了改进的解耦。

在另一种实现形式中，辐射元件中的每个辐射元件包括导向器。

通过导向器，双极化辐射元件增加了在给定方向上发射或接收的电磁辐射的方向性，以保持系统性能。

另一方面，本公开提供了一种馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法，其中所述天线阵列包括至少三个双极化辐射元件，所述双极化辐射元件中的每个双极化辐射元件被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分和与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分，所述方法包括：利用第一馈送网络，通过将所述第一馈送网络与第一子阵列中的所述双极化辐射元件的所述第一辐射部分连接来馈送所述第一极化状态的所述双极化辐射元件的所述第一子阵列，以及利用第二馈送网络，通过将连接所述第二馈送网络与第二子阵列中的所述双极化辐射元件的所述第二辐射部分连接来馈送所述第二馈送网络与所述第二极化状态的所述双极化辐射元件的所述第二子阵列，其中所述第二子阵列至少部分不同于所述第一子阵列。

本公开提供了一种改进的馈送天线阵列的方法，其中第一馈送网络和第二馈送网络的馈送线之间的距离增加，使得天线阵列中的耦合减少(即，改进了馈送解耦)。此外，此方法能够通过交替布置的馈送线馈送，使得与传统天线相比，天线布线的集成度更高。有益的是，本公开的方法在第一子阵列和第二子阵列的辐射图成形方面提供了额外的自由度，这进一步改善了天线阵列的性能。

应理解，可以组合所有上述实现方式。

需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在表示相应实体适于或被配置为执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何组合实现。可以理解的是，本公开的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所定义的本公开的范围。

本公开的附加方面、优点、特征和目的从结合所附权利要求书解释的以下附图和说明性实现方式的详细描述中变得显而易见。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更好地理解以上发明内容以及说明性实施例的以下详细描述。为了说明本公开，本公开的示例性结构在附图中示出。但是，本公开不限于本文公开的具体方法和工具。此外，本领域技术人员应理解，附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，相同的元件用相同的数字表示。

现在参考以下附图以示例方式来描述本公开的实施例，其中：

图1A是根据本公开的实施例的天线系统的天线阵列的一部分的图示；

图1B是根据本公开的实施例的天线系统的图示；

图1C是根据本公开的另一实施例的天线系统的图示；

图1D是根据本公开的又一实施例的天线系统的图示；

图2是根据本公开的实施例的馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法的流程图；

图3是根据本公开实施例的天线系统和天线阵列的图示；

图4A是根据本公开的实施例的天线系统的一部分的实现的图示；

图4B是根据本公开的另一实施例的天线系统的一部分的实现的图示；

图4C是根据本公开的又一实施例的天线系统的一部分的实现的图示；

图4D是根据本公开的另一实施例的天线系统的一部分的实现的图示；

图5A是根据本公开的实施例的在第一极化状态下工作的天线系统的图示；

图5B是根据本公开的实施例的在第二极化状态下工作的天线系统的图示；

图5C是根据本公开的实施例的在第一极化状态和第二极化状态下工作的天线系统的图示。

在附图中，带下划线的数字用于表示带下划线的数字所在的项目或与带下划线的数字相邻的项目。不带下划线的数字涉及由将不带下划线的数字与项目链接的线标识的项目。当一个数字不带下划线并具有关联的箭头时，不带下划线的数字用于标识箭头指向的一般项目。

具体实施方式

以下详细描述说明了本公开的实施例以及可以实现这些实施例的方式。虽然已经公开了实施本公开的一些模式，但本领域技术人员应认识到，也可以存在用于实施或实践本公开的其它实施例。

图1A是根据本公开的实施例的天线系统的天线阵列的一部分的图示。参考图1A，示出了天线系统的天线阵列102的一部分。在图1A中，在天线阵列102的该部分中，示出了四个双极化辐射元件(例如双极化辐射元件104)和与双极化辐射元件104连接的馈送结构106。每个双极化辐射元件104包括第一辐射部分108和第二辐射部分110。馈送结构106包括第一馈送网络112和第二馈送网络114。示出了第一子阵列116和第二子阵列118。此外，示出了连接到第一馈送网络112和第二馈送网络114两者的收发器120。在图1A中，应理解，表示第一子阵列116和第二子阵列118的虚线正方形仅用于说明目的，并不构成天线阵列102的一部分。此外，出于说明的目的，粗线用于表示一个极化状态(即第一极化状态)的第一馈送网络112，虚线用于表示另一个极化状态(即第二极化状态)的第二馈送网络114，其中第一馈送网络112和第二馈送网络114都是导电轨道。

