[發(fā)明專利]雙波束扇區(qū)天線與陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310716957.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103682573A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·日摩門;華言平;H·曹;I·季莫費(fèi)耶夫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安德魯有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01Q1/24
• 分類號(hào): H01Q1/24;H01Q25/00;H01Q3/40;H01Q21/06;H01Q21/24
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 趙騰飛;王英

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年11月12日，申請(qǐng)?zhí)枮?00980151807.2的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

要求優(yōu)先權(quán)

本申請(qǐng)要求于2008年11月19日提交的、題為雙波束天線陣列的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/199,840的優(yōu)先權(quán)，并將其教導(dǎo)并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及無(wú)線通信，更具體地說(shuō)，涉及在蜂窩通信系統(tǒng)中使用的多波束天線。

背景技術(shù)

蜂窩通信系統(tǒng)因通信覆蓋的區(qū)域被映射到各小區(qū)的事實(shí)而得名。每個(gè)這種小區(qū)擁有為了向在地理上位于給定的小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)用戶提供雙向無(wú)線/RF通信而配置的一個(gè)或多個(gè)天線。一個(gè)或多個(gè)天線可以向小區(qū)提供服務(wù)，其中，通常使用多個(gè)天線并且每個(gè)天線配置成向小區(qū)的一個(gè)扇區(qū)提供服務(wù)。典型地，這些多個(gè)扇區(qū)天線配置在一座塔上，并由每個(gè)朝向外面的天線生成的輻射波束來(lái)向各自的小區(qū)提供服務(wù)。

在普通的3扇區(qū)蜂窩配置中，每個(gè)扇區(qū)天線通常具有65°3dB方位角波束寬度（AzBW）。在另一配置中，6扇區(qū)小區(qū)還可以用于增加系統(tǒng)容量。在這種6扇區(qū)小區(qū)配置中，每個(gè)扇區(qū)天線可以具有針對(duì)6扇區(qū)應(yīng)用最常用的33°或45°AzBW。然而，在一座塔上使用6個(gè)天線（其中，每個(gè)天線典型地比3扇區(qū)系統(tǒng)中使用的普通65°AzBW天線寬兩倍）是不緊湊的，并且更加昂貴。

雙波束天線（或多波束天線）可以用于減少塔上天線的數(shù)量。多波束天線的關(guān)鍵是波束形成網(wǎng)絡(luò)（BFN）。在圖1A和圖1B中示出了現(xiàn)有技術(shù)的雙波束天線的示意圖。天線11使用具有在12處示出的3dB90°混合耦合器的2x2BFN10，并在信號(hào)端口14處在方位角平面中形成波束A和波束B兩者。（2x2BFN意味著BFN通過(guò)使用2個(gè)列來(lái)生成2個(gè)波束）。兩個(gè)輻射體耦合端口16連接到也被稱為輻射體的天線元件，并且兩個(gè)端口14耦合到提供仰角波束傾斜（見(jiàn)圖1B）的移相網(wǎng)絡(luò)。圖1C中所示的這種現(xiàn)有技術(shù)天線的主要缺點(diǎn)是多于50%的輻射功率被浪費(fèi)并指向了用于6扇區(qū)應(yīng)用的期望的60°扇區(qū)之外，以及方位角波束太寬（150°@-10dB水平）造成對(duì)其它扇區(qū)的干擾（如圖1D中所示）。此外，由于非預(yù)期小區(qū)內(nèi)的一個(gè)天線生成的高干擾，低增益和較大的后瓣（大約-11dB）對(duì)于現(xiàn)代系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不可接受的。另一個(gè)缺點(diǎn)是使用垂直極化并且沒(méi)有極化分集。

在其它雙波束的現(xiàn)有技術(shù)解決方案中（例如在美國(guó)專利申請(qǐng)U.S.2009/0096702Al中所示的），示出了3列陣列，但是這種陣列仍然生成非常高的旁瓣（大約-9dB）。

因此，需要一種改善的雙波束天線，其在寬頻帶操作中具有改善的方位角旁瓣抑制、具有改善的增益、以及產(chǎn)生對(duì)其它扇區(qū)較小的干擾和期望扇區(qū)的更佳的覆蓋范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)將不同的雙波束天線模塊集成到天線陣列中來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這些模塊（子陣列）的關(guān)鍵是改善的波束形成網(wǎng)絡(luò)（BFN）。這些模塊可以有利地用作陣列的一部分或獨(dú)立的天線。完整陣列中的2x2、2x3以及2x4BFN的組合允許對(duì)兩個(gè)波束的振幅和相位分布進(jìn)行優(yōu)化。因此，通過(guò)將不同類型的模塊進(jìn)行集成以形成完整陣列，本發(fā)明提供了一種改善的雙波束天線，其具有在寬頻帶操作中改善的方位角旁瓣抑制、改善的期望的蜂窩扇區(qū)的覆蓋、以及對(duì)其它小區(qū)造成的較小的干擾。有利的是，通過(guò)將高達(dá)95%的輻射功率指向期望的扇區(qū)，實(shí)現(xiàn)了較好的小區(qū)效率。對(duì)天線波束的形狀進(jìn)行優(yōu)化并可連同非常低的旁瓣/后瓣一起進(jìn)行調(diào)整。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)使用M?x?N?BFN（例如，針對(duì)3列陣列的2X3BFN和針對(duì)4列陣列的2X4BFN，其中M≠N）來(lái)實(shí)現(xiàn)一種天線。

在本發(fā)明的另一方面，可以制造2列、3列、以及4列的輻射體模塊（諸如2X2、2X3、以及2X4模塊）。每個(gè)模塊可以在給定的列中具有一個(gè)或多個(gè)雙極化輻射體。這些模塊可以作為陣列的一部分或獨(dú)立的天線來(lái)使用。

在本發(fā)明的另一方面，2X2和2X3輻射體模塊的組合可以用于制造雙波束天線，該雙波束天線具有大約35°到55°AzBW并且具有針對(duì)兩種波束較低的旁瓣/后瓣。

在本發(fā)明的另一方面，將2X3和2X4輻射體模塊的組合集成以制造雙波束天線，其具有大約25°到45°AzBW以及針對(duì)兩種波束的較低的旁瓣/后瓣。

在本發(fā)明的另一方面，2X2、2X3和2X4輻射體模塊的組合用于制造雙波束天線，其具有大約25°到45°AzBW以及針對(duì)兩種波束在方位角和仰角平面內(nèi)的較低的旁瓣/后瓣。

在本發(fā)明的另一方面，2X2和2X4輻射體模塊的組合可以用于制造雙波束天線。