CN116742317A - 具有包括基于超材料谐振器的偶极臂的宽带去耦辐射元件的基站天线 - Google Patents

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Abstract

天线包括反射器、被配置为在第一工作频带中工作的第一辐射元件和被配置为在包含比第一工作频带更高的频率的第二工作频带中工作的第二辐射元件。第一辐射元件包括具有第一偶极臂和第二偶极臂的第一偶极辐射器以及具有第三偶极臂和第四偶极臂的第二偶极辐射器。第一偶极臂包括第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段。

Description

具有包括基于超材料谐振器的偶极臂的宽带去耦辐射元件的 基站天线
背景技术
本发明一般地涉及无线电通信，并且更具体地涉及用于蜂窝通信系统的基站天线。
蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被划分为一系列被称为“小区”的区域，它们由相应的宏小区基站服务。宏小区基站可以包括一个或多个天线，该一个或多个天线被配置为提供与由基站所服务的小区内的移动订户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，每个宏小区基站被划分为“扇区”。在一个常见配置中，六角形状的小区被划分为方位平面中的三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线服务，该一个或多个基站天线产生具有约65°的方位半功率波束宽度(“HPBW”)的辐射图案(在本文中也被称为“天线波束”)。每个基站天线可以包括辐射元件的一个或多个线性或平面相控阵，其中每个阵列产生一个或多个天线波束。现代蜂窝通信系统常常还包括在每个宏小区内实现的小小区基站，这些小小区基站为宏小区的具有高业务量的部分提供额外的容量。
为了适应正在增长的蜂窝通信容量，蜂窝运营商已在各种新频带中增加了蜂窝服务。虽然在一些情况下，可能使用所谓的“宽带”或“超宽带”辐射元件的单个阵列来在多个频带中提供服务，但在其他情况下，使用辐射元件的不同阵列来支持不同频带中的服务是必要的。因此，大多数宏小区采用多频带基站天线，该多频带基站天线包括在两个、三个或更多不同工作频带中工作的辐射元件的阵列。例如，现在正在部署的基站天线包括在694-960MHz频带的一些或全部中工作的“低频带”辐射元件的两个线性阵列、在1427-2690MHz频带的一些或全部中工作的第一“中频带”辐射元件的两个线性阵列和在1695-2690MHz频带的一些或全部中工作的第二中频带辐射元件的两个线性阵列。这些线性阵列通常被定位成彼此靠近，以便减小基站天线的宽度。不幸地，靠近放置的阵列可以彼此相互作用，这可能使性能劣化或者使将阵列定位得分开更远是必要的，这可能使满足客户的关于天线宽度的要求成为挑战。
发明内容
依据本发明的实施例，提供了天线(例如，基站天线)，该天线包括反射器、从反射器向前延伸的第一辐射元件以及从反射器向前延伸的第二辐射元件，第一辐射元件被配置为在第一工作频带中工作，第二辐射元件被配置为在包含高于第一工作频带的更高频率的第二工作频带中工作。第一辐射元件包括第一偶极辐射器和第二偶极辐射器，第一偶极辐射器具有第一偶极臂和第二偶极臂，第二偶极辐射器具有第三偶极臂和第四偶极臂，并且第一偶极臂包括第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段，其中第一扩宽导电区段与第一缩窄导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
在一些实施例中，第一偶极臂还可以包括第二扩宽导电区段和至少基本上围绕第二扩宽导电区段的第二缩窄导电区段，其中第二扩宽导电区段与第二缩窄导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
在一些实施例中，第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段可以包括第一互补开口环谐振器的至少一部分，第二扩宽导电区段和至少基本上围绕第二导电扩宽区段的第二缩窄导电区段可以包括第二互补开口环谐振器的至少一部分；并且第一互补开口环谐振器可以电连接到第二互补开口环谐振器。
在一些实施例中，第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段可以一起形成第一互补开口环谐振器的至少一部分。在这些实施例中，第一互补开口环谐振器还可以包括基本上围绕第一缩窄导电区段的第二扩宽导电区段，其中第一缩窄导电区段与第二扩宽导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
在一些实施例中，第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段可以形成并联电感器-电容器(“LC”)电路。并联LC电路可以在第二工作频带内的频率下用作开路。
在一些实施例中，第一互补开口环谐振器可以具有第一长度，且第二互补开口环谐振器可以具有超过第一长度的第二长度。
在一些实施例中，第一互补开口环谐振器的第一谐振频率可以在第二工作频带内，且第二互补开口环谐振器的第二谐振频率可以在第二工作频带内，第二谐振频率与第一谐振频率不同。在一些实施例中，第一谐振频率可以在第二工作频带的下半部分内，且第二谐振频率可以在第二工作频带的上半部分内。第一偶极臂还可以包括电连接到第一互补开口环谐振器和第二互补开口环谐振器的第三互补开口环谐振器，且第三互补开口环谐振器的第三谐振频率可以在第二工作频带内并与第一谐振频率和第二谐振频率两者不同。在一些实施例中，第一缩窄导电连接器可以将第一互补开口环谐振器连接到第二互补开口环谐振器，并且第二缩窄导电连接器可以将第二互补开口环谐振器连接到第三互补开口环谐振器。
在一些实施例中，第三互补开口环谐振器可以包括第三扩宽导电区段和至少基本上围绕第三扩宽导电区段的第三缩窄导电区段，且第一缩窄导电连接器可以将第一扩宽导电区段和第一缩窄导电区段两者连接到第二扩宽导电区段和第二缩窄导电区段两者，且第二缩窄导电连接器仅将第二缩窄导电区段连接到第三缩窄导电区段。在一些实施例中，第一偶极臂还可以包括第四互补开口环谐振器和第三缩窄导电连接器，该第四互补开口环谐振器包括第四扩宽导电区段和至少基本上围绕第四扩宽导电区段的第四缩窄导电区段，该第三缩窄导电连接器将第三互补开口环谐振器连接到第四互补开口环谐振器，且第三缩窄导电连接器可以将第三扩宽导电区段和第三缩窄导电区段两者连接到第四扩宽导电区段和第四缩窄导电区段两者。
在一些实施例中，第一偶极臂可以包括多个互补开口环谐振器，且互补开口环谐振器的相应的谐振频率可以跨第二工作频带分布。
在一些实施例中，第一扩宽导电区段的宽度可以是第一缩窄导电区段的宽度的至少三倍。
在一些实施例中，第一扩宽导电区段和第一缩窄导电区段均可以被实现在印刷电路板的第一金属层中。在一些实施例中，印刷电路板可以包括被介电基板分隔开的第一金属化层和第二金属化层，并且第一金属化层和第二金属化层可以各自包括互补开口环谐振器的至少一部分。
