具有支持高频带掩蔽的紧凑双极化盒形偶极子辐射元件的基站天线的制作方法

本发明涉及无线电通信和天线装置，且更具体地涉及用于蜂窝通信的双极化天线和操作双极化天线的方法。

背景技术：

1、蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。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“小区”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(bsa)，该基站天线被配置为提供与由基站服务的小区内的移动用户的双向射频(“rf”)通信。在许多情况下，每个基站都被划分为“区段”。在可能最常见的配置中，六角形形状的小区被划分成三个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近似65°的方位角半功率束宽(hpbw)，从而为每个120°扇区提供足够的覆盖。通常，基站天线安装在塔架或其他升高的结构上，辐射方向图(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。

2、而且，为了适应日益增长的蜂窝通信量，蜂窝运营商已经在各种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”辐射元件的单个线性阵列在多个频带中提供服务，但在其他情况下，可能必须在多频带基站天线中使用辐射元件的不同线性阵列来支持附加频带中的服务。

3、一种常规的多频带基站天线设计包括相对“低频带”辐射元件的至少一个线性阵列，该至少一个线性阵列可用于在617-960mhz频带中的一些或全部中提供服务。此外，为了降低成本并提供更紧凑的天线，这些“低频带”辐射元件中的每个辐射元件可以被配置为包围对应的相对“高频带”辐射元件，该辐射元件用于在1695mhz-2690mhz频带中的一些或所有者中提供服务。

4、常规盒形偶极子辐射元件可以包括四个偶极子辐射器，该偶极子辐射器被排列成限定盒状形状。四个偶极辐射器可以在公共平面上延伸，并且可以安装在平行于公共平面延伸的反射器的前面。所称的馈电柄(feed stalk)可用于从反射器向前安装四个偶极子辐射器，并且可用于在偶极子辐射器与天线的其他部件之间传递rf信号。在这些常规盒形偶极子辐射元件中的一些偶极子辐射元件中，可以提供总共八个馈电柄(4×2),并且可以在该盒的拐角处连接到盒形偶极子辐射器。

5、例如，如图1a至图1b所示，用于基站天线的常规多频带辐射器10可以包括相对较高频带辐射元件10a，该相对较高频带辐射元件在相对较低频带辐射元件10b内居中，并在四个侧面上被该相对较低频带辐射元件包围，该相对较低频带辐射元件被配置为包括四个偶极子辐射器的盒形偶极子辐射元件(“盒形偶极子”)，当从前面观察时，该四个偶极子辐射器被布置成限定盒形状。如图1a所示，rf信号可以通过在“盒”的两个相对的和“激励的”拐角处的馈电柄馈送到常规盒形偶极子辐射元件10b的四个偶极子辐射器。作为响应，响应于馈送到两个激励“差模”端口的差模(dm)电流，共模(cm)电流被自动施加到盒形偶极子的两个在直径上相对的非激励拐角处的馈电柄上。并且，由于这些共模电流作为单极在这些“非激励”馈电柄上辐射，因此盒形偶极子10b的总体辐射方向图实际上是两个偶极子和两个单极子(具有“零(null)”)的组合，如图1b的简化辐射方向图所示。遗憾的是，来源于单极子工作的辐射在设计盒形偶极子辐射器时可能是非常不合需要的。例如，尽管在与盒形偶极子10b中的差模电流相同时间辐射共模电流可预期使盒形偶极子10b的方位角hpbw稍微变窄，原因是存在由单极子辐射器引起的两个零，但盒形偶极子10b的并发共极化辐射方向图可预期在辐射方向图中展示出升高的“肩部”，这指在方位角平面中主瓣外部发射的辐射。这些肩部会显著降低天线的整体性能。

6、现在参考图2a至图2b，示出了常规交叉极化盒形偶极子辐射元件20、20’(具有向内倾斜的馈电柄，因此具有倾斜的单极子)，该偶极子辐射元件以相对于图1a的盒形偶极子辐射元件10b类似的方式工作。因此，如图所示，盒形偶极子辐射元件20、20’的第一对在直径上相对的“差模”端口的激励可以在对应的第二对端口中感应共模(cm)电流，这引起来自一对倾斜单极子的单极子型辐射。并且，如还由图2a所示，这种单极型辐射可导致在与盒形偶极子20相关联的方位角辐射方向图中产生不期望的“肩部”(s)。

技术实现思路

1、基站天线的盒形偶极子辐射元件可以使用被配置为支持倾斜极化辐射的基本上共面的辐射臂的紧凑四边形排列来支持相对低频带的辐射。此倾斜极化辐射响应于沿所述四边形排列的四个边生成的差模电流并且响应于在与所述差模电流基本上相同的平面中生成的共模电流而出现。根据本发明的一些实施方案，所述共模电流从所述辐射臂的四边形排列的一个拐角横穿到所述辐射臂的所述四边形排列的另一个在直径上相对的拐角。此外，第一至第四辐射臂中的每一者可以被配置为四边梯形辐射臂。并且，所述辐射臂的四边形排列的所述四个最外边包括：(i)第一相对边和第二相对边，所述第一相对边和所述第二相对边以第一距离彼此间隔开，以及(ii)第三相对边和第四相对边，所述第三相对边和所述第四相对边以所述第一距离彼此间隔开。因此，当从平面视角观察时，所述辐射臂的四边形排列的所述四个最外边可以沿矩形(例如，正方形)的边布置。所述辐射臂中的每个辐射臂也可以被配置为具有彼此平行延伸的最短边和最长边，以及第一径向发散边和第二径向发散边，所述第一径向发散边和所述第二径向发散边以钝角与所述最短边的相应的第一端和第二端相交并且以锐角与所述最长边的相应的第一端和第二端相交。