在一个方面，本公开提供了天线系统，包括：具有至少三个双极化辐射元件的天线阵列102，其中每个双极化辐射元件104被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分108和与第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分110；以及与每个极化状态的双极化辐射元件104连接的馈送结构106，其中馈送结构106包括：第一馈送网络112，用于通过与第一子阵列116中的双极化辐射元件104的第一辐射部分108连接来馈送第一极化状态的双极化辐射元件104的第一子阵列116，及第二馈送网络114，用于通过与第二子阵列118中的双极化辐射元件104的第二辐射部分110连接来馈送第二极化状态的所述双极化辐射元件104的第二子阵列118，其中第二子阵列118至少部分不同于所述第一子阵列116。

天线系统的天线阵列102也可以称为包括多个天线元件(即以限定方式布置的多个天线设备、辐射元件或辐射体)的天线面板或阵列。天线系统用于电信。例如，天线系统可以用于无线通信系统。在一些实施例中，这种天线系统的阵列或一个或多个天线系统可以用于通信系统。这种无线通信系统的示例包括但不限于基站(例如演进型NodeB(evolvedNodeB，eNB)、gNB等)、中继器设备、用户驻地设备和其它定制的电信硬件。在一种实现方式中，天线阵列102的辐射侧可以具有非平面结构。本领域普通技术人员应理解，系统的天线阵列102可以具有不同的几何形状，例如细长形、方形、矩形、圆形或甚至平面结构，而不限制本公开的范围。天线阵列102是指两个或更多个双极化辐射元件104的组合，这些双极化辐射元件可以水平或垂直布置，或者以水平和垂直的组合布置，以实现无线通信。

根据一个实施例，天线阵列102是二维大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，mMIMO)天线阵列。天线系统被配置为使用MIMO或多用户MIMO(multi-user MIMO，MU-MIMO)或大规模MIMO方法，以通过双极化辐射元件104同时向诸如用户装置设备或基站之类各种网络节点发射或从其接收射频信号。天线系统支持MIMO，以实现与UE通信的频谱效率。有益的是，即使天线阵列102是mMIMO阵列，其中使用了多个收发器120和双极化辐射元件104，仍然减少了收发器120之间的耦合，提高了总体系统性能。

双极化辐射元件104也可以称为天线元件，并且被配置为向UE等设备发射及从其接收通信信号(例如射频信号)。在一个示例中，双极化辐射元件104从馈送结构106接收射频电流，以便能够发射和接收射频信号。双极化辐射元件104可以被配置为作为上行链路元件或下行链路元件工作。在一个示例中，双极化辐射元件104可替换地作为上行链路和下行链路元件工作。

根据一个实施例，每个辐射元件104包括导向器。导向器使双极化辐射元件104能够增加在给定方向上发射或接收的电磁信号/辐射的方向性。因此，使用导向器的双极化辐射元件104可以在给定方向上形成RF信号束。

每个双极化辐射元件104被配置为在一频率范围内工作。频率范围是指双极化辐射元件104发射或接收通信信号的范围。在一个示例中，频率范围可以是5G新无线电(newradio，NR)射频范围(例如，构成毫米波(mmWave)信号的低于6GHz的F1频带或高于6GHz的F2频带)。在另一个示例中，频率范围为20千赫至300GHz。

双极化辐射元件104包括第一极化状态的第一辐射部分108和与第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分110。通过第一辐射部分108和第二辐射部分110，每个双极化辐射元件104可以发射或接收两个独立的数据流。有益的是，由于第二极化状态与第一极化状态正交，因此两个极化状态之间的干扰减少。在一个示例中，由第一辐射部分108和第二辐射部分110发射或接收的射频信号之间的干扰减少。换句话说，两个辐射部分发射的电磁信号的方向彼此正交。

根据一个实施例，每个辐射元件104包括贴片天线。贴片天线是指用于辐射频率范围内的电磁信号的扁平辐射贴片。在一个示例中，贴片辐射体形式的辐射元件104具有顶表面和底面，其中频率范围内的电磁信号从顶表面辐射。在一种实现方式中，辐射元件104是金属贴片辐射体。

