隐身天线元件和相关的多频带天线的制作方法

本公开一般而言涉及通信系统，并且更具体而言，涉及在通信系统中使用的阵列天线。

背景技术：

用于无线语音和/或数据通信的天线一般包括通过一个或多个馈电网络连接的辐射元件阵列。多频带天线可以包括具有不同工作频率的多个辐射元件阵列。例如，用于gsm服务的公共频带包括gsm900和gsm1800。多频带天线中的低频带可以包括gsm900频带，其工作在880mhz～960mhz处。低频带还可以包括数字红利频谱(digitaldividendspectrum)，其工作在790mhz～862mhz处。另外，低频带还可以覆盖在694mhz～793mhz处的700mhz频谱。多频带天线的高频带可以包括gsm1800频带，其工作在1710mhz～1880mhz的频率范围中。高频带还可以包括例如umts频带，其工作在1920mhz～2170mhz处。包含在高频带中的附加频带可以包括工作在2.5ghz～2.7ghz处的lte2.6和工作在3.4ghz～3.8ghz处的wimax。

为了射频(rf)信号的高效发送和接收，辐射元件的尺寸通常与期望的工作频带的波长匹配。偶极天线可以被用作辐射元件，并且可以被设计成使得其第一谐振频率在希望的频带中。为了实现这一点，偶极臂中的每一个可以约为四分之一波长，并且两个偶极臂一起可以大约是希望的频带的中心频率的波长的一半。这些可以被称为“半波长”偶极，并且可以具有相对低的阻抗。

已经开发出了双频带天线，其包括具有特定于两个频带中的每一个的尺寸的不同辐射元件，例如，尺寸被设定为用于在698mhz～960mhz的低频带上工作和在1710mhz～2700mhz的高频带上工作的相应的辐射元件。例如，参见美国专利号no.6295028、美国专利号no.6333720、美国专利号no.7238101和美国专利号no.7405710，这些专利的公开内容通过引用并入本文。由于gsm900频带(例如，880mhz～960mhz)的波长比gsm1800频带(例如，1710mhz～1880mhz)的波长更长，因此，为一个频带设定尺寸或以其它方式设计的辐射元件一般不用于另一个频带。

但是，多频带天线会涉及到实现上的困难，例如，由于用于不同频带的辐射元件之间的干扰。具体而言，被设计成在较高频带处辐射的辐射元件中产生的谐振会使用于较低频带的辐射图案失真，该较高频带通常在频率上比较低频带高2到3倍。例如，gsm1800频带大约是gsm900频带的频率的两倍。如此，引入具有与天线中现有的辐射元件不同的工作频率范围的附加辐射元件会与现有辐射元件造成失真。

这种失真的示例包括共模谐振和差模谐振。共模(cm)谐振会发生在频带整体更高的辐射结构像四分之一波长单极一样谐振时。由于辐射元件的杆或垂直结构的长度经常是在较高频带处的波长的四分之一，并且偶极臂的长度也是较高频带处的波长的四分之一，这一总体结构的长度可以粗略是较高频带处的波长的四分之一。在较高频带大约是较低频带的频率的两倍的情况下，由于波长与频率成反比，总的高频带结构的长度可以粗略是较低频带处的波长的四分之一。差模谐振可以发生在偶极结构的每一半或者正交极化的较高频率辐射元件的两个一半彼此相互谐振时。

技术实现要素：

根据本公开的一些实施例，偶极天线包括平面反射器和包括平面反射器的表面上的第一对偶极和第二对偶极的辐射元件。第一对偶极和第二对偶极分别包括围绕中心区域以盒状偶极布置方式布置的臂区段。臂区段可以是在其上具有相应的金属区段和相应的电感器电容器电路的印刷电路板。电感器电容器电路定义滤波器，该滤波器与比第一对偶极和第二对偶极的工作频率范围高的频率范围对准。

根据本公开的一些实施例，多频带天线包括平面反射器、第一辐射元件和第二辐射元件。第一辐射元件具有第一工作频率范围，并且包括在平面反射器的表面上的第一对偶极和第二对偶极。第一对偶极和第二对偶极分别包括围绕中心区域以盒状偶极布置方式布置的臂区段。臂区段可以是在其上具有相应的金属区段和相应的电感器电容器电路的印刷电路板，其中电感器电容器电路定义与一频率范围对准的滤波器。第二辐射元件被布置在平面反射器的表面上在由第一辐射元件的臂区段定义的周界内。第二辐射元件具有第二工作频率范围，该第二工作频率范围比第一工作频率范围更高并且包括滤波器的频率范围。