在一些实施例中，第一偶极臂可以包括闭环和/或可以具有大体上椭圆形。
在一些实施例中，第一偶极臂和第二偶极臂可以被配置为对第二工作频带中的RF信号基本上透明。
依据本发明的进一步实施例，提供了天线，该天线包括反射器、从反射器向前延伸的第一辐射元件以及从反射器向前延伸的第二辐射元件，第一辐射元件被配置为在第一工作频带中工作，第二辐射元件被配置为在包含比第一工作频带的更高频率的第二工作频带中工作。第一辐射元件包括具有第一偶极臂和第二偶极臂的第一偶极辐射器以及具有第三偶极臂和第四偶极臂的第二偶极辐射器，并且第一偶极臂至第四偶极臂中的每个偶极臂包括至少一个超材料谐振器。
在一些实施例中，每个超材料谐振器可以是超材料环谐振器。在一些实施例中，每个超材料环谐振器可以是互补开口环谐振器。
在一些实施例中，每个互补开口环谐振器可以包括扩宽导电区段和至少基本上围绕扩宽导电区段的缩窄导电区段，其中扩宽导电区段与缩窄导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
在一些实施例中，每个互补开口环谐振器可以包括扩宽导电区段，至少基本上围绕扩宽导电区段的缩窄导电区段，以及基本上围绕缩窄导电区段的导电区域。
在一些实施例中，每个互补开口环谐振器可以在第二工作频带内的频率下用作开路。
在一些实施例中，第一偶极臂至第四偶极臂中的每个偶极臂可以至少包括第一互补开口环谐振器和电连接到第一互补开口环谐振器的第二互补开口环谐振器。
在一些实施例中，第一互补开口环谐振器具有在第二工作频带的下半部分内的第一谐振频率，且第二互补开口环谐振器具有在第二工作频带内的上半部分内的第二谐振频率。
在一些实施例中，第一偶极臂至第四偶极臂中的每个偶极臂包括彼此电连接的多个互补开口环谐振器，并且其中多个互补开口环谐振器的谐振频率跨第二工作频带分布。
在一些实施例中，扩宽导电区段的宽度可以为缩窄导电区段的宽度的至少三倍。
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是其中天线罩被移除的图1的基站天线的示意性前视图。
图3A是图1-图2的基站天线的低频带辐射元件中的一个低频带辐射元件的放大示意性透视图。
图3B是图3A的低频带辐射元件的侧视图。
图3C是图3A的低频带辐射元件的偶极辐射器印制电路板的放大平面视图。
图3D是图3A的低频带辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
图3E是图示了每个互补开口环谐振器的等效电路的电路图。
图4A是根据本发明的进一步实施例的辐射元件的平面视图。
图4B是图4A的辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
图5A是根据本发明的又进一步实施例的辐射元件的平面视图。
图5B是图5A的辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
图6A是根据本发明的附加实施例的辐射元件的平面视图。
图6B是图6A的辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
图7A是根据本发明的附加实施例的辐射元件的示意性前视图，该辐射元件具有各自包括多个串联连接的开口环谐振器的偶极臂。
图7B是图7A的辐射元件的偶极臂中的一个偶极臂的示意性透视图。
图7C是可以用在图7A-图7B的辐射元件中的偶极臂的可替代版本的示意性前视图。
具体实施方式
本发明的实施例一般地涉及用于多频带基站天线的辐射元件并涉及相关的基站天线。例如，根据本发明的实施例的多频带基站天线可以支持在两个、三个或更多个蜂窝频带中的两个、三个或更多个主要的空中接口标准，并允许无线运营商减少部署在基站处的天线的数量，从而降低塔租赁成本。
设计多频带基站天线的挑战是减少在一个频带处的RF信号被其他频带的辐射元件散射的影响。散射是不期望的，因为它可能负面地影响天线波束的在方位平面和高程平面两者中的形状。例如，在方位平面中，散射可能通常以不期望的方式影响波束宽度、波束形状、指向角、增益和前后比。此外，散射的影响可以随频率而显著地变化，这可能使补偿是困难的。根据本发明的某些实施例的辐射元件可以被设计为具有对发射和接收其他频带中的信号的紧密定位的辐射元件的天线图案的减小的影响(即，减少散射)。重要地，辐射元件可以展现出在大的带宽上的减小的散射。在附近辐射元件的工作频带中展现出减小的散射的辐射元件在本文中可以被称为“隐身”和/或“去耦”辐射元件。
隐身低频带辐射元件在本领域中是已知的。例如，美国专利No.9,570,804公开了一种在696-960MHz频带中工作的低频带辐射元件，该低频带辐射元件包括形成为一系列RF扼流器的偶极臂，以便使低频带辐射元件对1.7-2.7GHz频带中的RF能量基本上透明。美国专利No.10,439,285和美国专利No.10,770,803各自公开了在696-960MHz频带中工作的低频带辐射元件，这些低频带辐射元件包括偶极臂，这些偶极臂形成为被窄电感区段耦合的一系列扩宽区段，其可以被实现为印刷电路板上的小的曲折的迹线区段。在每种情况下，窄电感区段充当针对在1.7-2.7GHz频带中的RF能量的高阻抗元件，使低频带辐射元件对该频率范围中的RF能量基本上透明。作为另一示例,美国专利No.11,018,437公开了一种在696-960MHz频带中工作的低频带辐射元件，该低频带辐射元件包括对1.7-2.7GHz频带中的RF能量基本上透明的两个偶极臂以及对3.3-4.2GHz频带中的RF能量基本上透明的另外两个偶极臂。额外的隐身辐射元件设计被公开在中国专利No.CN 112787061A，中国专利No.CN112164869A，中国专利No.CN 112290199A，中国专利No.CN 111555030A，中国专利No.CN112186333A，中国专利No.CN 112186341A，中国专利No.CN 112768895A，中国专利No.CN112821044A，中国专利No.CN 213304351U和中国专利No.CN 112421219A中。
依据本发明的实施例，多频带基站天线被提供为至少具有发射和接收第一工作频带中的信号的第一辐射元件的一个或多个阵列以及发射和接收包含更高的频率的不同的第二工作频带中的信号的第二辐射元件的一个或多个阵列。每个第一辐射元件可以是具有对第二工作频带中的RF能量基本上透明的偶极辐射器的宽带去耦辐射元件。偶极辐射器可以被实现为“交叉”布置，以形成一对中心馈送的+/-45°偶极辐射器。每个偶极辐射器可以包括一对偶极臂，并且每个偶极臂可以包括多个电连接的超材料谐振器，诸如开口环谐振器或互补开口环谐振器。例如，偶极臂可以被形成在印刷电路板(或多个印刷电路板)上，其中每个偶极臂包括形成在印刷电路板的第一导电层上的两个或更多个互补开口环谐振器。每个偶极臂的总电长度可以是对应于第一工作频带的中心频率的波长的约1/4。
