CN116111320A - 具有天线罩影响消除特征的多带基站天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有天线罩影响消除特征的多带基站天线。本发明提供了一种基站天线，其包括天线罩和安装在天线罩内的天线组件。天线组件包括：背板，其包括第一反射器；第一阵列，其包括安装成从第一反射器向前延伸的多个第一辐射元件；第二反射器，其安装成从第一反射器向前延伸；以及第二阵列，其包括安装成从第二反射器向前延伸的多个第二辐射元件。第一辐射元件从第一反射器向前延伸第一距离，并且第二辐射元件从第二反射器向前延伸第二距离，其中第一距离超过第二距离。

Description

具有天线罩影响消除特征的多带基站天线
本申请是申请日为2019年7月2日、申请号为201980025885.1、发明名称为“具有天线罩影响消除特征的多带基站天线”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请涉及2019年4月4日提交的美国临时专利申请序列号62/829,171，并涉及2018年7月5日提交的美国临时专利申请序列号62/694,316，其中每个临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文中，如同在本文完全阐述一样。
技术领域
本发明大体上涉及无线电通信，且更具体地涉及用于蜂窝通信系统的基站天线。
背景技术
蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在蜂窝通信系统中，一个地理区域被划分成由相应的基站提供服务的一系列区域或“小区”。每个基站可包括一个或多个基站天线，这些基站天线被配置成提供与由基站提供服务的小区内的用户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，每个基站都被划分为“扇区”。在一种常见的配置中，六角形形状的小区在方位角平面中被划分成三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线提供服务，这些基站天线具有近似65°的方位角半功率束宽(HPBW)。通常，基站天线安装在塔架或其它升高的结构上，并且辐射方向图由向外指向的基站天线生成。基站天线通常实施为辐射元件的线性或平面相控阵列。
常规上，大多数蜂窝通信系统在频率小于2.8GHz的频带中操作。为了适应增加的蜂窝通信量，正在为蜂窝通信服务分配多种新频带。正在为蜂窝通信服务引入的一些新频带在3-6GHz频率范围内。频率可能比现有蜂窝频带中的一些频带高几乎一个数量级的这些频带的使用可导致基站天线设计中的新挑战，尤其是在包括被设计成在不同频带中操作的辐射元件的线性阵列的多带天线中。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了包括天线罩和安装在天线罩内的天线组件的基站天线。天线组件包括背板，所述背板包括第一反射器和第二反射器，所述第二反射器安装成从第一反射器向前延伸。包括多个第一辐射元件的第一阵列安装成从第一反射器向前延伸，且包括多个第二辐射元件的第二阵列安装成从第二反射器向前延伸。第一辐射元件从第一反射器向前延伸第一距离，并且第二辐射元件从第二反射器向前延伸第二距离，其中第一距离超过第二距离。
在一些实施例中，第二反射器可以电连接到第一反射器。电连接可为直接电流连接或电容连接。
在一些实施例中，第一辐射元件可安装成从第一反射器的第一平坦表面向前延伸，且第二辐射元件可安装成从第二反射器的第二平坦表面向前延伸。在一些实施例中，第一平坦表面可以平行于第二平坦表面延伸，和/或第二反射器可以包括平行于第二平坦表面延伸的一对唇缘。
在一些实施例中，每个第二辐射元件可包括至少一个辐射器，且第二辐射元件可安装成使得天线罩的前表面在第二辐射元件的辐射器的近场内。
在一些实施例中，基站天线还可以包括第三阵列，所述第三阵列包括安装成从第一反射器向前延伸的多个第三辐射元件。第一辐射元件和第三辐射元件可被配置成在第一频带中操作，且所述第二辐射元件可被配置成在第二较高频带中操作。在一些实施例中，第二阵列可以定位在第一阵列与第三阵列之间。
