CN116454596A - 信号处理装置和基站天线 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种信号处理装置和基站天线，信号处理装置包括：基板；波束成形网络，设于基板的一侧上；以及校准电路，设于基板的设有波束成形网络的同一侧上；其中，波束成形网络经由基板上的连接迹线连接到校准电路。

Description

信号处理装置和基站天线

技术领域

本公开一般地涉及无线电通信技术领域，更具体地，涉及一种信号处理装置和基站天线。

背景技术

蜂窝通信系统在本领域内是众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域可以被划分为一系列被称为“小区”的区域，并且每个小区由“宏小区”基站所服务。例如，每个小区可以具有1-50km²量级的面积，其中小区的大小取决于地形和人口密度等。基站可以包括基带装备、无线电设备和基站天线，从而提供与位于整个小区的固定和移动订户(“用户”)的双向RF(“RF”)通信。基站天线通常被安装在塔或其他升高的结构上，其中由每个天线生成的辐射波束(“天线波束”)指向外，以服务整个小区或其一部分(“扇区”)。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵，其中当天线被安装使用时，这些辐射元件被布置在一个或多个竖直列中。在这里，“竖直”是指相对于地平线所定义的平面基本上垂直的方向。

为了增加容量，蜂窝运营商部署了所谓的“小小区”基站。小小区基站是指相比典型的宏小区基站服务小得多的区域的低功率基站。在这里，术语“小小区”可以涵盖小小区、微小区、皮小区中的基站和服务小的地理区域的其他基站。例如，可以使用小小区基站来为宏小区内的高流量区域提供蜂窝覆盖，这允许宏小区基站将小小区附近的大部分或全部流量卸载到小小区基站。

图1是传统的小小区基站10的结构示意图。基站10包括可以被安装在升高的结构30上的天线20。通常，小小区基站的天线20可以被设计为提供在方位角平面中的全向覆盖，从而意味着由天线20生成的天线波束扩展通过方位角平面中的全360°圆，且可以具有仰角平面中的合适的波束宽度(例如，10°至30°)。天线波束可以可选地在仰角平面中稍微下倾(可以是物理下倾或电子下倾)，以减少小小区基站天线的天线波束外溢到小小区之外的区域中，并且也减少了小小区基站与其他基站之间的干扰。

小小区基站10还可以包括基站装备，诸如一个或多个基带单元40和无线电设备42。基带单元40可以从诸如回程网络之类的另一个源接收数据，并可以处理该数据并向无线电设备42提供数据流。无线电设备42可以生成其中包括已编码的数据的RF信号，并且可以放大这些RF信号并例如经由线缆连接44将这些RF信号传送到天线20用于传输。无线电设备42可以形成基于基带数据流的多个RF信号，并将每个RF信号传递到无线电设备42的相应输出端子(“无线电端子”)。在一些情况下，天线20可以是所谓的“有源天线”，在该“有源天线”中无线电设备42被直接安装在天线20上或在天线20内实现。有源天线能够电子地改变所产生的天线波束的形状和大小，并且因此也被称为“波束成形天线”。还将理解的是，图1中的小小区基站10通常可以包括各种其他装备，诸如电源、备用电池、电源总线、控制器等。

一些波束成形天线包括波束成形网络，该波束成形网络对馈电给波束成形天线的多列辐射元件的RF信号进行处理。例如，在一些波束成形天线中，每个无线电端子通过波束成形网络耦合到辐射元件的多列阵列中的不同列的辐射元件。每个RF信号的幅度和相位可以由无线电设备42和波束成形网络来设置，使得辐射元件的列一起工作以形成具有在方位角平面中的更窄波束宽度的更聚焦、更高增益的天线波束。在时分双工(“TDD”)传输方案中，可以基于逐个时隙来改变天线波束，使得在每个时隙期间在方位角平面中可以电子地“操纵”天线的形状和指向方向以指向或接近所服务的用户(天线波束的指向方向是指其中天线波束具有峰值增益的方向)。在其他情况下，天线可以被布置为使得存在仰角方向以及方位角方向上的子阵列的多个输入端口，使得在方位角平面和仰角平面两者中都能电子地操纵和窄化天线波束。由于波束成形天线具有窄化方位角(或仰角)波束宽度的能力，并在特定用户的方向上扫描天线波束，因此它们可以表现出更高的天线增益并支持增加的容量。

基站天线还可以包括校准电路，该校准电路提取被传输到辐射元件阵列中的测试信号的一部分。通过比较测试信号的被提取部分和参考信号，可以改变要发射的信号的幅度和相位的加权，以实现信号的校准。

随着对小小区基站10的小型化和集成度的要求的提高，有必要对小小区基站10中的各种部件的布置进行改进。

发明内容

本公开的目的在于提供一种信号处理装置和基站天线。

按照本公开的第一方面，提供了一种信号处理装置，包括：基板；波束成形网络，设于所述基板的一侧上；以及校准电路，设于所述基板的设有所述波束成形网络的同一侧上；其中，所述波束成形网络经由所述基板上的连接迹线连接到所述校准电路。

按照本公开的第二方面，提供了一种基站天线，包括：反射器组件，包括面向不同方向的多个反射器板；多组辐射元件阵列，所述多组辐射元件阵列中的每组辐射元件阵列分别设置在所述多个反射器板中的相应的一个反射器板的外侧上；以及如上所述的信号处理装置，其中，所述信号处理装置的波束成形网络连接到所述多组辐射元件阵列，且所述信号处理装置设置在所述多个反射器板的内侧的空间内。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是一种基站的结构示意图；