每个超材料谐振器的谐振频率可以在第二工作频带内。在一些实施例中，超材料谐振器中的至少一些超材料谐振器可以被设计为具有不同的谐振频率。例如，每个偶极臂可以包括具有跨第二工作频带分布的谐振频率的两个或更多个超材料谐振器。作为结果，每个偶极臂的频率响应可能表现为在第二工作频带内的各种频率下为零，这可能扩宽其中偶极臂对第二工作频带内的频率基本上是透明的或“隐身”的频率范围。如果第一辐射元件被定位为与具有扩展的工作频带(例如，1427-2690MHz频带)的第二辐射元件相邻，或被定位为与在不同的频带工作的辐射元件(例如，在2.3-2.7GHz频带中工作的辐射元件和在3.1-4.2GHz频带中工作的辐射元件)相邻，这可能是重要的。
依据本发明的一些实施例，天线被提供为包括被配置为在第一工作频带中工作的第一辐射元件和被配置为在更高的第二工作频带中工作的第二辐射元件。第一辐射元件包括第一偶极臂至第四偶极臂。每个偶极臂包括第一扩宽导电区段和至少基本上围绕第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段。
依据本发明的其他实施例，天线被提供为包括被配置为在第一工作频带中工作的第一辐射元件和被配置为在更高的第二工作频带中工作的第二辐射元件。第一辐射元件包括第一偶极臂至第四偶极臂，其中每个偶极臂包括多个超材料谐振器，诸如例如开口环谐振器或互补开口环谐振器。
现在将参照附图进一步详细描述本发明的实施例。
图1和图2图示了根据本发明的某些实施例的基站天线100。具体地，图1是天线100的透视图，图2是其中天线100的天线罩被移除的天线100的前视图，以图示天线100的天线组件200。在下面的描述中，将使用假设天线100被安装在塔上用于正常使用的术语来描述天线100和其中包括的辐射元件，其中天线100的纵轴沿竖直轴延伸并且天线100的前表面被安装为与塔相对从而指向天线100的覆盖区域。
如图1-图2所示，基站天线100是沿纵轴L延伸的伸长结构并具有宽度W。基站天线100可以具有大体上为矩形截面的管状形状。天线100包括天线罩110和顶端盖120。天线100还包括底端盖130，该底端盖130包括诸如安装在其中的RF端口之类的多个连接器140。当天线100被安装用于正常工作时，天线100通常以竖直配置被安装(即，纵轴L大体上可以垂直于由地平线定义的平面)。天线罩110、顶盖120和底盖130可以形成天线100的外部壳体。天线组件200被包含在外部壳体内。
图2为基站天线100的天线组件200的前视图。如图2所示，天线组件200包括反射器210和多个辐射元件222、232、242。诸如例如移相器、远程电子倾斜单元、机械联接结构、控制器、双工器等之类的各种机械和电子部件(未示出)可以被安装在壳体内反射器210的后面。反射器210可以包括或包含金属表面(例如，铝片)，该金属表面将由辐射元件222、232、242向后发射的RF能量反射在向前方向上，并且还可以用作辐射元件222、232、242的接地平面。
每个辐射元件222、232、242可以是双极化辐射元件。在所描述的实施例中，每个辐射元件222、232、242被实现为所谓的交叉偶极辐射元件，该交叉偶极辐射元件包括分别被配置为发送和接收具有-45°极化和+45°极化的RF信号的第一偶极辐射器和第二偶极辐射器。辐射元件222、232、242被安装为从反射器210向前延伸(在图2的视图中，辐射元件从反射器210向上延伸，但将理解的是，当天线100被安装用于正常使用时，天线组件将从图2中所示的方向被旋转大约90°)。
辐射元件包括低频带辐射元件222、第一中频带辐射元件232和第二中频带辐射元件242。低频带辐射元件222被安装在两列中以形成低频带辐射元件222的两个线性阵列220-1、220-2。第一中频带辐射元件232也被安装在两列中以形成第一中频辐射元件232的两个线性阵列230-1、230-2。第二中频带辐射元件242也可以被安装在两列中以形成第二中频带辐射元件242的两个线性阵列240-1、240-2。将理解的是，辐射元件的阵列的数量可以与图2中所示的不同，每个阵列中的辐射元件的数量和阵列的相对位置也可以不同。应该注意的是，可以通过它们的完整参考标号单独地指代本文中类似的元件(例如,线性阵列230-2)，并且也可以通过它们的参考标号的第一部分共同地指代本文中类似的元件(例如，线性阵列230)。
每个低频带线性阵列220中的至少一些低频带辐射元件222与一个或多个第一中频带辐射元件232和一个或多个第二中频带辐射元件242两者紧密接近。事实上，在所描述的实施例中，每个低频带辐射元件222与第一中频带辐射元件232和第二中频带辐射元件242两者“重叠”。在本文中，如果与由两个辐射元件安装在其上的反射器定义的平面垂直的轴穿过这两个辐射元件，则一个辐射元件被认为与另一辐射元件“重叠”。
低频带辐射元件222可以被配置为发射和接收在第一频带中的信号。在一些实施例中，第一频带可以包括617-960MHz频率范围或其一部分(例如，617-896MHz频带、696-960MHz频带等)。第一中频带辐射元件232可以被配置为发射和接收在不同于第一频带的第二频带中的信号。在一些实施例中，第二频带可以包括1427-2690MHz频率范围或其一部分(例如，1710-2200MHz频带、2300-2690MHz频带等)。第二中频带辐射元件242可以被配置为发射和接收在不同于第一频带和第二频带两者的第三频带中的信号。在一些实施例中，第三频带可以包括1695-2690MHz频率范围或其一部分(例如，1710-2200MHz频带、2300-2690MHz频带等)。第二频带和第三频带可以是比第一频带更高的频率。第二频带和第三频带可以或可以不重叠。例如，在另一示例实施例中，第二频带可以为2300-2690MHz频带，而第三频带可以为3.1-4.2GHz频带或其一部分。
低频带线性阵列220可以或可以不用于发射和接收在第一频带的相同部分中的信号。例如，在一个实施例中，第一线性阵列220-1中的低频带辐射元件222可以用于发射和接收在700MHz频带中的信号，而第二线性阵列220-2中的低频带辐射元件222可以用于发射和接收在800MHz频带中的信号。在其他实施例中，第一线性阵列220-1和第二线性阵列220-2中的低频带辐射元件222可以用于发射和接收在相同频带中的信号，以支持多输入多输出(“MIMO”)通信技术的使用。第一中频带阵列230中的第一中频带辐射元件232和第二中频带阵列240中的第二中频带辐射元件242可以类似地具有任何合适的配置。如上面所提到的，辐射元件222、232、242可以是双极化辐射元件，并且因此每个阵列220、230、240可以用于形成一对天线波束，即两个极化中的每个极化的天线波束，双极化辐射元件被设计为在这两个极化处发射和接收RF信号。
虽然图2中未示出，但辐射元件222、232、242可以被安装在馈送板上，这些馈送板将RF信号到单独的辐射元件222、232、242或从单独的辐射元件222、232、242耦合RF信号。一个或多个辐射元件222、232、242可以被安装在每个馈送板上。线缆可以用于将每个馈送板连接到天线的其他部件，诸如双工器、移相器等。
蜂窝网络运营商对部署具有辐射元件的大量阵列的天线感兴趣，以便减少每个基站所需要的基站天线的数量。然而，增加阵列的数量通常增加天线的宽度。基站天线的重量和风荷载随着增加的宽度而增加，并且因此更宽的基站天线倾向于需要在结构上更坚固的天线架和天线塔，这两者都可能显著地增加基站的成本。因此，蜂窝网络运营商可能对基站天线的宽度设置限制(其中限制可以取决于天线的应用)。例如，对于许多应用，蜂窝网络运营商可能要求基站天线的宽度在500mm以下。