根据本发明的另外的实施例，提供了包括天线罩和安装在天线罩内的天线组件的基站天线。天线组件包括具有阶梯式反射器的背板，所述阶梯式反射器至少具有第一前表面、第二前表面和设置在第一前表面与第二前表面之间的侧壁。天线组件还包括：第一阵列，所述第一阵列具有安装成从第一前表面向前延伸的多个第一辐射元件；和第二阵列，所述第二阵列具有安装成从第二前表面向前延伸的多个第二辐射元件。
在一些实施例中，第一前表面可平行于第二前表面。
在一些实施例中，第二前表面可比第一前表面更靠近天线罩的前表面。在此类实施例中，第一辐射元件可被配置成在第一频带中操作，且第二辐射元件可被配置成在第二频带中操作，所述第二频带的频率比第一频带高。
在一些实施例中，每个第二辐射元件可包括至少一个辐射器，且第二辐射元件可安装成使得天线罩的前表面在第二辐射元件的辐射器的近场内。
在一些实施例中，阶梯式反射器还可以包括平行于第二前表面并且与第一前表面和第二前表面两者间隔开的第三前表面，并且基站天线还可以包括第三阵列，所述第三阵列具有安装成从第三前表面向前延伸的多个第三辐射元件。
在一些实施例中，阶梯式反射器可以是整体结构。
根据本发明的另外的实施例，提供了包括天线罩和安装在天线罩内的背板的基站天线。辐射元件的线性阵列安装成从背板向前延伸，每个辐射元件包括馈电柄(feedstalk)和偶极子辐射器。每个辐射器安装在背板前方的大约M*λ/4的距离处，其中M是大于1的奇整数，且λ是对应于偶极子辐射器的操作频带的中心频率的波长。在一些实施例中，M可以等于3、5或7。
在一些实施例中，每个馈电柄可以包括印刷电路板，所述印刷电路板上具有屏蔽传输线。屏蔽传输线可以包括例如带状线传输线或共面波导传输线。
在一些实施例中，辐射元件可以安装成使得天线罩的前表面在辐射元件的偶极子辐射器的近场内。
在一些实施例中，线性阵列可以是第一辐射元件的第一线性阵列，并且基站天线还可以包括被配置成在第二频带中操作的第二辐射元件的第二线性阵列。在此类实施例中，第二辐射元件的偶极子辐射器可以安装在从背板向前不到第二操作频带的中心频带的波长的一半处。
根据本发明的另外的实施例，提供了包括天线罩和安装在天线罩内的反射器的基站天线。辐射元件的线性阵列安装成从反射器向前延伸，其中每个辐射元件包括馈电柄和偶极子辐射器。每个馈电柄具有大于λ/2的长度，其中λ是对应于偶极子辐射器的操作频带的中心频率的波长。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的基站天线的透视图。
图2是移除了天线罩的图1的基站天线的前视图。
图3是图1的基站天线的横截面图。
图4是示出了用于将辐射元件安装在基站天线中的常规技术的横截面图。
图5是示出了具有阶梯式反射器的可以代替图1-3的基站天线中包括的背板和第二反射器使用的背板的示意性横截面图。
图6A和图6B是示出了根据本发明的实施例的具有阶梯式反射器的额外背板设计的示意性横截面图。
图7是根据本发明的实施例的具有延长的馈电柄的辐射元件的示意性透视图。
图8A和8B是示出了天线罩可以如何影响辐射元件的线性阵列的辐射方向图的方位角辐射方向图。
具体实施方式
基站天线通常包括用作天线的外壳体的至少一部分的天线罩。一旦安装基站天线以供使用，天线罩就可以保护天线的内部部件在装运和安装期间免受损坏，并且免受雨、冰、雪、湿气、风、昆虫、鸟类和其它环境因素的影响。虽然基站天线天线罩可以由多种不同的材料形成，但是玻璃纤维天线罩是最常见的，因为它们相对轻便，表现出高机械强度并且制造起来相当便宜。
遗憾的是，基站天线的天线罩可能不利地影响由基站天线的辐射元件传输的RF信号。例如，天线罩可以反射由基站天线的辐射元件的线性阵列传输的一些RF能量。由天线罩传输的RF能量的反射降低了天线的方向性，并且因此降低了天线的增益，降低了天线的前后比(即，向前指向的辐射与向后指向的辐射的比率，其优选地应当是大数字)，并且可以增加天线的回波损耗。此外，由于天线罩的影响沿着RF能量的行进方向根据天线罩的厚度而变化，所以天线罩倾向于对从线性阵列的视轴指向方向以较大角度发射的RF能量产生更大的影响，因为以这样的角度，RF能量行进通过更多的天线罩材料。因此，天线罩还可能使由天线中包括的辐射元件的相应的线性阵列生成的辐射方向图的形状降级。图8A和8B是方位角辐射方向图，其示出了上述天线罩效应可以如何影响辐射元件的线性阵列的辐射方向图，其中图8A示出了在安装天线罩之前的辐射方向图，图8B示出了在安装天线罩之后的辐射方向图。图8A中示出的方位角方向图具有用于扇区天线的合适形状。图8B示出了添加天线罩通常可以如何使方位角方向图降级。
