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CN111837294A - 具有表现出降低的方位角束宽和增加的隔离的共用辐射元件的天线阵列 - Google Patents

具有表现出降低的方位角束宽和增加的隔离的共用辐射元件的天线阵列 Download PDF

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CN111837294A
CN111837294A CN201980016673.7A CN201980016673A CN111837294A CN 111837294 A CN111837294 A CN 111837294A CN 201980016673 A CN201980016673 A CN 201980016673A CN 111837294 A CN111837294 A CN 111837294A
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dipole
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M·V·瓦奴斯法德拉尼
O·依斯克
M·沙巴尼
P·J·必思鲁勒斯
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Abstract

天线阵列可包括：第一多个辐射元件，所述第一多个辐射元件响应于相应的各对第一射频信号；以及第二多个辐射元件，所述第二多个辐射元件响应于相应的各对第二射频信号。还提供了共用辐射元件，所述共用辐射元件响应于对应的一对第一射频信号和对应的一对第二射频信号。此共用辐射元件在配置上可以与所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件等同，或者相对于所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件可以具有唯一配置。所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件可以对齐作为相应的间隔开的并且共线的第一列辐射元件和第二列辐射元件，其中，所述共用辐射元件大约等距离地设置在所述第一列与第二列之间。

Description

具有表现出降低的方位角束宽和增加的隔离的共用辐射元件 的天线阵列
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月16日提交的美国临时申请序号62/768,211和2018年3月5日提交的美国临时申请序号62/638,446的优先权，每个申请的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及无线电通信，且更具体地涉及用于蜂窝通信的基站天线阵列和操作基站天线阵列的方法。
背景技术
相控阵天线可在不物理移动其中的辐射元件的情况下创建并在不同方向上电子操纵无线电波束。如由图1A所示，在相控阵天线10中，射频(“RF”)馈电电流通过移相器(“Φ1-Φ8”)从发射器(“TX”)提供至多个间隔开的天线辐射元件，所述移相器在由间隔开的辐射元件发射的无线电波之间建立期望的相位关系。如本领域技术人员将理解的，适当建立的相位关系使得从辐射元件发射的无线电波能够组合从而增强沿期望方向(示为θ)的辐射，但抑制沿不期望方向的辐射。移相器Φn典型地由计算机控制系统(“CONTROL”)控制，所述计算机控制系统可改变所发射的无线电波的相位，并且由此在不同方向上电子操纵组合波。此电子操纵可以在相控阵天线用于蜂窝通信和其它基于RF的系统时是重要的。在大多数情况下，移相器用来在竖直或“高程(elevation)”面中向天线束施加电子下倾斜。在一些情况下，移相器可用来在水平或“方位(azimuth)”面中调节束宽或束指向方向或用来电子操纵天线束以指向各个用户。
例如，在典型的蜂窝通信系统中，一个地理区域通常被划分成通常称为“蜂窝”的一系列区域，这些区域由相应的基站提供服务。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服务的蜂窝内的移动用户的双向RF通信。在许多情况下，每个基站都被划分为“扇区”。在可能最常见的配置中，六角形形状的蜂窝被划分成三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线提供服务，这些基站天线可具有每个扇区近似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，并且辐射模式(亦称“天线束”)从其向外指向。基站天线通常实施为辐射元件的线性或平面相控阵列。例如，如由图1B所示，基站天线10’可包括辐射元件的并排列(RE11-RE18、RE21-RE28)，这些并排列限定一对相对紧密间隔的阵列天线A1和A2。在此基站天线10’中，辐射元件的每一列可响应于各自的相移馈电信号，这些相移馈电信号从相应的RF馈电信号(FEED1、FEED2)和发射器(TX1、TX2)得到，并响应于计算机控制(CONTROL1、CONTROL2)而变化。
为了适应日益增长的蜂窝通信量，蜂窝运营商已经在各种新频带中增加了蜂窝服务。尽管在一些情况下，可以使用所称的“宽带”或“超宽带”辐射元件的阵列在多个频带中提供服务，但在其它情况下，必须使用辐射元件的不同阵列来支持不同频带中的服务。
随着频带数量的激增，并且随着增加扇区划分已变得更普遍(例如，将蜂窝划分成六个、九个或甚至十二个扇区)，部署在典型基站处的基站天线的数目已经显著增加。然而，由于局部区划条例和/或天线塔架的重量和风载荷约束等，在给定基站可以部署的基站天线的数目通常存在限制。为了在不进一步增加基站天线的数目的情况下提高容量，已经引入了所称的多带基站天线，其中，在单个天线中包括辐射元件的多个阵列。一个非常普通的多带基站天线设计包括：“低带”辐射元件的一个线性阵列，其用于在694-960MHz频带中的一些或全部中提供服务；以及“高带”辐射元件的两个线性阵列，其用于在1695-2690MHz频带中的一些或全部中提供服务。低带辐射元件和高带辐射元件的这些线性阵列通常以并排方式安装。
对于包括低带辐射元件的两个线性阵列和高带辐射元件的两个(或四个)线性阵列的基站天线，也存在极大的兴趣。例如，如由图1C所示，天线12可包括相对低带辐射元件的两个外部列14a、14b(每列显示为五个“大”辐射元件(“X”))和相对高带辐射元件的两个内部列16a、16b(每列显示为九个“小”辐射元件(“x”))。具有图1C中所示的配置的天线可以用于包括4x4多输入多输出(“MIMO”)应用的各种应用中，或可以用作多带天线，该多带天线具有两个不同的低带(例如，700MHz低带线性阵列和800MHz低带线性阵列)和两个不同的高带(例如，1800MHz高带线性阵列和2100MHz高带线性阵列)。然而，这些天线以商业上可接受的方式实施是具有挑战性的，原因是在低带中实现65°方位角HPBW天线束通常需要至少200mm宽的低带辐射元件。但是，如由图1C所示，当低带辐射元件的两个阵列并排放置，且高带线性阵列位于其间时，可能需要宽度为约500mm的基站天线。这种大天线可能具有非常高的风载荷，可能非常重和/或可能制造起来昂贵。运营商宁愿选择具有约430mm或更小宽度的基站天线，该宽度是现有技术基站天线的典型宽度。
为了实现具有更窄宽度的图1C的配置的天线，可以降低低带辐射元件的尺寸和/或可以降低低带辐射元件的线性阵列与高带辐射元件的线性阵列之间的横向间距。遗憾的是，随着辐射元件的线性阵列更紧密地排列在一起，线性阵列之间的信号耦合程度可以显著增加，并且此“寄生”耦合可导致HPBW的不期望增加。类似地，低带辐射元件的尺寸的任何减小通常将导致HPBW增加。
在
Figure BDA0002661984610000031
的名称为“Dual-Polarized Group Antenna”的美国专利号8,416,142中公开了一种使用多列双极化辐射元件改进HPBW天线特性的尝试。具体地，如由图1D所示，常规天线12’可具有两列双极化辐射元件14a、14b，所述两列双极化辐射元件被驱动以沿着相应的成对极化平面(P1、P2)和(P3、P4)辐射。此常规天线可修改为由图1E的天线所示，其是
Figure BDA0002661984610000032
对图9的再现。在图1E中，馈电网络N1-N2、N3-N4响应于相应的RF输入信号RF1-RF2、RF3-RF4，所述馈电网络可用来如所示的分别沿着极化平面(P1、P2)、(P3、P4)驱动左列辐射元件和右列辐射元件(RE)，并沿着极化平面(P3、P2)、(P1、P4)驱动一对“顶部”和“底部”辐射元件。尽管进行了此修改，但仍然需要能够更高效地利用辐射元件增加HPBW的改进的天线设计。
发明内容
根据本发明的一些实施例的天线阵列可包括：第一多个辐射元件，所述第一多个辐射元件响应于相应的各对第一射频(RF)信号，所述各对第一射频信号可以(例如，通过移相器)从第一RF馈电信号得到；以及第二多个辐射元件，所述第二多个辐射元件响应于相应的各对第二RF信号，所述各对第二RF信号可以(例如，通过移相器)从第二RF馈电信号得到。还提供了共用辐射元件，所述共用辐射元件响应于对应的一对第一RF信号和对应的一对第二RF信号。此共用辐射元件在配置上可以与所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件等同，或者相对于所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件可以具有唯一配置。
根据本发明的这些实施例中的一些实施例，所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件可以在第一方向上大致对齐作为相应的间隔开的第一列辐射元件和第二列辐射元件；其中，如在正交于所述第一方向的第二方向上测量的，所述共用辐射元件设置在第一列辐射元件与第二列辐射元件中间。具体地，所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件可以在所述第一方向上对齐作为相应的间隔开的第一列辐射元件和第二列辐射元件；其中，如在所述第二方向上测量的，所述共用辐射元件大约等距离地设置在第一列辐射元件与第二列辐射元件之间。此外，所述第一多个辐射元件可以对齐为共线的，所述第二多个辐射元件可以对齐为共线的。
根据本发明的这些实施例中的另外方面，提供了第一功率合成器，所述第一功率合成器响应于所述第一RF信号中的第一个信号和所述第二RF信号中的第一个信号；并且提供了第二功率合成器，所述第二功率合成器响应于所述第一RF信号中的第二个信号和所述第二RF信号中的第二个信号。这些第一功率合成器和第二功率合成器还分别具有电耦合到所述共用辐射元件的第一输出和第二输出。所述第一功率合成器和所述第二功率合成器可以例如从由Wilkinson功率分配器、T型结功率分配器、3dB耦合器和不对称功率分配耦合器组成的组中选择。
根据本发明的再一些另外的实施例，所述共用辐射元件是被配置成支持倾斜极化的环形辐射器。所述第一功率合成器和所述第二功率合成器也可以被配置为混合耦合器，诸如分支线耦合器、定向耦合器或环形耦合器(rat race coupler)。还提供了第二共用辐射元件，所述第二共用辐射元件响应于对应的一对第一RF信号和对应的一对第二RF信号。如在所述第二方向上测量的，此第二共用辐射元件还可以设置在所述第一列辐射元件与所述第二列辐射元件中间。例如，如在所述第一方向上测量的，所述第一共用辐射元件和所述第二共用辐射元件可以邻近所述第一列辐射元件和所述第二列辐射元件的相对端设置。
根据本发明的又一些另外的实施例，提供了一种天线阵列，该天线阵列具有：第一列辐射元件，所述第一列辐射元件响应于相应的各对相移第一RF信号，所述各对相移第一RF信号是从第一对RF馈电信号得到的；以及第二列辐射元件，所述第二列辐射元件响应于相应的各对相移第二RF信号，所述各对相移第二RF信号是从第二对RF馈电信号得到的。提供了共用辐射元件，所述共用辐射元件响应于对应的一对相移第一RF信号和对应的一对相移第二RF信号，设置在所述第一列辐射元件和所述第二列辐射元件中间。还可以提供第一功率合成器，所述第一功率合成器具有：第一输入和第二输入，所述第一输入和所述第二输入分别响应于所述相移第一RF信号中的第一个和所述相移第二RF信号中的第一个；以及电耦合到所述共用辐射元件的第一端子的输出。可以提供第二功率合成器，所述第二功率合成器具有：第一输入和第二输入，所述第一输入和所述第二输入分别响应于所述相移第一RF信号中的第二个和所述相移第二RF信号中的第二个；以及电耦合到所述共用辐射元件的第二端子的输出。所述第一功率合成器和所述第二功率合成器中的每一个可以选自Wilkinson功率分配器、T型结功率分配器、3dB耦合器和不对称功率分配耦合器。所述第一功率合成器和所述第二功率合成器也可以被配置为混合耦合器，诸如分支线耦合器、定向耦合器和环形耦合器。
按照本发明的再一些另外的实施例，提供了基站天线，所述基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；以及第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列。这些天线还包括共用辐射元件，所述共用辐射元件耦合到所述第一至第四馈电网络，使得所述共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分。当所述基站天线被安装以供使用时，第一竖直轴线延伸穿过所述第一阵列的第一辐射元件的中心，第二竖直轴线延伸穿过所述第二阵列的第一辐射元件的中心，并且第三竖直轴线延伸穿过所述共用辐射元件的中心。所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。
在一些实施例中，所述基站天线还可包括第一功率耦合器，所述第一功率耦合器具有耦合到所述第一馈电网络的第一输入、耦合到所述第二馈电网络的第二输入以及耦合到所述共用辐射元件的第一辐射器的输出。所述第一功率耦合器还可包括第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合到第一辅助辐射元件。所述第一功率耦合器还可包括第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合到第二辅助辐射元件。
所述基站天线还可包括第二功率耦合器，所述第二功率耦合器具有耦合到所述第一馈电网络的第一输入、耦合到所述第二馈电网络的第二输入以及耦合到所述共用辐射元件的第二辐射器的输出。所述第二功率耦合器可包括：第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合到第三辅助辐射元件；以及第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合到第四辅助辐射元件。
在一些实施例中，所述第一辐射器和所述第一辅助辐射元件可被配置成以不同的极化发射RF能量。同样，在一些实施例中，所述第一辅助辐射元件和所述第二辅助辐射元件可被配置成以不同的极化发射RF能量。
在一些实施例中，所述共用辐射元件可在所述基站天线被安装以供使用时，定位在所述第一阵列的辐射元件和所述第二阵列的辐射元件的上方或下方。