可以通过减少辐射元件的相邻阵列之间的分离来减小多频带基站天线的宽度。然而，随着分离被减小，发生不同阵列的辐射元件之间的增加的耦合，并且这种增加的耦合可能以不期望的方式影响由阵列产生的天线波束的形状。例如，低频带交叉偶极辐射元件通常将具有偶极辐射器，这些偶极辐射器具有为辐射元件的设计工作频带的中心频率的波长的约1/2的电长度。每个偶极辐射器具有两个偶极臂，并且因此每个偶极臂具有为设计工作频带的中心频率的波长的约1/4的电长度。如果低频带辐射元件被设计为工作在696-960MHz频带，而中频带辐射元件被设计为工作在1427-2690MHz频带，低频带辐射元件辐射器的每个偶极臂将具有为中频带辐射元件的工作频带内的频率的波长的1/2的长度，并且因此由中频带辐射元件传输的RF能量将倾向于耦合到低频带辐射元件，因为这种RF能量将在1/2波长的偶极臂中谐振。
当中频带RF能量耦合到低频带辐射元件的偶极臂时，在偶极臂上引起中频带电流。当低频带辐射元件和中频带辐射元件被设计为在包括由约两倍(或四倍)因子间隔开的频率的频带中工作时，这种感应电流尤其可能发生，因为低频带偶极臂具有是低频带工作频带的中心频率的四分之一波长的长度，在这种情况下，低频带偶极臂将具有是更高工作频带内的频率的大约半波长(或全波长)的长度。感应电流产生从低频带偶极臂发射的中频带RF辐射。从低频带谐振元件的偶极臂发射的中频带RF能量使中频带阵列的天线波束失真，因为辐射是从与预期不同的位置发射的。在低频带偶极臂上引起中频带电流的程度越大，对由中频带阵列产生的天线波束的特性的影响越大。
根据本发明的实施例的低频带辐射元件222可以被设计为对由中频带辐射元件232、242发射的RF能量基本上透明。如此，即使中频带辐射元件232、242与低频带辐射元件222紧密接近，也可以显著地减少上面讨论的中频带RF能量在低频带辐射元件222上的不期望的耦合。此外，低频带辐射元件222可以对很宽的带宽上的RF能量是透明的。例如，在一些实施例中，低频带辐射元件222可以对跨整个1427-2690MHz频带的RF能量基本上是透明的。
图3A-图3C图示了根据本发明的实施例的可以用于实现基站天线100的低频带辐射元件222的低频带辐射元件300。具体地，图3A和图3B分别是辐射元件300的示意性透视图和侧视图，而图3C是辐射元件300中包括的偶极辐射器印刷电路板的放大前视图。图3D是辐射元件300中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图，以及图3E是图3D的互补开口环谐振器的电路图。
参考图3A-图3C，低频带辐射元件300包括一对馈送杆310和偶极辐射器印刷电路板320。偶极辐射器印制电路板320可以包括单个印制电路板，或可以包括多个印制电路板。第一偶极辐射器322-1和第二偶极辐射器322-2形成在偶极辐射器印制电路板320上。第一偶极辐射器322-1包括第一偶极臂330-1和第二偶极臂330-2，以及第二偶极辐射器322-2包括第三偶极臂330-3和第四偶极臂330-4。可以以“交叉”布置来实现偶极辐射器322-1、322-2，以形成一对中心馈送的倾斜+/-45°偶极辐射器322。
馈送杆310可以各自包括具有形成在其上的RF传输线312的印刷电路板。这些RF传输线312在被安装在反射器210上的馈送板(未示出)和偶极辐射器322之间携带RF信号。馈送杆中的第一馈送杆310-1可以包括前狭缝，而馈送杆中的第二馈送杆310-2包括后狭缝。这些狭缝允许两个馈送杆310被组装在一起，以形成向前延伸的柱，当从前面观察时，该向前延伸的柱具有X形。每个馈送杆310的后部部分可以包括插入通过馈送板(未示出)中的狭缝的突起部，以将辐射元件300安装在该馈送板上。在相应的馈送杆310上的RF传输线312可以中心馈送偶极辐射器322-1、322-2。
RF信号可以经由馈送杆310-1、310-2耦合到偶极辐射器322和从偶极辐射器322耦合。馈送杆310-1上的第一RF传输线312-1可以流电地或电容地耦合到第一偶极辐射器322-1，而馈送杆310-2上的第二RF传输线312-2可以流电地或电容地耦合到第二偶极辐射器322-2。每个偶极辐射器322可以是中心馈送的，从而意味着RF信号从馈送杆310耦合到每个偶极臂330的基部(即，偶极臂330的最接近辐射元件300的中心的部分)。图3B图示了馈送杆310-1、310-2的一种可能设计，其中每个馈送杆310包括钩平衡不平衡转换器(hook balun)形式的RF传输线312。输入到每个馈送杆310的RF信号电容地耦合到偶极臂330。
每个低频带辐射元件300的方位半功率波束宽度可以在55度到85度的范围中。在一些实施例中，在低频带辐射元件300的工作频带的中心每个低频带辐射元件300的方位半功率波束宽度可以大约为65度。
每个偶极臂330在长度上可以在工作波长的大约0.2到0.35之间，其中“工作波长”是指与辐射元件300的工作频带的中心频率对应的波长。例如，如果低频带辐射元件300被设计为发射和接收跨694-960MHz频带的信号，则工作频带的中心频率将为827MHz，且对应的工作波长将为36.25cm。
偶极辐射器印刷电路板320包括介电基板326，该介电基板326具有形成在其前侧上的第一导电层324。第二导电层可以可选地形成在介电基板326的后侧上，如下面将更详细讨论的。第一导电层324可以包括示例实施例中的图案化铜层，并且在本文中可以被称为“金属层”。偶极辐射器印刷电路板320还可以包括覆盖和保护第一金属层324的保护性介电涂层(未示出)。第一金属层324可以形成每个偶极臂330。
第一偶极辐射器322-1沿第一轴延伸，且第二偶极辐射器322-2沿大体上与第一轴322-1垂直的第二轴延伸。因此，第一偶极辐射器322-1和第二偶极辐射器322-2被布置成大体上交叉的形状。第一偶极辐射器322-1的偶极臂330-1和330-2被第一RF传输线312-1中心馈送，并在第一极化处一起辐射。在所描述的实施例中，第一偶极辐射器322-1被设计为传输具有-45°极化的信号。第二偶极辐射器322-2的偶极臂330-3和330-4被第二RF传输线312-2中心馈送，并在正交于第一极化的第二极化处一起辐射。第二偶极辐射器322-2被设计为传输具有+45°极化的信号。在示例实施例中，可以通过馈送杆310将偶极臂330安装在反射器210前面约3/16至1/4工作波长处。
再次参考图2，可以看到低频带辐射元件222(300)从反射器210向前延伸得比第一中频带辐射元件232和第二中频带辐射元件242向前延伸得更远。为了保持基站天线100的宽度相对窄，低频带辐射元件222(300)可以被定位为非常接近第一中频带辐射元件232和第二中频带辐射元件242两者。在所描述的实施例中，每个低频带辐射元件222(300)可以与两个第一中频带辐射元件232和两个第二中频带辐射元件242重叠。这种布置允许基站天线100的宽度的显著减小。
虽然定位低频带辐射元件222(300)使得它们与中频带辐射元件232、242重叠可以有利地帮助减小基站天线100的宽度，但这种方法可能显著增加由中频带辐射元件232、242传输的RF能量在低频带辐射元件222(300)上的耦合，并且这种耦合可能劣化由中频带辐射元件232、242的阵列230、240形成的天线波束。