天线罩将反射RF信号的程度趋于随着天线罩的厚度与RF信号的波长的比率增加而增加。因此，天线罩对RF信号的影响趋于随着天线罩的厚度增加和/或随着RF信号的波长减小而增加。由于较高频率RF信号具有较短波长，因此引入用于蜂窝通信服务的较高频带将倾向于使得天线罩反射增加量的RF能量。
可以使用各种技术来减少或消除可能降低基站天线性能的上述的“天线罩影响”。在一种这样的技术中，一个或多个介电层(或结构)可以安装在线性阵列的辐射元件与天线罩的前表面之间，在例如距天线罩的前表面的四分之一波长处。这些介电结构可以部分地抵消来自天线罩的反射，从而减少负面天线罩影响。然而，添加介电结构增加天线的成本，并且介电结构将带来降低辐射方向图的增益的RF损耗。另一种可能技术是使用更薄的或由较低介电常数材料(例如，使用与玻璃纤维相对的PVC)形成的天线罩，因为这种天线罩将对RF信号产生减少的影响。然而，这种改变可以降低天线罩的机械强度(并且因此降低天线罩提供给天线的物理保护的量)，和/或可以增加制造天线罩的成本。因此，对于许多应用，改变天线罩可能不是实用的解决方案。
根据本发明的实施例，提供了用于减少或消除基站天线可能对由其辐射元件的线性阵列产生的辐射方向图有负面影响的技术。根据这些技术，辐射元件的线性阵列中包括的原本可能受天线罩影响的辐射元件可定位成使得天线罩在这些线性阵列的辐射元件的近场内。当天线罩处于近场中时，天线罩似乎是天线结构的一部分，并且可以减少或完全避免原本可能发生的反射。
对于仅具有单个类型的辐射元件的单带基站天线，可以相对容易地设计天线，使得天线罩在辐射元件的近场内，因为天线罩的尺寸可以设定成使得其前表面正好在辐射元件的前方。然而，在多带基站天线中，不同尺寸的辐射元件通常用于支持不同频带中的服务，且因此需要将天线罩的尺寸设定成容纳辐射元件中的最大者(其通常为用于最低频带的辐射元件)。因此，用于较高频带的辐射元件往往从天线罩进一步移除。如上文讨论的，这可能是有问题的，因为较高的频带最易于被天线罩降级。
根据本发明的一些实施例，提供了具有阶梯式背板的多带基站天线。包括在天线中的各种阵列中包括的辐射元件可安装成从背板向前延伸，且背板可充当反射器和用于辐射元件的接地平面两者。阶梯式背板可具有至少一个突出区域，该至少一个突出区域比背板的其余部分向前延伸得更远。在第一频带中操作的辐射元件可安装成从背板的突出区域向前延伸，而在第二不同频带中操作的辐射元件可安装成从背板的不同部分向前延伸。背板的突出部分可将在第一频带中操作的辐射元件靠近天线罩定位，使得天线罩位于第一频带辐射元件的近场内。
在其它实施例中，提供了具有第一反射器和第二反射器两者的多带基站天线。第二反射器可以安装成从第一反射器向前延伸，并且在第一频带中操作的辐射元件安装成从第二反射器向前延伸。再次，这可以将在第一频带中操作的辐射元件定位成靠近天线罩，使得天线罩在辐射元件的近场内。第二反射器可以电耦合到第一反射器，使得第二反射器将充当用于在第一频带中操作的辐射元件的接地平面。在一些实施例中，第二反射器可以电容耦合到第一反射器，以便减少或避免产生由于第一反射器与第二反射器之间的任何金属对金属连接而可能发生的无源互调失真。
在另外其它实施例中，在第一频带中操作的辐射元件可包括馈电柄，该馈电柄在反射器上方延伸的距离比通常的距离大。如本领域已知的，偶极子辐射器通常安装在反射器前方波长的四分之一处，使得从背板反射的向后发射的RF辐射通常将与向前指向的辐射同相。所称的馈电柄通常用于将偶极子安装在反射器前方四分之一波长处，并将RF数据馈送到偶极子。通过将馈电柄的长度从四分之一波长延长到四分之三波长，偶极子可以移动得更靠近天线罩，并且从反射器反射的向后发射的RF辐射通常将仍然与向前指向的辐射同相。因此，根据本发明的另外的实施例，用于选定辐射元件的馈电柄可延长到波长的3/4、5/4、7/4等，以便将辐射元件的辐射器定位成更靠近天线罩。
现在将参考附图更详细地讨论本发明的实施例。
图1-3示出了根据本发明的某些实施例的基站天线100。具体而言，图1是天线100的透视图，而图2是移除了其天线罩的天线100的前视图，以示出天线100的天线组件200，并且图3是天线罩位于适当位置的天线100的横截面图。图4是示出了用于安装天线100的辐射元件的常规技术的天线的修改版本的横截面图。