在一些实施例中，所述共用辐射元件可包括第一辐射器和第二辐射器，所述第一辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第三馈电网络两者，所述第二辐射器耦合到所述第二馈电网络和所述第四馈电网络两者。
在一些实施例中，所述共用辐射元件可包括耦合到所述第一馈电网络的第一辐射器、耦合到所述第二馈电网络的第二辐射器、耦合到所述第三馈电网络的第三辐射器以及耦合到所述第四馈电网络的第四辐射器。
按照本发明的再一些另外的实施例，提供了基站天线，所述基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；以及第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列。这些天线还包括共用辐射元件，所述共用辐射元件包括耦合到所述第一馈电网络至所述第四馈电网络的第一输入至第四输入，使得所述共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分。
在一些实施例中，当所述基站天线被安装以供使用时，第一竖直轴线可延伸穿过所述第一阵列的第一辐射元件的中心，第二竖直轴线可延伸穿过所述第二阵列的第一辐射元件的中心，并且第三竖直轴线可延伸穿过所述共用辐射元件的中心，并且所述第三竖直轴线可在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。
在一些实施例中，第一混合耦合器可耦合在所述第一馈电网络与所述共用辐射元件的第一输入和第二输入之间，第二混合耦合器可耦合在所述第二馈电网络与所述共用辐射元件的第三输入和第四输入之间。所述第一混合耦合器可包括例如环形耦合器。
在一些实施例中，所述共用辐射元件可包括第一共用辐射元件，并且所述基站天线还可包括第二共用辐射元件，所述第二共用辐射元件具有耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者的第一辐射器，使得所述第二共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分。在这些实施例中，所述第一共用辐射元件可被配置成生成在高程面中具有上倾斜的天线束，所述第二共用辐射元件可被配置成生成在所述高程面中具有下倾斜的天线束。
在一些实施例中，所述第一共用辐射元件和所述第二共用辐射元件可具有相同配置的辐射器，并且所述第一共用辐射元件的第一辐射器可相对于所述第二共用辐射元件的对应第一辐射器不同相地馈电。
在一些实施例中，所述共用辐射元件可包括耦合到所述第一馈电网络的第一辐射器、耦合到所述第二馈电网络的第二辐射器、耦合到所述第三馈电网络的第三辐射器以及耦合到所述第四馈电网络的第四辐射器。
按照本发明的又一些附加实施例，提供了功率耦合器，所述功率耦合器包括：第一输入端口；第二输入端口；输出端口；第一耦合传输线，所述第一耦合传输线将所述第一输入端口耦合到所述输出端口；第二耦合传输线，所述第二耦合传输线将所述第二输入端口耦合到所述输出端口；以及第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合在所述第一耦合传输线与第一辐射元件之间。
在一些实施例中，这些功率耦合器还可包括第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合在所述第二耦合传输线与第二辐射元件之间。所述第一辐射元件可包括偶极子辐射器，所述偶极子辐射器被配置成发射具有竖直极化的RF能量。
按照本发明的再一些另外的实施例，提供了基站天线，所述基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；以及共用辐射元件，所述共用辐射元件具有第一辐射器和第二辐射器，所述第一辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者，所述第二辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者。
在一些实施例中，所述第一辐射器和所述第二辐射器可被配置成使得它们一起以第一极化发射RF信号。所述第一辐射器和第二辐射器还可被配置成使得它们还一起以第二极化发射RF信号。
在一些实施例中，所述基站天线还可包括第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列。在这些实施例中，所述共用辐射元件还可包括第三辐射器和第四辐射器，所述第三辐射器耦合到所述第三馈电网络和所述第四馈电网络两者，所述第四辐射器耦合到所述第三馈电网络和所述第四馈电网络两者。在一些实施例中，所述第三辐射器和所述第四辐射器可被配置成使得它们一起以所述第一极化发射RF信号。在一些实施例中，所述第三辐射器和所述第四辐射器可被配置成使得它们还一起以所述第二极化发射RF信号。
附图说明
图1A为根据现有技术的相控阵天线的框图。
图1B为根据现有技术的基站天线的框图。
图1C为根据现有技术的包括低带辐射元件的两个线性阵列和高带辐射元件的两个线性阵列的基站天线的平面布局图。
图1D为包含十个双极化辐射元件的常规天线的平面布局图，该双极化辐射元件被布置成每列五个辐射元件的两列。
图1E为包含十个双极化辐射元件的常规天线的平面布局图，该双极化辐射元件被布置成四个辐射元件的两列，其中，顶部辐射元件和底部辐射元件位于两列中间。
图2A为根据本发明的实施例的其中具有一对共用HPBW增强双极化辐射元件的基站天线的框图。
图2B为根据本发明的实施例的其中具有共用HPBW增强双极化辐射元件的基站天线的框图。
图2C为图2A的基站天线的示例性实施方式的更详细框图。
图3A为根据本发明的实施例的其中具有共用HPBW增强环形辐射元件的基站天线的框图。
图3B为根据本发明的实施例的被配置为盒式偶极子(box dipole)从而支持倾斜极化的四个偶极子辐射元件的示意图，该四个偶极子辐射元件可以代替图3A的环形辐射元件。
图4为根据本发明的实施例的利用其中的一对混合耦合器和共用辐射元件的基站天线的框图。
图5A为可以用作图4的基站天线中的共用辐射元件的盒式偶极子辐射元件的示意性透视图。
图5B为图5A的盒式偶极子辐射元件的前视图，其示出了给盒式偶极子馈电以生成倾斜+45°和-45°极化天线束的方法。
图5C为示出了根据本发明的实施例的可以用在基站天线中的环形耦合器的电路设计的示意图。
图5D为根据本发明的另外的实施例的基于印刷电路板的共用盒式偶极子辐射元件的示意性前视图。
图5E为图5A的盒式偶极子辐射元件的前视图，其示出了给盒式偶极子馈电以生成倾斜+45°和-45°极化天线束的替代性方法。
图5F为示出了根据本发明的实施例的改进的分支线耦合器的电路设计的示意图，该改进的分支线耦合器可以代替图5C的环形耦合器使用以给共用辐射元件馈电。
图5G为示出了根据本发明的实施例的Wilkinson类型的四端口合成器的电路设计的示意图，该Wilkinson类型的四端口合成器可以代替图5C的环形耦合器使用以给共用辐射元件馈电。
图6A和图6B为以图5B中示出的方式从(a)顶部和左边或(b)右边和底部(虚线箭头)叠加馈电时由图5A的盒式偶极子形成的倾斜+45°极化天线束的方位角和仰角曲线。
图7A和图7B为以图5B中示出的方式从(a)顶部和左边或(b)右边和底部(实线箭头)叠加馈电时由图5A的盒式偶极子形成的倾斜-45°极化天线束的方位角和仰角曲线。
图8为根据本发明的实施例的包括一对相邻共用辐射元件的基站天线的一部分的示意性前视图。
图9A和图9B为以图8中示出的方式使用顶部和左边实线箭头或右边和底部实线箭头馈电时，由图8的一对盒式偶极子辐射元件形成的倾斜-45°极化天线束的方位角和仰角曲线。
图10A为根据本发明的另外其它实施例的包括共用辐射元件的基站天线的示意性框图，该共用辐射元件偏离在第一阵列与第二阵列的中间延伸的纵向轴线。
图10B为根据本发明的另外的实施例的包括共用辐射元件的基站天线的示意性框图，所述共用辐射元件使用两个单极化辐射元件实施。
图10C为图10A的基站天线的修改版本的示意性框图。
图11为Wilkinson功率耦合器的示意图，该功率耦合器可以用于例如实施图2A-2C的基站天线中包括的功率耦合器。
图12A和图12B为根据本发明的实施例的使用非电阻性有耗元件提供其输入之间的隔离的功率耦合器的示意图。
图13A为示出了根据本发明的实施例的包括寄生元件的多列基站天线的示意图，该寄生元件有助于形成低带天线束。
图13B为图13A的天线中包括的寄生元件中的一个寄生元件的侧视图。
图13C为示出了按照本发明的实施例每个Wilkinson功率分配器上的隔离路径可以如何耦合到寄生元件而不是电阻器的示意图。
图13D为示出了折叠式偶极子辐射器可以如何用作寄生元件而不是图13C中示出的遮盖式(“cloaked”)偶极子辐射器寄生元件的示意图。
图14A为示出了蛇形偶极子可以如何用来实施图13C中示出的寄生元件的示意图。
图14B为示出了堆叠偶极子可以如何用来实施图13C中示出的寄生元件的示意图。
图14C为示出了竖直偶极子和水平偶极子的组合可以如何用来实施图13C中示出的寄生元件的示意图。
图15A和图15B为根据本发明的实施例使用三极辐射元件作为共用辐射元件的两个基站天线的示意性前视图。
图16A为根据本发明的另外的实施例的包括多个槽形辐射器的共用辐射元件的示意图。
图16B-16D为根据本发明的实施例可以用在基站天线中的三个附加共用辐射元件的示意图。
图17示出了根据本发明的实施例的给图8的共用盒式辐射元件馈电的替代性方法。
图18A为示出了可以如何使用具有不同长度的偶极子实施根据本发明的实施例的共用盒式偶极子辐射元件的示意图。
图18B为示出了可以如何使用彼此间隔开不同量的偶极子实施根据本发明的实施例的共用盒式偶极子辐射元件的示意图。
图18C为示出了根据本发明的实施例的共用盒式偶极子辐射元件如何可以具有偏置馈电点的示意图。
具体实施方式
现在参照图2A，示出了根据本发明的实施例的基站天线20，其包括天线组件22。天线组件2包括六(6)个双极化辐射元件，该双极化辐射元件被驱动以如所示的在相应的左列和右列中沿着相应的各对相互垂直(+45°、-45°)的极化平面(P1，P2)、(P3，P4)辐射。在左列和阵列中，三个对齐的辐射元件以常规方式由一对移相器组件(PSA1，PSA2)24a-24b驱动，该移相器组件响应于对应的一对射频馈电信号(FEED1，FEED2)。类似地，在右列和阵列中，三个对齐的辐射元件由一对移相器组件(PSA3，PSA4)24c-24d驱动，该移相器组件响应于对应的一对射频馈电信号(FEED3，FEED4)。
此外，一对等效设计的“共用”辐射元件设置在天线组件22的中心，从而有利地保持左列辐射元件与右列辐射元件之间的相对隔离(甚至在降低列与列的间隔时)并支持降低HPBW，同时增加方位角方向性。如所示的，在天线组件22的顶部和底部处的共用和中心定位的辐射元件由移相器组件24a-24d和对应的功率合成器26a-26d驱动，以沿着两对极化平面(P1，P3；P2，P4)以稍微降低的功率水平辐射，从而有利地维持左列和右列之间的相对隔离并支持降低HPBW。
尽管不希望受任何理论的约束，但是由于每个共用辐射元件移动到天线组件22的中心，这增大了每列的水平孔径，并且同时改善列之间以及每列的正交极化之间的隔离。而且，可增加与天线组件22的中心对齐的共用辐射元件的数目，以通过调节组件22中的阵列与阵列间隔来与调谐阵列的跌落特性同时调谐HPBW。
现在参照图2B，图示了根据本发明的另一实施例的基站天线20’，其包括八(8)个双极化辐射元件，该双极化辐射元件被驱动以如所示的在相应的左列和右列中沿着相应的各对相互垂直(+45°，-45°)的极化平面(P1，P2)、(P3，P4)辐射。在左列和阵列中，四个对齐的辐射元件以常规方式由一对移相器组件(PSA1，PSA2)24a-24b驱动，该移相器组件响应于对应的一对射频馈电信号(FEED1，FEED2)。类似地，在右列和阵列中，四个对齐的辐射元件由一对移相器组件(PSA3，PSA4)24c-24d驱动，该移相器组件响应于对应的一对射频馈电信号(FEED3，FEED4)。单个共用辐射元件还设置在天线组件22’的底部中心处。此共用辐射元件由移相器组件24a-24d和对应的功率合成器26a’-26b’驱动，以沿着两对极化平面(P1，P3；P2，P4)以稍微降低的功率水平辐射。
图2B的功率合成器26a’、26b’和图2A的功率合成器26a-26d具有对应的各对输入端子，这些输入端子响应于由如所示的移相器组件24a-24d生成的相移“馈电”信号。图2A-2B的功率合成器26a-26d和26a'、26b'可包括例如三端口功率合成器或第四端口被端接时的四端口功率合成器。根据本发明的这些实施例的一些方面，功率合成器26a-26d和26a'-26b'可被配置为例如Wilkinson功率分配器、T型结功率分配器、分支线耦合器和3dB耦合器。在本发明的一些实施例中，可以使用不对称(即非3dB)功率分配耦合器。例如，两个辐射元件可以在天线组件22的顶部和底部共用，其中，在极化平面P1-P4之间功率分配不相等，但可以受到从顶部辐射元件和底部辐射元件辐射的总功率相等的约束。
接着参照图2C，提供了具有天线组件22的基站天线20”，该基站天线对应于图2A的天线20。每个移相器组件(PSA1-PSA4)24a'-24d'被配置成以降低的功率水平生成五(5)个相移输出信号：0.14Pn，0.23Pn，0.26Pn，0.23Pn和0.14Pn，其中：“Pn”对应于与对应的馈电信号FEED1-FEED4相关联的输入功率，其中，n＝1、2、3或4，且0.14W+0.23W+0.26W+0.23W+0.14W＝Pn＝1瓦特。而且，如果功率合成器26a'-26d'被配置为Wilkinson功率分配器(提供50％功耗)，则由四个移相器组件PSA1 24a'、PSA2 24b'、PSA3 24c'和PSA4 24d'生成的八个RF信号具有0.14Pn的功率水平，将以：(0.07P1+0.07P3)和(0.07P3+0.07P4)提供至顶部和底部共用辐射元件，如所示的。
现在参照图3A-3B，根据本发明的另外的实施例的基站天线30内的天线组件32可以使用一个或多个“共用”辐射元件，这些共用辐射元件具有相对于左列辐射元件和右列辐射元件唯一的配置。例如，在图3A中，共用辐射元件可被配置为具有相对拐角(N1，N3)、(N2，N4)的大环形辐射器36，这些拐角可以被激励以支持倾斜极化(参见例如，36a、36b)，其相对图2B的实施例具有提高的能量效率(即浪费功率较少)。如将由本领域技术人员理解的，环形辐射器36的周边可以具有等于一个波长(典型地对应于馈电信号带的中心频率)的长度，其中，每一侧为波长的四分之一(即λ/4)。如所示的，拐角N1-N4可由在相应的功率合成器/耦合器34a、34b的输出处生成的对应的各对信号(通过巴伦(balun)，未示出)激励。替代性地，并且由图3B所示，图3A的环形辐射器36可以由四(4)个偶极子的矩形布置36’替代，该四个偶极子被配置成支持两个相邻偶极子之间的一对180°相移。基于此配置，每对相邻的偶极子操作以生成对应的倾斜极化信号。将认识到，环形辐射器36、36'可以具有可以被激励以支持倾斜极化的其它形状。