图2是根据本公开的一示例性实施例的信号处理装置的结构示意图；

图3是根据本公开的一示例性实施例的基站天线中的波束成形网络与无线电设备的电路示意图；

图4是根据本公开的一示例性实施例的基站天线的结构示意图；

图5是根据本公开的一示例性实施例的基站天线的水平截面示意图；

图6是根据本公开的另一示例性实施例的基站天线的水平截面示意图。

注意，在以下描述的实施例中，在一些情况中在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。本领域技术人员应当理解，这些示例仅仅以说明的方式来指示本公开的实施方式，而不是以穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出一些具体部件的细节。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，并且为非限制性的。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

随着第五代(“5G”)蜂窝系统的引入，现在广泛地部署了波束成形天线。这些天线大多是可以向基站的120°扇区提供覆盖的“平板”天线。这些天线通常包括辐射元件的多个线性阵列或辐射元件的一个或多个多列阵列，所有这些都被安装在平板天线的反射器上。辐射元件的线性阵列可以被设计为生成覆盖整个120°扇区的静态天线波束，而多列阵列被设计为与无线电设备和波束成形网络一起工作以便生成具有更高的天线增益的更聚焦的天线波束，并且可以被电子地操纵以覆盖120°扇区的不同部分。例如，8T/8R无线电设备和波束成形网络已经被开发出来，其通常与辐射元件的四列阵列一起使用。这些8T/8R无线电设备可以具有总共八个无线电端子，其中四个无线电端子经由波束成形网络耦合到阵列的四个列(每列一个无线电端子)中的辐射元件的-45°辐射器，而其他四个无线端子经由波束成形网络耦合到阵列的四个列(每列一个无线电端子)中的辐射元件的+45°辐射器。四列阵列可以同时生成一对天线波束，即在每个极化处一个天线波束。8T/8R无线电设备设置通过每个无线电端子输出的RF信号的幅度和相位，使得所生成的天线波束具有方位角平面中的减小的波束宽度，并且因此具有更高的天线增益，也可以在方位角平面中电子地操纵天线波束，以指向期望的方向。例如，8T/8R无线电设备可以在TDD通信方案的逐个时隙的基础上改变所生成的天线波束的指向方向。

此外，波束成形基站天线还可以包括校准电路(该校准电路通常被实现在印刷电路板上并且被称为校准电路板)以提取被传输到辐射元件中的测试信号的一部分。通过比较测试信号的被提取部分和参考信号，可以帮助确定对要发射的信号的幅度和相位的加权，以实现期望的波束图案。

校准电路板和波束成形网络通常是分开设置的，例如校准电路板可以靠近辐射元件设置，而波束成形网络可以被设置为远离辐射元件。为了实现它们之间的信号传输，可以通过例如同轴线缆等将校准电路板的端子与波束成形网络的相应端子连接在一起。然而，同轴线缆可能占用大量的空间，并且增加天线的成本和重量。此外，同轴线缆可能增加插入损耗，引起阻抗匹配问题，并且需要可能是无源互调失真(“PIM”)信号的潜在来源的焊接连接，所有这些都可能降低基站天线的性能。

为了解决上述问题，本公开提供了一种信号处理装置和包括该信号处理装置的基站天线。该基站天线可以是小小区波束成形基站天线。信号处理装置可以包括被集成在同一基板上的波束成形网络和校准电路，并且因此无需再使用例如同轴线缆等来将波束成形网络连接到校准电路，有助于改善基站天线的集成度，使基站天线可以更小，此外还可以改善基站天线的性能，并降低制造成本。

如图2所示，信号处理装置可以包括基板110、波束成形网络250和校准电路120。其中，波束成形网络250和校准电路120可以被设于基板110的同一侧上，且波束成形网络250可以经由基板110上的连接迹线130连接到校准电路120。可以理解的是，波束成形网络250和校准电路120本身也可以由基板110上的相应的迹线形成。这样，波束成形网络250可以无需再通过同轴线缆连接到校准电路120。

在一些实施例中，波束成形网络250的至少一部分、校准电路120的至少一部分和连接迹线130可以被一体地形成。具体而言，波束成形网络250的至少一部分、校准电路120的至少一部分和连接迹线130可以在同一个或同一组工艺步骤中形成。例如，可以通过一个或多个步骤在基板110上整体地形成图案化的金属图案，该金属图案可以包括波束成形网络250的至少一部分、校准电路120的至少一部分和连接迹线130。然而，可以理解的是，根据需要，波束成形网络250、校准电路120和连接迹线130也可以在不同的工艺步骤中形成，但它们都将被集成在基板110上，从而无需采用其他附加的连接部件来实现波束成形网络250与校准电路120之间的连接。

在一些实施例中，波束成形网络250的至少一部分、校准电路120的至少一部分和连接迹线130可以是由同种材料形成的。或者，根据实际需要，波束成形网络250、校准电路120和连接迹线130中也可以包含不同的材料。

根据对基板110上图案的不同划分方式，每条连接迹线130可以被认为是作为波束成形网络250和校准电路120中的至少一者的一部分的迹线的一部分。例如，每条连接迹线130可以被认为是波束成形网络250的一部分，或者可以被认为是校准电路120的一部分，或者每条连接迹线130的第一部分可以被认为是波束成形网络250的一部分、而每条连接迹线130的第二部分可以被认为是校准电路120中的一部分。在这种情况下，也可以认为波束成形网络250和校准电路120之间是直接连接的，而其间不存在例如连接端子、线缆等任何其他连接部件。然而，可以理解的是，连接迹线130也可以被认为是单独的部件，其既不是波束成形网络250的一部分也不是校准电路120的一部分。这只是划分方式上的差别，对于实际的信号处理装置的结构并无影响。