馈送结构106与每个极化状态的双极化辐射元件104连接。馈送结构106用于使第一辐射部分108和第二辐射部分110发射或接收电磁信号。如图所示，馈送结构106向每个双极化辐射元件104的第一辐射部分108和第二辐射部分110提供馈送电流。换句话说，馈送结构106是指导电轨道，其被布置成向用于第一极化的第一辐射部分108和用于第二极化的第二辐射部分110提供馈送电流。

根据一个实施例，馈送结构106的第一馈送网络112和第二馈送网络114连接到相应的收发器(在图1A中也表示为TRx)。在一个示例中，每个收发器120对应于连接到第一馈送网络112和第二馈送网络114两者的无线电链，或者是无线电链的一部分。无线电链是指单个无线电及其所有支持信号处理电子组件，包括收发器、一个或多个混频器、一个或多个放大器和一个或多个模拟/数字转换器。

根据一个实施例，第一子阵列和第二子阵列中的每个子阵列包括至少一对双极化辐射元件104。换句话说，第一子阵列116和第二子阵列118中的每个子阵列都包括一对双极化辐射元件104。在一个示例中，第一子阵列116包括第一双极化辐射元件104a和第二双极化辐射元件104b，第二子阵列118包括第二双极化辐射元件104b和第三双极化辐射元件104c。

在一些实施例中，备选地，第一子阵列和第二子阵列中的每个子阵列包括三个或更多个双极化辐射元件104。在一些实现方式中，第一子阵列116和第二子阵列118中的每个子阵列可以包括双极化辐射元件104的三元组。每个收发器120通常馈送特定数量的天线元件，称为子阵列。在传统和市售的双极化mMIMO阵列中，每对双极化辐射元件或三元组(即三个双极化辐射元件)由两个收发器(即2个TRx)馈送，每个极化一个收发器。与传统的双极化mMIMO阵列相反，如在本公开的天线阵列102中示出，一个收发器(TRx)馈送相同极化的辐射元件子集(即第一子阵列116)，而另一个收发器馈送不同极化(例如正交极化)的部分不同的辐射元件子集(即第二子阵列118)，这显著减少了耦合并提高了系统性能。

馈送结构106包括第一馈送网络112，用于通过与第一子阵列116的双极化辐射元件104的第一辐射部分108连接来馈送第一极化状态的双极化辐射元件104的第一子阵列116。在一个示例中，第一子阵列116包括双极化辐射元件104中的第一双极化辐射元件104a和第二双极化辐射元件104b。在这种情况下，第一馈送网络112通过连接到相应的第一辐射部分108来馈送第一双极化辐射元件104a和第二双极化辐射元件104b两者的第一极化状态。

根据一个实施例，收发器120的第一收发器120a连接到第二馈送网络114，此第二馈送网络向第一子阵列116的双极化辐射元件104的第一极化状态提供馈送电流。

馈送结构106还包括第二馈送网络114，用于通过与第二子阵列118的第二辐射部分110连接来馈送第二极化状态的双极化辐射元件104的第二子阵列118。在一个示例中，第二子阵列118包括双极化辐射元件104中的第二双极化辐射元件104b和第三双极化辐射元件104c。在这种情况下，第二馈送网络114通过连接到相应的第二辐射部分110来馈送第二双极化辐射元件104b和第三双极化辐射元件104c两者的第二极化状态。

根据一个实施例，收发器120的第二收发器120b连接到第一馈送网络112，此第一馈送网络向第二子阵列118的双极化辐射元件104的第二极化状态提供馈送电流。

各种收发器120(通过第一馈送网络112和第二馈送网络114)馈送共享双极化辐射元件104但不共享极化状态的子阵列。在一个示例中，每个双极化辐射元件104具有两个极化状态(即第一极化状态和第二极化状态)，使得第一极化状态由一个收发器如收发器“A”馈送，第二极化状态将由另一个收发器如收发器“B”馈送。这减少了收发器之间的耦合，提高了系统性能。

第二子阵列118至少部分不同于第一子阵列116。换句话说，第一子阵列116和第二子阵列118具有至少一个公共的双极化辐射元件(例如双极化辐射元件104b)以及在每个子阵列中具有至少一个不同的双极化辐射元件(例如双极化辐射元件104a或双极化辐射元件104c)。或者，第一子阵列116包括第一双极化辐射元件104a和第二双极化辐射元件104b，第二子阵列118包括公共的第二双极化辐射元件104b和不同的第三双极化辐射元件104c。因此，在这个示例中，第二子阵列118至少部分不同。