现在参照图4，根据本发明的另一实施例的基站天线40被图示为包括八(8)个双极化辐射元件RE，该双极化辐射元件被驱动以如所示的在相应的左列和右列中沿着相应的各对相互垂直(+45°、-45°)的极化平面辐射。在左列中，四个对齐的辐射元件RE以常规方式由一对移相器组件(PSA)42a-42b驱动。同样，在右列中，四个对齐的辐射元件以常规方式由另一对移相器组件(PSA)42c-42d驱动。此外，可以提供共用辐射元件46，其由一对混合耦合器44a、44b驱动。如图4中所示，共用辐射元件46可以被配置为四个偶极子(盒式偶极子)的矩形布置，并且混合耦合器44a、44b可以被配置为例如分支线耦合器、定向耦合器和环形耦合器。
图5A-5B示意性地示出了按照图4的共用辐射元件46的本发明的实施例的一种可能的实施方式。在图5A和图5B示出的实施例中，图4的共用辐射元件46实施为共用盒式偶极子辐射元件100。图5A为盒式偶极子辐射元件100的示意性透视图，而图5B为共用盒式偶极子辐射元件100的前视图，其示出了为共用盒式偶极子辐射元件馈电以生成倾斜+45°与-45°极化天线束的方法。
如图5A中所示，共用盒式偶极子辐射元件100包括被布置成限定正方形的第一至第四偶极子辐射器110-1至110-4。每个偶极子臂110可以具有例如为半波长或更小的长度，其中，波长是对应于共用盒式偶极子辐射元件100的操作频带中的最低频率的波长。偶极子臂110彼此不电连接。在所描绘的实施例中，每个偶极子辐射器110实施为冲压金属偶极子辐射器，其形成图5A中所示的形状。每个偶极子辐射器110大致安装在导电反射器102前方的四分之一波长或更小处，该导电反射器可以是例如基站天线的主反射器。尽管在图5A中未示出，“杆形(stalk)”印刷电路板或其它馈电结构可以用来将每个偶极子辐射器110安装在反射器102前方的适当距离处，并且每个杆形印刷电路板可包括巴伦。同轴电缆(未示出)可以提供混合耦合器44a、44b(参见图4)的输出与相应的杆形印刷电路板之间的电连接。可以通过将每个偶极子辐射器110的下部中心部分116焊接到杆形印刷电路板(未示出)以将每个偶极子辐射器110电连接至相应的RF传输线(未示出)来对每个偶极子辐射器110中心馈电，该RF传输线连接至混合耦合器44a、44b的相应输出。
将认识到，在其它实施例中，可以使用不同的技术来形成偶极子辐射器110。例如，如图5D中所示，偶极子辐射器110在其它实施例中可以形成于印刷电路板上，并且各自包括巴伦的馈电杆111(馈电杆111也可以实施为印刷电路板，且在图5D中使用虚线示出，因为它们被偶极子辐射器110隐藏)可以用来将每个基于印刷电路板的偶极子辐射器110安装在反射器102前方，并用来在基于印刷电路板的偶极子辐射器110与连接至混合耦合器44a、44b的输出的同轴电缆之间传递RF信号。同样，还将认识到，在附加实施例中，偶极子辐射器110可以被不同地定向。例如，图5A中示出的偶极子辐射器110各自限定各自的平面，该平面大致垂直于由反射器102限定的平面。相反，图5D中示出的偶极子辐射器110各自限定各自的平面，该平面大致平行于由反射器102限定的平面。因此，将认识到，图5A中示出的每个偶极子辐射器110可旋转90°，以便平行于反射器102，和/或图5D中示出的每个偶极子辐射器110可旋转90°，以便垂直于反射器102。其它定向是可行的，并且并非所有的偶极子辐射器都需要在相同的定向。
再次参照图5A，在所描绘的实施例中，每个偶极子辐射器110包括多个加宽的导电区段112，所述导电区段由至少一个窄导电区段114电连接。每个加宽的导电区段112可具有各自的宽度W1，其中，宽度W1在大致垂直于沿着各自的加宽导电区段112的电流流动方向的方向上测量。每个加宽导电区段112的宽度W1不需要是恒定的，因此，在一些情况下，将参照每个加宽导电区段112的平均宽度。窄导电区段114可类似地具有各自的宽度W2，其中，宽度W2在大致垂直于沿着窄导电区段114的瞬时电流流动方向的方向上测量。每个窄导电区段114的宽度W2也不需要是恒定的，因此，在一些情况下，将参照每个窄导电区段114的平均宽度。
窄导电区段114可以实施为蛇形导电轨迹。这里，蛇形导电轨迹是指遵循蛇形路径以增加其路径长度的非直线导电轨迹。通过使导电轨迹蛇形化，窄导电区段114的长度可被延长，同时仍提供相对紧凑的窄导电区段114。蛇形导电轨迹114可以充当感应器。在一些实施例中，每个加宽的导电区段112的平均宽度可以是例如每个窄导电区段114的平均宽度的至少三倍。在其它实施例中，每个加宽的导电区段112的平均宽度可以是每个窄导电区段114的平均宽度的至少五倍。
偶极子臂可以实施为一系列加宽的导电区段112，这些加宽的导电区段由窄导电区段114连接，以便改进天线中包括的其它阵列的性能。例如，尽管图4中未示出，但图4的基站天线40还可包括一个或多个阵列的辐射元件(未示出)，这些辐射元件以比图4中示出的辐射元件RE更高的频带操作。举一个具体实例，图1C的天线12中包括的两列高带辐射元件16a、16b可添加到图4的基站天线40。当这种较高带辐射元件发射和接收信号时，它们可能趋于在低带辐射元件100的偶极子辐射器110上感生电流。结果，由高带辐射元件的阵列16a、16b生成的辐射方向图可由于在偶极子辐射器110上感生的电流而畸变。窄导电区段114可以充当高阻抗部分，该高阻抗部分被设计成在不明显影响低带电流在偶极子辐射器110上流动的能力的情况下，中断本来在偶极子辐射器110上感生的在更高频率范围中的电流。因此，窄导电区段114可以降低偶极子辐射器110上感生的高带电流，并且降低随后对较高带阵列的天线方向图的干扰。在一些实施例中，窄导电区段114可以使共用盒式偶极子辐射元件100几乎对较高带辐射不可见，使得共用盒式偶极子辐射元件100将不使较高带阵列的辐射方向图畸变。
共用盒式偶极子辐射元件100可以被配置成以倾斜45°极化和倾斜-45°极化两者发射和接收RF信号。图5B示出了从图4的混合耦合器44a、44b馈送到共用盒式偶极子辐射元件100的RF信号的定相，这将使得共用盒式偶极子辐射元件100以倾斜+45°/-45°极化辐射RF能量。图4的混合耦合器44a、44b在图5B中重新编号为120-1、120-2。为了简洁，在图5B中示出了混合耦合器120-1、120-2与共用盒式偶极子辐射元件100之间的连接。
如图5B中所示，每个混合耦合器120包括第一输入端口122、第二输入端口124、第一输出端口126和第二输出端口128。如图4和图5B中所示，混合耦合器120-1的第一输入端口122耦合到+45°移相器组件42b的输出，混合耦合器120-1的第二输入端口124耦合到-45°移相器组件42a的输出，而混合耦合器120-2的第一输入端口122耦合到+45°移相器组件42d的输出，混合耦合器120-2的第二输入端口124耦合到-45°移相器组件42c的输出。在图5B中，偶极子辐射器110-1、110-2旁边的虚线箭头示出了响应于输入到混合耦合器120-1的第一输入端口122的馈电信号沿着这些偶极子辐射器的电流流动方向，而偶极子辐射器110-3、110-4旁边的虚线箭头示出了响应于输入到混合耦合器120-2的第二输入端口124的馈电信号沿着这些偶极子辐射器的电流流动方向。类似地，偶极子辐射器110-1、110-2旁边的实线箭头示出了响应于输入到混合耦合器120-1的第二输入端口124的馈电信号沿着这些偶极子辐射器的电流流动方向，而偶极子辐射器110-3、110-4旁边的实线箭头示出了响应于输入到混合耦合器120-2的第二输入端口124的馈电信号沿着这些偶极子辐射器的电流流动方向。
如图5B中所示，当RF信号输入到混合耦合器120-1的输入端口122时，混合耦合器生成一对信号，这对信号在端口126、128输出，并分别被馈送到偶极子辐射器110-1、110-2。传递到偶极子辐射器110-1的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-1从右向左传递的电流，而传递到偶极子辐射器110-2的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-2从顶部向底部传递的电流，如由紧挨着偶极子辐射器110-1、110-2的虚线箭头所示。如共用盒式偶极子辐射元件100的中间的虚线箭头所示，响应于输入到混合耦合器120-1的输入端口122的信号，沿着偶极子辐射器110-1、110-2感生的电流将以倾斜+45°极化从偶极子辐射器110-1、110-2辐射以生成具有+45°极化的天线束。当输入到输入端口122的RF信号生成由图5B中的虚线箭头所示的电流，使用图5B中的虚线描绘混合耦合器120-1、120-2的输入端口122。
类似地，当RF信号输入到混合耦合器120-1的输入端口124时，混合耦合器生成一对信号，这对信号在端口126、128输出，并分别被馈送到偶极子辐射器110-1、110-2。传递到偶极子辐射器110-1的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-1从右向左传递的电流，而传递到偶极子辐射器110-2的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-2从底部向顶部传递的电流，如由紧挨着偶极子辐射器110-1、110-2的实线箭头所示。如共用盒式偶极子辐射元件100的中间的实线箭头所示，响应于输入到混合耦合器120-1的输入端口124的信号，沿着偶极子辐射器110-1、110-2感生的电流将以倾斜-45°极化从偶极子辐射器110-1、110-2辐射以生成具有-45°极化的天线束。
从混合耦合器120-2输入到共用盒式偶极子辐射元件的信号以相似方式起作用。具体地，当RF信号输入到混合耦合器120-2的输入端口122时，混合耦合器生成一对信号，这对信号在端口126、128输出，并分别被馈送到偶极子辐射器110-3、110-4。传递到偶极子辐射器110-3的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-3从右向左传递的电流，而传递到偶极子辐射器110-4的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-4从顶部向底部传递的电流，如由紧挨着偶极子辐射器110-3、110-4的虚线箭头所示。如共用盒式偶极子辐射元件100的中间的虚线箭头所示，响应于输入到混合耦合器120-2的输入端口122的信号，沿着偶极子辐射器110-3、110-4感生的电流将以倾斜+45°极化从偶极子辐射器110-3、110-4辐射以生成具有+45°极化的天线束。
类似地，当RF信号输入到混合耦合器120-2的输入端口124时，混合耦合器生成一对信号，这对信号在端口126、128输出，并分别被馈送到偶极子辐射器110-3、110-4。传递到偶极子辐射器110-3的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-3从右向左传递的电流，而传递到偶极子辐射器110-4的RF信号生成沿着偶极子辐射器110-4从底部向顶部传递的电流，如由紧挨着偶极子辐射器110-3、110-4的实线箭头所示。如共用盒式偶极子辐射元件100的中间的实线箭头所示，响应于输入到混合耦合器120-2的输入端口124的信号，沿着偶极子辐射器110-3、110-4感生的电流将以倾斜-45°极化从偶极子辐射器110-3、110-4辐射以生成具有-45°极化的天线束。
将认识到，可以使用除了图5B中所示的定相布置之外的定相布置，以便激励共用偶极子辐射元件100发射两个倾斜-45°极化RF信号和两个倾斜+45°极化RF信号。例如，图5E示出了用于对从混合耦合器120-1、120-2馈送到共用盒式偶极子辐射元件100的RF信号进行定相的替代性方法。如图5E中所示，该布置几乎与图5B中所示的相同，不同之处在于：在图5B的实施例中，电流在“水平”偶极子辐射器110-1、110-3上具有相同方向，在“竖直”偶极子辐射器110-2、110-4上具有不同方向；而在图5E的实施例中，电流在竖直偶极子辐射器110-2、110-4上具有相同方向，在水平偶极子辐射器110-1、110-3上具有不同方向。
如从上述讨论显然可见，混合耦合器120-1应当被配置成使得在端口122处输入的RF信号将被相等地分开，并以同相信号在端口126、128处输出，而在端口124处输入的RF信号将被相等地分开，并以异相信号在端口126、128处输出。同样，混合耦合器120-2应当被配置成使得在端口122处输入的RF信号将被相等地分开，并以同相信号在端口126、128处输出，而在端口124处输入的RF信号将被相等地分开，并以异相信号在端口126、128处输出。
环形耦合器是已知类型的混合耦合器，其可以用来将施加到其第一输入端口的RF信号相等地分成两个相等的同相输出信号，并将施加到其第二输入端口的RF信号相等地分成两个相等的异相输出信号。图5C是可以用来实施图5B中的混合耦合器120-1、120-2的环形耦合器120的示意图。参照图5C，在端口122处输入的RF信号将沿着环形耦合器120在两个方向上行进，RF信号的一半能量将在端口126处输出，RF信号的另一半能量将在端口128处输出。由于从不同方向到达端口126、128的信号的叠加，在端口126、128处输出的RF信号将彼此同相。从两个方向到达端口124的信号将彼此抵消，端口124将与端口122电隔离。相反，在端口124处输入的RF信号将沿着环形耦合器120在两个方向上行进，RF信号的一半能量将在端口128处输出，RF信号的另一半能量将在端口126处输出。由于从不同方向到达端口126、128的信号的叠加，在端口126、128处输出的RF信号将彼此异相。从两个方向到达端口122的信号将彼此抵消，端口122将与端口124电隔离。因此，环形耦合器120可提供传递到图5A-5B的共用盒式偶极子辐射元件100的RF信号的适当分裂和定相，使得共用盒式偶极子辐射元件100将生成具有倾斜+45°极化和倾斜-45°极化的天线束。
尽管环形耦合器(例如，图5C的环形耦合器)是实施图5B中所示的耦合器120的一种便利方式，但将认识到本发明的实施例不局限于此。例如，图5F为示出了另一四端口合成器1020的电路设计的示意图，该四端口合成器包括可以代替环形耦合器使用以实施图5B的四端口合成器120的分支线耦合器。如图5F中所示，四端口合成器1020包括分支线耦合器1030和附加四分之一波长传输线区段1040。分支线耦合器103包括如所示的彼此电耦合的四个四分之一波长传输线区段1032、1034、1036、1038。四分之一波长传输线区段1032、1034、1036、1038相交的四个位置1031、1033、1035、1037形成分支线耦合器1030的四个端口。分支线耦合器1030的端口1031、1033充当四端口合成器1020的第一输入端口1022和第二输入端口1024。四分之一波长传输线区段1040的一端连接至端口1035。四分之一波长传输线区段1040的相对端充当四端口合成器1020的第一输出端口1036，分支线耦合器1030的端口1037充当四端口合成器1020的第二输出端口1028。四端口合成器1020将关于在其端口处输入的RF信号以与环形耦合器120完全相同的方式操作。