进一步地，为了改善信号传输装置的信号传输性能，每条连接迹线130的形状可以被配置为匹配到波束成形网络250与校准电路120的连接处的阻抗。换句话说，在波束成形网络250与校准电路120的连接处，波束成形网络250所见的校准电路120的阻抗与校准电路120所见的波束成形网络250的阻抗是彼此相等的，从而减小或避免信号从校准电路120的输出口进入波束成形网络250的输入口时发生反射。

在一些实施例中，如图2所示，一些或所有连接迹线130可以包括相应的弯曲部。弯曲部增大了每条连接迹线130的长度，这可以改善阻抗匹配。在一些实施例中，弯曲部可以由一个或多个彼此相连的“S”形迹线或反“S”形迹线形成。可以理解的是，弯曲部也可以具有其他的形状，只要其长度满足阻抗匹配的要求即可，在此不作限制。

如图2所示，波束成形网络250可以包括多个输入口251，校准电路120可以包括多个输出口122，波束成形网络250的多个输入口251中的每个输入口251可以分别经由相应的一条连接迹线130连接到校准电路120的多个输出口122中的相应的一个输出口122。也就是说，波束成形网络250的输入口251的数目、校准电路120的输出口122的数目以及连接迹线130的数目可以是彼此相等的，且可以如图2中所示的一一对应地连接。

进一步地，为了避免在多条连接迹线130中同时行进的信号之间的相互干扰，基板110上的多条连接迹线130可以彼此平行地延伸，以保持相邻的连接迹线130之间的间隔距离基本上不变，且该间隔距离应该是足以避免干扰的。此外，为了充分地利用基板110上的布置空间，使得每对相连连接迹线130之间的间隔距离都足以避免信号之间的干扰，在垂直于连接迹线130延伸的方向上，多条连接迹线130可以均匀地分散分布在基板110上，而不是集中分布在基板110的某一小部分中。

波束成形网络250可以包括无源波束成形网络，该无源波束成形网络可以包括巴特勒矩阵。在图2所示的具体实施例中，波束成形网络250包括两个巴特勒矩阵，这两个巴特勒矩阵可以分别对不同的辐射元件阵列进行馈电，或者对同一辐射元件阵列中的辐射元件的具有不同极化的辐射器进行馈电。可以理解的是，根据实际需要，波束成形网络250中也可以包括更多或更少的巴特勒矩阵，和/或可以用巴特勒矩阵以外的电路来实现。

进一步地，如图3所示，巴特勒矩阵可以包括第一混合耦合器260-1、第二混合耦合器260-2、第三混合耦合器260-3和第四混合耦合器260-4以及第一相位延迟器270-1和第二相位延迟器270-2。第一混合耦合器260-1的第一输入口262-1可以作为巴特勒矩阵的第一输入口，第一混合耦合器260-1的第二输入口262-2可以作为巴特勒矩阵的第二输入口，第一混合耦合器260-1的第一输出口264-1可以经由第一相位延迟器270-1连接到第三混合耦合器260-3的第一输入口262-1，并且第一混合耦合器260-1的第二输出口264-2可以连接到第四混合耦合器260-4的第一输入口262-1；第二混合耦合器260-2的第一输入口262-1可以作为巴特勒矩阵的第三输入口，第二混合耦合器260-2的第二输入口262-2可以作为巴特勒矩阵的第四输入口，第二混合耦合器260-2的第一输出口264-1可以连接到第三混合耦合器260-3的第二输入口262-2，并且第二混合耦合器260-2的第二输出口264-2可以经由第二相位延迟器270-2连接到第四混合耦合器260-4的第二输入口262-2；第三混合耦合器260-3的第一输出口264-1可以作为巴特勒矩阵的第一输出口，并且第三混合耦合器260-3的第二输出口264-2可以作为巴特勒矩阵的第二输出口；以及第四混合耦合器260-4的第一输出口264-1可以作为巴特勒矩阵的第三输出口，并且第四混合耦合器260-4的第二输出口264-2可以作为巴特勒矩阵的第四输出口。其中，第一相位延迟器270-1和第二相位延迟器270-2可以各自为45°相位延迟(迟延)迹线。此外，在巴特勒矩阵的各个输出口处可以连接相应的连接端子，以便将信号传输到信号处理装置之外的部件。在后文中，还将结合基站天线中的其他部件详细地解释该波束成形网络的工作原理。

如图2所示，校准电路120可以包括多条传输路径124、多条耦合路径125以及功率分配器126。多条传输路径124可以分别连接于校准电路120的多个输入口121中的相应的一个输入口121与多个输出口122中的相应的一个输出口122之间。多条耦合路径125中的每条耦合路径125可以分别与多条传输路径124中的相应的一条传输路径124至少部分相邻地设置，使得在与每条耦合路径125相应的一条传输路径124中的信号的一部分被耦合出该传输路径124并在该耦合路径125中行进。功率分配器126的多个输入口可以分别连接于多条耦合路径125，且功率分配器126的输出口可以作为校准电路的校准口123。其中，在校准电路120的各个输入口121和校准口123处可以连接有相应的连接端子，以实现与信号处理装置之外的其他部件之间的信号传输。校准电路120的每条传输路径124的长度可以是相等的，每条耦合路径125的长度也可以是相等的，另外连接在功率分配器126的每个输入口与输出口之间的每条分配路径的长度可以是相等的。这样的设置可以保障由校准电路120中的每条单独的信号路径所引入的信号幅度和相位上的变化是基本相等的，从而避免校准电路120本身在多个信号的幅度和相位之间引入差异而导致校准结果的不准确。