本领域技术人员将通过阅读附图和接下来对实施例的详细描述来理解本公开的进一步的特征、优点和细节，包括以上实施例的任何和所有组合，其中这些描述仅仅是本公开的示意性说明。

附图说明

图1a是根据本公开的实施例包括低频带辐射元件和高频带辐射元件的天线布置的前透视图。

图1b是根据本公开的实施例的低频带辐射元件的侧视图。

图1c是示出根据本公开的实施例包括低频带辐射元件和高频带辐射元件的多频带天线的平视图。

图1d是示出根据本公开的进一步实施例包括低频带辐射元件和高频带辐射元件的多频带天线的平视图。

图1e示出根据本公开的实施例的低频带辐射元件的各种配置的示意性平视图。

图2a和2b是分别示出图1a的低频带辐射元件的偶极的前表面和后表面的平视图。

图2c是图2a和2b的低频带辐射元件的偶极的耦合区域的放大透视图。

图2d是图1a的低频带辐射元件的串联电感器电容器电路的放大平视图。

图3a和3b是分别示出根据本公开的实施例的低频带辐射元件的偶极的前表面和后表面的平视图。

图3c是图3a和3b的低频带辐射元件的偶极的耦合区域的放大透视图。

图3d是图3a和3b的低频带辐射元件的偶极的另一耦合区域的放大透视图。

图3e是图3a和3b的低频带辐射元件的偶极的又一耦合区域的放大透视图。

图4是根据本公开的实施例的正方形形状低频带辐射元件的偶极的前表面的平视图。

图5是根据本公开的实施例的菱形形状低频带辐射元件的偶极的前表面的平视图。

图6是根据本公开的实施例的圆形形状低频带辐射元件的偶极的前表面的平视图。

图7是示出根据本公开的实施例的低频带辐射元件相对于高频带工作频率范围的隐身效果的图。

图8和9是分别示出根据本公开的实施例的辐射元件的低频带辐射图案和高频带辐射图案的图。

具体实施方式

本文描述的实施例一般涉及用于双频带或多频带蜂窝基站天线(bsa)的辐射元件(本文中也被称为“辐射器”)和这种双频带或多频带蜂窝基站天线。这种双频带或多频带天线可以使蜂窝系统的运营者(“无线运营者”)能够使用覆盖多个频带的单一种类的天线，过去在覆盖多个频带时需要多个天线。这种天线能够在几乎所有被分配的蜂窝频带中支持若干个主要的空中接口标准，并且允许无线运营者减少其网络中天线的数量，降低塔台租借成本、安装成本以及减小塔台上的负荷。

如本文中使用的，“低频带”可以指用于本文描述的辐射元件的较低的工作频带(例如，694mhz～960mhz)，而“高频带”可以指用于本文描述的辐射元件的较高的工作频带(例如，1695mhz～2690mhz)。“低频带辐射元件”可以指用于这种较低频带的辐射元件，而“高频带辐射元件”可以指用于这种较高频带的辐射元件。如文本中使用的“双频带”或“多频带”可以指包括低频带辐射元件和高频带辐射元件二者的天线。感兴趣的特性可以包括波束带宽、波束形状以及回波损耗。

在这种双频带或多频带天线的设计中的挑战是减小或最小化由其他(一个或多个)频带的辐射元件对在一个频带处的信号的散射效应。本文描述的实施例可以减小或最小化高频带辐射元件对低频带辐射元件的辐射图案的影响，或者减小或最小化低频带辐射元件对高频带辐射元件的辐射图案的影响。这种散射可以在方位角层面和仰角层面二者中影响高频带波束的形状，并且可以随频率极大地变化。在方位角方面，波束宽度、波束形状、指向角、增益和前后比(front-to-backratio)一般都能够被影响并且可以随频率变化，这种变化常常是以不希望的方式进行。由于低频带辐射元件在阵列中引入的周期性，栅瓣(gratinglobes)(有时也被称为量化瓣(quantizationlobes))可以以与该周期性对应的角度被引入到仰角图案中。这也可能随频率变化，并且可能降低增益。

本文描述的实施例更具体涉及用于蜂窝基站用途的具有穿插的辐射元件的天线。在穿插的设计中，低频带辐射元件可以被布置或定位在适合该频率的均等间隔的网格上。低频带辐射元件可以以作为高频带辐射元件间隔的整数倍(通常为两倍的这种间隔)的间隔被放置，并且低频带辐射元件可以占据高频带辐射元件之间的间隙。低频带辐射元件和/或高频带辐射元件可以是双极化的，例如是具有+/-45°倾斜极化(slantpolarization)的双倾斜极化。例如，可以使用两种极化来通过极化分集接收克服多径衰落。在美国专利no.7053852中描述了包括交叉偶极天线元件的一些传统bsa的示例，而在美国专利no.7688271、美国专利no.6339407或美国专利no.6313809中描述了包括具有4到8个偶极臂的偶极正方形(“盒状偶极”)的一些传统bsa的示例。这些专利中的每一个通过引用并入本文。在多频带天线上，+/-45°倾斜极化通常是期望的。但是，例如，一些传统交叉偶极类型的元件可能会与位于相同天线面板上的另一频带的交叉偶极元件产生不期望的耦合。这至少部分由于偶极相对于天线的垂直轴呈+/-45°的取向。

