一种天线装置以及基站的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于移动通信的天线装置，该天线装置包括适用于至少两个不同的频带的多个发射器，该多个发射器设置在反射器之上。而且，本发明还涉及一种用于移动通信的基站，该基站包括至少一个上述类型的天线装置。
【背景技术】
[0002]典型的通信天线装置可以包括多个发射天线元件、天线馈电网络和反射器。发射器通常排列成多个列，每一列发射器形成一个天线。发射器可以是单极化的或双极化的；在后一种情形下，每个天线需要两个馈电网络，即每一极化需要一个馈电网络。发射器通常在反射器之上排列为阵列，大多数情况下排列为沿竖直平面延伸的一维阵列，但也会使用二维阵列。为了简要起见，下面仅考虑一维阵列，但这不应当被认为是限制了本专利的范围。天线的发射性能受限于它的孔径，该孔径定义为垂直于被接收或被传输的信号的有效天线面积。天线增益和波瓣宽度与天线孔径和运行频率直接相关。例如，当频率加倍时，波长减半，而对于相同的孔径，增益加倍，波瓣宽度减半。为使阵列正确运行，发射器通常相互隔开一定距离，该距离略微小于它们运行的波长，因而增益将会与所使用的发射器的数量成正比，而波瓣宽度将会与发射器的数量成反比。
[0003]随着蜂窝系统(GSM、DCS、UMTS、LTE、WiMAX等)和不同频带(700MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2600MHz等)的增长，将适用于不同的蜂窝系统和不同频带的天线重组为一个多频带天线的做法成为有益的。通常的方案是将低频带天线(例如GSM 800或GSM900)与一个或多个高频带天线(例如DCS 1800、PCS 1900或UMTS 2100)相组合。最近才成为可用的频带，例如2600MHz频带，也可以被包括在多频带天线装置中。
[0004]低频带天线通常用于达成最佳的蜂窝覆盖，其增益必须越高越好。高频带天线用于加入另一频带以增大容量，而其增益直到最近也没有得到优化，趋势是使两个频带保持相似的竖直波瓣宽度，其结果是，与低频带天线的孔径相比较，高频带天线的孔径较小，典型的情况是高频带天线的孔径大约是低频带天线的孔径的一半。这也允许了在并排式结构中，例如一个堆叠在另一个之上的两个高频带天线115位于一个低频带天线116旁边(图ΙΑ) ο这两个天线可以用于两个不同的频带(例如PCS 1900以及UMTS2100或LTE 2600)。所使用的另一种结构是交错式天线。在这种结构中，将如W02006/058658-A1所描述的由低频带发射器和高频带发射器组合而构成的双频带发射元件113与单频带的低频带发射器111和高频带发射器112 —起使用(图1B)。
【发明内容】
[0005]本发明的发明人发现现有技术的多频带天线装置的缺点在于高频带天线不能利用反射器之上可用的整个竖直孔径。随着智能手机越来越多地被使用，蜂窝网络部署的关注点已经从提供语音通话转移至提供数据传输。运营商迫切需要为数据传输提供更大容量，这经常与诸如LTE等新的蜂窝系统相结合。
[0006]诸如CDMA和LTE等的蜂窝标准被设计成更高的接收功率会产生更高的数据传输吞吐量。获得更高的接收功率的一种方式是增大基站天线的增益，这能够通过增大天线孔径来实现。
[0007]增大高频带天线的孔径的一个问题在于，随着运行在高频率的发射器的数量相比于运行在低频率的发射器的数量的增加，传统的基于狭窄柔性电缆的馈电网络的损耗也会增加，因而通过增大天线孔径获得的额外增益的部分或全部会损耗在馈电网络中。更新的诸如LTE标准等的蜂窝标准包括使用MMO(多输入多输出，Multiple Input MultipleOutput)天线，从而通过使用多个用于接收具有低关联度的信号的天线来增大数据吞吐量。因此，在多频带天线装置中加入更多天线是有益的。
[0008]使用如W02006/058658-A1所描述的双频带偶极子的问题在于，高频带偶极子会影响低频带偶极子的性能，并且难以同时优化低频带和高频带的性能。
[0009]如果为多频带天线中的低频带和高频带分别使用单独的发射器，那么适用于不同频带的发射器需要紧靠彼此而运行。它们因而会对彼此的辐射图产生不利影响，或者在它们自身之间耦合无用的信号。
[0010]本发明的目的在于改进多频带天线装置的性能。
[0011]为了达成本发明的上述目的，提供了一种用于移动通信的天线装置，该天线装置包括适用于至少两个不同的频带的多个发射器，该多个发射器设置在反射器之上，其中，该多个发射器包括适于在上述至少两个不同的频带中的第一频带运行的第一组发射器，该多个发射器包括适于在上述至少两个不同的频带中的第二频带运行的第二组发射器，第一组发射器形成第一天线，第二组发射器形成第二天线，发射器是交叉极化的，第一组发射器是十字型的，第二组发射器是四叶型的。
[0012]借助于本发明的天线装置，提高了多频带天线装置的性能。
[0013]反射器可以由导电材料制成，优选为金属或金属组合物，但也可以使用其它导电材料。发射器可以设置在反射器的前方。发射器优选为偶极子，但也可以使用诸如贴片等的其它发射器。发射器可以有不同的极化，诸如水平的、竖直的、正45度的、负45度的、或任何其它的极化。可以将两个极化组合在同一个发射元件中以形成双极化偶极子。每一行以及每一极化的发射元件可以经由馈电网络从一个连接器供电。尤其是对于诸如1800MHz或2600MHz等更高频率，当整个天线孔径被使用时馈电网络中的损耗是显著的，因而使用例如W02005/101566-A1所公开的低损耗馈电网络是有益的，而考虑到低频带经常用于信号覆盖，低损耗馈电网络对于低频带也是有利的。