尽管图5C和图5F示出了实施图4和图5B中示出的四端口合成器44/120的两个示例性方式，但要认识到本发明的实施例不局限于此。例如，在其它实施例中，可以使用90°混合耦合器或其它耦合器。同样，图5G示出了具有输入端口1122、1124和输出端口1126、1128的“Wilkinson类型”的四端口合成器1120，其也将以与环形耦合器120相同的方式操作。例如，在四端口合成器1120的端口1122处输入的信号分裂，一半的能量传递到端口1124，另一半的能量传递到端口1126。端口1128与端口1122隔离，原因是通过端口1124传递到端口1128的能量相对于通过端口1126传递到端口1128的能量180°异相，因此信号在端口1128处抵消。对于在端口1128处输入的信号将发生类似操作，使得端口1122与端口1128隔离。
当使用图5A-5B的辐射元件100代替图4的共用辐射元件46时，图4的基站天线(经过此修改)包括：辐射元件RE的第一线性阵列，该第一线性阵列被配置成发射第一极化RF信号(例如，-45°极化)并发射第二极化RF信号(例如，+45°极化)，该第一极化RF信号通过第一馈电网络42a传递到第一线性阵列，该第二极化RF信号通过第二馈电网络42b传递到第一线性阵列；以及辐射元件RE的第二线性阵列，该第二线性阵列被配置成发射第一极化RF信号并发射第二极化RF信号，该第一极化RF信号通过第三馈电网络42c传递到第二线性阵列，该第二极化RF信号通过第四馈电网络42d传递到第二线性阵列。天线还包括共用辐射元件46，该共用辐射元件具有：第一辐射器(例如，图5B中的共用辐射元件100的顶部偶极子臂110-1)，该第一辐射器耦合到第一馈电网络42a和第二馈电网络42b两者；以及第二辐射器(例如，图5B4中的共用辐射元件100的左偶极子臂110-2)，该第二辐射器耦合到第一馈电网络42a和第二馈电网络42b两者。第一辐射器110-1和第二辐射器110-2一起以第一极化和第二极化两者发射RF信号。共用辐射元件100还包括第三辐射器110-3和第四辐射器110-4，所述第三辐射器耦合到第三馈电网络42c和第四馈电网络42d两者，所述第四辐射器耦合到第三馈电网络42c和第四馈电网络42d两者。第三辐射器110-3和第四辐射器110-4被配置成使得它们一起以第一极化和第二极化两者发射RF信号。
还将认识到，根据本发明的实施例的共用辐射元件不局限于具有偶极子辐射器的辐射元件。实际上，共用辐射元件可以由任何合适的辐射器组成。例如，图16A为根据本发明的另外的实施例的包括多个槽形辐射器110-1至110-4的共用辐射元件100’的示意图。在另外其它的实施例中可以使用喇叭式辐射器。因此，将认识到，本发明的实施例不局限于具有偶极子辐射器的共用辐射元件。
图16B示意性地示出了根据本发明的实施例的可以用在基站天线中的另一共用盒式偶极子辐射元件100”。如图16B中所示，共用盒式偶极子辐射元件100”具有四个偶极子辐射器110”，该四个偶极子辐射器由馈电杆112安装在反射器102前方。可以看到，在此实施例中的偶极子辐射器110形成为中心馈电的折叠式偶极子辐射器。
举另一示例，图16C为共用辐射元件101的示意性前视图，该共用辐射元件包括四个偶极子辐射器110-1至110-4，该四个偶极子辐射器安装在馈电杆111上以从基站天线的反射器102向前延伸。如图16C中所示，每个偶极子辐射器110具有与图5D的盒式辐射元件100的偶极子辐射器110相同的设计。然而，将认识到，可以使用任何合适的偶极子辐射器。在图16C中，偶极子辐射器110不再设置为形成盒，而是布置成十字形的形状。如本领域技术人员将理解的，如果输入到偶极子辐射器110的RF信号被适当地定相，则辐射元件110可设计成形成与上面讨论的盒式偶极子辐射元件100相同的四个天线束。辐射元件101可以与盒式偶极子辐射元件100相同的大致方式由一对四端口合成器馈电。
举又一示例，图16D为共用辐射元件101’的示意性前视图，该共用辐射元件还是包括四个偶极子辐射器110-1至110-4，该四个偶极子辐射器安装到馈电杆以从基站天线的反射器102向前延伸。尽管每个偶极子辐射器110具有与图5D的盒式辐射元件100的偶极子辐射器110相同的设计，但将认识到可以使用任何合适的偶极子辐射器设计。如图16D中所示，偶极子辐射器110可以替代性地被布置为背靠背L形结构，其中，偶极子辐射器110-1、110-2形成反向的L，偶极子辐射器110-3、110-4形成L形并正好定位到偶极子辐射器110-1和110-2的右边。图16D中所示的箭头示出了输入到偶极子辐射器110的RF信号可以被如何定相以生成两个-45°极化天线束和两个+45°极化天线束。辐射元件101可以与盒式偶极子辐射元件100相同的大致方式由一对四端口合成器馈电。
按照本发明的另外的方面，在其它实施例中，共用盒式偶极子辐射元件100中的偶极子辐射器110(或根据本发明的实施例的其它共用辐射元件中的辐射器)可以从图5A-5B和图5D中所示的彼此更靠近或更远离移动。使偶极子(或其它)辐射器间隔得更远可以用来进一步调节天线阵列的方位角束宽。例如，在图4所示的实施例中，混合耦合器44a对共用盒式偶极子辐射元件46的顶部和左边区段馈电，而混合耦合器44b对共用盒式偶极子辐射元件46的底部和右边区段馈电。然而，所述混合可颠倒，使得混合耦合器44b对共用盒式偶极子辐射元件46的顶部和左边区段馈电，而混合耦合器44a对共用盒式偶极子辐射元件46的底部和右边区段馈电。在这种情况下，对于每个阵列，使用天线的远侧上的偶极子辐射器(即，图4中的左侧阵列会使用共用辐射元件46的右侧上的偶极子辐射器，图4中的右侧阵列会使用共用辐射元件46的左侧上的偶极子辐射器)。在此实施例中，使共用辐射元件46的偶极子辐射器散开用来增加阵列的方位角孔径，从而使阵列的方位角束宽变窄。因此，可以选择共用辐射元件的辐射器之间的水平间隔以实现期望的方位角束宽。
图6A和图6B为以图5B中示出的方式馈电时由图5A的盒式偶极子形成的倾斜+45°极化天线束的模拟的方位角和仰角曲线。由于对在共用盒式偶极子辐射元件100的操作频带内的各种不同的频率进行了模拟，在图6A和6B的图形中提供了多个曲线。如图6A中所示，合成天线束在方位角平面中具有对称形状，其中，在共用盒式偶极子辐射元件100用作120°扇区基站天线的一部分时大约60°的半功率束宽将提供良好的覆盖。第一副瓣水平为低于峰值辐射水平的20dB或更多，这对于扇区基站天线是可接受的性能。在接近180°偏离视轴的方位角处，辐射能量水平越高，表示在前向方向上从天线的后平面反射的后瓣辐射与天线束的主瓣同相。
参照图6B，可以看出辐射方向图在高程面中是不对称的。具体地，仰角方向图具有约20°的下倾斜，该方向图在高程面中关于视轴指向方向不是对称的。遗憾的是，对于许多基站天线应用来说，图6B中所示的仰角辐射方向图被认为是不可接受的。
图7A和图7B为以图5B中所示的方式馈电时由图5A的盒式偶极子形成的倾斜-45°极化天线束的方位角和仰角曲线。再次，由于对在共用盒式偶极子辐射元件100的操作频带内的各种不同的频率进行了模拟，在图7A和7B的图形中提供了多个曲线。图7A和图7B的曲线几乎与图6A和图6B的曲线相同，除了在图7B中，仰角方向图表现出约20°的上倾斜，而不是图6B中所示的20°下倾斜。
由于图6B和图7B中所示的仰角方向图在高程面中以相反方向倾斜，用于提高仰角方向图中的对称性的一种可能的技术是在图4的阵列中包括两个共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2，其中，每个共用盒式偶极子辐射元件以不同方式馈电。将参照图8和图9A-9B更详细地解释此方法。
图8为根据本发明的实施例的包括一对相邻共用辐射元件100-1、100-2的基站天线的一部分的示意性前视图。可以使用辐射元件100-1、100-2代替图4的基站天线40中的辐射元件46。图8还示出了共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2可以被馈电使得它们将生成具有改进的对称性的天线束的方式。
如图8中所示，可以与对图5A-5B的共用盒式偶极子辐射元件100馈电完全相同的方式使用一对环形耦合器120-1、120-2对共用盒式偶极子辐射元件100-1馈电。因此，将省略对共用盒式偶极子辐射元件100-1馈电的进一步的描述。
然而，与共用盒式偶极子辐射元件100-1相比，共用盒式偶极子辐射元件100-2被不同地馈电。具体地，对共用盒式偶极子辐射元件100-2的偶极子辐射器110-1、110-2馈电，使得输入到环形耦合器120-3的端口122的RF信号将被相等地分开，并在端口126、128同相输出，并且使得输入到环形耦合器120-3的端口124的RF信号将被相等地分开，并在端口126、128处异相输出。同样，对共用盒式偶极子辐射元件100-2的偶极子辐射器110-3、110-4馈电，使得输入到环形耦合器120-4的端口122的RF信号将被相等地分开，并在端口126、128处同相输出，并且使得输入到环形耦合器120-4的端口124的RF信号将被相等地分开，并在端口126、128处异相输出。
尽管在图8的实施例中示出了对共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2的偶极子辐射器馈电的一种可能的方式，以便生成期望的45°和-45°倾斜极化，但将认识到其它方式是可行的。图17示出了对共用辐射元件100-1、100-2的偶极子辐射器馈电的另一示例性方式。
图9A和图9B为以图8中示出的方式馈电时由图8的一对盒式偶极子辐射元件100-1、100-2形成的倾斜-45°极化天线束的方位角和仰角曲线。如图9A和图9B中所示，两个共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2的组合发射的方位角和仰角方向图大致对称，仰角方向图的视轴指向方向对准地平线。换言之，图6B和图7B中可见的仰角方向图中的倾斜被很大程度地消除。在一些实施例中，共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2可以定位成例如一个在基站天线的顶部，一个在基站天线的底部(例如，在图2C中所示的共用辐射元件的位置)。在其它实施例中，共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2可以都被定位成例如在基站天线的顶部或者在基站天线的底部。
尽管如图8中所示使用两个共用盒式偶极子辐射元件100-1、100-2可以在一些应用中改善性能，但将认识到在许多应用中单个共用盒式偶极子辐射元件(或其它类型的共用辐射元件)是可接受的或者甚至是优选的。具体地，如果阵列中包括更多数量的非共用辐射元件，则可以降低共用辐射元件可能对天线束的形状产生的上述的上倾斜或下倾斜的影响。而且，共用偶极子辐射元件可能对天线束的总体特性的影响也是馈送到阵列中的每个辐射元件的功率的函数，并且如上面所讨论的，共用辐射元件通常接收与阵列中的其它辐射元件相比相对较少量的功率。而且，也可以采用附加相位调谐来进一步降低共用辐射阵列可能对天线束的形状造成的上述的上倾斜或下倾斜的影响。因此，将认识到，在许多情况下，可以使用单个共用盒式偶极子辐射元件，而对天线方向图有很小或没有负面影响。
将认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对上述基站天线做出许多改变。图10A-10C示出了几个示例性改变。
具体地，图10A为根据本发明的另外其它实施例的基站天线200的示意性框图，所述基站天线包括共用辐射元件210，该共用辐射元件偏离在第一阵列A1与第二阵列A2的中间延伸的纵向轴线L。基站天线200可以与图2B的基站天线20’相同，除了共用辐射元件210定位成相比阵列A2，更靠近阵列A1。将认识到可以对根据本发明的实施例的任何基站天线进行图10A中所示的修改。还将认识到，在许多应用中，可以通过将共用辐射元件定位于在由第一阵列和第二阵列限定的纵向轴线的中间延伸的纵向轴线上来优化性能。
图10B为根据本发明的另外的实施例的基站天线300的示意性框图，所示基站天线包括使用两个共用单个极化辐射元件(与单个交叉极化辐射元件相对)实施的共用辐射元件。在图10B的实施例中，共用单个极化辐射元件310、320实施为偶极子，其中，偶极子310位于天线300的顶部，偶极子320位于天线300的底部。基站天线可以被视为在功能上基本等同于图2B的基站天线20’，除了图2B的共用辐射元件的一半移动到天线300的顶部。从图2B和图10B可以看出，偶极子310接收为在FEED1输入的信号的子分量和在FEED3输入的信号的子分量的组合的RF信号，而偶极子320接收为在FEED2输入的信号的子分量和在FEED4输入的信号的子分量的组合的RF信号。
图10C为基站天线200’的示意性框图，该基站天线为图10A的基站天线的修改版本。如图10C中所示，基站天线200与基站天线200’之间的唯一差别是共用辐射元件210的位置，在基站天线200’中该共用辐射元件移到天线中的中心位置，与在基站天线200中在阵列A1、A2的端部中的一个端部的情况相对。
举又一示例，图5A-9B示出了使用一个或多个盒式偶极子辐射元件作为共用辐射元件的本发明的示例性实施例。在其它实施例中，可以替代性地使用圆形(环形)偶极子，其例如包括定位成大致限定圆形的4个区段，每个区段延伸穿过约90°的弧。
在上述实施例中，共用辐射元件定位在天线的底部和/或天线的顶部处，使得它们为每个阵列的顶部和/或底部辐射元件。此布置在使用Wilkinson功率耦合器或终止一些RF能量而不是辐射这种能量的其它装置的本发明的实施例中可能特别有利。当每个RF信号的一部分以此方式终止时，它代表丢失的能量，这会降低天线的增益。典型地，为了在高程面中形成基站天线的辐射方向图，对每个阵列中的辐射元件的子部件施加幅度锥削(amplitude taper)，使得每个阵列中间中的辐射元件接收具有最高幅值的RF信号的子分量，而每个阵列的任一端上的辐射元件接收具有最低幅值的RF信号的子分量。此幅度锥削例如在上面的图2C中示出，其中，每个阵列的中间辐射元件接收相对幅值为0.26的RF信号的子分量，与每个阵列的中间辐射元件相邻的每个阵列的辐射元件接收相对幅值为0.23的RF信号的子分量，并且在阵列的顶部和底部的共用辐射元件接收相对幅值为0.14的RF信号的子分量。如在图2C中进一步示出的，当通过耦合器26a'-26d'传递时，由于能量在耦合器26a'-26d'内终止，向其馈送的每个RF信号被分成两半(即，RF信号的相对幅值各自降低到0.07)。结果，每个共用辐射元件终止每个RF输入信号的7％，因此，由于使用了共用辐射元件，在图2C的基站天线20”中损失了每个RF输入信号的总共14％。如果共用辐射元件转而定位在天线内的更内部的位置，则由于幅度锥削，更高的功率信号将被馈送到共用辐射元件，功率丢失量将相应增加。因此，在许多应用中，可能有利的是将共用辐射元件定位在阵列的顶部和/或底部。
图11为Wilkinson功率耦合器400的示意图，该功率耦合器可以用于例如实施图2A中的功率耦合器26a-26d和图2B-2C中的功率耦合器26a’-26d’。图11清楚地解释了根据本发明的实施例的Wilkinson功率分配器可以终止(并且因此丢失)待由基站天线发射的RF信号的一部分的方式。