相比于第一子阵列116和第二子阵列118完全彼此重叠的传统天线系统，本公开的天线系统与传统使用的天线系统相比，减少了各种收发器120之间的耦合。在一个示例中，传统天线系统中的同极性耦合和x极性耦合水平更高，而本公开的天线系统这在方面显著降低。收发器120之间的耦合可能会限制天线系统提供的性能，并因此限制天线系统提供的容量。因此，控制和降低耦合水平是重要的，这可以由本公开的天线系统实现。

由于双极化辐射元件104在本公开的天线系统中以及在传统天线系统中非常靠近，这种减小的空间可能导致高耦合，从而使得布线可能具有挑战性。因此，在本公开的天线系统中，第一馈送网络112和第二馈送网络114以增加馈送网络的馈送线之间的距离以减少耦合的方式布置。因此，与传统天线系统相比，第一子阵列116和第二子阵列118的相位中心移位。由于极化耦合与距离成反比，所以与传统天线系统相比，上述距离的增加减少了极化耦合。有益的是，具有天线阵列102的天线系统在设置收发器配置方面提供了额外的自由度。在一个示例中，天线系统允许收发器进行高度解耦的垂直或水平配置。

图1B是根据本公开的实施例的天线系统的图示。图1B结合图1A中的元件描述。参考图1B，示出了天线系统122A。天线系统122A包括双极化辐射元件104，每个双极化辐射元件包括第一辐射部分108和第二辐射部分110。示出了第一馈送网络112和第二馈送网络114。还示出了第一子阵列116和第二子阵列118。此外，示出了连接到第一馈送网络112和第二馈送网络114两者的收发器120。

天线系统122A包括图1A中描述的天线阵列102，其在天线系统122A中一起工作。在天线系统122A中，第一馈送网络112和第二馈送网络114垂直布置。

根据一个实施例，第一子阵列和第二子阵列中的每个子阵列的双极化辐射元件104在俯视图中垂直分布。在一个示例中，第一子阵列116和第二子阵列118的三个双极化辐射元件104以第一双极化辐射元件104a在第二双极化辐射元件104b上方且第三双极化辐射元件104c在第二双极化辐射元件104b下方的方式垂直布置。

第一子阵列116和第二子阵列118垂直布置，它们之间有重叠。换句话说，第一子阵列116和第二子阵列118两者具有一个公共的双极化辐射元件。

在天线系统122A中，与传统天线系统的馈送线相比，给定馈送网络(例如第一馈送网络112)的两条馈送线之间的距离D更大。因此使得收发器120的布线改进。此外，第一馈送网络112和第二馈送网络114可以不彼此平行，因此与传统天线系统相比，能够更好地集成。有益的是，天线系统122A改进了收发器120之间的解耦，此解耦与距离D成比例，距离D相对于它们各自的相位中心增加。此外，由于给定馈送网络的馈送线交替占用空间(水平地)，因此布线可能会有更高的集成度。此外，改进的馈送解耦是可能的，因为与馈送线彼此接近而导致耦合的传统天线系统相比，馈送线分布在更大的区域上。术语垂直和水平是指在部署天线系统122A时相对于地面(将地球表面视为水平表面)的方向。

图1C是根据本公开的另一个实施例的天线系统的图示。图1C结合图1A和1B中的元件描述。参考图1C，示出了天线系统122B。天线系统122B包括双极化辐射元件104，每个双极化辐射元件包括第一辐射部分108和第二辐射部分110。示出了第一馈送网络112和第二馈送网络114。还示出了第一子阵列116和第二子阵列118。此外，示出了连接到第一馈送网络112和第二馈送网络114两者的收发器120。

在天线系统122B中，第一馈送网络112垂直布置，第二馈送网络114水平布置。第一子阵列116垂直布置，第二子阵列118水平布置，它们之间有重叠。换句话说，第一子阵列116和第二子阵列118两者具有一个公共的双极化辐射元件。第一子阵列116和第二子阵列118连接到垂直布置的第一馈送网络112和水平布置的第二馈送网络114。天线系统122B具有与天线系统122A相似的优点。

根据一个实施例，第一子阵列和第二子阵列中的每个子阵列的双极化辐射元件104在俯视图中分别垂直和水平分布。在一个示例中，三个双极化辐射元件104可能水平和垂直布置，使得第一双极化辐射元件104a布置在第二双极化辐射元件104b的上方，第三双极化辐射元件104c布置在第二双极化辐射元件的右侧。