在一些传统多频带天线中，不同频带元件的辐射元件被组合在单个面板上。参见美国专利no.7283101附图12；美国专利no.7405710附图1、附图7。在这些双频带天线中，辐射元件一般沿单个垂直取向的轴排列。这样做是为了在从单频带天线变成多频带天线时减小天线的带宽。低频带元件是最大的元件，并且一般需要面板天线上的最多的物理空间。辐射元件可以被进一步间隔开，以减小耦合，但是这增加天线的尺寸并且可能产生栅瓣。面板天线尺寸的增加会具有不期望的缺陷。例如，较宽的天线可能不适合现有的位置，或者塔台可能没有被设计成容纳较宽的天线的额外的风载荷。而且，在一些区域中，区划规则可能阻止使用较大的天线。

本公开的一些实施例可以来自这样的认识：包括低频带辐射元件和高频带辐射元件二者的天线的性能可以通过在低频带辐射元件(例如，工作在约694mhz到约960mhz的频率范围内)的一个或多个臂区段上包括电感器电容器电路以提供相对于高频带辐射(例如，具有约1695mhz到约2690mhz的频率范围)的隐身来被提高。这样的布置可以减小或最小化双极化双频带蜂窝基站天线中的低频带辐射元件和高频带辐射元件之间的交互。特定实施例可以以盒状型或环型偶极布置方式提供低频带辐射元件的第一对偶极和第二对偶极，例如，使用印刷电路板(pcb)结构。在一些实施例中，一些高频带辐射元件可以被布置为邻近低频带辐射元件的臂区段和/或在低频带辐射元件的臂区段定义的周界内。如本文描述的低频带辐射元件和/或低频带辐射配置可以结合诸如在共同受让的于2015年4月10日提交的美国专利申请序列no.14683424、于2014年5月16日提交的美国专利申请序列no.14358763和/或于2013年3月14日提交的美国专利申请序列no.13827190中描述的那些天线和/或特征的天线和/或特征一起在多频带天线中被实现。

图1a是根据本公开的实施例包括低频带(lb)辐射元件11和高频带辐射元件25的天线布置1的前透视图。参照图1a，双极化偶极天线被实现为安装在平面基座2上或前方的低频带辐射元件11。基座2提供对低频带辐射元件11的支撑，以及为低频带辐射元件11提供电接地平面和后反射器。基座2还包括馈电网络(未示出)。

低频带辐射元件11包括通过在支撑结构10上的导电区段12定义的两对偶极3a、3b和4a、4b，该支撑结构10在图1a中被示出为印刷电路板(pcb)结构。pcb结构10定义两对偶极3a、3b和4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b。第一对偶极3a、3b被取向为相对于纵天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b被取向为相对于天线轴15呈+45°角。两对偶极3a、3b和4a、4b被布置成非相交的盒状偶极布置方式。第一对偶极3a、3b包括在低频带辐射元件11的对立侧上的臂区段7a、7b，并且第二对偶极4a、4b包括在低频带辐射元件11的对立侧上的臂区段8a、8b。这些对立的臂区段7a和7b(在本文中也被称为“相对的”臂区段)以及相对的臂区段8a和8b共同定义围绕中心区域16的周界。相比之下，交叉偶极天线可以包括在天线的中心处相交的单对偶极。

多个腿部9围绕中心区域16被定位，以在基座2上方支撑低频带辐射元件11。pcb结构10可以在其中包括相应的开口或插槽s，该开口或插槽s被设计尺寸或配置为或以其他方式适于接纳腿部9的相应连接片或与之配对，以便每个偶极3a、3b和4a、4b被一对腿部9支撑。腿部9也可以通过pcb结构来被实现，并且腿部9中的一个或多个可以是其上包括导电区段24的馈电杆，该导电区段24定义用于在基座2上的馈电网络和低频带辐射元件11之间运送rf信号的传输线。例如，在一些实施例中，每个腿部9可以由从平面反射器2延伸以支撑臂区段7a、7b、8a、8b之一的支撑印刷电路板来定义。馈电线24可以由在每对腿部9的支撑印刷电路板上从平面反射器朝偶极3a、3b、4a、4b延伸的导电金属区段定义。如此，每个偶极3a、3b、4a、4b利用两个臂区段定义中心馈电布置。每对腿部9还可以包括平衡转换器(balun)，该平衡转换器在支撑印刷电路板9上延伸并且在馈电线24的接近偶极3a、3b、4a、4b中的相应一个的端部处连接到馈电线24。