[0014]配电网络的目的在于将信号从公共连接器分配至发射器。从发射器馈送的信号的相位和幅值被确定为能够在竖直图中获得所需的辐射图。该辐射图在竖直平面内可以具有倾斜，可以以本领域技术人员所熟知的方式根据零值补偿(nulΙ-fill)以及上侧波瓣抑制来优化该辐射图。以同样的方式，可以在馈电网络中使用可变移相器来提供可调节的竖直倾斜。
[0015]当整个天线孔径被高频带天线所使用时，由于例如准确地调节天线的竖直倾斜的问题，竖直波束宽度变得如此之小以至于不具有实用价值。因而，有益的是优化馈电网络以进一步优化天线旁瓣，以改善受覆盖小区的覆盖，并减少在无用的方向上传输的信号，从而降低蜂窝系统中的干扰。这样的对旁瓣图的优化通常会以天线增益为代价来增大波束宽度，然而由于干扰降低了，蜂窝的整体性能将会得到改善。
[0016]对于诸如包括MIMO的LTE的新的蜂窝标准，提供包括适用于相同频带的多个天线的天线装置是有益的。对于例如具有双极化发射器的两个天线列，可以实现4倍的ΜΜ0。MIMO要求每一频道接收到的信号(对应于例如一个天线中的一个极化)具有低关联度。例如可以通过使用正交极化、或分离天线、或二者的组合来实现低关联度。对于使用天线分离法的优化的去相关，需要多个波长的分离，因此适用于相同频带的并排的两个天线不是最优的。多频带天线装置中更佳的方案是在用于MIMO的相同频带的两个天线之间设置适用于另一频带的天线。
[0017]能够在多频带天线装置中使用的一类可能的发射器是偶极子。如今，在蜂窝系统中，双极化元件几乎是专用的，通常是正/负45度的结构。基本的T形偶极子具有提供良好的辐射效率的优点，但其频带宽度很差。可以通过提供更先进的结构来改善偶极子的频带宽度。一个用于双极化偶极子的这样的结构是如图5所示的四叶草形结构，其具有良好的频带宽度性能。这一偶极子当在多频带天线装置中使用于高频带天线时能够给出很好的结果，但如果使用于低频带天线，它的尺寸就太大了。并且，偶极子与反射器之间的距离典型地是四分之一波长的数量级，因此，大的低频带偶极子将会部分地遮挡高频带偶极子，对高频带辐射图产生不利影响，并导致不同频带的偶极子之间的无用耦合。发明人发现，对于低频带天线，使用如图6所示的十字形偶极子是有益的。需要强调的是，图5所示的形状并不是能够有益地用于高频带偶极子的唯一形状，其它结构也是可能的，诸如，如W02005/060049-A1所描述的提供方形框架、或如W02008/017386-A1所示的由方形板形成的偶极子，或者使用三角形板。通过提供覆盖了例如1700至2200MHz的频带的大频带宽度的发射器，天线装置之内的多个天线能够具有相同的偶极子但与不同频带(例如PCS1900和UMTS 2100)下的不同蜂窝系统一起工作，或者上述不同天线能够被用于一个蜂窝系统(例如 LTE)的 MIMOo
[0018]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第一组发射器是低频带发射器，第二组发射器是高频带发射器。
[0019]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第一组发射器排列在第一行，第二组发射器排列在与第一行平行的第二行。
[0020]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，该天线装置包括反射器，例如导电反射器，反射器沿着纵轴方向纵向延伸，上述第一行和第二行平行于该纵轴。
[0021 ] 根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，上述多个发射器还包括形成第三天线的第三组发射器，第三组发射器排列在与上述第一行和第二行平行的第三行。
[0022]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第三组发射器适于在不同于上述第一频带和第二频带的第三频带运行。
[0023]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第三组发射器是四叶型的。优选地，第三组发射器是高频带发射器。
[0024]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第一组发射器位于第二组和第三组之间。
[0025]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第一组发射器具有与第二组发射器相同的天线孔径，例如相同的天线孔径长度。第一组发射器在反射器的纵轴方向上具有与第二组发射器相同的天线孔径，例如相同的天线孔径长度。
[0026]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，第三组或行发射器具有与第一、第二组或行发射器相同的天线孔径，例如相同的天线孔径长度。
[0027]根据本发明的天线装置的一个优选实施方式，当反射器安装为沿着竖直方向延伸时，第一组发射器