图1D是根据本公开的又一个实施例的天线系统的图示。图1D结合图1A、1B和1C中的元件描述。参考图1D，示出了天线系统122C。天线系统122C包括双极化辐射元件104，每个双极化辐射元件包括第一辐射部分108和第二辐射部分110。示出了第一馈送网络112和第二馈送网络114。还示出了第一子阵列116和第二子阵列118。此外，示出了连接到第一馈送网络112和第二馈送网络114两者的收发器120。

在天线系统122C中，第一馈送网络112备选地垂直和水平布置。此外，第二馈送网络114也备选地水平和垂直布置。因此，第一子阵列116备选地垂直和水平布置。此外，第二子阵列118也备选地水平和垂直布置。有益的是，水平和垂直布置馈送网络的组合在子阵列的辐射图成形方面提供了额外的自由，这使得天线系统122C的系统性能提高。换句话说，相同极化的垂直和水平对的组合可以在子阵列的辐射图成形方面获得额外的自由，这可使得系统性能提高。天线系统122C具有与天线系统122A相似的优点。

根据一个实施例，第一子阵列和第二子阵列中的每个子阵列的双极化辐射元件104在俯视图中备选地垂直和水平分布。在一个示例中，两个或三个双极化辐射元件104水平和垂直布置，使得第一双极化辐射元件104a布置在第二双极化辐射元件104b的下方，第三双极化辐射元件104c布置在第二双极化辐射元件104b的右侧，如图所示。

图2是根据本公开的实施例的馈送双极化辐射元件的天线阵列的方法的流程图。图2结合图1A、1B和1C中的元件描述。另一方面，本公开提供了一种馈送双极化辐射元件104的天线阵列102的方法，其中天线阵列102包括至少三个双极化辐射元件，双极化辐射元件104中的每个双极化辐射元件被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分108和与第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分110，方法包括：利用第一馈送网络112，通过将第一馈送网络112与第一子阵列116中的双极化辐射元件104的第一辐射部分108连接来馈送第一极化状态的双极化辐射元件104的第一子阵列116，以及利用第二馈送网络，通过将第二馈送网络与第二子阵列118中的双极化辐射元件104的第二辐射部分110连接来馈送第二极化状态的双极化辐射元件104的第二子阵列118，其中第二子阵列118至少部分不同于第一子阵列116。

方法200包括步骤202和204。步骤202和204可以以任何合理的顺序执行，以实现所公开实施例的目标。图2中的描述和随附的描述不一定暗示对方法200所公开的步骤的特定顺序，除非特定方法步骤是执行任何其它方法步骤的必要先决条件。各个方法步骤可以在同时或接近同时的定时中顺序或并行地进行。

在步骤202，方法200包括：利用第一馈送网络112，通过将第一馈送网络112与第一子阵列116中的双极化辐射元件104的第一辐射部分108连接，来馈送第一极化状态的双极化辐射元件104的第一子阵列116。第一馈送网络112向双极化辐射元件的第一辐射部分108提供馈送，以使双极化辐射元件104能够发射或接收两个独立的数据流。在一个示例中，第一馈送网络112包括馈送线，以向双极化辐射元件104提供馈送。在一个示例中，第一馈送网络112通过连接到相应的第一辐射部分108来馈送双极化辐射元件104中的第一双极化辐射元件104a和第二双极化辐射元件104b的第一极化状态。

根据一个实施例，第一馈送网络连接到收发器120，以向第一子阵列116的双极化辐射元件104提供馈送。

在步骤204中，方法200包括：利用第二馈送网络114，通过将第二馈送网络与第二子阵列118中的双极化辐射元件104的第二辐射部分110连接，来馈送第二极化状态的双极化辐射元件104的第二子阵列118，其中第二子阵列118至少部分不同于第一子阵列116。第二馈送网络114向双极化辐射元件104的第二辐射部分110提供馈送，以使双极化辐射元件104能够发射或接收两个独立的数据流。在一个示例中，第二馈送网络114包括馈送线，以向双极化辐射元件104提供馈送。在一个示例中，第二馈送网络114通过连接到相应的第二辐射部分110来馈送双极化辐射元件104中的第二双极化辐射元件104b和第三双极化辐射元件104c的第二极化状态。

