天线设备及天线设备阵列的制作方法

本公开大体上涉及电信设备领域，更具体地说，涉及天线设备及天线设备阵列。

背景技术：

1、近年来，得益于包括分集天线、可重构天线等创新天线技术的构想，各式无线通信系统迅速发展。这种系统在不同的频带内操作，因此针对每个频带需要单独的辐射元件。通常，每个站点可能需要多个天线为这种系统提供专用天线。因此，迫切需要紧凑型天线这样的单一结构来服务于所有所需频带。此外，随着对天线与无线设备(例如有源天线系统(active antenna system，aas))更深入集成的需求不断增长，要求出现能够在不影响天线关键性能指标(key performance indicator，kpi)的情况下扩展低剖面天线带宽的新方式。

2、传统上，越来越多的天线阵列集成在同一壳体中。然而，天线阵列这样的集成导致天线系统高度复杂，且大大地(恶劣地)影响了天线的外形，这对于所述天线系统的商业现场部署来说至关重要。然而，所述集成通常需要相当大的成本。因此，为了覆盖天线系统中的标准操作频带，包括但不限于保持相同射频(radio frequency，rf)性能的现代基站天线系统，且为了将天线元件与其他组件轻松集成，必须开发不同于传统技术的新概念/架构。

3、此外，在考虑天线(或辐射元件)性能的同时，将更多的天线(因此是频带)集成在一个小空间中意味着它们之间高度耦合(不必要的能量传递)，这会降低信号质量。系统(或天线)之间的耦合可能是限制性能的关键因素，因此也是限制天线提供的容量的关键因素。因此，控制或降低耦合度以尽可能减少其影响是至关重要的由此产生了对天线阵列之间具有改进隔离的天线或系统的需求。换句话说，需要一种系统或方法，用于在所需频带中使天线失谐以抑制与相邻天线的不必要耦合，尤其是具有交替频带的天线系统。

4、此外，传统上，双工器耦合到天线系统，以分离发射(tx)信号路径和接收(rx)信号路径。双工器允许tx和rx电路共享同一天线以节省空间和成本，同时将tx和rx信号相互隔离。通常，tx和rx信号占用不同的频带，这里双工器可以将带通滤波和频率复用的功能合并到天线设备上。然而，双工器本身作为附加设备占用了额外的空间和额外的成本，增加了天线的物理占用空间。此外，这种传统的天线设备是资源密集型的，即需要更多的人力、技能或努力和安装时间。通常，部件数量的增加导致接触点增加，并且为了进一步电耦合这种接触点，需要更多的焊接接头。另外，对于多于一个频带操作的传统天线设备，无故障无干扰的通信始终是一个挑战。

5、因此，根据上述讨论，需要克服与传统天线设备相关联的上述缺点。

技术实现思路

1、本公开寻求提供一种天线设备和天线设备阵列。本公开寻求提供一种解决与传统天线设备相关联的结构和制造复杂性以及安装努力的现有问题的方案。本公开的目的是提供一种至少部分地克服现有技术中遇到的问题的解决方案，并提供一种易于安装且具有较低结构和制造复杂性的改进天线设备。此外，本公开的天线设备寻求在具有改进性能的多个频带内操作，而不需要附加设备，例如双工器。此外，本公开寻求提供一种解决在多个频带内操作的相邻天线设备之间固有耦合的现有问题的解决方案，并将天线部署的影响降至最低。

2、本公开的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。本公开的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。

3、在第一方面中，本公开提供了一种天线设备，包括：辐射器，所述辐射器被配置为在平行于天线设备的辐射轴的方向上辐射电磁信号，所述辐射器具有垂直于所述辐射轴的基本平面形状；以及与所述辐射器相邻的谐振结构，所述谐振结构具有平行于所述辐射器的基本平面形状，其中所述辐射器被配置为在第一频带中辐射电磁信号，并且所述谐振结构配置为具有所述第一频带内的谐振频率。

4、本公开的天线设备是一种低轮廓、轻重量、紧凑的天线设备，该设备集成了更多的频带并保持了小的外形尺寸。与传统天线设备相比，天线设备的大小紧凑，并且具有更低的复杂性(即结构和制造复杂性)。例如，天线设备不使用探针或电缆等部件来连接馈电线，从而降低天线设备的整体复杂性。此外，天线设备基于与谐振结构相关联的谐振频率对一个或多个频带(即子带)进行滤波，而不实现附加滤波器。此外，天线设备不需要任何附加设备(例如双工器)在多个频带内操作，并且还消除或极大地最小化相邻天线设备之间的耦合。因此，减少了附加设备和部件的数量，从而减少了安装天线设备所需的焊点数量。因此，降低了与天线设备相关联的整体结构和制造复杂性，这反过来又从时间、成本和劳动力的角度减少了安装操作量。此外，由于辐射器的辐射方向和平行于辐射轴的谐振结构，天线设备的方向性得到了提高。