为了减少这种耦合，可以将低频带辐射元件300设计成具有对由第一中频带辐射元件232和第二中频带辐射元件242两者发射的辐射基本上是“透明”的偶极臂330。这可能是有挑战性的，因为中频带辐射元件232可以在宽的频带上工作。在本文中，如果第二频带中的RF能量很差地耦合到偶极臂，则被配置为传输第一频带中的RF能量的辐射元件的偶极臂被认为对不同的第二频带RF能量中的RF能量是“透明”的。因此，如果对第二频带透明的第一辐射元件的偶极臂被定位为使得其与在第二频带中传输的第二辐射元件重叠，则第一辐射元件的添加将不实质地影响第二辐射元件的天线图案。
参考图3C和图3D，每个偶极臂330包括第一区段340-1至第四区段340-4。每个区段340包括扩宽导电区段342，该扩宽导电区段342被缩窄导电区段344围绕。每个扩宽导电区段342与其相关联的缩窄导电区段344被其中没有金属化存在的间隙346分隔开。此外，每个区段340通过缩窄导电连接器348连接到与之相邻的区段340。具体地，区段340-1通过第一缩窄导电连接器348-1连接到区段340-2，区段340-2通过第二缩窄导电连接器348-2连接到区段340-3，且区段340-3通过第三缩窄导电连接器348-3连接到区段340-4。第一缩窄导电连接器348-1将第一区段340-1的扩宽导电区段342连接到第二区段340-2的扩宽导电区段342。
因此，第一缩窄导电连接器348-1将第一区段340-1的扩宽导电区段342物理地和电地连接到第一区段340-1的缩窄导电区段344，将第一区段340-1的缩窄导电区段344物理地和电地连接到第二区段340-2的缩窄导电区段344，且将第二区段340-2的缩窄导电区段344物理地和电地连接到第二区段340-2的扩宽导电区段342。类似地，第三缩窄导电连接器348-3将第三区段340-3的扩宽导电区段342物理地和电地连接到第三区段340-3的缩窄导电区段344，将第三区段340-3的缩窄导电区段344物理地和电地连接到第四区段340-4的缩窄导电区段344，且将第四区段340-4的缩窄导电区段344物理地和电地连接到第四区段340-4的扩宽导电区段342。相比而言，第二缩窄导电连接器348-2仅将第二区段340-2的缩窄导电区段344连接到第三区段340-3的缩窄导电区段344，而不连接到第二区段340-2的扩宽导电区段342或第三区段340-3的扩宽导电区段342。
图3D更详细地图示了区段340中的一个区段。如图3D所示，区段340包括扩宽导电区段342和缩窄导电区段344。扩宽导电区段342可以包括矩形金属化区域。矩形金属化区域的主轴可以与扩宽导电区段342是其一部分的偶极臂330的主轴重合。每个缩窄导电区段344可以包括围绕扩宽导电区段342中的相应的扩宽导电区段的环状矩形结构。在所描述的实施例中，每个偶极臂330包括沿偶极臂330的纵轴排列的四个区段340。
扩宽导电区段342和其相关联(这里，基本上围绕)的缩窄导电区段344一起形成超材料谐振器350。各种不同的超材料谐振器是本领域中已知的。一类超材料谐振器是基于环的超材料谐振器，在本文中其被称为“超材料环谐振器”。两种已知类型的超材料环谐振器是开口环谐振器和互补开口环谐振器。开口环谐振器由一对同心金属化环(也被称为环路)构成，其通常是通过蚀刻介电基板上的金属层形成的(例如，使用印刷电路板制造技术)。狭缝可以形成在环的相对侧上。环可以是方形、圆形、椭圆形、矩形或任何其他合适的形状。两个环之间设置有小的间隙。入射在开口环谐振器上的磁通引起在环中的旋转电流，并且响应于电流，环产生它们自己的通量来增强或阻碍入射电磁场(取决于开口环谐振器的谐振特性)。环之间的小间隙产生大的电容值，其降低谐振频率，这允许开口环谐振器在响应于RF能量时表现得好像它们在电性上更小(相比于它们的物理尺寸)。图3E示出了单个开口环谐振器的等效电路，其中L表示电感耦合，而C表示电容耦合。开口环谐振器的谐振频率为：
互补开口环谐振器是开口环谐振器的互补结构。因此，可以通过提供金属层，以及然后去除金属以形成具有开口环谐振器的形状的非金属化区域来形成互补开口环谐振器。换句话说，互补开口环谐振器是上述开口环谐振器的负像。在本文中本发明的实施例主要被图示为被实现为互补开口环谐振器。使用互补开口环谐振器以形成偶极臂可以是方便的，因为所提供的金属化可以容易地用于电连接多个互补开口环谐振器以形成偶极臂。
如图3A和图3C所示，辐射元件300的每个偶极臂330的每个区段340被实现为互补开口环谐振器350(尽管将理解的是，其他超材料谐振器也可以被使用)。互补开口环谐振器350具有谐振频率。如此，每个区段340可以像不通过在以围绕区段340的谐振频率为中心的频率范围中的RF能量的带阻滤波器一样作用。因此，通过设计互补开口环谐振器350使其具有在第二工作频带内的谐振频率，偶极臂330可以对第二工作频带中的RF信号基本上是透明的。为了扩宽其中偶极臂330将对RF信号基本上是透明的频率范围，互补开口环谐振器350的谐振频率可以被设计为具有不同的谐振频率，这些不同的谐振频率可以在第二工作频带上间隔开。例如，如果第二工作频带是1427-2690MHz频带，则形成每个偶极臂330的互补开口环谐振器350的谐振频率可以被选择为是在例如1675MHz、1925MHz、2175MHz和2425MHz。可以通过改变其电感和/或电容来调整每个互补开口环谐振器350的谐振频率。例如，在保持所有其他参数恒定的情况下，可以通过改变每个区段的长度来改变谐振频率。
在所描述的实施例中，每个互补开口环谐振器350被形成为在偶极辐射器印刷电路板320的第一侧上的金属化图案。然而，将理解的是，本发明的实施例不限于此。例如，在其他实施例中，互补开口环谐振器350可以被实现在偶极辐射器印刷电路板320的介电基板326的两侧上。这可以允许更大的电容值，尤其是如果偶极辐射器印刷电路板320具有相对薄的介电基板326。在一些实施例中，相同的金属化图案可以被印刷在偶极辐射器印刷电路板320的两侧上，并且可以电容地或流电地耦合金属化图案。
与传统的隐身低频带辐射元件相比，根据本发明的实施例的辐射元件可以表现出改善的性能。例如，根据本发明的实施例的具有与传统的隐身辐射元件相同尺寸的辐射元件可以表现出更窄的方位3dB波束宽度，并可以表现出改善的交叉极化性能。
图3A-图3E图示了根据本发明的实施例的一种示例辐射元件。然而，将理解的是，可以使用多种互补开口环谐振器设计来实现根据本发明的实施例的辐射元件。例如，图4A-图6B图示了根据本发明的实施例的使用不同的互补开口环谐振器设计来实现的三个额外的辐射元件。
图4A是根据本发明的进一步实施例的辐射元件400的平面视图。图4B是被包括在图4A的辐射元件的偶极臂中的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