在校准期间，可以通过无线电设备来产生多个测试信号，并在校准电路120的对应的输入口121处相应地输入。这些测试信号中的每个测试信号的一部分可以从传输路径124被耦合到耦合路径125中，并在经过功率分配器126的组合之后在校准口123处被输出。通过比较校准口123输出的输出信号和参考信号，可以对有源收发器产生的信号的幅度和相位进行调整，从而实现期望的波束图案。

在本公开的信号处理装置中，波束成形网络与校准电路被集成在同一基板上，并经由基板上的连接迹线直接连接，因此无需再使用诸如线缆、连接端子之类的其他部件来实现它们之间的连接，有助于实现信号处理装置以及基站天线的小型化和高集成度要求。此外，可以方便地通过调节连接迹线的长度等来实现波束成形网络与校准电路之间的阻抗匹配，也可以很好地减少信号在传输过程中的衰减，从而有助于改善基站天线的传输性能。进一步地，由于波束成形网络、校准电路和连接迹线可以至少部分地一体形成，也无需额外的连接部件，因此能够降低信号处理装置以及基站天线的成本。

本公开还提出了一种基站天线，该基站天线可以包括反射器组件、多组辐射元件阵列和如上所述的信号处理装置。反射器组件可以包括面向不同方向的多个反射器板(这些反射器板可以是单独的板或被弯折以形成面向不同方向的板的单个结构)。每组辐射元件阵列可以分别设置在相应的一个反射器板的外侧上，而信号处理装置可以设置在限定在多个反射器板的内侧的空间内，且信号处理装置的波束成形网络可以连接到多组辐射元件阵列，从而将相应的RF信号提供给辐射元件。

本公开的基站天线可以使用无线电设备的基本上所有的发射功率，生成在任何给定的时隙期间的方向性辐射图案，同时提供方位角平面中的全360°覆盖。根据本公开实施例的小小区基站天线可以支持比传统的小小区波束成形系统更高的有效各向同性辐射功率(EIRP)水平，并且在示例实施例中，可以工作在约3.3GHz至4.2GHz的频带或其一部分中。

在一些实施例中，根据本公开的实施例的波束成形天线可以包括被安装在具有基本上矩形的水平截面的管状反射器组件的四个主面上的辐射元件的四个线性阵列。每个线性阵列的方位视轴指向方向可以相对于剩余三个线性阵列的方位视轴指向方向分别偏移约90°、约180°和约270°。每个线性阵列中的辐射元件可以包括双极化辐射元件，诸如例如倾斜-45°/+45°交叉偶极辐射元件。辐射元件可以具有在方位角平面上的方向性图案，例如在50°至100°之间的方位半功率波束宽度。四个线性阵列中的每个线性阵列都可以连接到天线的两个RF端子(每个极化一个)，并且八个RF端子可以经由波束成形网络连接到八端子5G 8T/8R无线电设备上对应的无线电端子。每个线性阵列可以形成一对定向天线波束(每个极化一个定向天线波束)。例如，每个天线波束可以提供方位角平面中的约90°的覆盖。

在一些实施例中，小小区基站天线可以使用诸如4x4巴特勒矩阵之类的无源波束成形网络以组合通过与一种极化相关联的四个无线电端子输出的RF信号，并且然后通过波束成形网络的四个输出口中的一个输出口输出组合的信号，以形成例如在方位角平面中提供90°扇区覆盖的“扇区”天线波束。无线电设备可以以四种方式中的一种方式设置从每个无线电端子输出的RF信号的幅度和相位权重。四种不同的权重设置中的每种权重设置都将无线电设备的四个无线电端子处输出的所有RF能量引导至四个线性阵列中的所选择的一个线性阵列。换句话说，可以将5G无线电设备和无源波束成形网络配置为共同工作，以将所有四个无线电端子输出的信号馈送到线性阵列中的所选择的一个线性阵列。可以对两个极化中的每个极化进行这种操作，使得5G无线电设备在任何给定的时隙期间输出的所有RF能量都可以通过四个线性阵列中的所选择的一个线性阵列辐射。无线电设备可选地被编程为在服务于位于两个相邻线性阵列的覆盖区域的重叠边缘处的用户的时隙期间输出RF能量到线性阵列中的两个线性阵列。

此外，通过调整权重设置，可以形成具有其他形状和/或指向方向的天线波束。例如，该技术可以用于改变扇区天线波束的视轴指向方向，使得扇区天线波束的峰值增益可以指向方位角平面中的任意角度。根据本公开的实施例的波束成形天线还可以被配置为仅通过改变权重设置来形成具有其他形状的天线波束。例如，可以简单地通过在无线电设备中应用适当的权重设置，将天线配置为形成具有在方位角平面中的全向、心形和/或双向辐射图案的天线波束。因此，单个波束成形天线与现成的5G无线电设备结合，可以形成蜂窝运营商通常期望的任何标准天线图案。