在下面的描述中，将使用以下术语描述天线100，这些术语假设天线100被安装为在塔或其他结构上正常使用的，其中，天线100的纵向轴线沿竖直轴线(即，大体上垂直于由地平线限定的平面)延伸，并且天线100的前表面安装成与指向天线100的覆盖区域的塔架相对。
如图1中所示，基站天线100是沿着纵向轴线L延伸的细长结构。基站天线100可以具有具有大致矩形横截面的管状形状。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，这可以有助于天线100的防水。天线罩110可以用作外壳，其保护天线100的内部部件免受降雨、湿气进入、风等的影响。优选地，天线罩110相对刚性并且机械强韧以在装运和安装期间保护天线的内部部件。一个或多个安装托架150设置在天线100的后侧上，该安装托架可用于将天线100安装到例如天线塔上的天线安装架(未示出)上。天线100还包括底端盖130，该底端盖包括安装在其中的多个连接器140。
如图2中所示，天线100包括天线组件200。天线组件200可以在顶盖120或底盖130附接到天线罩110之前从顶部或者底部可滑动地插入到天线罩110中。天线组件200包括具有侧壁212和平坦前表面214的背板210，所述平坦前表面充当反射器，以在向前方向上反射向后发射的RF辐射。在此，背板210的前表面被称为第一反射器214。天线的各种机械和电子部件(附图中未示出)可以安装在限定在侧壁212与反射器表面214的背侧之间的腔室中，所述部件是例如，移相器、远程电子倾斜单元、机械连杆、控制器、双工器等。第一反射器214可以包括或包含：用作反射器的金属表面；和用于天线100的辐射元件的接地平面。
多个双偏振辐射元件300、400、500安装成从第一反射器214向前延伸。辐射元件包括低带辐射元件300、中带辐射元件400和高带辐射元件500。低带辐射元件300以两列安装以形成低带辐射元件300的两个线性阵列220-1、220-2。低带辐射元件300可被配置成在例如694-960MHz频率范围或其一部分的第一频带中发射和接收信号。中带辐射元件400可同样以两列安装以形成中带辐射元件400的两个线性阵列230-1、230-2。中带辐射元件400可被配置成在例如1427-2690MHz频率范围或其一部分的第二频带中发射和接收信号。高带辐射元件500以四列安装以形成高带辐射元件500的四个线性阵列240-1到240-4。高带辐射元件500可被配置成在例如3300-4200MHz频率范围或其一部分的第三频带中发射和接收信号。
在所描绘的实施例中，高带辐射元件500的线性阵列240定位在低带辐射元件300的线性阵列220之间，且低带辐射元件300的每个线性阵列220定位在高带辐射元件500的线性阵列240中的相应的一个线性阵列与中带辐射元件400的线性阵列230中的相应的一个线性阵列之间。应了解，线性阵列220、230、240的布置可以与图2中所描绘的不同。同样，应了解，线性阵列220、230、240的数目可与图2中所示的不同，每个线性阵列220、230、240的辐射元件300、400、500的数目，所使用的辐射元件的类型等也可以不同。另外，可包括更多或更少不同类型的线性阵列。例如，可在另一示例性实施例中省略中带辐射元件400的线性阵列230。
低带辐射元件300、中带辐射元件400和高带辐射元件500可各自安装成从第一反射器214向前延伸。第一反射器214可以包括金属片材，如上所述，该金属片材用作反射器并且用作辐射元件300、400、500的接地平面。
每个低带辐射元件300、中带辐射元件400和高带辐射元件500可以包括相应的馈电柄310、410、510以及一个或多个辐射器320、420、520(参见图3)。在所描绘的实施例中，每个辐射元件300、400、500实施为交叉偏振偶极子辐射元件，该交叉偏振偶极子辐射元件具有：馈电柄310、410、510，该馈电柄使用以“X”形状配置的一对印刷电路板形成；和一对偶极子辐射器320、420、520，所述一对偶极子辐射器通过馈电柄310、410、510从背板210向前安装。对于每个辐射元件300、400、500，第一偶极子辐射器可相对于地平线以约-45°的角安装，且第二偶极子辐射器可相对于地平线以约+45°的角安装，使得每个辐射元件300、400、500可发射具有倾斜-45°偏振的第一RF信号和具有倾斜+45°偏振的第二RF信号。
