具有提供改善的列内和/或相邻跨列隔离的校准电路连接的基站天线的制作方法

本发明涉及蜂窝通信系统，更具体地说，涉及采用波束成形天线的蜂窝通信系统。

背景技术：

1、蜂窝通信系统用于向固定和移动用户提供无线通信。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被分成一系列被称为“小区”的区域，并且每个小区由基站服务。每个基站可以包括基带设备、无线电设备和基站天线，其被配置为提供与小区内的用户的双向射频(“rf”)通信。

2、基站天线是可以集中在某些方向上发射或接收的rf能量的定向设备。基站天线在给定方向上的“增益”是天线将rf能量集中在该方向上的能力的量度。由基站天线产生的辐射图也被称为“天线波束”，它是跨所有不同方向的天线增益的集合。基站天线通常被设计成产生天线波束，该天线波束被成形为提供服务于预定义的覆盖区域，诸如小区或其一部分，通常被称为“扇区”。由基站天线产生的天线波束通常被设计为在整个预定义的覆盖区域具有最小增益等级，并且在覆盖区域之外具有更低的增益等级，以减少与相邻小区或扇区的干扰。通常，基站天线包括一个或多个相位受控的辐射元件阵列，其中当天线被安装以供使用时，辐射元件被布置在一个或多个垂直列中，其中“垂直”是指相对于由水平面限定的平面大体垂直的方向。

3、图1是传统蜂窝基站10的示意图，基站10包括安装在诸如天线塔之类的升高结构30上的若干基站天线20。基带设备40可以安装在塔30的基座处，并且线缆连接42可将基带设备40连接到安装在每一基站天线20后面的远程无线电头端(未在图1中示出)。每个基站天线20可以产生天线波束50(在图1中示意性地示出)，其在水平或“方位角”平面中向120°扇区提供服务。例如，每个基站天线20可以被设计成具有约65°的半功率波束宽度，其在整个120°扇区提供良好的覆盖。

4、早期基站天线所产生的天线波束通常在形状及视轴指向方向(视轴指向方向是指天线波束呈现峰值增益的方向)上均固定，意即一旦安装基站天线，其天线波束便无法改变，除非技术人员以物理方式重新配置和/或重新定位天线。通过向天线发送控制信号，可以电子地改变由大多数现代基站天线产生的天线波束的形状和视轴指向，该控制信号改变通过产生天线波束的阵列的每个辐射元件发送/接收的rf能量的幅度和/或相位。对天线波束最常见的改变是改变仰角或“下倾”角(即，相对于天线波束的视轴指向方向的水平面的角度)。可以使其下倾角以电子方式改变的基站天线通常被称为远程电子倾斜(“ret”)天线。

5、为了增加容量，一些蜂窝基站现在采用包括具有多列双极化辐射元件的天线阵列的波束成形天线和波束成形无线电设备。在一些波束成形天线中，每列辐射元件耦合到波束成形无线电设备的相应的一对端口(每个极化一个无线电端口)。波束成形无线电设备可以调整传递到每列辐射元件的rf信号的子分量的幅度和相位，使得由每列辐射元件辐射的rf能量在期望的方向上相长地组合以形成在方位角平面中具有更窄的波束宽度的更聚焦的、更高增益的天线波束。在许多情况下，波束成形天线可以逐个时隙地生成不同的天线波束，使得可以在不同时隙期间在整个扇区中电子地操纵非常高增益的天线波束，以便在整个扇区中向用户提供覆盖。

6、遗憾的是，当rf信号的子分量从无线电设备传递到基站天线时，由无线电设备施加到传递到波束成形天线的每一列的rf信号的子分量的相对幅度和相位可能以不期望的方式改变。例如，由于用于放大相应的发送和接收的信号的放大器中的非线性、天线上不同无线电端口和相应rf端口之间的线缆连接的长度的差异、温度的变化等，可能出现相对幅度和相位的变化。如果相对幅度和相位改变，则所得到的天线波束通常将在期望的方向上呈现较低的增益，而在不期望的方向上呈现较高的增益，从而导致性能下降。虽然幅度和相位变化的一些原因可能倾向于静态(即，它们不随时间变化)，但是其它原因可能是动态的，并且因此更难以补偿。