如图11中所示，Wilkinson功率耦合器400可以在印刷电路板410上实施，该印刷电路板包括介电衬底412、在介电衬底412的下表面上的导电接地面414以及在介电衬底412的上表面上的导电图案416。Wilkinson功率耦合器400包括输出端口420、第一输入端口430-1、第二输入端口430-2、耦合传输线440和耦合在两个耦合传输线440之间的表面安装电阻器450。耦合传输线440可以具有较窄的宽度，使得连接至输入端口端口和输出端口的传输线具有Z0的特征阻抗，而耦合传输线440具有Z02的特征阻抗。因此，每个耦合传输线440充当四分之一波长转换器。通过为电阻器450选择合适的电阻值，可以在第一输入端口430-1与第二输入端口430-2之间维持高隔离度，这对维持两个阵列之间的隔离是必要的。图11的Wilkinson功率耦合器400可以合并在输入端口430-1、430-2处输入的两个RF信号，并将合并后的信号提供至输出端口420，但每个输入信号的能量的一半终止于电阻器450中，在此这些信号作为热耗散。
尽管功率损耗是使用Wilkinson功率耦合器造成的一个可能的缺点，但使用Wilkinson功率耦合器或其它端接电阻器的装置可以在一些应用中引起其它问题。例如，在一些应用中，RF信号可以是峰值功率为200瓦特、300瓦特或更大的相对高的功率信号。如果300瓦特RF信号在例如图2C的基站天线20”的每个馈电处输入，则总共42瓦特的功率将在每个Wilkinson功率分配器的电阻器中耗散(由于每个电阻器将接收两个300瓦特RF信号的7％)。能够处理这种功率水平的高功率电阻器往往很昂贵，并且更重要的是，往往是无源互调(“PIM”)失真的潜在发生器。由于PIM失真可以严重地降低无线通信系统的性能，所以使用PIM生成电阻器在许多应用中可能不是可接受的。此外，在某种应用中，耗散此类高功率信号时生成的热量可能也是有问题的。因此，在一些应用中，使用Wilkinson功率耦合器或具有电阻性终端的其它装置可能不是可接受的选择。
在图2A-2C的基站天线中使用功率耦合器26a-26d和26a’-26d’，原因是这些天线使用只具有两个输入的交叉偶极子共用辐射元件(即，交叉偶极子辐射元件的每个偶极子接收RF信号)，如上文参照图3A-9B讨论的，在其它实施例中，共用辐射元件可以具有四个输入端口。在这些实施例中，4端口耦合器(例如，上面提到的环形耦合器120)可以用来组合被馈送到共用辐射元件的RF信号，并且四个组合后的信号可以馈送到每个共用辐射元件的四个输入端口。典型地，四端口耦合器并不包括隔离电阻器，因此避免了功率损耗、热生成和使用Wilkinson功率耦合器或其它三端口功率耦合器时可能存在的PIM失真问题。
尽管使用四端口混合耦合器可以避免一些问题，但四端口混合耦合器往往是昂贵的。按照本发明的又一些另外的实施例，提供了具有共用辐射元件的基站天线，该共用辐射元件由使用损耗元件和/或辐射元件来代替电阻性终端的三端口功率耦合器来馈电。使用这种共用辐射元件可以避免对高功率电阻器的需要以及上述讨论的可能与使用这种高功率电阻器相关联的热和PIM失真问题，并且可以降低或者甚至消除与使用电阻性终端相关联的功率损耗。
在一些实施例中，每个Wilkinson功率耦合器中包括的电阻器450(参见图11)可以用不同的损耗元件代替。例如，如图12A中所示，可以使用功率耦合器500，其具有Wilkinson功率耦合器的设计，但包括蛇形微带传输线550来代替图11的常规Wilkinson功率耦合器400中包括的电阻器450。在蜂窝通信中使用的无线频率处，无屏蔽RF传输线区段(诸如微带传输线)往往会辐射能量，因此足够长的微带传输线将辐射许多RF能量，并且因此在功率耦合器500的输入端口430-1、430-2之间提供足够的隔离。如图12B中所示，在其它实施例中，提供了功率耦合器502，其中，功率耦合器500的蛇形微带传输线550用以类似方式操作的漏泄同轴电缆552代替。图12A-12B的功率耦合器500、502因此可以避免对使用高功率电阻器的需求以及可能与其相关联的相关PIM失真问题。尽管图12A和图12B提供了可以代替隔离型Wilkinson功率耦合器中包括的电阻器使用的损耗元件的两个示例，但将认识到，可以使用广泛的其它损耗元件。举另一示例，Wilkinson功率耦合器中的隔离路径可耦合到90°混合耦合器的输入，90°混合耦合器的输出可在耦合部分中彼此耦合(例如，并排延伸，以便彼此耦合程度更大)。在此耦合部分之后，每个输出可端接到相应的电阻器中。由于该输出承载相等但相反的信号，通过输出传播的RF能量将部分地在耦合部分中抵消，降低在输出上的RF信号的幅值，使得可以使用现在可能具有PIM和/或成本问题的更小、更便宜的电阻器。还将认识到，功率耦合器不需要具有Wilkinson功率耦合器设计。
根据本发明的另外的实施例，常规Wilkinson功率耦合器中包括的电阻器可用一个或多个辐射元件来代替，该一个或多个辐射元件用来辐射而不是终止Wilkinson功率耦合器中的隔离路径上的RF能量。此布置在某些应用中可特别有利，原因是不仅避免了与使用高功率电阻器相关联的各种问题，而且可以降低或者甚至消除与使用隔离型Wilkinson功率耦合器相关联的功率损耗。所使用的辐射元件可以是天线中已经存在的结构，或者替代性地可以是附加辐射元件。
图13A-13C示出了本发明的一个此类实施例，其中，已经存在于天线设计中的寄生元件可以代替电阻器450用作Wilkinson功率耦合器中的“终端”。具体地，图13A为示出了多列双带基站天线600的示意图，该多列双带基站天线包括共用辐射元件以及有助于形成低带天线束的寄生元件630两者。图13B为图13A的基站天线中包括的寄生元件中的一个寄生元件的侧视图。最后，图13C为示出了按照本发明的实施例的每个Wilkinson功率耦合器上的隔离路径可以如何耦合到寄生元件而不是电阻器的示意图。
首先参照图13A，基站天线600可包括辐射元件的两个低带阵列610-1、610-2和辐射元件的两个高带阵列620-1、620-2。每个低带阵列610包括一列交叉偶极子低带辐射元件612，每个高带阵列620包括一列交叉偶极子高带辐射元件622。每个低带阵列610还包括一对共用交叉偶极子低带辐射元件614，该一对共用交叉偶极子低带辐射元件为每个低带阵列610的一部分。在所描绘的实施例中，共用低带辐射元件614定位在两列交叉偶极子低带辐射元件612之间，其中两个共用低带辐射元件614分别定位在天线600的顶部和底部。
如在图13A中还示出的，沿着基站天线600的侧边缘包括多个寄生元件630，所述多个寄生元件用来形成低带天线束。图13B为寄生元件630中的一个寄生元件的侧视图。如图13B中所示，每个寄生元件630可包括偶极子632，该偶极子具有例如在对应于低带辐射元件612和/或614的操作频带的中心频率的四分之一波长与半波长之间的电长度。偶极子632可包括多个加宽的导电区段634，该多个加宽的导电区段由多个窄导电区段636串联电连接。如上文参照图5A-5B的共用盒式偶极子辐射元件100的偶极子辐射器110解释的，通过适当地确定加宽的导电区段634和窄导电区段636的尺寸，可以使偶极子632基本上可透过高带辐射元件622辐射的RF能量。寄生元件630可以实施为印刷电路板衬底640上的导电金属图案642。在图13A中可以最佳看到，在一些实施例中，印刷电路板衬底640可以安装成使得其主要表面大致垂直于基站天线600的反射器602。
共用辐射元件614可以图2C中所示的方式由四个功率耦合器650馈电。然而，代替使用隔离型Wilkinson功率耦合器或其它常规功率耦合器，每个功率耦合器650可以耦合到一对寄生元件630，该对寄生元件用来辐射功率耦合器650的隔离分支上存在的RF能量。这在图13C中示出，该图为示意性框图，其示出了可以用来对共用低带辐射元件614中的一个馈电的根据本发明的实施例的两个功率耦合器650以及耦合到功率耦合器650的寄生元件630。图13C可以被视为示出了如图13A中所示的基站天线600的底部部分，其中，高带辐射元件622被省略以允许放大所描绘的天线元件。
如图13C中所示，每个功率耦合器650包括第一输入端口和第二输入端口652，所述第一输入端口和所述第二输入端口以上文参照图2A-2C讨论的方式耦合到四个移相器组件(未示出)的相应输出。每个功率耦合器650还包括输出端口654，该输出端口耦合到共用低带辐射元件614的偶极子辐射器616中的相应一个。如上文曾参照图11讨论的，在常规隔离型Wilkinson功率耦合器400中，在输入端口430处被馈送到功率耦合器400中的RF能量被分成两个相等的分量，其中RF能量中的一半流向输出端口420，另一半沿着隔离路径终止于电阻器450中。在功率耦合器650中，省略了电阻器450，取而代之的是，每个隔离路径656经由RF传输线耦合至相应的寄生元件630。由于每个输入端口652耦合到寄生元件630，并且由于两个功率耦合器650用来给每个共用低带辐射元件614馈电，因此对于每个共用低带辐射元件614沿着馈电网络可以包括总共四个寄生元件630。
当RF信号输入到例如功率耦合器650的输入端口652中的一个时，其在耦合传输线440与隔离路径656的接头处一分为二。RF信号的流过隔离路径656的部分沿着RF传输路径658(在图13C中将RF传输线658示意性地示出为虚线以简化附图，且可以使用例如同轴电缆实施该RF传输线)传递到寄生元件630中的一个寄生元件，在此RF能量辐射到自由空间中。由于寄生元件630位于反射器602的前面，由寄生元件630辐射的RF能量被有效地添加到由低带阵列610发射的RF能量，特别是注意确保寄生元件630与低带阵列610的其余部分同相地辐射。因此，基站天线600不仅消除了常规Wilkinson功率耦合器中存在的电阻器450，而且避免了与将柱脚656端接到终端元件中相关联的功率损耗。
在图13C的实施例中，寄生元件630邻近每个低带辐射元件612设置，寄生元件630设置在每个共用低带辐射元件614的每一侧上。由于邻近每个共用低带辐射元件614只设置了两个寄生元件630，所以每个功率耦合器650上的第一隔离路径耦合到两个寄生元件630中邻近共用低带辐射元件614的相应一个，并且每个功率耦合器650上的第二隔离路径耦合到寄生元件630中的邻近(最靠近共用低带辐射元件614的)两个低带辐射元件612的相应一个，这在图13C中可以看到。在一些应用中，此布置可以负面地影响施加在每个低带阵列610中的辐射元件612两端的幅度锥削。因此，根据本发明的另外的实施例，可以提供替代性寄生元件设计和布置，其可以提供改进的性能。
尽管图13B和图13C示出了示例性实施例，其中，寄生元件630是使用所称的“遮盖式”偶极子632实施的，该遮盖式偶极子具有例如在对应于低带辐射元件612和/或614的操作频带的中心频率的四分之一波长与半波长之间的电长度，但是将认识到本发明的实施例不局限于此。例如，图13D示出了折叠式偶极子630’，其可以代替例如图13C中所示的一对寄生元件630使用。具体地，图13C示出了图13A的基站天线600的下部部分的一种可能的实施方式。图13C中示出的实施方式给两个Wilkinson类型的功率分配器650(示出为具有寄生元件630)中的每一个装载了两个隔离路径656，以便辐射耦合到隔离端口656的RF能量，而不是将RF能量终止于电阻性终端中，而使用常规Wilkinson功率分配器会将RF能量终止于电阻性终端中。如图13D中所示，单个折叠式偶极子辐射器630’可以连接至Wilkinson类型的功率分配器650的两个隔离端口656，因此两个折叠式偶极子辐射器630’可以用来在以图13D中所示的方式耦合到Wilkinson类型的功率分配器650时代替图13C中所示的四个寄生元件630。例如，在图13C的左手侧上显示的两个寄生元件630可由第一折叠式偶极子辐射器630’代替，在图13C的右手侧上显示的两个寄生元件630可由第二折叠式偶极子辐射器630’代替。两个附加折叠式偶极子辐射器630’可以类似方式使用来替代图13A的最顶部部分显示的四个寄生元件630，且可以参照图13C描述的方式由两个附加功率耦合器650馈电。图13D还示出了功率耦合器650实际实施为微带Wilkinson功率耦合器，其中，电阻器由折叠式偶极子辐射器630’代替。
还将认识到，寄生元件630或寄生折叠式偶极子辐射器630’的定向可以从图13C和图13D中所示的变化。例如，每个寄生元件630可以围绕其竖直轴线旋转90°(或某个其它角度)。举另一示例，如果在方位角方向图中需要更多的水平分量，则折叠式偶极子辐射器630'可被定向成向外延伸，而不是向前和策略性地沿着反射器延伸。因此，将认识到，寄生元件630和/或寄生折叠式偶极子辐射器630’不仅可以用来提供低PIM功率耦合器设计，还可以有助于总辐射能量和/或用来以期望的方式形成天线束。
具体地，图14A为示出了蛇形竖直偶极子700如何可以用来实施寄生元件630而不是图13A-13C中所示的寄生元件设计630的示意图。如图14A中所示，每个蛇形偶极子700可在基站天线的纵向方向上具有减少的物理长度同时具有与寄生元件630相同的电长度。通过形成寄生元件700使得其以蛇形方式延伸来实现电长度的减少。由于每个寄生元件700的物理长度可以显著缩短，所以可以在每个共用低带辐射元件的每一侧上设置用于两个寄生元件700的空间。
图14B为示出了根据本发明的实施例的可以用在基站天线中的另一寄生元件布置的示意图。在图14B的实施例中，堆叠的竖直偶极子可以用来实施图13C中所示的寄生元件630。如图14B中所示，寄生元件630-1、630-2可以向天线600的反射器602的前方堆叠。在图14B中仅示出了寄生元件630和反射器602以简化附图。
图14C为示出了竖直延伸和水平延伸的寄生元件630如何可以用来在基站天线600’中为每个共用辐射元件614提供四个寄生元件630的示意图，该基站天线为图13A的基站天线600的修改版本。如图14C中所示，基站天线600’不同于基站天线600之处在于四个附加寄生元件630添加到基站天线600’。添加的寄生元件630中的每一个被定向成在反射器602前方水平延伸，这与剩余的寄生元件630在反射器602前方竖直延伸的情况相反。每个功率耦合器650(未示出，但参见例如图13C)可以连接至竖直设置的寄生元件630中的邻近与功率耦合器650关联的共用辐射元件614的一个寄生元件以及水平设置的寄生元件630中的一个寄生元件。两个寄生元件因此可以一起以倾斜-45°极化或倾斜+45°极化辐射，并且因此更好地有助于由低带阵列610形成的天线束。
将认识到，可以使用任何合适的辐射元件来实施根据本发明的实施例的基站天线中包括的共用辐射元件。例如，图15A和图15B为两个基站天线的示意性前视图，所述两个基站天线具有使用三极辐射元件实施的共用辐射元件814、814’。在图15A的实施例中，三极辐射元件具有第一布置，而在图15B的实施例中，三极辐射元件具有第二布置。将认识到，可以使用其它辐射元件，例如，贴片辐射元件来实施根据本发明的实施例的天线中包括的共用辐射元件。
还将认识到，可以从本文中描绘的示例性实施例中所示的内容对根据本发明的实施例的基站天线中包括的共用盒式偶极子辐射元件做出许多改变。图18A-18C示出了这种改变的三个示例。具体地，图18A为根据本发明的实施例的包括四个偶极子辐射器910-1至910-4的共用盒式偶极子辐射元件900的示意图。如图18A中所示，偶极子辐射器910-1、910-3分别比偶极子辐射器910-2、910-4更长。结果，由四个偶极子辐射器限定的“盒”具有非正方形的矩形形状。在其它实施例中，偶极子辐射器910-2、910-4可以分别比偶极子辐射器910-1、910-3更长。在另外的其它实施例中，每个偶极子辐射器910-1至910-4可以具有不同的长度。例如，提供具有变化长度的偶极子辐射器的共用盒式偶极子辐射器可以是有利的，原因是其提供了调节偶极子辐射器930-1、930-2的相位中心相对于偶极子辐射器930-3、930-4的相位中心之间的距离的技术。增大这些相位中心之间的距离可以增强两对偶极子辐射器之间的隔离。