两对偶极3a、3b、4a、4b可以通过平衡转换器邻近馈电(proximityfed)以同时在两个极化平面中电辐射。低频带辐射元件11被配置为在694mhz-960mhz的低频带频率范围处工作，但是相同的布置也可以用于在其它频率范围内工作。邻近馈电布置(其中，平衡转换器与偶极间隔开，以便它们与偶极进行场耦合(field-coupling))相比传统直接馈电天线(其中偶极通过焊接接头物理连接到馈电探头)可以导致更高的带宽。同时，相比传统直接馈电天线，由于邻近馈电布置所导致的焊接接头的缺失可以带来更小的无源互调失真风险以及更低的制造成本。

图1b是图1a的低频带辐射元件11的侧视图。特别地，图1b的侧视图示出了图1a的偶极4b的元件。但是，将会理解到，在一些实施例中，剩余的偶极3a、3b和4a可以包括相应的元件，这里为了简洁没有重复对其的描述。

参照图1a和1b，臂区段7a、7b和8a、8b是结构10的部分，结构10被示出为八边形形状印刷电路板(pcb)结构。pcb结构10包括以其上的导电迹线形式出现的相应的金属区段12。pcb结构10可以是在两侧具有导电迹线的单个基板，或者可以是形成接合的印刷电路板的接合的基板组，其中导电迹线在两侧上或者在接合的基板之间。臂上的金属区段12可以定义电感器5l(例如，以弯曲的传输线区段的形式)和电容器5c，该电感器5l和电容器5c在臂区段7a、7b、8a和8b中的一个或多个上形成串联电感器电容器电路5。在一些实施例中，臂区段7a、7b和8a、8b中的每一个包括在其上的相应的电感器电容器电路5。电感器电容器电路5定义带阻滤波器，该带阻滤波器与比偶极对3a、3b和4a、4b的工作频率范围更高的频率范围对准。因此，由电感器电容器电路5定义的带阻滤波器可以被配置为使低频带辐射元件11的工作频率通过而不改变，但是衰减特定频率范围中的频率。

图1a-1b中所示的配置的优点是盒状偶极低频带辐射元件11使接地平面2的中心区域16不受阻碍，使得高频带(hb)辐射元件25可以位于由臂区段7a、7b、8a、8b定义的周界之内，而不增加天线的物理尺寸，同时还提供低频带辐射元件与高频带辐射元件之间的减小的交互，如以下更详细描述的那样。例如，高频带辐射元件25可以包括相对天线轴15以+45°和-45°角倾斜的一对交叉偶极25a和25b，以便辐射双倾斜极化。偶极25a和25b可以被实现为蝶形偶极或其它宽带偶极。虽然示出了高频带辐射元件25的偶极25a和25b的特定配置，其它偶极可以例如使用管或圆柱来实现，或者被实现为印刷电路板上的金属化迹线。在一些实施例中，高频带辐射元件25可以位于“沟壕”中，例如在美国专利申请序列no.14479102中描述的，其公开内容通过引用并入本文。可以在平面反射器2内围绕盒状偶极低频带辐射元件11的垂直结构切割孔，并且导电井可以被插入到孔内。用于高频带辐射元件25的馈电板可以被延伸到井的底部，这可以延长馈电板，并且可以将cm谐振移得更低并移出带外，而同时保持偶极25a和25b的臂在反射器上方约四分之一波长。

由图1b的电感器电容器电路5定义的带阻滤波器可以被配置为衰减(即，可以“对准”)与高频带辐射元件25的工作频率范围对应的频率，即，在一些实施例中为约1.7ghz到约2.7ghz。换言之，低频带辐射元件11可以被配置为对于高频带辐射元件25的工作频率范围“隐身”，由此减小由于操作高频带辐射元件25而产生的低频带辐射元件的辐射图案中的失真(或者反之)，并且在包括低频带辐射元件11和高频带辐射元件25二者的多频带天线中提供改善的性能。