5、在一种实现形式中，谐振结构布置在辐射器的无功近场中。

6、在另一种实现形式中，其中辐射器与谐振结构之间的距离基于第一频带的中心波长λ中心确定，并确定为在0.001和0.1λ中心之间。

7、在另一种实现形式中，谐振结构由金属片、印刷电路板或具有金属箔沉积物的板中的一种形成；并通过一个或多个支撑件安装到辐射器上，或安装在层压到辐射器上的衬底上。

8、以这种方式实现谐振结构使天线设备紧凑，并减少结构复杂性和安装操作量。此外，作为金属片、印刷电路板或金属化塑料的实现为设计滤波器提供了更大的灵活性。

9、在另一种实现形式中，辐射器是贴片天线，并且天线设备还包括具有平行于辐射器布置并与所述辐射器间隔开的平面结构的导向器。

10、与传统天线设备相比，贴片天线轮廓较低，重量较轻，且体积消耗较低。此外，成本较低，尺寸较小，且易于制造和一致性。

11、在另一种实现形式中，天线设备还包括与导向器相邻的至少一个第二谐振结构，所述谐振结构具有平行于所述导向器的基本平面形状，其中所述第二谐振结构配置为具有第一频带内的第二谐振频率。

12、导向器为天线设备提供了增加的阻抗带宽和高方向性。此外，通过充当寄生元件的谐振结构直接或间接地实现增加的阻抗带宽。

13、在另一种实现形式中，谐振结构被配置为充当天线设备的寄生元件。

14、充当寄生元件的谐振结构相对于谐振结构的大小和位置显著影响天线设备的输入阻抗。此外，带宽增强和/或增强辐射或通过谐振结构(或寄生元件)直接或间接地实现。

15、在另一种实现形式中，谐振结构的形状关于谐振结构的中心点对称。

16、在另一种实现形式中，谐振结构的长度基于谐振频率确定。

17、谐振结构的长度根据实现要求变化，以提供使天线设备操作的最佳频率范围。这种长度变化使两个及以上设备可以在没有耦合的情况下操作，从而提高了整体性能。

18、在另一种实现形式中，谐振频率基于由布置在天线设备附近的另一天线设备辐射的第二频带确定。

19、基于相邻天线设备的频带确定谐振频率使多个天线设备能够共存并在操作期间无耦合或干扰地操作，从而实现天线设备的最佳操作。

20、在第二方面中，本公开提供了一种由两个及以上天线设备组成的阵列，所述阵列包括第一方面中的两个及以上天线设备。

21、两个及以上附加设备与天线设备结合使用，让天线设备可以在多个频带(即两个以上的频带)中操作。天线设备的整体能力得到提高，且能在不降低自身性能的情况下容纳一个或多个天线设备。此外，这样的设置能让多个天线设备共存并在两个及以上天线设备之间耦合或无干扰地操作。此外，在单个阵列中集成多个天线设备提高了整体性能，降低了天线设备的整体复杂性和相关成本。

22、第二方面中的天线设备阵列实现了第一方面中的天线设备的所有优点和效果。

23、在另一种实现形式中，所述天线设备阵列包括在第一频带中操作并具有调谐到第一谐振频率的第一谐振结构的第一天线设备。此外，所述阵列包括在第二频带中操作并具有调谐到第二谐振频率的第二谐振结构的第二天线设备，其中所述第一谐振频率基于所述第二频带确定，所述第二谐振频率基于所述第一频带。

24、以这种方式实现所述阵列以及基于相邻天线设备的频带确定谐振频率使得所述阵列的天线设备能够共存，并在操作期间通过使高回波损耗的频带失谐而无耦合或干扰地操作，从而实现天线设备的最佳操作。此外，这样的实现方式使得所述阵列可以进行双工行为，而无需使用附加设备，如双工器。

25、在另一种实现形式中，包括第一天线设备的天线设备阵列被配置用于上行链路，第二天线设备被配置用于下行链路。

26、以这种方式实现天线设备阵列能够在不实现双工器的情况下与天线设备进行双向通信，从而降低物理占用空间和相关的制造成本。

27、在另一种实现形式中，第一频带与第二频带重叠。

28、由于天线设备的失谐重叠区域，即使频带的重叠性质也不会在天线设备的操作期间提供信号的干扰或散射影响。

29、在另一种实现形式中，第一频带和第二频带各自包括多个子带，第一频带的子带与第二频带的子带交织。

30、应理解，上文讨论的所有实现形式都可以组合在一起。需要说明的是，本技术中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本技术中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的硬件或软件元件或其任何类型的组合实现。可以理解的是，本公开的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所定义的本公开的范围。

31、本公开的附加方面、优点、特征和目的从附图和结合以下所附权利要求书解释的说明性实现方式的详细描述中变得清楚。