通常，诸如天线100的多带天线的辐射元件全部安装在共同的背板上，该共同的背板具有大体上平坦的反射器表面。图4是示出了此常规安装技术的天线100的修改版本的横截面图以用于比较目的。如图4中所示，背板210包括平坦的第一反射器214和一对侧支撑件212。辐射元件300、400、500全部安装成从第一反射器214向前延伸。天线罩110可设计成比低带辐射元件300向前延伸得略微更远。由于高带辐射元件500以高得多的频带操作，因此高带辐射元件500上的馈电柄510可比低带辐射元件300上的馈电柄310短得多，且因此高带辐射元件500上的偶极子辐射器520可定位成相对远离天线罩110的前表面112。
如上所讨论的，天线罩可以随着天线罩的厚度与RF信号的波长的比率的增加开始反射由安装在天线罩后面的辐射元件发射的RF信号。包括天线罩材料的介电常数和将辐射元件与天线罩分离的距离的各种其它因素也影响反射程度。已发现，当在694-960MHz频带中操作的低带辐射元件300和在3300-4200MHz中操作的高带辐射元件500以图4中所示的方式安装在常规玻璃纤维天线罩后面时，高带辐射元件500的辐射方向图显著失真，并且显著的反射造成天线的前-后比和方向性(增益)降级。
图3是根据本发明的实施例的基站天线100的横截面图，其示出了一种可以显著地降低或甚至消除天线罩110可能对高带辐射元件500的辐射方向图产生失真的改进设计。如图3中所示，第二反射器250安装成从第一反射器214的中心部分向前延伸。第二反射器250可以包括例如弯曲以具有图3中所示横截面的一片金属板。第二反射器250可以具有前表面252、侧壁254和可以向内延伸(如所示)或向外延伸的后唇缘256。唇缘256可以用于将第二反射器250安装成从第一反射器214向前延伸。介电片材材料258可以插入第一反射器214与第二反射器250的每个唇缘256之间。塑料螺钉或铆钉260可以通过唇缘256和第一反射器214中的开口插入，以将第二反射器250固定到第一反射器214。塑料紧固件260连同插入背板210与第二反射器250的每个唇缘256之间的介电片材材料258一起使用，可以有利地避免第一反射器214与第二反射器250之间的金属与金属接触，所述金属与金属接触可引起无源互调失真。第二反射器250可以通过介电片材材料258电容耦合到第一反射器214，以为第二反射器250提供接地参考。
如图3中所示，高带辐射元件500安装成从第二反射器250向前延伸。第二反射器250的侧壁254可以被设定尺寸，使得第一反射器214与第二反射器250的前表面252之间的距离可以被选择成使得高带辐射元件500的辐射器520可以定位成紧邻天线罩110的前表面112。因此，天线罩110可在辐射元件500的近场中。当定位在近场中时，天线罩110可看起来是辐射元件500的部分，并且由辐射元件500发射的RF能量的反射可被减少或甚至很大程度上被消除。
已经发现，将第二反射器250安装成从第一反射器214向前延伸不仅可以减少天线罩影响，还可以改善基站天线100的其它性能方面。例如，在例如包括辐射元件的八个线性阵列的基站天线100的天线中，通常必须将线性阵列彼此非常接近地间隔开。这可导致线性阵列的不同线性阵列之间的耦合，这可能使辐射方向图降级。在基站天线100中，此类耦合对于线性阵列220-1和220-2(即，低带辐射元件的两个线性阵列)是特别关注的。已发现，包括第二反射器250以及辐射元件500被安装得更靠前的事实趋于充当RF屏蔽结构，该RF屏蔽结构降低了线性阵列220-1和220-2之间的耦合，并且因此包括第二反射器250可实际上改善线性阵列220-1、220-2的辐射方向图。
图5是示出了可以代替图3中所示的背板210和第二反射器250使用的背板610的示意图。如图5中所示，背板610包括侧支撑件612和阶梯式反射器614。阶梯式反射器614可包括：低带阶梯620，其用作低带辐射元件300的安装表面；中带阶梯622，其用作中带辐射元件400的安装表面；以及高带阶梯624，其用作高带辐射元件500的安装表面。低带阶梯620可以距天线罩110的前表面112最远，高带阶梯624可以最靠近天线罩110的前表面112，并且中带阶梯622可以处于低带阶梯622与高带阶梯624之间的中间位置。阶梯620、622、624可以由侧壁626连接。背板610可通过使一整片金属板弯曲来形成，并且可用于有利地将所有辐射元件300、400、500的辐射器定位成紧邻天线罩110的前表面112。