参考图4A，辐射元件400包括偶极辐射器印制电路板420，该偶极辐射器印制电路板420具有偶极臂430-1至430-4，该偶极臂430-1至430-4各自形成为闭环。在图4A的实施例中，每个偶极臂430包括四个区段440-1至440-4，其中每个区段440被实现为互补开口环谐振器450。如图4B最佳示出的，每个偶极臂430可以具有大体上椭圆形，并且可以具有在偶极辐射器印制电路板420的中心的基部452和远端454。在偶极臂430的基部452和远端454之间提供两条电流路径456-1、456-2。沿每条电流路径456-1、456-2提供两个互补开口环谐振器450。第一缩窄导电连接器448-1将偶极臂430的基部452连接到第一互补开口环谐振器450-1，且第二缩窄导电连接器448-2将第一互补开口环谐振器450-1连接到第二互补开口环谐振器450-2。类似地，第三缩窄导电连接器448-3将偶极臂430的基部452连接到第三互补开口环谐振器450-3，且第四缩窄导电连接器448-4将第三互补开口环谐振器450-3连接到第四互补开口环谐振器450-4。第五缩窄导电连接器448-5将第二互补开口环谐振器450-2连接到第四互补开口环谐振器450-4。所有四个偶极臂430-1至430-4可以具有相同的设计。
图4A的辐射元件400可以具有比辐射元件300更小的“覆盖区(footprint)”。在本文中，“辐射元件的覆盖区是指当从前面观察时，将包围辐射元件的最小方形的区域。由于辐射元件400中使用的环路具有两条电流路径456，因此偶极臂430的物理“长度”(其中物理长度是指偶极臂430从辐射元件400的中心向外延伸多远)可以小于辐射元件300中的偶极臂330的长度，即使两个辐射元件中的偶极臂可以具有相同的电长度。
辐射元件400中包括的互补开口环谐振器450与辐射元件300中使用的相似，但是在辐射元件400中第二互补开口环谐振器450-2和第四互补开口环谐振器450-4具有不同(非方形)的形状，以便形成大体上椭圆形的偶极臂430。辐射元件400的给定偶极臂430中的每个互补开口环谐振器450可以被设计为具有不同的谐振频率。在一些实施例中，互补开口环谐振器450的谐振频率可以跨更高频带辐射元件的工作频带“分布”，该更高频带辐射元件也被包括在包含辐射元件400(或本文所公开的其他较低频带辐射元件中的任何辐射元件)的天线中。在本文中，如果每个谐振频率与其他谐振频率间隔开至少X，则认为谐振频率跨另一更高频带辐射元件的工作频带“分布”，其中X被确定如下：
X＝工作频带/(N+2)
其中N＝辐射元件的每个偶极臂中包括的互补开口环谐振器的数量。
因此，例如，如果更高频带辐射元件被配置为在1427-2690MHz频带中工作，而更低频带辐射元件包括每个偶极臂四个互补开口环谐振器，则只要每个谐振频率与其他三个谐振频率分隔开(2690MHz-1427 MHz)/(4+2)＝210.5MHz，互补开口环谐振器的谐振频率就将被认为是跨更高频带辐射元件的工作频带“分布”。因此，例如，如果互补开口环谐振器具有在1600MHz、1900MHz、2200MHz和2500MHz的谐振频率，则将认为它们跨更高频带辐射元件的工作频带“分布”。
图5A是根据本发明的进一步实施例的辐射元件500的平面视图。图5B是图5A的辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
参考图5A，辐射元件500包括偶极辐射器印制电路板520，该偶极辐射器印制电路板520具有偶极臂530-1至530-4。每个偶极臂530包括两个区段540-1、540-2，其中每个区段540被实现为互补开口环谐振器550。辐射元件500与辐射元件300类似，除了(1)辐射元件500仅包括每个偶极臂两个区段540；和(2)辐射元件500中使用了不同的互补开口环谐振器设计。如图5B中最佳示出的，每个互补开口环谐振器550包括内扩宽导电区段542，该内扩宽导电区段542基本上被缩窄导电区段544围绕。内扩宽导电区段542与其相关联的缩窄导电区段544被其中没有金属化存在的间隙546分隔开。提供了将偶极臂530的基部流电地连接到内扩宽导电区段542以及还将内扩宽导电区段542连接到其相关联的缩窄导电区段544的第一窄金属化连接543。内扩宽导电区段542具有大体上圆形，并且缩窄导电区段544基本上形成基本上围绕内扩宽导电区段542的同心圆。互补开口环谐振器550还包括基本上围绕缩窄导电区段544的外导电区域560。外导电区域560与缩窄导电区段544被第二间隙562分隔开。提供了将缩窄导电区段544流电地连接到外导电区域560的第二窄金属化连接561。
再次参考图5A，在每个偶极臂530中的第一(内)互补开口环谐振器550通过缩窄导电连接器548连接到偶极臂530中的第二(外)互补开口环谐振器550。缩窄导电连接器548也充当第一窄金属化连接543。因此，缩窄导电连接器548将第一互补开口环谐振器550的外导电区域560连接到第二互补开口环谐振器550的内扩宽导电区段542。
图6A是根据本发明的附加实施例的辐射元件600的平面视图。图6B是图6A的辐射元件的偶极臂中包括的互补开口环谐振器中的一个互补开口环谐振器的放大平面视图。
参考图6A，辐射元件600包括偶极辐射器印制电路板620，该偶极辐射器印制电路板620具有偶极臂630-1至630-4。每个偶极臂630包括两个区段640-1、640-2，其中每个区段640被实现为互补开口环谐振器650。辐射元件600与辐射元件500相似，除了在辐射元件600中使用了不同的互补开口环谐振器设计。如图6B所示，每个互补开口环谐振器650包括内扩宽导电区段642，该内扩宽导电区段642被缩窄导电区段644包围。内扩宽导电区段642与其相关联的缩窄导电区段644被其中没有金属化存在的间隙646分隔开。内扩宽导电区段642具有大体上矩形形状，而缩窄导电区段644基本上形成围绕内扩宽导电区段642的同心矩形。互补开口环谐振器650还包括基本上围绕缩窄导电区段644的外导电区域660。外导电区域660与缩窄导电区段644被第二间隙662分隔开。在每个偶极臂中的第一(内)互补开口环谐振器650通过缩窄导电连接器648连接到第二(外)互补开口环谐振器650。每个缩窄导电连接器648将第一互补开口环谐振器650的外导电区域660连接到第二互补开口环谐振器650的内扩宽导电区段642。
根据本发明的实施例的天线具有较低频带辐射元件，该较低频带辐射元件具有通过电连接多个超材料谐振器形成的偶极臂。超材料谐振器可以具有天线中包括的较高频带阵列的工作频带内的谐振频率,使得偶极臂将通过较低频带辐射元件的工作频带中的低频带电流，同时表现为对较高频带辐射元件的工作频带中的RF能量基本上透明。此外，较低频带辐射元件中包括的每个偶极臂可以具有有着不同谐振频率的至少两个超材料谐振器，以便扩宽偶极臂将在其上抑制电流形成的带宽。
虽然上面讨论的示例实施例将超材料谐振器实现为互补开口环谐振器，但将理解的是，本发明的实施例不限于此。例如，在其他实施例中，可以用彼此电连接(例如，通过偶极辐射器印制电路板的后侧上的迹线)的开口环谐振器替换上面所示的互补开口环谐振器。还将理解的是，除了超材料环谐振器之外的还有超材料谐振器可以用于又进一步的实施例中。
图7A-图7B图示了根据本发明的进一步实施例的辐射元件700，使用各自包括多个开口环谐振器的偶极臂来实现该辐射元件700。具体地，图7A是辐射元件700的示意性前视图，且图7B是辐射元件700的偶极臂中的一个偶极臂的示意性透视图。例如，可以使用辐射元件700来代替上述基站天线100中的低频带辐射元件222。例如，辐射元件700可以被配置为发射和接收跨694-960MHz频带的信号，并且可以例如产生具有在55度至85度的范围中的方位半功率波束宽度的天线波束。虽然没有在图7A-图7B中示出，但辐射元件700包括一对馈送杆，该对馈送杆例如可以与上面讨论的辐射元件300的馈送杆310相同。