基于巴特勒矩阵的波束成形网络通常用于将多个无线电端子耦合到辐射元件的平面多列阵列上。例如，巴特勒矩阵可以用于允许两个相同极化的无线电端子共享辐射元件的多列阵列，使得每个无线电端子耦合到阵列中的所有辐射元件。巴特勒矩阵通常被配置为以这样的方式将两个无线端子耦合到多列阵列，来自第一个无线电端子的RF信号生成指向方位角平面中的第一方向的第一天线波束，而来自第二无线电端子的RF信号生成指向方位角平面中的不同的第二方向的第二天线波束。这种天线通常用在扇区分割应用中，其中第一天线波束覆盖基站的扇区的第一部分(例如，120°扇区的左侧)，而第二天线波束覆盖扇区的第二部分(例如，120°扇区的右侧)。本公开的实施例以完全不同的方式使用巴特勒矩阵型波束成形网络，巴特勒矩阵可以充当功率组合器和开关，允许无线电设备的所有输出功率被传送到多个线性阵列中的所选择的线性阵列。巴特勒矩阵可以具有优越的功率处理能力和良好的无源互调失真性能。

图4是根据本公开的实施例的适合于用作小小区基站天线的波束成形基站天线200的透视图(其中移除了其天线罩和顶端盖)。如图4中所示，小小区基站天线200包括具有四个面212-1至212-4的矩形管状反射器组件210。双极化辐射元件222的四个线性阵列220-1至220-4被安装成从反射器组件210的相应面212向外延伸(第四线性阵列220-4在图4中是不可见的，但除了指向不同的方向，与其他线性阵列220相同)。此外，信号处理装置可以安装在反射器组件210的四个面212-1至212-4围合形成的内部空间中。矩形管状反射器组件210可以包括单一结构或可以包括附接在一起的多个结构。其每个面212可以用作其上安装的线性阵列220的双极化辐射元件222的反射器和接地平面。

多个RF端子244可以被安装在基站天线200的底端盖240中，且分别与信号处理装置的波束成形网络250的多个输出口252中的相应的输出口252电连接。可以提供总共八个RF端子244-1至244-8，其中两个RF端子244耦合到每个线性阵列220。耦合到每个线性阵列220的第一RF端子244可以支持在第一极化处的通信，而耦合到每个线性阵列220的第二RF端子244可以支持在第二极化处的通信。

当基站天线200被安装以供使用时，每个线性阵列220可以相对于水平方向基本上垂直，使得每个线性阵列220包括辐射元件222的列。在所描绘的实施例中，每个线性阵列220包括总共五个辐射元件222。但将理解的是，其他数目的辐射元件222也可以被包括在线性阵列220中。在所描绘的实施例中，每个线性阵列220被实现为辐射元件222的三个子阵列，其中顶部和底部子阵列包括被安装在同一馈电板228上的两个辐射元件222，而中间子阵列包括被安装在其自己的馈电板228上的单个辐射元件222。将理解的是，任何合适数量的辐射元件222可以被包括在每个子阵列中，并且可以使用或不使用馈电板228。还将理解的是，可以使用不同类型的辐射元件222。基站天线200还可以包括覆盖并保护基站天线200的辐射元件222和其他部件的天线罩和顶端盖(未示出)。

如上面所提到的，子阵列中的一些子阵列包括被安装在馈电板228上的一对辐射元件222。馈电板228可以被配置为将提供给其的RF信号分割(该分割不必相等)成两个子分量，并将每个子分量馈送给辐射元件222中的相应一个辐射元件222。馈电板228可以包括两个输入，即每个极化有一个输入。可以在每个辐射元件的偶极子辐射器226前方安装导向器(未示出)，以窄化辐射元件222的波束宽度。

正如上面所讨论的，根据本公开的实施例的小小区基站天线可以使用诸如巴特勒矩阵之类的波束成形网络来组合由无线电设备输出的RF信号和将组合的RF信号路由到天线的线性阵列中的所选择的线性阵列。以这种方式，可以利用无线电设备的全部发射功率，并且可以将RF信号导向到线性阵列中的所选择的线性阵列，这可以基于逐个时隙地来实现。

图3是根据本公开的实施例的可以用于使RF信号在基站天线200的四个第一极化RF端子244与四个线性阵列220的辐射元件222的第一极化偶极子辐射器226之间传递的波束成形网络250的简化电路图。图3还图示了RF端子244与无线电设备42上的对应的无线电端子44-1至44-8(这些无线电端子分别电连接到信号处理装置的校准电路120的多个输入口121中的相应的输入口121)之间的连接。无线电设备42可以是8T/8R 5G无线电设备。图3仅图示了针对由基站天线200支持的两个极化之一(例如，-45°极化)的无线电端子44、RF端子244和波束成形网络250。将理解的是，图3中所示的元件将在第二极化中重复。

如图3中所示，波束成形网络250可以包括四个混合耦合器260-1至260-4和一对45°相位延迟器270。每个混合耦合器260例如可以包括具有第一输入口262-1和第二输入口262-2以及第一输出口264-1和第二输出口264-2的四端口90°混合耦合器。四端口90°混合耦合器在两个输入口262-1和262-2处接收信号“A”和“B”，并在每个输出口264-1、264-2上输出幅度为“A/2+B/2”的信号，其中两个输出信号之间有90°的相位差。45°相位延迟器270可以包括例如延迟迹线或可以在更宽的频率范围内提供改善的性能(即，一致的相位延迟)的更复杂的相位延迟结构。将理解的是，可以用与延迟迹线结合的180°耦合器来代替90°混合耦合器中的一个或多个。