图1c是示出根据本公开的实施例包括低频带辐射元件11和高频带辐射元件25的双频带天线阵列110的平视图。天线阵列110包括沿着天线轴15布置在列105中的多个盒状偶极低频带辐射元件11，该多个盒状偶极低频带辐射元件大体上垂直排列(或者稍微向下倾斜)。在轴15的左边的高频带辐射元件25的列101可以定义第一高频带阵列，并且在轴15的右边的高频带辐射元件25的列102可以定义第二高频带阵列。如参照图1a所示，低频带辐射元件11被配置为辐射双倾斜极化(相对于垂直天线轴15以+45°和-45°倾斜的线性极化)，并且在接地平面2上提供净空区域16，以用于在其周界内布置双频带天线阵列110的相应的高频带辐射元件25。低频带辐射元件11可以沿着天线轴15以元件间隔s间隔开。在一些实施例中，元件间隔s可以足够沿着列105的方向在相邻的低频带辐射元件11之间安装一个或多个高频带辐射元件25。图1d是示出用于双频带天线阵列110’的在平面反射器2’上包括低频带辐射元件11和穿插在其间的高频带辐射元件25的多个列105的替代布置的平视图。

再次参照图1a和1b，第一对偶极3a、3b中的每一个的臂区段通过与邻近的第二对偶极4a、4b中的每一个之间的相应耦合区域c电容耦合到邻近的第二对偶极4a、4b中的每一个的臂区段。即，偶极3a在其相应端部处通过耦合区域c电容耦合到偶极4a和4b；偶极3b在其相应端部处通过耦合区域c电容耦合到偶极4a和4b；偶极4a在其相应端部处通过耦合区域c电容耦合到偶极3a和3b；并且偶极4b在其相应端部处通过耦合区域c电容耦合到偶极3a和3b。在一些实施例中，例如在图2c中所示，在pcb结构10的不同或相对的面(例如，在顶部10a和底部10b)上的金属区段12a、12b可以用来基于金属区段12a、12b的重叠实现耦合区域c。在其它实施例中，例如在图3c中所示，在pcb结构10的底表面10b上在臂区段7a、7b、8a、8b的边缘处朝平面反射器延伸的金属区段12b’之间的垂直重叠可以用来实现耦合区域c’。相比之下，一些传统盒状偶极布置可能使用片材金属或压铸支撑结构，其臂区段之间的耦合被设置在支撑结构之下，这可能不利地影响高频带辐射图案。

虽然作为示例在图1a-1d中以八边形布置示出低频带辐射元件11的两对偶极，但是根据本公开的实施例可以使用其它几何配置。图1e示出了这些低频带辐射元件配置的特定示例，其中两对偶极可以被布置为定义包括但不限于正方形、菱形、椭圆形或六边形布置的形状。本文参照图4-6更具体描述这些布置的示例。相比交叉偶极布置，本文描述的盒状偶极布置提供更窄的方位角波束宽度图案(以用于改善的方向性)，使得在多频带天线中多个盒状偶极天线11可以并排布置。虽然在图1c和1d中参照包括多个八边形形状低频带辐射元件的多频带天线阵列进行了示出，但是将会理解到，本文描述的多频带天线不限于相同形状的低频带辐射元件，而是相反，可以包括本文描述的不同形状的低频带辐射元件的组合。更一般而言，虽然参照示例实施例中的特定形状进行了说明，但是将会理解到，可以使用其它形状来实现本文描述的盒状型偶极天线。

图2a和2b是分别示出根据本公开的实施例的图1a的低频带辐射元件11的前表面10a和后表面10b的顶视图和底视图。如图2a和2b所示，两对偶极3a、3b和4a、4b以盒状偶极布置被设置在pcb结构10上。第一对偶极3a和3b分别包括相对的臂区段7a和7b，而第二对偶极4a和4b分别包括相对的臂区段8a和8b。臂区段7a、7b、8a、8b通过在pcb结构10的多个部分上的导电金属区段12定义。导电金属区段12包括在pcb结构10的前/顶表面10a上的金属区段12a和在pcb结构10的相对的后/底表面10b上的金属区段12b。在pcb的相对的表面10a、10b上的金属区段12a、12b通过导电通路92电连接，该导电通路92从前表面10a延伸穿过pcb结构10到后表面10b。在一些实施例中，该导电通路92可以是电镀通孔通路。

如在图2a和2b中所示，低频带辐射元件11包括在pcb10上以八边形形状布置的四个半波长(λ/2)偶极3a、3b和4a、4b，其中第一对偶极3a、3b彼此对立，并且第二对偶极4a、4b彼此对立。偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射正交极化。在本文描述的示例中，偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射双倾斜极化(相对于垂直或纵天线轴15以-45°和+45°倾斜的线性极化)，其中第一对偶极3a、3b被取向为相对于天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b被取向为相对于天线轴15呈+45°角。