7、为了减少上述幅度和相位变化的影响，波束成形天线可以包括校准电路，该校准电路对rf信号的每个子分量进行采样，并将这些采样传送回无线电设备。校准电路可以包括多个定向耦合器以及校准组合器，每个定向耦合器被配置为从在无线电端口和相应辐射元件列之间延伸的rf传输路径中的相应一个rf传输路径分接rf能量，校准组合器被用于组合从这些rf传输路径中的每个分接的rf能量。校准组合器的输出耦合到天线上的校准端口，该校准端口又耦合回无线电设备。无线电设备可以使用rf信号的每个子分量的采样来确定沿着每个传输路径的相对幅度和/或相位变化，并且然后可以调整所施加的幅度和相位权重以应对这些变化。

技术实现思路

1、根据本发明的一些实施例，提供了基站天线，其包括校准电路和天线阵列，校准电路具有定向耦合器的多个对，天线阵列包括辐射元件的多个列，其中每一列中的辐射元件的第一极化辐射器电连接到定向耦合器中的相应一对的第一定向耦合器，并且该列中的辐射元件的第二极化辐射器电连接到定向耦合器的该相应一对的第二定向耦合器。定向耦合器中第一对中的第一定向耦合器仅与除了定向耦合器的第一对之外的定向耦合器的对中的定向耦合器相邻。

2、在一些实施例中，定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器可以被插入在形成定向耦合器的第二对的两个定向耦合器之间。在一些实施例中，除了定向耦合器的第二对之外的定向耦合器的对的至少两个定向耦合器可以被插入在形成定向耦合器的第二对的两个定向耦合器之间。在一些实施例中，定向耦合器的每一对中的每个定向耦合器可以仅与定向耦合器的其它对中的定向耦合器相邻。

3、在一些实施例中，对于定向耦合器的每一对，在定向耦合器的另一对中的至少一个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。在其它实施例中，对于定向耦合器的每一对，来自定向耦合器的其它对中的一对或多对的至少两个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。在又一其它实施例中，对于定向耦合器的每一对，来自定向耦合器的其它对中的一对或多对的至少三个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。

4、在一些实施例中，定向耦合器的每一对中的第一定向耦合器可以在第一轴的第一侧上，定向耦合器的每一对中的第二定向耦合器可以在第一轴的第二侧上。

5、在一些实施例中，定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器可以电连接到辐射元件的第一列，并且仅与和电连接到第一列辐射元件不相邻的辐射元件的列的定向耦合器的对中的定向耦合器相邻。在一些实施例中，定向耦合器的对中的定向耦合器可以被定位成使得任何两个相邻定向耦合器的集合都不电连接到辐射元件的相邻列。

6、在一些实施例中，基站天线还可以包括多个第一极化rf端口和多个第二极化rf端口，其中每个第一极化rf端口耦合到定向耦合器中的相应一对中的第一定向耦合器，并且每个第二极化rf端口耦合到定向耦合器中的该相应一对中的第二定向耦合器。

7、在一些实施例中，定向耦合器的对中的定向耦合器可以在单个行中对准。在其它实施例中，定向耦合器的对中的第一二分之一的定向耦合器可以在第一行中对准，定向耦合器的对中的第二二分之一的定向耦合器可以在第二行中对准。

8、根据本发明的进一步实施例，提供了基站天线，其包括校准电路和天线阵列，该校准电路具有定向耦合器多个对，该天线阵列包括辐射元件的多个列，其中每一列中的辐射元件的第一极化辐射器电连接到定向耦合器中的相应一对的第一定向耦合器，并且该列中的辐射元件的第二极化辐射器电连接到定向耦合器中的该相应一对的第二定向耦合器。定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器被插入在形成定向耦合器的第二对的两个定向耦合器之间。

9、在一些实施例中，除了定向耦合器的第二对之外的定向耦合器的对的至少两个定向耦合器可以被插入在形成定向耦合器的第二对的两个定向耦合器之间。在一些实施例中，对于定向耦合器的每一对，在定向耦合器的另一对中的至少一个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。在一些实施例中，对于定向耦合器的每一对，来自定向耦合器的其它对中的一对或多对的至少两个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。

10、在一些实施例中，对于定向耦合器的每一对，来自定向耦合器的其它对中的一对或多对的至少三个定向耦合器可以被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。在一些实施例中，定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器电连接到辐射元件的第一列，并且仅与和电连接到辐射元件的第一列不相邻的辐射元件的列的定向耦合器的对中的定向耦合器相邻。在一些实施例中，定向耦合器的对中的定向耦合器被定位成使得任何两个相邻定向耦合器的集合都不电连接到辐射元件的相邻列。