如图3中所示，第一混合耦合器260–1的输入口262-1、262-2耦合到5G无线电设备42的第一端子44-1和第二端子44-2，而第二混合耦合器260-2的输入口262-1、262-2耦合到5G无线电设备42的第三端子44-3和第四端子44-4。第一混合耦合器260-1的第一输出口264-1耦合到第一45°相位延迟器270-1的输入口，而第一混合耦合器260-1的第二输出口264-2耦合到第四混合耦合器260-4的第一输入口262-1。第一45°相位延迟器270-1的输出口耦合到第三混合耦合器260-3的第一输入口262-1。第二混合耦合器260-2的第一输出口264-1耦合到第三混合耦合器260-3的第二输入口262-2，并且第二混合耦合器260-2的第二输出口264-2耦合到第二45°相位延迟器270-2的输入口。第二45°相位延迟器270-2的输出口耦合到第四混合耦合器260-4的第二输入口262-2。

从第三混合耦合器260-3的第一输出口264-1输出的RF信号耦合到第一线性阵列220-1的辐射元件222的-45°偶极辐射器226。从第三混合耦合器260-3的第二输出口264-2输出的RF信号耦合到第三线性阵列220-3的辐射元件222的-45°偶极辐射器226。从第四混合耦合器260-4的第一输出口264-1输出的RF信号耦合到第二线性阵列220-2的辐射元件222的-45°偶极辐射器226。从第四混合耦合器260-4的第二输出口264-2输出的RF信号耦合到第四线性阵列220-4的辐射元件222的-45°偶极辐射器226。

作为上述连接的结果，假设信号“A”从无线电端子44-1输出，信号“B”从无线电端子44-2输出，信号“C”从无线电端子44-3输出，并且信号“D”从无线电端子44-4输出，在线性阵列220-1至220-4处接收到的信号A-D的子分量的相位如下：

线性阵列220-1：A+45°；B+135°；C+90°；D+180°

线性阵列220-2：A+90°；B+0°；C+225°；D+135°

线性阵列220-3：A+135°；B+225°；C+0°；D+90°

线性阵列220-4：A+180°；B+90°；C+135°；D+45°

下面的表1示出了输入到波束成形网络250中的RF信号的幅度和相位(即在无线电设备42中应用的幅度和相位设置)，这将导致所有RF能量被定向到单个线性阵列220。

表1

例如，集中于表1的第1行，可以看到当无线电端子44-1至44-4分别被馈送具有幅度/相位为0.5/-45°、0.5/-135°、0.5/-90°、0.5/-180°的信号时，那么每个线性阵列220处的RF功率如下：

阵列220-1＝1

阵列220-2＝0.5/45°+0.5/-135°+0.5/135°+0.5/-45°＝0

阵列220-3＝0.5/90°+0.5/90°+0.5/-90°+0.5/-90°＝0

阵列220-4＝0.5/135°+0.5/-45°+0.5/45°+0.5/-135°＝0

换句话说，通过编程8T/8R无线电设备42施加适当的幅度和相位到第一极化的四个端子上输出的RF信号，小小区基站天线200可以被配置为输出所有的RF能量到线性阵列220-1。通过简单地使用在每个无线电端子44处输出的信号的相位上的相反组合，类似的技术可以用于将所有RF能量引导到第二线性阵列220-2、第三线性阵列220-3或第四线性阵列220-4。

因此，表1表明，通过编程无线电设备42来向提供给无线电端子44-1至44-4的RF信号施加适当的幅度和相位权重，通过这些无线电端子44发送的所有RF能量被引导到四个线性阵列220中的所选择的一个线性阵列220。

将理解的是，图3图示了巴特勒矩阵的一种具体设计。可以使用各种不同的巴特勒矩阵设计，并且无线电设备42可以适当地调整每个输入信号的幅度和相位，以将RF能量路由到所选择的线性阵列220。还将理解的是，在一些实施例中可以使用巴特勒矩阵以外的波束成形网络。

基站天线200可以是相对小的，例如其直径可以约为8英寸，高度约为2英尺。这样的天线可以很容易地被安装在大多数电线杆和路灯上。

图5是根据本公开的进一步实施例的小小区波束成形天线300的示意图顶视图。如图5中所示，基站天线300可以包括具有共同限定半八边形管的四个面312-1至312-4和可选的后壁的反射器组件310。信号处理装置100可以被设置在反射器组件的与辐射元件相对的一侧中。双极化辐射元件222的两列阵列320以并排方式被安装，并从反射器组件310的每个面312向外延伸。每个两列阵列320可以包括两个线性阵列220，每个线性阵列220各自包括六个辐射元件222。图5为基站天线300的示意性顶视图，图中仅可见每个线性阵列220的顶部的辐射元件222。反射器组件310的每个面312可以用作反射器并作为安装在其上的双极化辐射元件222的接地平面。基站天线300可能适合于提供到方位角平面中的180°区域的覆盖。例如，基站天线300可以被安装在建筑物的外墙上。在其他实施例中，具有图5的半八边形水平截面的管状反射器组件310可以被替换为具有全八边形水平截面的管状反射器组件，并且可以提供八个额外的线性阵列220。这样的基站天线可以与两个8T/8R无线电设备或单个16T/16R无线电设备一起操作。

虽然基站天线200支持在方位角平面中的全360°的覆盖区域，并且基站天线300支持在方位角平面中的全180°的覆盖区域，但将理解的是，本公开的实施例不限于此。而是可以提供被设计用于覆盖方位角平面中的任何相邻部分或多个非相邻部分的小小区基站天线。