每个臂区段7a、7b、8a、8b的金属区段12a、12b定义四分之一波长(λ/4)偶极。金属区段12a、12b可以定义电感器和电容器(如图1b中所示的5l和5c)，该电感器和电容器在臂区段7a、7b、8a、8b中的每一个上形成串联电感器电容器电路。例如，图2d的放大平视图示出其中金属区段12a的较窄部分12l定义串联电感器电容器电路的电感器5l而金属区段12a的其间具有间隙的部分12c定义串联电感器电容器电路的电容器5c。在其它实施例中，电感器和/或电容器可以耦合到金属区段的多个部分和/或在金属区段的多个部分之间。电感器电容器电路定义带阻滤波器，该带阻滤波器与高频带辐射元件25的工作频率范围对准，使得在一些实施例中在约1.7ghz到约2.7ghz之间的频率被衰减。

图2c是图2a和2b的低频带辐射元件的耦合区域c的放大透视图。具体而言，图2c的放大视图作为示例示出了在相邻偶极4b和3b的端部之间的耦合区域c的元件。将会理解到，在一些实施例中，在偶极3a和4a、3a和4b以及4a和3b之间的耦合区域c可以包括对应的元件。如图2c所示，偶极4b的臂区段8b的端部在耦合区域c处电容耦合到偶极3b的臂区段7b的端部。耦合区域c通过在pcb结构10的对立侧10a、10b上的相应金属区段12a、12b的重叠部分定义。即，金属区段12a和12b(pcb结构10在二者之间作为电介质)的部分之间的重叠定义耦合区域c。

根据本公开的实施例的耦合区域可以使用除图2c所示的那些配置之外的附加或替代配置来实现。例如，图3a和3b是分别示出根据本公开的实施例的低频带辐射元件11’的前表面10a’和后表面10b’的顶视图和底视图，而图3c是图3a和3b的低频带辐射元件11’的耦合区域c’的放大透视图。图3a-3c的一些元件可以与参照图2a-2c描述的那些元件类似。

参照图3a-3c，低频带辐射元件11’包括以盒状偶极布置方式设置在八边形形状pcb10结构上的四个半波长(λ/2)偶极3a、3b和4a、4b，其中第一对偶极3a、3b彼此对立，并且第二对偶极4a、4b彼此对立。偶极3a、3b和4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b通过在pcb结构10的前/顶表面10a和相对的后/底表面10b上的导电金属区段12a’和12b’定义，其中每个臂区段7a、7b、8a、8b的金属区段12a’和12b’定义四分之一波长(λ/4)偶极。第一对偶极3a、3b可以被取向为相对于天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b可以被取向为相对于天线轴15成+45°角，使得偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射双倾斜极化。

金属区段12a’、12b’可以定义或以其它方式耦合到电感器和电容器(图1b所示的5l和5c)，该电感器和电容器在臂区段7a、7b、8a、8b中的每一个上形成串联电感器电容器电路。电感器电容器电路定义带阻滤波器，该带阻滤波器与高频带辐射元件25的工作频率范围对准，即，在一些实施例中衰减在约1.7ghz到约2.7ghz之间的频率。

图3c的放大视图作为示例示出相邻偶极4b和3b的端部之间的耦合区域c’的元件。将会理解到，在一些实施例中，偶极3a和4a、3a和4b以及4a和3b之间的类似耦合区域c’可以包括对应的元件。如图3c所示，偶极4b的臂区段8b的端部在耦合区域c’处电容耦合到偶极3b的臂区段7b的端部。在图3c的示例中，耦合区域c’通过在pcb结构10的底表面10b上的金属区段12b’的重叠区域定义，该金属区段12b’在相邻臂区段7b、8b的边缘处朝着远离顶表面10a(例如，朝向平面反射器2)的方向延伸。即，金属区段12b’的部分(在其间具有pcb结构10作为电介质)之间的重叠定义耦合区域c’。导电通道92将在pcb结构10的底表面10b上的金属区段12b’的部分电连接到顶表面10a上的金属区段12a’。

根据本公开的实施例的其它耦合区域可以使用除图2c和3c所示出的那些配置之外的附加或替代配置实现。例如，在如图3d所示的一些实施例中，在臂区段7b、8b的相邻端部处的相应金属区段12a”的部分可以定义相互交叉的指状物，该相互交叉的指状物可以提供相邻臂区段7b、8b之间的电容耦合。而且，在如图3e所示的一些实施例中，臂区段7b、8b中的每一个可以包括在其边缘处的导电通路92’(诸如电镀通孔通路)，并且导电通路92’可以提供相邻臂区段7b、8b之间的电容耦合。