此外，与传统天线系统相比，第一子阵列116和第二子阵列118的相位中心移位。因此，由于极化耦合与距离成反比，所以与传统技术相比，上述距离的增加减少了极化耦合。有益的是，本公开的天线系统在设置收发器配置方面提供了额外的自由度。在一个示例中，天线系统允许收发器进行高度解耦的垂直或水平配置。

有益的是，由于第二子阵列118部分不同于第一子阵列116，因此与传统使用的天线系统相比，收发器之间的耦合减少。减少的耦合使得天线系统能够提供改进的系统性能。

步骤202和204仅仅是说明性的，还可以提供其它备选方案，其中添加一个或多个步骤，删除一个或多个步骤，或以不同的顺序提供一个或多个步骤，而不脱离本文权利要求的范围。

图3是根据本公开实施例的天线系统和天线阵列的图示。参考图3，示出了天线系统300和天线系统300的天线阵列302。天线系统300包括双极化辐射元件，例如上行链路元件304和下行链路元件306。天线系统300还包括作为上行链路单极化元件308和下行链路单极化元件310的单极化辐射元件。

天线阵列302在边缘包括交错的双极化辐射元件和单极化辐射元件，它们在不同频带下工作。天线阵列302包括馈送网络，此馈送网络通过馈送线向上行链路元件304、下行链路元件306、上行链路单极化元件308和下行链路单极化元件310提供馈送。在一个示例中，至少两个上行链路元件通过一个端口联合馈送(连接)，以用于上行链路并用于在天线阵列302一侧以第一极化状态(表示为“pol+”，即天线阵列302一侧的极化)传输RF信号。类似地，至少两个下行链路元件通过一个端口联合馈送(连接)，以用于下行链路并用于在另一侧以第二极化状态(表示为“pol–”，即天线阵列302另一侧的极化)传输RF信号。在一个示例中，提供了不同的端口(端口1、端口2、端口3、端口4)，每个端口通过各自的馈送线连接到不同极化状态的两个相应上行链路和下行链路元件，如图所示。如图所示，馈送网络的馈送线的布线非常复杂，提高了天线性能。此外，在天线阵列302的顶部和底部添加单极化元件(上行链路单极化元件308和下行链路单极化元件310)，以使所有双极化辐射元件具有配对。上行链路单极化元件308与一个上行链路元件304配对，下行链路单极化元件310与一个下行链路元件306配对。因此，天线系统300减少了双极化辐射元件的耦合并改进了馈送。天线系统300可以是双频mMIMO阵列。

在一些实施例中，天线系统还包括布置在天线阵列的至少一侧上的至少一个单极化辐射元件。在天线阵列302的顶部和底部添加至少一个单极化辐射元件(表示为上行链路单极化元件308和下行链路单极化元件310)，以使所有双极化辐射元件具有配对。单极化辐射元件连接到仅馈送到天线阵列302顶部和底部的一个双极化辐射元件的收发器。因此，天线阵列302提供了改进的结构，使得馈送网络的馈送线之间的距离增加，并因此使得天线系统300中的耦合减少(例如，改进了馈送解耦)。

图4A是根据本公开的实施例的天线系统的一部分的实现的图示。参考图4A，示出了天线系统400A。

天线系统400A包括双极化辐射元件，例如上行链路元件402A和下行链路元件404A。天线系统400A还包括第一馈送网络406A和第二馈送网络408A。天线系统400A提供更宽的天线阵列，以腾出空间用于连接双极化辐射元件的馈送线。

图4B是根据本公开的另一个实施例的天线系统的一部分的实现的图示。参考图4B，示出了天线系统400B。天线系统400B包括双极化辐射元件，例如上行链路元件402B和下行链路元件404B。天线系统400B还包括第一馈送网络406B和第二馈送网络408B。如图所示，第一馈送网络406B和第二馈送网络408B中的每个馈送网络都具有两条馈送线，它们之间具有空间。然而，天线系统400B在第一馈送网络406B和第二馈送网络408B中的每个馈送网络的两条馈送线之间具有耦合(串扰)。

图4C是根据本公开的又一个实施例的天线系统的一部分的实现的图示。参考图4C，示出了天线系统400C。天线系统400C包括双极化辐射元件，例如上行链路元件402C和下行链路元件404C。天线系统400B还包括第一馈送网络406C和第二馈送网络408C。如图所示，第一馈送网络406C和第二馈送网络408C中的每个馈送网络都具有彼此交叉的馈送线。因此，天线系统400C在第一馈送网络406C和第二馈送网络408C中的每个馈送网络的两条馈送线之间具有耦合(串扰)。