参考图6，作为另一示例，可以提供具有四边管状反射器组件210的小小区基站天线500，但其具有辐射元件222的阵列320，仅被安装在管状反射器组件210的两个相对面212-1，212-3上，且信号处理装置100可以设置在四个面围合形成的内部空间中。每个阵列320可以是多列阵列，例如，辐射元件222的两列(或三列)。基站天线500可能特别适合在隧道、桥梁和/或长而直的公路上使用。由于阵列仅被提供在反射器组件210的四个面212中的两个面上，因此基站天线500也可以与4T/4R TDD 5G无线电设备一起操作。

还将理解的是，根据本公开的实施例的小小区基站可以被配置为将RF能量输出到多于一个的线性阵列220，以便生成具有其他形状的天线波束。当通过无线电设备42的四个无线电端子44-1至44-4输出的所有RF能量被传递到单个线性阵列220时，天线波束可以是所谓的“扇区”天线波束，该“扇区”天线波束被设计为覆盖例如方位角平面中的90°扇区。

此外，通过调整应用于8T/8R无线电设备42的权重设置，扇区天线波束的指向方向可以被调整。例如，无线电设备42的四个无线电端子44-1至44-4上输出的所有RF能量可以被引导到基站天线200的线性阵列220中的两个相邻的线性阵列，而不是单个线性阵列220。该技术可以用于改变扇区天线波束的视轴指向方向，使得扇区天线波束的峰值增益可以指向方位角平面中的任意角度。

此外，在一些情况下，蜂窝运营商可能希望生成形状不同于“扇区”形状的天线波束。例如，为了向基站天线的覆盖区域内的所有用户发送控制信号，蜂窝运营商可能希望生成在方位平面上具有全向覆盖的天线波束。通过以如表2中所示的方式来对无线电端子44-1至44-4输出的RF信号进行幅度和相位加权，可以生成具有在方位角平面中的基本上全向的覆盖的天线波束。

表2

无线电端子44-1	无线电端子44-2	无线电端子44-3	无线电端子44-4
				0.5/-45°	0.5/-135°	0.5/-135°	0.5/-45°

蜂窝运营商有时也对部署生成所谓“心形”天线波束以提供方位角平面中的大约180°上的覆盖的基站天线感兴趣。例如，通过以如表3中所示的方式来对无线电端子44-1至44-4输出的RF信号进行幅度和相位加权，根据本公开实施例的基站天线也可以很容易地形成这样的心形天线波束。

表3

无线电端子44-1	无线电端子44-2	无线电端子44-3	无线电端子44-4
				0.5/-45°	0.5/-45°	0.5/-45°	0.5/-45°

此外，通过将RF能量引导到由无线电设备42施加的适当幅度和相位权重的线性阵列220中的三个，还可以调整心形天线波束的指向方向，使其在方位角平面中指向任何方向。

蜂窝运营商有时也对部署生成提供方位角平面中的两个相反方向上的覆盖的所谓“双向”天线波束的基站天线感兴趣。具有方位角平面中的双向形状的天线波束可以在例如为长而直的高速公路和/或桥梁、隧道等中提供覆盖是有用的。例如，通过以如表4中所示的方式来对无线电端子44-1至44-4输出的RF信号进行幅度和相位加权，根据本公开实施例的基站天线也可以很容易地形成这样的“双向”天线波束。

表4

无线电端子44-1	无线电端子44-2	无线电端子44-3	无线电端子44-4
				0.5/-113°	0.5/-207°	0.5/-254°	0.5/-335°

将理解的是，在不偏离本公开的范围的情况下，可以对上述天线进行许多修改。例如，基站天线200可以包括少于或多于四个线性阵列220。

如上文所示，根据本公开的实施例的小小区波束成形基站天线可以生成各种标准天线波束(全向、扇形、心形、双向)，同时这样做可以使用蜂窝无线电设备的全部发射功率。此外，通过将波束成形网络与校准电路集成在同一基板上，并由基板上的连接迹线来连接波束成形网络与校准电路，可以满足基站天线的小型化和低成本的要求，且能够方便地减少基站天线中发生的衰减和阻抗不匹配的情况以改善基站天线的性能，并节约成本。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

1.一种信号处理装置，所述信号处理装置包括：

基板；

波束成形网络，设于所述基板的一侧上；以及

校准电路，设于所述基板的设有所述波束成形网络的同一侧上；

其中，所述波束成形网络经由所述基板上的连接迹线连接到所述校准电路。

2.根据1所述的信号处理装置，所述波束成形网络的至少一部分、所述校准电路的至少一部分和所述连接迹线被一体地形成。

3.根据1所述的信号处理装置，所述连接迹线是形成所述波束成形网络和所述校准电路中的至少一者的迹线的一部分。

4.根据1所述的信号处理装置，所述连接迹线的形状被配置为使得在所述波束成形网络与所述校准电路的连接处阻抗匹配。

5.根据4所述的信号处理装置，所述连接迹线包括弯曲部。

6.根据5所述的信号处理装置，所述弯曲部的长度被配置为使得在所述波束成形网络与所述校准电路的连接处阻抗匹配。

7.根据1所述的信号处理装置，所述波束成形网络包括多个输入口，所述校准电路包括多个输出口，所述波束成形网络的多个输入口中的每个输入口分别经由相应的一条连接迹线连接到所述校准电路的多个输出口中的相应的一个输出口。