2、辐射臂也可以被配置为使用串联电感器来提供相对高频带掩蔽，该串联电感器被集成到辐射臂的四边形排列的四个最外边中的每个最外边中。在一些情况下，每个辐射臂的四个边中的三个边也可以包括串联电感器。除此之外，这些电感器用于保持辐射臂的足够电气长度，并进一步有助于减小盒形偶极子辐射元件的整体尺寸。

3、根据本发明的进一步实施方案，辐射臂中的每个辐射臂的最短边具有至少一个馈电信号通孔。还提供了多根同轴电缆，该同轴电缆延伸穿过辐射臂中的馈电信号通孔中的对应一个馈电信号通孔。馈电信号路由基板也提供在辐射臂的最短边的前向表面上。在一些情况下，可以是八边形的馈电信号路由基板的中心与基本上共面的辐射臂的四边形排列的中心对准。馈电信号路由基板包括在其前向表面上的第一至第四信号迹线。第一信号迹线被配置为跨越第一辐射臂与第二辐射臂之间的空气间隙，第二信号迹线被配置为跨越第二辐射臂与第三辐射臂之间的空气间隙，第三信号迹线被配置为跨越第三辐射臂与第四辐射臂之间的空气间隙；并且第四信号迹线被配置为跨越第四辐射臂与第一辐射臂之间的空气间隙。第一至第四接地平面段也提供在馈电信号路由基板的后向表面上，该馈电信号路由基板可以被配置为双面印刷电路板(pcb)。多个第一至第四接地平面段电耦合到信号迹线中的对应信号迹线，并且电容耦合(例如，穿过空气间隙和阻焊层“电介质”(例如，树脂层))到辐射臂的最短边中的相应最短边，从而提供具有高隔离度的馈电信号路由网络。

4、也可以提供多根同轴电缆，该同轴电缆具有焊接到印刷电路板内的相应电镀通孔中的中心导体。特别地，所述多根同轴电缆包括具有中心导体的四根同轴电缆，所述中心导体焊接接合到所述馈电信号路由基板的前向表面上的第一至第四信号迹线中的相应者。所述辐射臂的四边形排列也可以由馈电柄支撑在反射器上方，并且所述多根同轴电缆可以延伸所述馈电柄的长度并且穿过所述辐射臂内的所述馈电信号通孔。所述馈电柄可以包括附接到相应的第一至第四辐射臂的第一至第四竖直支撑件。特别地，第一至第四竖直支撑件可以与第一至第四辐射臂中的对应一者邻接，并且可以由冲压金属形成。

5、根据本发明的另一实施方案，一种盒形偶极子辐射元件包括：(i)辐射臂的四边形排列，所述四边形排列被配置为响应于沿所述四边形排列的四个边生成的差模电流而支持倾斜极化辐射，以及(ii)馈电信号路由网络，所述馈电信号路由网络包括位于所述四边形排列内的第一至第四辐射臂的前向表面的部分上的馈电信号路由基板。此馈电信号路由基板包括位于其前向表面上的第一至第四信号迹线，以及位于其后向表面上的第一至第四接地平面段。第一至第四接地平面段电容耦合到第一至第四辐射臂中的相应者。第一信号迹线跨越第一辐射臂与第二辐射臂之间的空气间隙，第二信号迹线跨越第二辐射臂与第三辐射臂之间的空气间隙，第三信号迹线跨越第三辐射臂与第四辐射臂之间的空气间隙，并且第四信号迹线跨越第四辐射臂与第一辐射臂之间的空气间隙。特别地，第一信号迹线跨越第一辐射臂的径向发散边与第二辐射臂的径向发散边之间的空气间隙，所述第二辐射臂的所述径向发散边通常平行于第一辐射臂的径向发散边延伸。类似地，第二至第四信号迹线也可以跨越辐射臂的径向发散边中的对应者之间的空气间隙。

6、此外，可以提供第一至第四同轴馈电电缆，所述第一至第四同轴馈电电缆具有电耦合到第一至第四信号迹线中的相应者的中心导体。例如，所述中心导体可以通过所述馈电信号路由基板内的电镀通孔电耦合到所述第一信号迹线至所述第四信号迹线中的对应者。这些信号迹线中的每个信号迹线的相对端也可以通过电镀并填充的通孔电耦合到对应接地平面段，该接地平面段可以电容耦合到相应辐射臂。

7、根据本发明的又一实施方案，一种盒形偶极子辐射元件包括辐射臂的四边形排列，所述辐射臂的四边形排列在从平面视角观察时具有沿正方形的边布置的四个最外边，以及在所述四个最外边处终止的第一至第四对间隔开并径向发散边。馈电信号路由基板提供在所述四边形排列内的第一至第四辐射臂的前向表面的部分上。馈电信号路由基板包括位于其前向表面上的第一至第四信号迹线，所述第一至第四信号迹线跨越第一至第四对径向发散边中的相应者之间的空气间隙，所述第一至第四对径向发散边可以是与四个最外边基本上共面的。

8、在本发明的一些附加实施方案中，辐射臂的四边形排列由馈电柄支撑在反射器上方，所述馈电柄具有安装到所述馈电柄的多根同轴电缆。延伸穿过辐射臂的四边形排列内的开口的这些电缆具有中心导体，所述中心导体焊接接合到馈电信号路由基板内的通孔中，并且电连接到第一至第四信号迹线中的相应者。多个第一至第四信号迹线电连接到相应的第一至第四接地平面段，该第一至第四接地平面段在馈电信号路由基板的后向表面上延伸。第一至第四接地平面段跨空气间隙和可能的pcb阻焊层(例如，介电树脂)电容耦合到四边形排列内的相应的第一至第四辐射臂。