图4D是根据本公开的另一个实施例的天线系统的一部分的实现的图示。参考图4D，示出了天线系统400C。天线系统400D包括双极化辐射元件，例如上行链路元件402D和下行链路元件404D。天线系统400B还包括第一馈送网络406D和第二馈送网络408D。如图所示，天线系统400D具有紧凑的结构。有益的是，在馈送网络的这种布置中，第一馈送网络406D和第二馈送网络408D的馈送线之间不存在交叉和耦合。

图5A是根据本公开的实施例的在第一极化状态下工作的天线系统的图示。参考图5A，示出了天线系统500A。天线系统500A包括天线阵列502(作为列)，其中天线系统500A对应于(图3的)具有天线阵列302的天线系统300，以描述双极化辐射元件(上行链路元件504和下行链路元件506)的馈送线的布线，其中收发器共享辐射元件但不共享极化。具体来说，在图5A中，示出了槽和槽的馈送线的布线，其中槽用于馈送(图3的)天线系统300的双极化辐射元件(即贴片元件)。

与传统的双极化mMIMO阵列相反，在本公开的天线系统500A中，一个收发器(TRx)馈送相同极化的双极化辐射元件子集(即第一子阵列)，而另一个收发器馈送不同极化(例如正交极化)的部分不同的双极化辐射元件子集(即第二子阵列)，这显著减少了耦合并提高了系统性能。在图5A中，在天线系统500A中，示出了具有三个双极化辐射元件的代表性组，其中包括两个下行链路元件和一个上行链路元件，并使用圆角矩形(例如，描绘一组的表示514)来说明，这些元件以第一极化状态传输RF信号。

此外，出于说明的目的，在天线系统500A中，示出了用于每个辐射元件子集的不同馈送网络，其中不同馈送网络备选地以馈送网络的馈送线之间的距离增加的方式布置，以减少耦合。在这种情况下，例如，第一馈送网络510和第二馈送网络512的馈送线被备选地布置成增加馈送线之间的距离(类似于图4D中的距离)。此外，相对于相应相位中心的距离增加，这改善了与增加的距离成比例的收发器之间的解耦。馈送线的相位中心移位(例如，按照定义的相位偏移508)。在一个示例中，添加在馈送路径中的定义相位偏移508是由于给定槽被馈送的方向(其中槽又馈送相应的贴片)。由于极化耦合与距离成反比，所以与传统天线系统相比，上述距离的增加减少了极化耦合。有益的是，定义的相位偏移508还提供了改进的隔离。

图5B是根据本公开的实施例的在第二极化状态下工作的天线系统的图示。图5B结合图5A中的元件描述。参考图5B，示出了天线系统500A，其具有三个双极化辐射元件的另一个代表性组(使用圆角矩形来说明，例如表示516)，其中包括两个下行链路元件和一个上行链路元件，这些元件以第二极化状态而不是图5A的第一极化状态传输RF信号。在图5B中，用于第二极化的三个双极化辐射元件的每个代表性组(例如，描绘另一组的表示516)部分不同于具有在第一极化中工作的三个双极化辐射元件的组(例如图5A的表示514)。应当注意的是，由圆角矩形(例如表示516)描绘的代表组用于说明目的，只是为了描绘有源第二极化，而不用于指示任何馈送网络。例如，在这种情况下，存在多对双极化辐射元件(每个元件与具有在不同极化上馈送的两个槽的贴片相对应)。在这种情况下，两个下行链路元件由馈送线连接和馈送，其中另一对上行链路元件由另一馈送线连接和馈送，并且其中这两对上行链路元件交替布置(即，布置在每对下行链路元件之间的上行链路元件与另一对和馈送网络有关)。这种布置的示例也在图4D中示出和描述。