8.根据7所述的信号处理装置，多条连接迹线在所述基板上彼此平行地延伸。

9.根据7所述的信号处理装置，在垂直于连接迹线延伸的方向上，多条连接迹线均匀地分散分布在所述基板上。

10.根据1所述的信号处理装置，所述波束成形网络为无源波束成形网络。

11.根据10所述的信号处理装置，所述无源波束成形网络包括巴特勒矩阵。

12.根据11所述的信号处理装置，所述巴特勒矩阵包括第一混合耦合器、第二混合耦合器、第三混合耦合器和第四混合耦合器以及第一相位延迟器和第二相位延迟器，其中：

第一混合耦合器的第一输入口作为巴特勒矩阵的第一输入口，第一混合耦合器的第二输入口作为巴特勒矩阵的第二输入口，第一混合耦合器的第一输出口经由第一相位延迟器连接到第三混合耦合器的第一输入口，并且第一混合耦合器的第二输出口连接到第四混合耦合器的第一输入口；

第二混合耦合器的第一输入口作为巴特勒矩阵的第三输入口，第二混合耦合器的第二输入口作为巴特勒矩阵的第四输入口，第二混合耦合器的第一输出口连接到第三混合耦合器的第二输入口，并且第二混合耦合器的第二输出口经由第二相位延迟器连接到第四混合耦合器的第二输入口；

第三混合耦合器的第一输出口作为巴特勒矩阵的第一输出口，并且第三混合耦合器的第二输出口作为巴特勒矩阵的第二输出口；以及

第四混合耦合器的第一输出口作为巴特勒矩阵的第三输出口，并且第四混合耦合器的第二输出口作为巴特勒矩阵的第四输出口。

13.根据12所述的信号处理装置，所述第一相位延迟器和所述第二相位延迟器各自为45°相位延迟迹线。

14.根据1所述的信号处理装置，所述校准电路包括：

多条传输路径，所述多条传输路径分别连接于所述校准电路的多个输入口中的相应的一个输入口与多个输出口中的相应的一个输出口之间；

多条耦合路径，所述多条耦合路径中的每条耦合路径分别与所述多条传输路径中的相应的一条传输路径至少部分相邻地设置，使得在与每条耦合路径相应的一条传输路径中的信号的一部分被耦合出该传输路径并在该耦合路径中行进；以及

功率分配器，所述功率分配器的多个输入口分别连接于所述多条耦合路径，且所述功率分配器的输出口作为所述校准电路的校准口。

15.根据14所述的信号处理装置，所述校准电路的每条传输路径具有相等的长度。

16.根据14所述的信号处理装置，所述校准电路的每条耦合路径具有相等的长度。

17.根据14所述的信号处理装置，连接在所述功率分配器的每个输入口与输出口之间的每条分配路径具有相等的长度。

18.一种基站天线，所述基站天线包括：

反射器组件，包括面向不同方向的多个反射器板；

多组辐射元件阵列，所述多组辐射元件阵列中的每组辐射元件阵列分别设置在所述多个反射器板中的相应的一个反射器板的外侧上；以及

根据1至17中任一项所述的信号处理装置，其中，所述信号处理装置的波束成形网络连接到所述多组辐射元件阵列，且所述信号处理装置设置在所述多个反射器板的内侧的空间内。

19.根据18所述的基站天线，所述反射器组件呈筒状。

20.根据18所述的基站天线，所述波束成形网络的每个输出口分别连接到所述多组辐射元件阵列中的一组辐射元件或一列辐射元件。

如在此所使用的，词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其他实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、设备或部件的容差、环境影响和/或其他因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其他实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其他方式连接(或者通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其他方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其他特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其他此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应注意，如本文所使用的，词语“包括”、“包含”、“具有”和任何其他变体说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员还应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其他的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的实施例可以任意彼此组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对上面的实施例进行修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种信号处理装置，其特征在于，所述信号处理装置包括：

基板；

波束成形网络，设于所述基板的一侧上；以及

校准电路，设于所述基板的设有所述波束成形网络的同一侧上；

其中，所述波束成形网络经由所述基板上的连接迹线连接到所述校准电路。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述波束成形网络的至少一部分、所述校准电路的至少一部分和所述连接迹线被一体地形成。

3.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述连接迹线是形成所述波束成形网络和所述校准电路中的至少一者的迹线的一部分。

4.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述连接迹线的形状被配置为使得在所述波束成形网络与所述校准电路的连接处阻抗匹配。

5.根据权利要求4所述的信号处理装置，其特征在于，所述连接迹线包括弯曲部。

6.根据权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，所述弯曲部的长度被配置为使得在所述波束成形网络与所述校准电路的连接处阻抗匹配。

7.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述波束成形网络包括多个输入口，所述校准电路包括多个输出口，所述波束成形网络的多个输入口中的每个输入口分别经由相应的一条连接迹线连接到所述校准电路的多个输出口中的相应的一个输出口。

8.根据权利要求7所述的信号处理装置，其特征在于，多条连接迹线在所述基板上彼此平行地延伸。

9.根据权利要求7所述的信号处理装置，其特征在于，在垂直于连接迹线延伸的方向上，多条连接迹线均匀地分散分布在所述基板上。

10.一种基站天线，其特征在于，所述基站天线包括：

反射器组件，包括面向不同方向的多个反射器板；

多组辐射元件阵列，所述多组辐射元件阵列中的每组辐射元件阵列分别设置在所述多个反射器板中的相应的一个反射器板的外侧上；以及

根据权利要求1至9中任一项所述的信号处理装置，其中，所述信号处理装置的波束成形网络连接到所述多组辐射元件阵列，且所述信号处理装置设置在所述多个反射器板的内侧的空间内。