宽带低波束耦合双波束相控阵列的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案交叉申请
[0002] 本申请要求于2013年8月7日递交的发明名称为"宽带低波束耦合双波束相控阵 列"的第61/863203号美国临时申请案的在先申请优先权，以及于2013年9月30日递交的 发明名称为"宽带低波束耦合双波束相控阵列"的第14/041754号美国专利申请的优先权， 该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及无线通信，并在特定的实施例中涉及宽带低波束耦合双波束相控 阵列。
【背景技术】
[0004] 现今，无线蜂窝天线可以发射单波束或多波束信号。单波束天线发射单波束信号， 指向天线瞄准方向，而双波束天线从天线机械瞄准上发射两个非对称的波束信号，按相反 的补偿角指向两个不同的方向。在覆盖固定的蜂窝网络中，双波束天线的方位波束图比单 波束天线的方位波束图更窄。例如，双波束天线可以发射两个波束，其中两个波束半功率 波宽（HPBW)在方位方向大约为33度；而单波束天线可以发射一个波束，其中一个波束的 HPBW在方位方向大约为65度。双波束天线发射的两个窄波束一般可指向补偿的方位方向， 例如，加减20度来将两个波束之间的波束耦合系数减至最低并在三扇区网络中提供HPBW 的65度的覆盖。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例描述了宽带低波束耦合双波束相控阵列，一般可以实现技术上的优 势。
[0006] 根据一实施例，提供了宽带辐射单元。该例子中，所述宽带辐射单元包括安装在天 线反射器上方的低带谐振器、安装在低带谐振器上方的中带辐射片和安装在中带辐射片上 方的高带辐射片。低带谐振器位于中带辐射片和天线反射器中间。
[0007] 根据另一实施例，提供了探针馈电片辐射单元。该例子中，探针馈电片辐射单元包 括位于天线反射器下方的第一印刷电路板（PCB)、位于天线反射器上方的第二PCB、多个穿 过天线反射器的馈电线和位于第二PCB上方的辐射片。所述第一PCB上印刷有多个微带馈 电线，所述第二PCB上印刷有多个扇形探针。所述多个馈电线将微带馈电线和扇形探针可 导性地耦合，辐射片和扇形探针电磁耦合。
[0008] 根据又一实施例，提供了天线。该例子中，所述天线包括天线反射器、多个安装在 天线反射器上的高带辐射单元和多个安装在天线反射器上的宽带辐射单元。所述多个高带 辐射单元用于以窄高频带进行辐射，所述多个宽带辐射单元用于以包含窄高频带的宽频带 进行辐射。
[0009] 根据又一实施例，提供了另一种天线。该例子中，所述天线包括天线反射器和多个 安装在天线反射器上的宽带辐射单元。所述多个宽带辐射单元设置在包括与第二组行交错 的第一组行的多列阵列。第一组行中的宽带辐射单元相对于第二组行中的宽带单元横移。 [0010] 根据又一实施例，提供了一种装置，包括辐射单元阵列和与辐射单元阵列耦合的 方位波束成形网络（ABFN)结构。该例子中，所述ABFN结构用于：接收左手波束和右手波 束；将三个或三个以上任意幅度移位应用于左手波束的副本以获得至少三个或三个以上的 幅度移位的左手波束；将三个或三个以上任意相移应用于右手波束的副本以获得三个或三 个以上的相移的右手波束。AFBN结构还用于：将三个或三个以上相移的右手波束分别与三 个或三个以上的幅度移位的左手波束混合以获得三个或三个以上混合信号；向辐射单元阵 列奇数行中的辐射单元分别转发三个或三个以上混合信号的副本。AFBN结构还用于调整三 个或三个以上混合信号副本的预倾角以获得三个或三个以上预倾角调整后的信号；向辐射 单元阵列偶数行中的辐射单元分别转发三个或三个以上预倾角调整后的信号。
【附图说明】
[0011] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
[0012] 图1示出了传统双波束天线阵列的图。
[0013] 图2示出了传统低带辐射单元的图。
[0014] 图3示出了传统高带辐射单元的图。
[0015] 图4A至4D示出了一实施例的宽带槽親合层叠片单元图。
[0016]图5示出了一实施例的宽带槽耦合层叠片单元的辐射方向图。