图4、5和6分别是根据本公开的实施例的低频带辐射元件41、51和61的前表面的平视图。图4、5和6的实施例示出在不同形状的pcb结构40、50和60上的两对偶极3a、3b和4a、4b的配置。如此，图4、5和6的一些元件可以类似于以上参照图2a-2c和/或图3a-3c描述的那些元件。

具体而言，图4是根据本公开的实施例的低频带辐射元件41的前表面的平视图。在图4中，pcb结构40的定义第一对偶极3a、3b和第二对偶极4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b的部分基本是线性的。照此，臂区段7a、7b和8a、8b共同在平视图中定义矩形形状(示出为正方形形状)。

更具体来说，低频带辐射元件41包括以盒状偶极布置方式设置在正方形形状pcb结构40上的四个半波长(λ/2)偶极3a、3b和4a、4b，其中第一对偶极3a、3b彼此对立，并且第二对偶极4a、4b彼此对立。偶极3a、3b和4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b通过在pcb结构40的前/顶表面和/或后/顶表面上的导电金属区段12定义，其中每个臂区段7a、7b、8a、8b的金属区段12定义四分之一波长(λ/4)偶极。第一对偶极3a、3b可以被取向为相对于天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b可以被取向为相对于天线轴15呈+45°角，使得偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射双倾斜极化。金属区段12可以定义或以其它方式耦合到电感器和电容器(图1b中所示的5l和5c)，电感器和电容器可以在臂区段7a、7b、8a、8b的每一个上形成串联电感器电容器电路。电感器电容器电路定义带阻滤波器，在一些实施例中该带阻滤波器被配置为相对于较高的工作频率范围(例如，约1.7ghz到约2.7ghz)“隐身”。

图5是根据本公开的实施例的低频带辐射元件51的前表面的平视图。在图5中，pcb结构50的定义第一对偶极3a、3b和第二对偶极4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b的部分以相应的角度“弯折”。如此，臂区段7a、7b和8a、8b共同在平视图中定义菱形形状。

更具体来说，低频带辐射元件51包括以盒状偶极布置方式设置在菱形形状pcb结构50上的四个半波长(λ/2)偶极3a、3b和4a、4b，其中第一对偶极3a、3b彼此对立，并且第二对偶极4a、4b彼此对立。偶极3a、3b和4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b通过在pcb结构50的前/顶表面和/或后/顶表面上的导电金属区段12定义，其中每个臂区段7a、7b、8a、8b的金属区段12定义四分之一波长(λ/4)偶极。第一对偶极3a、3b可以被取向为相对于天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b可以被取向为相对于天线轴15呈+45°角，使得偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射双倾斜极化。金属区段12可以定义或以其它方式耦合到电感器和电容器(图1b中所示的5l和5c)，电感器和电容器可以在臂区段7a、7b、8a、8b的每一个上形成串联电感器电容器电路。电感器电容器电路定义带阻滤波器，在一些实施例中该带阻滤波器被配置为相对于较高的工作频率范围(例如，约1.7ghz到约2.7ghz)“隐身”。

图6是根据本公开的实施例的低频带辐射元件61的前表面的平视图。在图6中，pcb结构60的定义第一对偶极3a、3b和第二对偶极4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b的部分具有相应的弧形形状。如此，臂区段7a、7b和8a、8b共同在平视图中定义椭圆形状(示出为圆形形状)。

更具体来说，低频带辐射元件61包括以盒状偶极布置方式设置在圆形形状pcb结构60上的四个半波长(λ/2)偶极3a、3b和4a、4b，其中第一对偶极3a、3b彼此对立，并且第二对偶极4a、4b彼此对立。偶极3a、3b和4a、4b的臂区段7a、7b和8a、8b通过在pcb结构60的前/顶表面和/或后/顶表面上的导电金属区段12定义，其中每个臂区段7a、7b、8a、8b的金属区段12定义四分之一波长(λ/4)偶极。第一对偶极3a、3b可以被取向为相对于天线轴15呈-45°角，并且第二对偶极4a、4b可以被取向为相对于天线轴15呈+45°角，使得偶极对3a、3b和4a、4b被配置为辐射双倾斜极化。金属区段12可以定义或以其它方式耦合到电感器和电容器(图1b中所示的5l和5c)，电感器和电容器可以在臂区段7a、7b、8a、8b的每一个上形成串联电感器电容器电路。电感器电容器电路定义带阻滤波器，在一些实施例中该带阻滤波器被配置为相对于较高的工作频率范围(例如，约1.7ghz到约2.7ghz)“隐身”。