图5C是根据本公开的实施例的在第一极化状态和第二极化状态下工作的天线系统的图示。图5C结合图5A和5B中的元件描述。参考图5C，示出了在第一极化状态和第二极化状态下工作的天线系统500A，其具有解耦极化。在图5C中，示出了包括两个下行链路元件和一个上行链路元件的三个双极化辐射元件的不同表示(使用圆角矩形示出)(即图5A和5B一起示出的表示514和516)，以示出在第一极化状态和第二极化状态下RF信号的传输。用于第二极化的三个双极化辐射元件的每个代表性组(例如由表示516描绘)部分不同于在用于解耦极化的第一极化中工作的三个双极化辐射元件的代表性组(例如由表示514描绘)，这显著减少了耦合并提高了系统性能。换句话说，收发器馈送共享辐射元件但不共享极化的子阵列，由于其馈送结构，使得收发器之间的解耦得到改善。

在天线阵列(例如天线阵列102、302、502)的各种实施例中，提供了一种改进的天线体系结构，其表现出了馈送网络的馈送线之间增加的距离，并因此减少了天线系统中的耦合(例如，改进了馈送解耦)。

在不脱离所附权利要求所定义的本公开范围的情况下，可以对上文描述的本公开的实施例进行修改。如“包括”、“结合”、“具有”、“是/为”等用于描述和声明本公开的表述旨在以非排他性的方式解释，即允许未明确描述的项目、组件或元件也存在。对单数的引用也应解释为涉及复数。本文使用的词语“示例性”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何被描述为“示例性的”实施例不一定解释为比其它实施例更优选或更有利和/或排除其它实施例的特征的结合。本文使用的词语“可选地”表示“在一些实施例中提供且在其它实施例中没有提供”。应当理解，为了清楚起见而在分开实施例的上下文中描述的本公开的某些特征还可以通过组合提供在单个实施例中。相反地，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以分开地或通过任何合适的组合或作为本公开的任何其它描述的实施例提供。

Claims (8)

1.一种天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，包括：

具有至少三个双极化辐射元件(104)的天线阵列(102、302、502)，其中所述双极化辐射元件(104)中的每个双极化辐射元件被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分(108)和与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分(110)，以及

馈送结构(106)，所述馈送结构与每个极化状态的所述双极化辐射元件(104)连接，

其中所述馈送结构(106)包括：

第一馈送网络(112、406A、406B、406C、406D、510)，用于通过与第一子阵列(116)中的所述双极化辐射元件(104)的所述第一辐射部分(108)连接来馈送所述第一极化状态的所述双极化辐射元件(104)的所述第一子阵列(116)，

第二馈送网络(114、408A、408B、408C、408D、512)，用于通过与第二子阵列(118)中的所述双极化辐射元件(104)的所述第二辐射部分(110)连接来馈送所述第二极化状态的所述双极化辐射元件(104)的所述第二子阵列(118)，

其中所述第二子阵列(118)至少部分不同于所述第一子阵列(116)。

2.根据权利要求1所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，其中所述天线阵列(102、302、502)是二维大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，mMIMO)天线阵列。

3.根据权利要求1或2所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，其中所述第一子阵列和所述第二子阵列中的每个子阵列的所述双极化辐射元件(104)在俯视图中水平分布和/或垂直分布。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，其中所述第一子阵列和所述第二子阵列中的每个子阵列包括三个或更多个双极化辐射元件(104)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，还包括被布置在所述天线阵列(102、302、502)的至少一侧上的至少一个单极化辐射元件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，其中所述辐射元件中的每个辐射元件包括贴片天线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线系统(122A、122B、122C、300、400A、400B、400C、400D、500A)，其中所述辐射元件中的每个辐射元件包括导向器。

8.一种馈送双极化辐射元件(104)的天线阵列(102、302、502)的方法，其中所述天线阵列(102、302、502)包括至少三个双极化辐射元件(104)，所述双极化辐射元件(104)中的每个双极化辐射元件被配置为在一频率范围内工作、并且包括第一极化状态的第一辐射部分(108)和与所述第一极化状态正交的第二极化状态的第二辐射部分(110)，所述方法包括：

利用第一馈送网络(112、406A、406B、406C、406D、510)，通过将所述第一馈送网络(112、406A、406B、406C、406D、510)与第一子阵列(116)中的所述双极化辐射元件(104)的所述第一辐射部分(108)连接，来馈送所述第一极化状态的所述双极化辐射元件(104)的所述第一子阵列(116)，

利用第二馈送网络，通过将所述第二馈送网络与第二子阵列(118)中的所述双极化辐射元件(104)的所述第二辐射部分(110)连接，来馈送所述第二极化状态的所述双极化辐射元件(104)的所述第二子阵列(118)，

其中所述第二子阵列(118)至少部分不同于所述第一子阵列(116)。

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