[0017] 图6示出了通过一实施例的宽带辐射单元实现的电压驻波比（VSWR)的图。
[0018] 图7示出了通过一实施例的宽带辐射单元实现的端口隔离度的图。
[0019] 图8A至8D示出了一实施例的薄型探针馈电辐射单元的图。
[0020] 图9示出了一实施例的薄型探针馈电辐射单元的辐射方向图。
[0021] 图10示出了通过一实施例的薄型探针馈电辐射单元实现的电压驻波比（VSWR)的 图。
[0022] 图11示出了通过一实施例的薄型探针馈电辐射单元实现的端口隔离度的图。
[0023] 图12A至12B示出了一实施例的宽带天线阵列架构图。
[0024] 图13A至13B示出了另一实施例的天线阵列架构图。
[0025] 图14示出了通过一实施例的宽带天线阵列实现的方位辐射方向图。
[0026] 图15示出了一实施例的横向配对任意功能方位波束成形网络（ABFN)的图。
[0027] 图16A至16B示出了一实施例的纵向配对任意功能方位波束成形网络（ABFN)的 图。
[0028] 图17示出了一实施例的三列方位波束成形网络（ABFN)的微带布局图。
[0029] 图18示出了方位波束成形网络（ABFN)的信号流程图。
[0030] 图19示出了一实施例的制造设备的框图。
[0031] 除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是 为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。
【具体实施方式】
[0032] 下文将详细论述本发明实施例的制作和使用。应了解，本文所揭示的概念可以在 多种具体环境中实施，且所论述的具体实施例仅作为说明而不限制权利要求书的范围。进 一步的，应理解，可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，对本 文做出各种改变、替代和更改。
[0033] 为了实现增强的空间选择（例如，通过波束成形）以及更高的频谱效率，基站天线 通常使用天线振子阵列。传统的双波束天线阵列可用于：通过通用移动通讯系统（UMTS)带 内频率（例如，1. 71GHz至2. 17GHz之间）和长期演进（LTE)频带内频率（例如，2. 49GHz至 2. 69GHz之间），而不是通过包括UMTS带和LTE带在内的频率（例如，1710MHz至2690MHz 之间），进行传输。因此，需要有机制和技术提供能够进行连续宽带操作（例如，1.7GHz至 2. 69GHz之间）的天线阵列。
[0034] 本发明各方面，提供了能够在1. 71GHz和2. 69GHz之间进行连续宽带操作的宽带 槽耦合层叠片天线振子。宽带槽耦合层叠片天线振子包括中带辐射片、高带辐射片和包括 能够在低中高带频率共振的耦合槽的低带谐振器。在本发明的各方面中，为增强阵列高带 频率图，还提供了薄型探针馈电片单元。该薄型片单元的特点是具有扇形探针，其中扇形探 针有三方面的调节能力，即长度、宽度和传播角度。在本发明另外的方面中，提供了三列四 列的宽带片辐射器的补偿阵列，还有交错阵列的薄型高带片辐射器和宽带辐射单元。
[0035] 图1示出了传统双波束天线阵列100,包括天线罩110、多个低带辐射单元120和 多个高带辐射单元130。如图所述，低带辐射单元120和高带辐射单元设置在一列中。值得 注意的是，低带辐射单元120通常是并列的，并用于以不同于高带辐射单元130的频带进行 辐射。同时，在两个带的信号必须在共同的位置辐射时的位置，高带辐射器一般会和低带辐 射器叠加。
[0036] 图2示出了安装在天线反射器210上的传统低带辐射单元200。低带辐射单元200 包括背腔222、印刷电路板（PCB) 224和低带辐射单元226。背腔222容纳主用的天线组件。 PCB包括使得主用的天线组件驱动低带辐射单元226的一些对接。图3示出了传统高带辐 射单元300,其结构类似于传统低带辐射单元200。传统高带辐射单元300安装在天线反射 器310上，包括背腔332、PCB334和按照配置与传统低带辐射单元200组件配置相似的低 带福射单元336。值得注意的是，高带福射单元300用于在不同于低带福射单元200的频带 上操作。
[0037] 所公开的方面描述了宽带槽耦合层叠片辐射单元，用于提供在1.71GHz和 2.