11、根据本发明的进一步实施例，提供了基站天线，其包括具有多个定向耦合器的校准电路以及天线阵列，该多个定向耦合器包括多个第一极化定向耦合器和多个第二极化定向耦合器，该天线阵列包括辐射元件的多个列，其中每一列中的辐射元件电连接到第一极化定向耦合器中的相应一个和第二极化定向耦合器中的相应一个。第一极化定向耦合器中的与辐射元件的第一列电连接的第一个第一极化定向耦合器和第二极化定向耦合器中的与辐射元件的第一列电连接的第一个第二极化定向耦合器不相邻。

12、在一些实施例中，与辐射元件的每个列电连接的每个第一极化定向耦合器和与辐射元件的每个列电连接的相应第二极化定向耦合器不相邻。在一些实施例中，与除了所述辐射元件的第一列之外的辐射元件的列电连接的至少两个定向耦合器被定位在与辐射元件的第一列电连接的第一极化定向耦合器和与辐射元件的第一列电连接的第二极化定向耦合器之间。

13、在一些实施例中，对于辐射元件的每个列，与辐射元件的其它列电连接的至少两个定向耦合器被定位在用于辐射元件的该列的第一极化定向耦合器与用于辐射元件的该列的第二极化定向耦合器之间。

14、根据本发明的其它实施例，提供了基站天线，其包括具有多个定向耦合器的校准电路和包括辐射元件的多个列的天线阵列，其中每一列中的辐射元件的第一极化辐射器电连接到定向耦合器的相应一对的第一定向耦合器，并且该列中的辐射元件的第二极化辐射器电连接到定向耦合器的该相应一对的第二定向耦合器。定向耦合器的对中的定向耦合器被定位成使得任何两个相邻定向耦合器的集合都不电连接到辐射元件的相邻列。

15、在一些实施例中，定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器仅与除了定向耦合器的第一对之外的定向耦合器的对中的定向耦合器相邻。在一些实施例中，定向耦合器的每一对中的每个定向耦合器仅与定向耦合器的其它对中的定向耦合器相邻。

16、在一些实施例中，定向耦合器的第一对中的第一定向耦合器被插入在形成定向耦合器的第二对的第一定向耦合器和第二定向耦合器之间。在一些实施例中，对于定向耦合器的每一对，在定向耦合器的另一对中的至少一个定向耦合器被插入在定向耦合器的该对中的两个定向耦合器之间。

17、根据本发明的又一些实施例，提供了基站天线，其包括：反射器；天线阵列，该天线阵列包括被安装为从反射器向前延伸的辐射元件的多个列；安装在反射器后面的校准电路板，该校准电路板包括形成在其中的校准电路，该校准电路包括定向耦合器的多个对；多个第一极化射频(“rf”)传输线，每个第一极化rf传输线将定向耦合器的每一对的第一定向耦合器连接到辐射元件的相应列中的辐射元件的第一极化辐射器；以及多个第二极化rf传输线，每个第二极化rf传输线将定向耦合器的每一对的第二定向耦合器连接到辐射元件的相应列中的辐射元件的第二极化辐射器。第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线与第二极化rf传输线中的至少一个第二极化rf传输线交叉。

18、在一些实施例中，每个第一极化rf传输线包括第一极化rf线缆和在校准电路板中实现的第一极化rf传输线段，并且每个第二极化rf传输线包括第二极化rf线缆和在校准电路板中实现的第二极化rf传输线段。在一些实施例中，第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线的第一极化rf线缆与第二极化rf传输线中的第一个第二极化rf传输线的第二极化rf线缆交叉。在一些实施例中，第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线的第一极化rf线缆与其它第一极化rf线缆中的至少两个第一极化rf线缆和第二极化rf线缆中的至少两个第二极化rf线缆相交。

19、在一些实施例中，第一极化rf传输线中的至少三个第一极化rf传输线各自与第二极化rf传输线中的至少一个第二极化rf传输线交叉。在一些实施例中，第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线与第二极化rf传输线中的至少三个第二极化rf传输线交叉。在一些实施例中，第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线还与其它第一极化rf传输线中的至少一个第一极化rf传输线交叉。在一些实施例中，与第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线电连接到辐射元件的相同列的第二极化rf传输线中的第一个第二极化rf传输线不与任何其它第一极化rf传输线或任何第二极化rf传输线交叉。在一些实施例中，第一极化rf传输线中的第一个第一极化rf传输线与其它第一极化rf传输线中的至少两个第一极化rf传输线和第二极化rf传输线中的至少两个第二极化rf传输线交叉。