如图7A所示，辐射元件700包括形成在偶极辐射器印制电路板720(其可以包括单个印制电路板或多个印制电路板)的第一偶极辐射器722-1和第二偶极辐射器722-2。第一偶极辐射器722-1包括第一偶极臂730-1和第二偶极臂730-2，且第二偶极辐射器722-2包括第三偶极臂730-3和第四偶极臂730-4。偶极辐射器722-1、722-2以“交叉”布置被实现以形成一对中心馈送的倾斜+/-45°偶极辐射器722。RF信号可以经由馈送杆与偶极辐射器722流电地或电容地耦合或从偶极辐射器722流电地或电容地耦合。偶极辐射器印刷电路板720包括介电基板726，该介电基板726具有形成在其前侧上的第一导电层724和形成在其后侧上的第二导电层728。
每个偶极臂730由在第一导电层724中形成的三个开口环谐振器750-1、750-2、750-3形成。开口环谐振器750通过在第二导电层728中形成的金属线756串联电容地耦合在一起。每个开口环谐振器750具有谐振频率，并且因此可以像不通过围绕由开口环谐振器950的谐振频率为中心的频率范围中的RF能量的带阻滤波器一样作用。例如，每个开口环谐振器750可以被设计为具有其中使用辐射元件700的基站天线中包括的其他辐射元件的第二工作频带内的谐振频率。偶极臂730可以对这些其他辐射元件的第二工作频带中的RF信号基本上是透明的。三个开口环谐振器750的谐振频率可以被设计为具有不同的谐振频率，这些谐振频率可以按照上面关于辐射元件300所讨论的方式在第二工作频带上间隔开。
如在图7B的放大视图中最佳看到的，每个开口环谐振器750由一对同心金属环752-1、752-2(也被称为环路)构成。狭缝754-1、7564-2被形成在相应的环752-1、752-2的相对侧上。环752可以是方形、圆形、椭圆形、矩形或任何其他合适的形状。两个环752被小的间隙753分隔开。入射到每个开口环谐振器750上的磁通引起环752中的旋转电流，并且响应于电流，环752产生它们自己的通量来阻碍入射电磁场。环752之间的小的间隙753产生大的电容值，其降低了谐振频率，这允许开口环谐振器750在响应于RF能量时表现得好像它们在电上更小(与它们的物理尺寸相比)。金属线756将三个开口环谐振器串联电连接。虽然连续的金属线756被图示在图7A-图7B中，但将理解的是，在其他实施例中，可以提供分段的金属线。图7C示意性地示出了可以用于取代偶极臂730的包括这种分段的金属线756'的替代偶极臂730'。低频频带中的RF能量将引起沿偶极臂730的长度流动的电流。第二工作频带中的RF能量可以被开口环谐振器750基本上消除。
虽然上述低频带辐射元件的偶极臂被实现在一个或多个偶极辐射器印制电路板上，但将理解的是，本发明的实施例不限于此。例如，在其他实施例中，可以使用安装在介电支持件上的片金属偶极臂来实现上述辐射元件中的任何辐射元件。在这些实施例中，可以通过从片金属中冲压出适当形状的结构来形成上述辐射元件中的每个辐射元件的开口环谐振器或互补开口环谐振器。然后，可以将片金属形成的互补开口环谐振器安装在介电基板上以形成每个偶极臂。
虽然上述示例实施例具有被设计为对两个较高频带中辐射的RF能量透明的低频带辐射元件，但将理解的是，本发明的实施例不限于此。例如，在其他实施例中，可以提供具有第一偶极臂和第二偶极臂的中频带辐射元件，第一偶极臂被配置为对较低频带中的RF能量基本上透明，第二偶极臂被配置为对较高频带中的RF能量基本上透明。
上面已参考其中示出了本发明的实施例的附图描述了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式被实时，而不应被解释为限于本文所阐述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并将把本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。相同的标号始终指代相同的元件。
将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。
将理解的是，当元件被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，没有中间元件存在。也将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，没有中间元件存在。用来描述元件之间的关系的其他词语应该以类似的方式被解释(即，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
如图中所示，在本文中可以使用诸如“以下”或“以上”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”之类的相对术语来描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解的是，这些术语还旨在涵盖设备的除了图中所描绘的方向之外的不同方向。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，单数形式的“一(a/an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本文中被使用时，指定所述特征、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或组的存在或附加。
上面公开的所有实施例的方面和元件可以以任何方式被组合和/或与其他实施例的方面或元件组合，以提供多个附加实施例。

Claims (36)

1.一种天线，包括：
反射器；
从所述反射器向前延伸的第一辐射元件，所述第一辐射元件被配置为在第一工作频带中工作；以及
从所述反射器向前延伸的第二辐射元件，所述第二辐射元件被配置为在包含比第一工作频带更高的频率的第二工作频带中工作；
其中，所述第一辐射元件包括具有第一偶极臂和第二偶极臂的第一偶极辐射器以及具有第三偶极臂和第四偶极臂的第二偶极辐射器，和
其中，所述第一偶极臂包括第一扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第一扩宽导电区段的第一缩窄导电区段，其中，所述第一扩宽导电区段与所述第一缩窄导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一偶极臂还包括第二扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第二扩宽导电区段的第二缩窄导电区段，其中所述第二扩宽导电区段与所述第二缩窄导电区段基本上被其中不存在导电材料的间隙分隔开。
3.如权利要求2所述的天线，其中，所述第一扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第一扩宽导电区段的所述第一缩窄导电区段是第一互补开口环谐振器的至少一部分，所述第二扩宽导电区段和至少基本上围绕第二导电扩宽区段的所述第二缩窄导电区段是第二互补开口环谐振器的至少一部分，并且所述第一互补开口环谐振器电连接到所述第二互补开口环谐振器。