应了解，具有图5的阶梯式反射器614的背板610表示一个示例性背板设计，且相同概念可用于为广泛多种不同的基站天线提供阶梯式反射器。阶梯式表面的数量和位置可以取决于例如特定基站天线中包括的辐射元件的线性阵列的不同类型和位置，以及辐射元件受到天线罩的影响的程度。作为实例，图6A和6B示出了具有阶梯式反射器的两个额外背板。首先参考图6A，示出了具有阶梯式反射器714的背板710，该阶梯式反射器具有用作低带辐射元件(未示出)的线性阵列的安装表面的低带阶梯720，以及用作高带辐射元件(未示出)的线性阵列的安装表面的高带阶梯724。图6B示意性地示出了具有阶梯式反射器814的背板810，该阶梯式反射器具有：一对低带阶梯820，所述一对低带阶梯用作低带辐射元件(未示出)的相应的一对线性阵列的安装表面；以及高带阶梯824，该高带阶梯用作高带辐射元件(未示出)的一个或多个线性阵列的安装表面。
根据本发明的另外的实施例，高带辐射元件的辐射器可通过设计高带辐射元件以具有延长的馈电柄而被定位成紧密接近天线罩110的前表面112。在图7中示意性地示出了具有此类设计的高带辐射元件900。高带辐射元件900被设计成在两个单独频带，即3.3-4.2GHz和5.1-5.3GHz频带中操作。
如图7中所示，辐射元件900是交叉偏振辐射元件，该交叉偏振辐射元件具有：馈电柄910，该馈电柄被实施为以“X”配置布置的一对印刷电路板912；一对偶极子辐射器920；和一对偶极子辐射器930。偶极子辐射器920被配置成在例如3.3-3.8GHz频带中操作，且由包括在相应的印刷电路板912中的馈电线直接驱动。两个偶极子辐射器920相对于天线的纵向(竖直)轴线以-45°和+45°的角彼此正交地布置，使得偶极子辐射器将发射分别具有斜度-45°和斜度+45°偏振的RF信号。
偶极子辐射器930被配置成在例如5.1-5.3GHz频带中操作。偶极子辐射器930位于偶极子辐射器920前方。在3.5GHz信号被输入到辐射元件900时，其被直接馈送到偶极子辐射器920中的一个。在5.1GHz信号被输入到辐射元件900时，能量以电磁方式耦合到5.1GHz寄生偶极子辐射器930中的一个，然后在5.1GHz谐振。两个偶极子辐射器930也相对于天线的纵向(垂直)轴线以-45°和+45°的角度彼此正交地布置，使得偶极子辐射器930将发射分别具有斜度-45°和斜度+45°偏振的RF信号。
馈电柄910可具有高度，使得偶极子辐射器920安装于反射器前方，偶极子辐射器920的操作频带的中心频率的约3/4波长的距离处。此方法用以将偶极子辐射器920安装在离下面的反射器更远的位置，且因此更靠近天线罩110的前表面112。如上文所描述，如果偶极子辐射器920、930安装成使得天线罩110在偶极子辐射器920、930的近场中，那么天线罩可表现为辐射元件900的一部分，这将减少或消除天线罩110反射由辐射元件900传输的RF能量的任何趋势。虽然在图7的实施例中，偶极子辐射器920、930安装在反射器前方约3/4波长(λ)的距离处，但是应了解，在其它实施例中，偶极子辐射器920、930可安装在M*λ/4的距离处，其中M是大于1的奇整数。在另外的其它实施例中，所述距离可大于λ/2。
用于实施馈电柄910的印刷电路板912可包括屏蔽RF传输线，该屏蔽RF传输线用于在偶极子辐射器920与包括辐射元件900的天线的其它部件之间传递RF信号。因此，应理解，印刷电路板912可包括带状线印刷电路板，或可使用共面波导传输线或其它屏蔽传输线结构。
虽然本发明的示例性实施例主要专注于对在3.3-4.2GHz频率范围中的一些或全部中操作的辐射元件的背板和/或辐射元件设计的修改，但应了解，本文中所公开的技术可与任何适当的频带一起使用。例如，在其它实施例中，本文中公开的技术可用于改进在1.7-2.7GHz频带或其部分中操作的辐射元件的线性阵列的性能。
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。