举另一示例，图18B为示出了可以如何使用彼此间隔开不同量的偶极子实施根据本发明的实施例的共用盒式偶极子辐射元件的示意图。具体地，图18B示意性地描绘了共用盒式偶极子辐射元件920，其具有彼此间隔开第一距离D1的“水平”偶极子辐射器930-1、930-3和彼此间隔开与第一距离D1不同的第二距离D2的“竖直”偶极子辐射器930-2、930-4。距离D1、D2可以用来改变偶极子辐射器930-1、930-2的组合的相位中心相对于偶极子辐射器930-3、930-4的组合的相位中心的位置。例如，增大距离D2使得增加两个前述相位中心之间的间隔，这提供了偶极子辐射器930-1、930-2相对于偶极子辐射器930-3、930-4的隔离的增加。
举又一示例，图18C为示出了根据本发明的实施例的共用盒式偶极辐射元件如何可以具有偏置馈电点的示意图。具体地，图18C示意性地描绘了共用盒式偶极子辐射元件940，其中，每个偶极子辐射器950-1至950-4的馈电杆在“馈电点”位置952处连接至相应的偶极子辐射器950，该馈电点位置与相应的偶极子辐射器950的中心偏离。移动一个或多个偶极子辐射器950的馈电点952的作用是移动每对偶极子辐射器950的相位中心，并且因此提供调节各对偶极子辐射器950之间的隔离量的另一种技术。
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。
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”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
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。因此，例如，尽管特定的功率耦合器、共用辐射元件等可以单独或与一个具体实施例结合描述，但将认识到，功率耦合器和共用辐射元件可以在本发明的任何公开的实施例中使用。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施例，尽管使用特定术语，但这些术语是在通用和描述性意义上使用的，并且不是出于限制目的使用的，本发明的范围在以下权利要求书中陈述。

Claims (70)

1.一种天线阵列，包括：
第一多个辐射元件，所述第一多个辐射元件响应于具有第一频率的相应的各对第一射频(“RF”)信号；
第二多个辐射元件，所述第二多个辐射元件响应于具有第二频率的相应的各对第二RF信号；以及
共用辐射元件，所述共用辐射元件响应于具有所述第一频率的一对第一RF信号和具有所述第二频率的一对第二RF信号。
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述各对第一RF信号是从对应的一对第一RF馈电信号得到的，并且所述各对第二RF信号是从对应的一对第二RF馈电信号得到的；并且其中，所述第一频率和所述第二频率是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的天线阵列，其中，所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件在第一方向上大致对齐作为相应的间隔开的第一列辐射元件和第二列辐射元件；并且其中，如在正交于所述第一方向的第二方向上测量的，所述共用辐射元件设置在所述第一列辐射元件与所述第二列辐射元件中间。
4.根据权利要求3所述的天线阵列，其中，如在所述第二方向上测量的，所述共用辐射元件大致等距离地设置在所述间隔开的第一列辐射元件和第二列辐射元件之间。
5.根据权利要求4所述的天线阵列，其中，所述第一多个辐射元件对齐为共线的，并且所述第二多个辐射元件对齐为共线的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的天线阵列，其中，所述共用辐射元件在配置上与所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件中的每个辐射元件等同。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的天线阵列，还包括：第一功率合成器，所述第一功率合成器响应于所述第一RF信号中的第一个和所述第二RF信号中的第一个；以及第二功率合成器，所述第二功率合成器响应于所述第一RF信号中的第二个和所述第二RF信号中的第二个。
8.根据权利要求7所述的天线阵列，其中，相应的第一功率合成器和第二功率合成器的第一输出和第二输出电耦合到所述共用辐射元件。
9.根据权利要求8所述的天线阵列，其中，所述第一功率合成器和所述第二功率合成器选自Wilkinson功率分配器、T型结功率分配器、3dB耦合器和不对称功率分配耦合器。
10.根据权利要求8所述的天线阵列，其中，所述共用辐射元件相对于所述第一多个辐射元件和所述第二多个辐射元件中的每个辐射元件具有唯一配置。
11.根据权利要求10所述的天线阵列，其中，所述第一功率合成器和所述第二功率合成器分别被配置为第一3dB耦合器和第二3dB耦合器。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的天线阵列，其中，所述共用辐射元件是被配置成支持倾斜极化的环形辐射器。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的天线阵列，其中，所述第一功率合成器和所述第二功率合成器是混合耦合器。
14.根据权利要求13所述的天线阵列，其中，所述混合耦合器被配置为分支线耦合器、定向耦合器或环形耦合器。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的天线阵列，还包括第二共用辐射元件，所述第二共用辐射元件响应于具有所述第一频率的一对第一RF信号和具有所述第二频率的一对第二RF信号，如在所述第二方向上测量的，所述第二共用辐射元件设置在所述第一列辐射元件与所述第二列辐射元件中间。
16.根据权利要求15所述的天线阵列，其中，如在所述第一方向上测量的，所述第一共用辐射元件和所述第二共用辐射元件邻近所述第一列辐射元件和所述第二列辐射元件的相对端设置。
17.一种天线阵列，包括：
第一列辐射元件，所述第一列辐射元件响应于相应的各对相移第一射频(RF)信号，所述各对相移第一射频信号是从第一对RF馈电信号得到的；
第二列辐射元件，所述第二列辐射元件响应于相应的各对相移第二RF信号，所述各对相移第二RF信号是从第二对RF馈电信号得到的；以及
共用辐射元件，所述共用辐射元件响应于对应的一对相移第一RF信号和对应的一对相移第二RF信号，设置在所述第一列辐射元件与所述第二列辐射元件中间。
18.根据权利要求17所述的天线阵列，还包括：第一功率合成器，所述第一功率合成器具有分别响应于所述相移第一RF信号中的第一个和所述相移第二RF信号中的第一个的第一输入和第二输入，以及电耦合到所述共用辐射元件的第一端子的输出；以及第二功率合成器，所述第二功率合成器具有分别响应于所述相移第一RF信号中的第二个和所述相移第二RF信号中的第二个的第一输入和第二输入，以及电耦合到所述共用辐射元件的第二端子的输出。
19.根据权利要求18所述的天线阵列，其中，所述第一功率合成器选自Wilkinson功率分配器、T型结功率分配器、3dB耦合器和不对称功率分配耦合器。
20.根据权利要求18所述的天线阵列，其中，所述第一功率合成器和所述第二功率合成器为选自分支线耦合器、定向耦合器和环形耦合器的混合耦合器。
21.一种基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；
第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列；以及
共用辐射元件，所述共用辐射元件耦合到所述第一馈电网络至所述第四馈电网络，使得所述共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分；
其中，当所述基站天线被安装以供使用时，第一竖直轴线延伸穿过所述第一阵列的第一辐射元件的中心，第二竖直轴线延伸穿过所述第二阵列的第一辐射元件的中心，并且第三竖直轴线延伸穿过所述共用辐射元件的中心，其中，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。
22.根据权利要求21所述的基站天线，还包括第一功率耦合器，所述第一功率耦合器具有耦合到所述第一馈电网络的第一输入、耦合到所述第二馈电网络的第二输入、以及耦合到所述共用辐射元件的第一辐射器的输出。
23.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合到第一辅助辐射元件。
24.根据权利要求23所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合到第二辅助辐射元件。
25.根据权利要求21-24中任一项所述的基站天线，还包括第二功率耦合器，所述第二功率耦合器具有耦合到所述第一馈电网络的第一输入、耦合到所述第二馈电网络的第二输入、以及耦合到所述共用辐射元件的第二辐射器的输出。
26.根据权利要求25所述的基站天线，其中，所述第二功率耦合器包括：第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合到第三辅助辐射元件；以及第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合到第四辅助辐射元件。
27.根据权利要求23-26中任一项所述的基站天线，其中，所述第一辐射器和所述第一辅助辐射元件被配置成以不同的极化发射射频(“RF”)能量。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的基站天线，其中，所述第一辅助辐射元件和所述第二辅助辐射元件被配置成以不同的极化发射射频(“RF”)能量。
29.根据权利要求21-28中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件在所述基站天线被安装以供使用时，定位在所述第一阵列的辐射元件和所述第二阵列的辐射元件的上方或下方。
30.根据权利要求21-29中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括：第一辐射器，所述第一辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第三馈电网络两者；以及第二辐射器，所述第二辐射器耦合到所述第二馈电网络和所述第四馈电网络两者。
31.根据权利要求21-29中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括耦合到所述第一馈电网络的第一辐射器、耦合到所述第二馈电网络的第二辐射器、耦合到所述第三馈电网络的第三辐射器、以及耦合到所述第四馈电网络的第四辐射器。
32.一种基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；
第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列；以及
共用辐射元件，所述共用辐射元件耦合到所述第一馈电网络至所述第四馈电网络，使得所述共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分；
其中，所述共用辐射元件具有第一输入至第四输入。
33.根据权利要求32所述的基站天线，其中，当所述基站天线被安装以供使用时，第一竖直轴线延伸穿过所述第一阵列的第一辐射元件的中心，第二竖直轴线延伸穿过所述第二阵列的第一辐射元件的中心，并且第三竖直轴线延伸穿过所述共用辐射元件的中心，其中，所述第三竖直轴线在所述第一竖直轴线与所述第二竖直轴线之间。
34.根据权利要求32或33所述的基站天线，其中，第一混合耦合器耦合在所述第一馈电网络与所述共用辐射元件的第一输入和第二输入之间，并且第二混合耦合器耦合在所述第二馈电网络与所述共用辐射元件的第三输入和第四输入之间。
35.根据权利要求34所述的基站天线，其中，所述第一混合耦合器包括环形耦合器。
36.根据权利要求32-35中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括第一共用辐射元件，所述基站天线还包括第二共用辐射元件，所述第二共用辐射元件具有耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者的第一辐射器，使得所述第二共用辐射元件是所述第一阵列的一部分并且是所述第二阵列的一部分。
37.根据权利要求36所述的基站天线，其中，所述第一共用辐射元件被配置成生成在高程面中具有上倾斜的天线束，并且所述第二共用辐射元件被配置成生成在所述高程面中具有下倾斜的天线束。
38.根据权利要求36或37所述的基站天线，其中，所述第一共用辐射元件和所述第二共用辐射元件具有相同配置的辐射器，并且其中，所述第一共用辐射元件的第一辐射器相对于所述第二共用辐射元件的对应的第一辐射器不同相地馈电。
39.根据权利要求32-38中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括耦合到所述第一馈电网络的第一辐射器、耦合到所述第二馈电网络的第二辐射器、耦合到所述第三馈电网络的第三辐射器、以及耦合到所述第四馈电网络的第四辐射器。
40.一种功率耦合器，包括：
第一输入端口；
第二输入端口；
输出端口；
第一耦合传输线，所述第一耦合传输线将所述第一输入端口耦合到所述输出端口；
第二耦合传输线，所述第二耦合传输线将所述第二输入端口耦合到所述输出端口；以及
第一隔离路径，所述第一隔离路径耦合在所述第一耦合传输线与第一辐射元件之间。
41.根据权利要求40所述的功率耦合器，还包括第二隔离路径，所述第二隔离路径耦合在所述第二耦合传输线与第二辐射元件之间。
42.根据权利要求40或41所述的功率耦合器，其中，所述第一辐射元件包括偶极子辐射器，所述偶极子辐射器被配置成发射具有竖直极化的射频(“RF”)能量。
43.一种基站天线，包括：
第一阵列，所述第一阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第一馈电网络传递到所述第一阵列，所述第二极化RF信号通过第二馈电网络传递到所述第一阵列；以及
共用辐射元件，所述共用辐射元件具有第一辐射器和第二辐射器，所述第一辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者，所述第二辐射器耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络两者。
44.根据权利要求43所述的基站天线，其中，所述第一辐射器和所述第二辐射器被配置成使得它们一起以第一极化发射RF信号。
45.根据权利要求44所述的基站天线，其中，所述第一辐射器和所述第二辐射器被配置成使得它们还一起以第二极化发射RF信号。
46.根据权利要求43-45中任一项所述的基站天线，还包括第二阵列，所述第二阵列被配置成发射第一极化RF信号并且发射第二极化RF信号，所述第一极化RF信号通过第三馈电网络传递到所述第二阵列，所述第二极化RF信号通过第四馈电网络传递到所述第二阵列。