4.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第一扩宽导电区段的所述第一缩窄导电区段一起形成第一互补开口环谐振器的至少一部分。
5.如权利要求4所述的天线，其中，所述第一互补开口环谐振器还包括基本上围绕所述第一缩窄导电区段的第二扩宽导电区段，其中，所述第一缩窄导电区段与所述第二扩宽导电区段基本上被其中不存在导电材料的第二间隙分隔开。
6.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第一扩宽导电区段的所述第一缩窄导电区段形成并联电感器-电容器(“LC”)电路。
7.如权利要求6所述的天线，其中，并联LC电路在所述第二工作频带内的频率下用作开路。
8.如权利要求3所述的天线，其中，所述第一互补开口环谐振器具有第一长度，以及所述第二互补开口环谐振器具有超过所述第一长度的第二长度。
9.如权利要求3所述的天线，其中，所述第一互补开口环谐振器的第一谐振频率在所述第二工作频带内，以及所述第二互补开口环谐振器的第二谐振频率在所述第二工作频带内，所述第二谐振频率与所述第一谐振频率不同。
10.如权利要求9所述的天线，其中，所述第一谐振频率在所述第二工作频带的下半部分内，以及所述第二谐振频率在所述第二工作频带的上半部分内。
11.如权利要求10所述的天线，其中，所述第一偶极臂还包括第三互补开口环谐振器，所述第三互补开口环谐振器电连接到所述第一互补开口环谐振器和所述第二互补开口环谐振器，所述第三互补开口环谐振器的第三谐振频率在所述第二工作频带内，且所述第三谐振频率与所述第一谐振频率和所述第二谐振频率两者不同。
12.如权利要求4所述的天线，其中，所述第一偶极臂包括多个互补开口环谐振器，并且互补开口环谐振器的相应的谐振频率跨所述第二工作频带分布。
13.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一扩宽导电区段的宽度是所述第一缩窄导电区段的宽度的至少三倍。
14.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一扩宽导电区段和所述第一缩窄导电区段两者均被实现在印刷电路板的第一金属层中。
15.如权利要求14所述的天线，其中，所述印刷电路板包括被介电基板分隔开的第一金属化层和第二金属化层，并且其中所述第一金属化层和所述第二金属化层各自包括互补开口环谐振器的至少一部分。
16.如权利要求11所述的天线，其中，第一缩窄导电连接器将所述第一互补开口环谐振器连接到所述第二互补开口环谐振器，以及第二缩窄导电连接器将所述第二互补开口环谐振器连接到所述第三互补开口环谐振器。
17.如权利要求16所述的天线，其中，所述第三互补开口环谐振器包括第三扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第三扩宽导电区段的第三缩窄导电区段，并且其中所述第一缩窄导电连接器将所述第一扩宽导电区段和所述第一缩窄导电区段两者连接到所述第二扩宽导电区段和所述第二缩窄导电区段两者，且所述第二缩窄导电连接器仅将所述第二缩窄导电区段连接到所述第三缩窄导电区段。
18.如权利要求17所述的天线，其中，所述第一偶极臂还包括第四互补开口环谐振器和第三缩窄导电连接器，所述第四互补开口环谐振器包括第四扩宽导电区段和至少基本上围绕所述第四扩宽导电区段的第四缩窄导电区段，所述第三缩窄导电连接器将所述第三互补开口环谐振器连接到所述第四互补开口环谐振器，并且其中所述第三缩窄导电连接器将所述第三扩宽导电区段和所述第三缩窄导电区段两者连接到所述第四扩宽导电区段和所述第四缩窄导电区段两者。
19.如权利要求3所述的天线，其中，所述第一偶极臂包括闭环。
20.如权利要求19所述的天线，其中，所述第一偶极臂具有大体上椭圆的形状。
21.如权利要求3所述的天线，其中，所述第一偶极臂和所述第二偶极臂被配置为对所述第二工作频带中的RF信号基本上透明。
22.一种天线，包括：
反射器；
从所述反射器向前延伸的第一辐射元件，所述第一辐射元件被配置为在第一工作频带中工作；以及
从所述反射器向前延伸的第二辐射元件，所述第二辐射元件被配置为在包含比所述第一工作频带更高的频率的第二工作频带中工作；
其中，所述第一辐射元件包括具有第一偶极臂和第二偶极臂的第一偶极辐射器以及具有第三偶极臂和第四偶极臂的第二偶极辐射器，和
其中，所述第一偶极臂至所述第四偶极臂中的每个偶极臂包括至少一个超材料谐振器。
23.如权利要求22所述的天线，其中，每个超材料谐振器为超材料环谐振器。
24.如权利要求23所述的天线，其中，每个超材料环谐振器为互补开口环谐振器。
25.如权利要求24所述的天线，其中，每个互补开口环谐振器包括扩宽导电区段和至少基本上围绕所述扩宽导电区段的缩窄导电区段，其中，所述扩宽导电区段与所述缩窄导电区段被其中不存在导电材料的间隙基本上分隔开。
26.如权利要求24所述的天线，其中，每个互补开口环谐振器包括扩宽导电区段，至少基本上围绕所述扩宽导电区段的缩窄导电区段，以及基本上围绕所述缩窄导电区段的导电区域。
27.如权利要求24所述的天线，其中，每个互补开口环谐振器在所述第二工作频带内的频率下用作开路。
28.如权利要求24所述的天线，其中，所述第一偶极臂至所述第四偶极臂中的每个偶极臂至少包括第一互补开口环谐振器和电连接到所述第一互补开口环谐振器的第二互补开口环谐振器。
29.如权利要求28所述的天线，其中，所述第一互补开口环谐振器具有在所述第二工作频带的下半部分内的第一谐振频率，以及所述第二互补开口环谐振器具有在所述第二工作频带内的上半部分内的第二谐振频率。
30.如权利要求24所述的天线，其中，所述第一偶极臂至所述第四偶极臂中的每个偶极臂包括彼此电连接的多个互补开口环谐振器，并且其中所述多个互补开口环谐振器的谐振频率跨所述第二工作频带分布。
31.如权利要求25所述的天线，其中，所述扩宽导电区段的宽度是所述缩窄导电区段的宽度的至少三倍。
32.如权利要求23所述的天线，其中，每个偶极臂包括至少两个超材料环谐振器，并且其中每个超材料环谐振器为开口环谐振器。
33.如权利要求32所述的天线，其中，在每个偶极臂上的开口环谐振器中的第一开口环谐振器包括具有第一狭缝的第一金属环和具有第二狭缝的第二金属环，其中，所述第二金属环基本上包围所述第一金属环。
34.如权利要求33所述的天线，其中，所述第一狭缝在开口环谐振器中的第一开口环谐振器的第一侧上，以及所述第二狭缝在开口环谐振器中的第一开口环谐振器的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。
35.如权利要求34所述的天线，其中，每个偶极臂的开口环谐振器被形成在相应的第一金属层中，每个偶极臂还包括与所述第一金属层间隔开的第二金属层，所述第二金属层电连接相应的偶极臂的开口环谐振器。
36.如权利要求35所述的天线，其中，每个开口环谐振器在所述第二工作频带内的频率下用作开路。
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