在上面的描述中，相同元件由其全部参考数字(例如，线性阵列230-2)单独地引用，且由其参考数字的第一部分(例如，线性阵列230)共同地引用。
在以上论述中，参考了通常包括在基站天线中的辐射元件的线性阵列。应了解，在本文中，术语“线性阵列”广泛地用于涵盖包括被配置成传输RF信号的子分量的辐射元件的单列的辐射元件的阵列以及被配置成传输RF信号的子分量的辐射元件的二维阵列(即，多个线性阵列)两者。还应了解，在一些情况下，辐射元件可不沿着单条线设置。例如，在一些情况下，辐射元件的线性阵列可包括从辐射元件的剩余部分对齐的线偏移的一个或多个辐射元件。可以进行辐射元件的这种“交错”以将阵列设计成具有期望的方位角波束宽度。被配置成传输RF信号的子分量的辐射元件的此交错阵列被如本文中使用的术语“线性阵列”涵盖。
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。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。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。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
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)。
相对术语，例如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如附图中所示。要理解，这些术语旨在涵盖除附图中所描绘的取向之外装置的不同取向。
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 (35)

1.一种多带天线，包括：
天线罩，所述天线罩包括前表面；
在所述前表面后面的第一辐射元件阵列，其中所述第一辐射元件阵列在第一频带中操作；以及
在所述前表面后面的第二辐射元件阵列，其中所述第二辐射元件阵列在比所述第一频带高的第二频带中操作，以及其中所述前表面位于所述第二辐射元件阵列的近场中。
2.根据权利要求1所述的多带天线，其中，所述第一辐射元件阵列和所述第二辐射元件阵列耦合到共同的背板。
3.根据权利要求1所述的多带天线，还包括第一背板和第二背板，所述第二背板电耦合到所述第一背板并位于所述第一背板前方，以及其中所述第一辐射元件阵列中的辐射元件从所述第一背板向前伸出，以及所述第二辐射元件阵列中的辐射元件从所述第二背板向前伸出。
4.根据权利要求3所述的多带天线，其中，所述第二背板具有比所述第一背板短的横向范围。
5.根据权利要求4所述的多带天线，其中，所述第一背板包括反射器。
6.根据权利要求1所述的多带天线，其中，所述第一辐射元件阵列包括相应的第一馈电柄，其中所述第二辐射元件阵列包括相应的第二馈电柄，以及其中所述第一馈电柄的后端位于所述第二馈电柄的后端后面。
7.根据权利要求6所述的多带天线，其中，所述第一馈电柄具有比所述第二馈电柄大的沿前后方向测量的长度。
8.根据权利要求1所述的多带天线，其中，所述第一辐射元件阵列的辐射元件是交叉偶极辐射元件。
9.根据权利要求8所述的多带天线，其中，所述第二辐射元件阵列被布置有多列辐射元件。
10.一种基站天线，包括：
天线罩，所述天线罩包括前表面；以及
安装在所述天线罩内的天线组件，所述天线组件包括：
第一背板；
第二背板，所述第二背板被安装成位于所述第一背板前方，所述第二背板比所述第一背板更接近所述前表面；以及
辐射元件阵列，所述辐射元件阵列在所述第二背板前方对齐并且被安装成从所述第二背板向前延伸，以及其中所述天线罩的所述前表面在所述辐射元件阵列的近场中。
11.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述辐射元件阵列被配置为在3.3-4.2GHz频带的至少一部分中操作。
12.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述辐射元件阵列是第一辐射元件阵列，所述基站天线还包括第二辐射元件阵列，所述第二辐射元件阵列被安装成从所述第一背板向前延伸，所述第二辐射元件阵列与所述第一辐射元件阵列横向间隔开。
13.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述第一背板平行于所述第二背板。