47.根据权利要求43-46中任一项所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件还包括第三辐射器和第四辐射器，所述第三辐射器耦合到所述第三馈电网络和所述第四馈电网络两者，所述第四辐射器耦合到所述第三馈电网络和所述第四馈电网络两者。
48.根据权利要求46所述的基站天线，其中，所述第三辐射器和所述第四辐射器被配置成使得它们一起以所述第一极化发射RF信号。
49.根据权利要求48所述的基站天线，其中，所述第三辐射器和所述第四辐射器被配置成使得它们还一起以所述第二极化发射RF信号。
50.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括环形耦合器。
51.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括180°混合耦合器，所述180°混合耦合器包括串行设置以形成正方形的第一四分之一波长传输线区段至第四四分之一波长传输线区段以及第五四分之一波长传输线区段，所述第五四分之一波长传输线区段耦合到所述第一四分之一波长传输线区段与第二四分之一波长传输线区段的相交处。
52.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括第一输入端口和第二输入端口以及第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输入端口由第一四分之一波长传输线区段耦合到所述第二输入端口，并且由第二四分之一波长传输线区段耦合到所述第一输出端口，并且其中，所述第一输出端口由第三四分之一波长传输线区段耦合到所述第二输出端口，并且由半波长传输线区段耦合到所述第二输入端口。
53.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括盒式偶极子辐射元件，所述盒式偶极子辐射元件具有被布置成限定矩形的第一偶极子辐射器至第四偶极子辐射器。
54.根据权利要求53所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器的长度与所述第二偶极子辐射器的长度不同。
55.根据权利要求53或54所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器与所述第三偶极子辐射器相对，并且所述第二偶极子辐射器与所述第四偶极子辐射器相对，并且其中，所述第一偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器之间的第一距离与所述第二偶极子辐射器和所述第四偶极子辐射器之间的第二距离不同。
56.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括具有第一偶极子辐射器至第四偶极子辐射器的辐射元件，所述第一偶极子辐射器至所述第四偶极子辐射器被布置成限定十字形。
57.根据权利要求22所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括具有第一偶极子辐射器至第四偶极子辐射器的辐射元件，其中，所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器各自以并排方式竖直延伸，并且其中，所述第一偶极子辐射器水平延伸到所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器的左边，并且所述第四偶极子辐射器水平延伸到所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器的右边。
58.根据权利要求57所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器和所述第四偶极子辐射器是共线的。
59.根据权利要求23所述的基站天线，其中，所述第一辅助辐射元件为遮盖式偶极子辐射器。
60.根据权利要求23所述的基站天线，其中，所述第一辅助辐射元件为折叠式偶极子辐射器。
61.根据权利要求43所述的基站天线，其中，所述第一辐射器和所述第二辐射器通过第一功率耦合器耦合到所述第一馈电网络和所述第二馈电网络。
62.根据权利要求61所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括环形耦合器。
63.根据权利要求61所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括180°混合耦合器，所述180°混合耦合器包括串行布置以形成正方形的第一四分之一波长传输线区段至第四四分之一波长传输线区段以及第五四分之一波长传输线区段，所述第五四分之一波长传输线区段耦合到所述第一四分之一波长传输线区段与第二四分之一波长传输线区段的相交处。
64.根据权利要求61所述的基站天线，其中，所述第一功率耦合器包括第一输入端口和第二输入端口以及第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输入端口由第一四分之一波长传输线区段耦合到所述第二输入端口，并且由第二四分之一波长传输线区段耦合到所述第一输出端口，并且其中，所述第一输出端口由第三四分之一波长传输线区段耦合到所述第二输出端口，并且由半波长传输线区段耦合到所述第二输入端口。
65.根据权利要求43所述的基站天线，其中，所述共用辐射元件包括盒式偶极子辐射元件，并且所述第一辐射器为第一偶极子辐射器，并且所述第二辐射器为第二偶极子辐射器，所述盒式偶极子辐射元件还包括第三偶极子辐射器和第四偶极子辐射器，所述第一偶极子辐射器至所述第四偶极子辐射器被布置成限定矩形。
66.根据权利要求65所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器的长度与所述第二偶极子辐射器的长度不同。
67.根据权利要求65所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器与所述第三偶极子辐射器相对，并且所述第二偶极子辐射器与所述第四偶极子辐射器相对，并且其中，所述第一偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器之间的第一距离与所述第二偶极子辐射器和所述第四偶极子辐射器之间的第二距离不同。
68.根据权利要求43所述的基站天线，其中，所述第一辐射器为第一偶极子辐射器，并且所述第二辐射器为第二偶极子辐射器，所述共用辐射元件还包括第三偶极子辐射器和第四偶极子辐射器，其中，所述第一偶极子辐射器至所述第四偶极子辐射器被布置成限定十字形。
69.根据权利要求43所述的基站天线，其中，所述第一辐射器为第一偶极子辐射器，并且所述第二辐射器为第二偶极子辐射器，所述共用辐射元件还包括第三偶极子辐射器和第四偶极子辐射器，其中，所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器各自以并排方式竖直延伸，并且所述第一偶极子辐射器水平延伸到所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器的左边，并且所述第四偶极子辐射器水平延伸到所述第二偶极子辐射器和所述第三偶极子辐射器的右边。
70.根据权利要求69所述的基站天线，其中，所述第一偶极子辐射器和所述第四偶极子辐射器是共线的。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644456A (zh) * 2021-10-18 2021-11-12 成都锐芯盛通电子科技有限公司 一种w频段一维相扫斜极化喇叭天线阵面的实现方法
CN114447580A (zh) * 2020-11-02 2022-05-06 东友精细化工有限公司 天线元件、天线阵列和显示装置
US12255391B2 (en) 2021-07-29 2025-03-18 Kunshan Luxshare Rf Technology Co., Ltd. Feed network and base station antenna

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11342668B2 (en) 2017-06-22 2022-05-24 Commscope Technologies Llc Cellular communication systems having antenna arrays therein with enhanced half power beam width (HPBW) control
EP3419104B1 (en) 2017-06-22 2022-03-09 CommScope Technologies LLC Cellular communication systems having antenna arrays therein with enhanced half power beam width (hpbw) control
US10879605B2 (en) 2018-03-05 2020-12-29 Commscope Technologies Llc Antenna arrays having shared radiating elements that exhibit reduced azimuth beamwidth and increase isolation
US11677139B2 (en) 2019-02-19 2023-06-13 Commscope Technologies Llc Base station antennas having arrays of radiating elements with 4 ports without usage of diplexers
TWI713257B (zh) * 2019-08-23 2020-12-11 啓碁科技股份有限公司 天線系統
CN210692768U (zh) * 2019-10-31 2020-06-05 康普技术有限责任公司 基站天线和多频带基站天线
CN114788089B (zh) * 2019-12-11 2026-01-27 户外无线网络有限公司 由非斜极化辐射元件组成的斜交叉极化天线阵列
US12164057B2 (en) * 2019-12-16 2024-12-10 Ay Dee Kay Llc Calibrating array antennas based on signal energy distribution as a function of angle
CN113258261B (zh) 2020-02-13 2025-07-25 户外无线网络有限公司 天线组件以及具有天线组件的基站天线
WO2021167815A1 (en) * 2020-02-19 2021-08-26 Commscope Technologies Llc BROADBAND AND LOW COST PRINTED CIRCUIT BOARD BASED 180º HYBRID COUPLERS ON A SINGLE LAYER BOARD
US12316011B2 (en) * 2020-03-26 2025-05-27 Outdoor Wireless Networks LLC Cloaked radiating elements having asymmetric dipole radiators and multiband base station antennas including such radiating elements
EP3893328A1 (en) * 2020-04-10 2021-10-13 CommScope Technologies LLC Multi-band antenna having passive radiation-filtering elements therein
CN113517548A (zh) 2020-04-10 2021-10-19 康普技术有限责任公司 多频带天线
EP3920323A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-08 Nokia Shanghai Bell Co., Ltd. An antenna system
CN113922046A (zh) 2020-07-09 2022-01-11 康普技术有限责任公司 基站天线
GB2597269A (en) 2020-07-17 2022-01-26 Nokia Shanghai Bell Co Ltd Antenna apparatus
KR20220026314A (ko) * 2020-08-25 2022-03-04 삼성전자주식회사 안테나 및 그것을 포함하는 전자 장치
EP4205314A4 (en) 2020-08-28 2024-09-11 ISCO International, LLC METHOD AND SYSTEM FOR INTERFERENCE MITIGATION BY ROTATING ANTENNA STRUCTURES
US12022609B2 (en) * 2020-08-31 2024-06-25 L3 Technologies, Inc. Transmission line power dividers and power combiners with matched ports
CN114122686B (zh) 2020-09-01 2025-09-05 户外无线网络有限公司 基站天线
EP4208915A1 (en) * 2020-09-22 2023-07-12 Huawei Technologies Co., Ltd. Dual polarized semi-continuous dipole antenna device, antenna array and antenna architecture
EP4218099B1 (en) * 2020-09-23 2025-11-05 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) A mobile communication antenna for transmitting and/or receiving mobile communication signals
US12133090B2 (en) 2021-04-14 2024-10-29 Quintel Cayman Limited Passive intermodulation interference optimized antenna configuration
WO2022246696A1 (en) 2021-05-26 2022-12-01 Nokia Shanghai Bell Co., Ltd. Radiator, radiation assembly and antenna
SE2150863A1 (en) * 2021-07-01 2022-07-12 Radio Innovation Sweden Ab Antenna with lobe shaping