图7是示出根据本公开的实施例的低频带偶极天线对高频带辐射的隐身效应的图。具体而言，图7绘出了如本文所述在偶极臂上包括串联电感器电容器电路的基于pcb的盒状偶极低频带辐射元件(诸如低频带辐射元件11、11’、41、51、61)在约1.7ghz到约2.7ghz的高频带频率范围上的表面电流。在一些实施例中，这个高频带频率范围可以对应于高频带偶极天线(诸如高频带辐射元件25)的工作频率范围，该高频带偶极天线可以位于由盒状偶极低频带天线的臂区段定义的周界内。如图7所示，电感器和电容器(图1b所示的5l和5c)的值可以被选择为使得如本文所述的盒状偶极低频带辐射元件的最大表面电流在1.7ghz到2.7ghz范围上相对较低。因此，如本文所述的盒状偶极低频带辐射元件可以相对于高频带辐射提供有效的隐身。

图8和9是分别示出根据本公开的实施例的多频带天线阵列(诸如图1c的阵列110)中的辐射元件的低频带辐射图案和高频带辐射图案的图。更具体而言，图8示出如本文所述在偶极臂上包括串联电感器电容器电路的基于pcb的盒状偶极低频带辐射元件的方位角波束宽度性能(以度为单位)，而图9示出位于由盒状偶极低频带辐射元件的臂区段定义的周界内的高频带辐射元件的方位角波束宽度性能(以度为单位)。在图8和9中，x轴是方位角角度，并且y轴是在测试范围上的归一化功率电平。高频带辐射元件被穿插布置在低频带辐射元件之间，低频带辐射元件按列布置。图8和9示出lb方位角图案和hb方位角图案随频率相对稳定，旁瓣电平降低并且在宽的角度处拉平的趋势减小，并因此可以在本公开的实施例中提供可接受的性能。

本文所述的天线可以支持多种频带和技术标准。例如，无线运营者可以使用单一天线长期演进(lte)网络部署用于在2.6ghz和700mhz频带中的无线通信，同时支持在2.1ghz频带中的宽带码分多址(w-cdma)网络。为了便于描述，考虑天线阵列是垂直排列的。本文描述的实施例可以利用双正交极化并且支持多入多出(mimo)实现方式用于改进的容量解决方案。本文所述的实施例可以支持现在使用多种频带和作为新的标准在将来使用多种频带以及使用在无线技术演进中出现的频带的多个空中接口技术。

虽然本文参照双极化天线描述了各实施例，但是本公开也可以在圆形极化天线中实现，在圆形极化天线中四个偶极被90°异相驱动。

虽然本文已经描述了关于在发送模式(其中天线发射辐射)和接收模式(其中天线接收辐射)中工作的实施例，但是本公开也可以在被配置为仅在发送模式中或仅在接收模式中工作的天线中实现。

以上已经参照附图描述了本公开的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以多种不同的形式体现，并且不应当被认为是局限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例，以便本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。在本文中相似的编号指相似的元件。

将会理解到，虽然本文可以使用第一、第二等词语来描述各种元件，这些元件不应当被这些词语限制。这些词语只是用来将一个元件与另一个进行区分。例如，第一元件可以被叫做第二元件，并且类似地，第二元件可以被叫做第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文所使用的，词语“和/或”包括相关联的列举项目中的一个或多个的任何和所有组合。

将会理解到，当一个元件被称为在另一元件“之上”时，它可以直接在该另一元件之上，或者也可以存在介于中间的元件。相比之下，当一个元件被称为“直接在”另一元件“之上”时，不存在介于中间的元件。还将会理解到，当一个元件被称为“连接”或者“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到该另一元件，或者可以存在介于中间的元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在介于中间的元件。用来描述元件之间的关系的其它词语可以以类似的方式解释(即，“在……之间”相对于“直接在……之间”、“邻近”相对于“直接邻近”等)。

诸如“低于”或“高于”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”或“前方”或“后方”或“顶部”或“底部”的相对性词语可以在本文中用来描述如附图中所示的一个元件、层或区域相对于另一元件、层或区域的关系。将会理解到，这些词语旨在涵盖设备的除附图中绘出的朝向之外的不同朝向。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学词语具有本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。本文使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并且不旨在成为本发明的限制。除非上下文另外明确指出，否则如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。还将会进一步理解到，词语“包括”、“包含”、“涵盖”和/或“含有”当在本文使用时，规定所说明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或前面这些要素的组的存在或附加。

以上公开的所有实施例的方面和元素可以以任何方式和/或结合其它实施例的方面或元素组合，以提供多个附加实施例。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，并且虽然采用了特定的词语，但是这些特定词语仅仅是在概括和描述性的意义上使用的，并不用于限制目的，本发明的范围在以下权利要求中阐述。