14.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述第一背板包括金属反射器。
15.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述第一背板与所述第二背板电耦合。
16.根据权利要求10所述的基站天线，其中，所述第二背板具有比所述第一背板短的横向范围。
17.根据权利要求12所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列包括相应的第一馈电柄，其中所述第二辐射元件阵列包括相应的第二馈电柄，以及其中所述第二馈电柄的后端位于所述第一馈电柄的后端后面。
18.根据权利要求17所述的基站天线，其中，所述第二馈电柄具有比所述第一馈电柄大的沿前后方向测量的长度。
19.根据权利要求12所述的基站天线，其中，所述第二辐射元件阵列的辐射元件是交叉偶极辐射元件。
20.根据权利要求12所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列被布置有多列辐射元件。
21.根据权利要求12或权利要求17-20中任一项所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列被安装成从所述第二背板的平坦表面向前延伸，以及所述第二辐射元件阵列被安装成从所述第一背板的平坦表面向前延伸。
22.根据权利要求21所述的基站天线，其中，平坦表面是平行的。
23.根据权利要求9、12-15和17-22中任一项所述的基站天线，还包括第三辐射元件阵列，所述第三辐射元件阵列被安装成从所述第一背板向前延伸，所述第三辐射元件阵列与所述第一辐射元件阵列和所述第二辐射元件阵列横向间隔开，其中所述第二辐射元件阵列和所述第三辐射元件阵列被配置为在第一频带中操作，以及所述第一辐射元件阵列被配置为在更高的第二频带中操作。
24.根据权利要求23所述的基站天线，其中，第一阵列定位在第二阵列和第三阵列之间。
25.一种基站天线，包括：
天线罩，所述天线罩包括前表面；
第一背板；以及
定位在所述第一背板前方、更接近所述前表面的第二背板，其中所述第二背板具有比所述第一背板短的横向范围。
26.根据权利要求25所述的基站天线，还包括：
在所述前表面后面的第一辐射元件阵列，其中所述第一辐射元件阵列在第一频带中操作；以及
在所述前表面后面的第二辐射元件阵列，其中所述第二辐射元件阵列在比所述第一频带高的第二频带中操作，以及其中所述前表面位于所述第二辐射元件阵列的近场中。
27.根据权利要求25所述的基站天线，其中，所述第一背板电耦合到所述第二背板。
28.根据权利要求26所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列从所述第一背板向前伸出，以及所述第二辐射元件阵列从所述第二背板向前伸出。
29.根据权利要求25所述的基站天线，其中，所述第一背板包括反射器。
30.根据权利要求26所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列包括相应的第一馈电柄，其中所述第二辐射元件阵列包括相应的第二馈电柄，以及其中所述第一馈电柄的后端位于所述第二馈电柄的后端后面。
31.根据权利要求30所述的基站天线，其中，所述第一馈电柄具有比所述第二馈电柄大的沿前后方向测量的长度。
32.根据权利要求26所述的基站天线，其中，所述第一辐射元件阵列的辐射元件是交叉偶极辐射元件。
33.根据权利要求26所述的基站天线，其中，所述第二辐射元件阵列被布置有多列辐射元件。
34.根据权利要求26-33中任一项所述的基站天线，还包括第三辐射元件阵列，所述第三辐射元件阵列被安装成从所述第一背板向前延伸，所述第三辐射元件阵列与所述第一辐射元件阵列和所述第二辐射元件阵列横向间隔开，其中所述第二辐射元件阵列和所述第三辐射元件阵列被配置为在第一频带中操作，以及所述第一辐射元件阵列被配置为在更高的第二频带中操作。
35.根据权利要求34所述的基站天线，其中，第一阵列定位在第二阵列和第三阵列之间。
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