US11742593B2 (en) * 2021-09-01 2023-08-29 Communication Components Antenna Inc. Wideband bisector anntenna array with sectional sharing for left and right beams
US11502404B1 (en) 2022-03-31 2022-11-15 Isco International, Llc Method and system for detecting interference and controlling polarization shifting to mitigate the interference
US11476585B1 (en) 2022-03-31 2022-10-18 Isco International, Llc Polarization shifting devices and systems for interference mitigation
US11476574B1 (en) 2022-03-31 2022-10-18 Isco International, Llc Method and system for driving polarization shifting to mitigate interference
US11509072B1 (en) 2022-05-26 2022-11-22 Isco International, Llc Radio frequency (RF) polarization rotation devices and systems for interference mitigation
US11509071B1 (en) 2022-05-26 2022-11-22 Isco International, Llc Multi-band polarization rotation for interference mitigation
US11515652B1 (en) 2022-05-26 2022-11-29 Isco International, Llc Dual shifter devices and systems for polarization rotation to mitigate interference
US11990976B2 (en) 2022-10-17 2024-05-21 Isco International, Llc Method and system for polarization adaptation to reduce propagation loss for a multiple-input-multiple-output (MIMO) antenna
US11949489B1 (en) 2022-10-17 2024-04-02 Isco International, Llc Method and system for improving multiple-input-multiple-output (MIMO) beam isolation via alternating polarization
US11956058B1 (en) 2022-10-17 2024-04-09 Isco International, Llc Method and system for mobile device signal to interference plus noise ratio (SINR) improvement via polarization adjusting/optimization
US11985692B2 (en) 2022-10-17 2024-05-14 Isco International, Llc Method and system for antenna integrated radio (AIR) downlink and uplink beam polarization adaptation
CN120435801A (zh) * 2023-01-17 2025-08-05 户外无线网络有限公司 天线和扇区框架安装系统
US12348285B1 (en) 2023-12-29 2025-07-01 Isco International, Llc Methods and systems for detecting, measuring, and/or locating passive intermodulation (PIM) sources via beamforming
US12219522B1 (en) 2023-12-29 2025-02-04 Isco International, Llc Methods and systems for estimating the shape of an object generating passive intermodulation (PIM) interference
US12301298B1 (en) 2023-12-29 2025-05-13 Isco International, Llc Methods and systems for locating interference sources via angle of arrival (AoA)
US12301315B1 (en) 2023-12-29 2025-05-13 Isco International, Llc Methods and systems for detecting, measuring, and/or locating passive intermodulation sources via downlink (DL) signal injection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101507047A (zh) * 2005-11-03 2009-08-12 讯宝科技公司 低返回损耗的粗壮rfid天线
US20110148730A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Kathrein-Werke Kg Dual-polarized group antenna
CN103178356A (zh) * 2011-12-21 2013-06-26 索尼公司 天线装置及波束形成设备
CN103716064A (zh) * 2013-10-21 2014-04-09 香港应用科技研究院有限公司 一种天线电路及其优化方法
KR101720485B1 (ko) * 2015-12-08 2017-03-30 주식회사 굿텔 기지국용 소자 공유 안테나

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1226936A (en) 1983-11-18 1987-09-15 Edward A. Ohm Multibeam antenna with reduced sidelobes
CA1238713A (en) 1984-06-04 1988-06-28 Alliedsignal Inc. Antenna feed network
EP0325012B1 (en) 1988-01-20 1993-10-20 Hazeltine Corporation Phased array antenna with couplers in spatial filter arrangement
US6104343A (en) 1998-01-14 2000-08-15 Raytheon Company Array antenna having multiple independently steered beams
DE10150150B4 (de) * 2001-10-11 2006-10-05 Kathrein-Werke Kg Dualpolarisiertes Antennenarray
US7050005B2 (en) 2002-12-05 2006-05-23 Kathrein-Werke Kg Two-dimensional antenna array
DE10256960B3 (de) 2002-12-05 2004-07-29 Kathrein-Werke Kg Zweidimensionales Antennen-Array
JP2004241972A (ja) 2003-02-05 2004-08-26 Japan Radio Co Ltd アレイアンテナ装置
KR100853670B1 (ko) * 2006-04-03 2008-08-25 (주)에이스안테나 단일 패턴을 갖는 이중편파 광대역 안테나
KR100883408B1 (ko) * 2006-09-11 2009-03-03 주식회사 케이엠더블유 이동통신 기지국용 이중대역 이중편파 안테나
WO2010063007A2 (en) 2008-11-26 2010-06-03 Andrew Llc Dual band base station antenna
US8654027B2 (en) 2009-05-27 2014-02-18 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Antenna arrangement
FR2966986B1 (fr) * 2010-10-27 2013-07-12 Alcatel Lucent Element rayonnant d'antenne
KR101494956B1 (ko) * 2013-02-08 2015-02-23 주식회사 에이스테크놀로지 기지국 통신 시스템에 최적화된 어레이 안테나
CN105122862B (zh) 2013-02-22 2018-12-11 昆特尔科技有限公司 多阵列天线
WO2015082000A1 (en) 2013-12-04 2015-06-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) A wireless communication system node with re-configurable antenna devices
US9444151B2 (en) 2014-01-10 2016-09-13 Commscope Technologies Llc Enhanced phase shifter circuit to reduce RF cables
CN106576280B (zh) 2014-01-31 2020-09-22 劲通开曼有限公司 具有波束宽度控制的天线系统
US10411350B2 (en) 2014-01-31 2019-09-10 Commscope Technologies Llc Reflection cancellation in multibeam antennas
EP3120416B1 (en) * 2014-03-17 2023-01-11 Quintel Cayman Limited Compact antenna array using virtual rotation of radiating vectors
GB2551346B (en) * 2016-06-13 2020-05-06 Toshiba Kk Technique for full duplex with single antenna
CN206461086U (zh) 2017-01-09 2017-09-01 罗森伯格技术（昆山）有限公司 一种基站天线系统
CN106711622B (zh) 2017-01-22 2023-09-01 京信通信技术(广州)有限公司 天线阵列和天线
EP3419104B1 (en) 2017-06-22 2022-03-09 CommScope Technologies LLC Cellular communication systems having antenna arrays therein with enhanced half power beam width (hpbw) control
US10879605B2 (en) 2018-03-05 2020-12-29 Commscope Technologies Llc Antenna arrays having shared radiating elements that exhibit reduced azimuth beamwidth and increase isolation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101507047A (zh) * 2005-11-03 2009-08-12 讯宝科技公司 低返回损耗的粗壮rfid天线
US20110148730A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Kathrein-Werke Kg Dual-polarized group antenna
CN103178356A (zh) * 2011-12-21 2013-06-26 索尼公司 天线装置及波束形成设备
CN103716064A (zh) * 2013-10-21 2014-04-09 香港应用科技研究院有限公司 一种天线电路及其优化方法
KR101720485B1 (ko) * 2015-12-08 2017-03-30 주식회사 굿텔 기지국용 소자 공유 안테나

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447580A (zh) * 2020-11-02 2022-05-06 东友精细化工有限公司 天线元件、天线阵列和显示装置
US12255391B2 (en) 2021-07-29 2025-03-18 Kunshan Luxshare Rf Technology Co., Ltd. Feed network and base station antenna
CN113644456A (zh) * 2021-10-18 2021-11-12 成都锐芯盛通电子科技有限公司 一种w频段一维相扫斜极化喇叭天线阵面的实现方法
CN113644456B (zh) * 2021-10-18 2022-02-22 成都锐芯盛通电子科技有限公司 一种w频段一维相扫斜极化喇叭天线阵面的实现方法

Also Published As

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US10879605B2 (en) 2020-12-29
WO2019173093A1 (en) 2019-09-12
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EP3762996A1 (en) 2021-01-13
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US11283165B2 (en) 2022-03-22

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