[发明专利]带透镜基站天线

说明书

一种带透镜天线系统(10)包括具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件(20a)，可选的具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件(20b)，和射频透镜(30)。射频透镜具有第三纵向轴线。射频透镜(30)被设置为使得第一列辐射元件和第二列辐射元件(20a，20b)的纵向轴线与射频透镜(30)的纵向轴线对齐并且由这些辐射元件列产生的波束的方位角被指向射频透镜。多波束天线系统还包容置着这些辐射元件列和射频透镜的天线罩(60)。可以具有多于或少于两列的辐射元件。透镜使天线阵列的HPBW变窄同时增加它们的增益因此增大系统容量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年4月3日提交的美国申请No.14/244,369和于2013年9月9日提交美国临时申请No.61/875,491的优先权，它们被整体以引用方式并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及无线电通信，并且更具体涉及在蜂窝通信系统中使用的多波束天线。

蜂窝通信系统的名字起源于这样一个事实：通信覆盖的区域在地图上分为小区。每个这种小区配置有一个或多个天线，天线被构造用于提供与在地理位置上位于该给定小区内的手机用户的双路无线/RF通信。一个或多个天线可服务该小区，其中通常使用的多个天线分别被构造用于服务小区的扇区。典型的，多个这些扇区天线被配置在塔上，辐射波束通过每个向外指向的天线产生，以服务相应小区。

常见的无线通信网络规划包括服务三个六边形形状的小区或扇区的基站。这通常已知为三扇区配置。在三扇区配置中，给定的基站天线服务120°扇区。典型地，65°半功率波宽(HPBW)天线为120°扇区提供覆盖。三个120°扇区提供360°覆盖。其它分区方案也可采用。例如，六个、九个、和十二个扇区位置已经建议了。六个扇区部位可包括六个指向的基站天线，每一个具有服务60°扇区的33°HPBW天线。在其它提议的解决方案中，单一列、多列阵列可通过馈送网络驱动，以从单一孔隙产生两个或更多个波束。例如，参考美国文献No.20110205119，该文献被以引用方式并入本文。

增加扇区的数量会增大系统的容量，因为每个天线能够服务更小的区域。然而，将覆盖区域分成更小的扇区也有缺点，因为覆盖窄扇区的天线通常比覆盖较宽扇区的天线具有更多的、间隔更宽的辐射元件。例如，典型的33°HPBW天线通常是常见的65°HPBW天线的两倍宽度。因此，成本和空间需求增加了，因为小区被分成更大数量的扇区。

为了解决这些问题，已经研发出利用多波束形成网络(BFN)驱动辐射元件的平面阵列、比如巴特勒矩阵的天线。然而，BFN具有很多固有的缺陷，包括不对称波束以及与端口隔离度、增益损失和狭窄频带有关的问题。基于传统椤勃柱面透镜的多波束天线的类别(Henry Jasik:Antenna Engineering Handbook,McGraw-Hill,New York,1961,p.15-4)已经尝试着解决这些问题。虽然这些透镜可能具有更好的性能，但经典椤勃透镜(每一层中具有不同电介质的多层柱面透镜)成本高并且制造过程极其复杂。另外，这些天线系统存在很多问题，包括在宽频带上的波宽稳定性和高交叉-极化水平。因此，需要一种以可接受的成本解决这些问题用于提供高性能多波束基站天线的天线系统。

发明内容

在本发明的一个例子中，提供了一种多波束天线系统。多波束天线系统包括具有第一纵向轴线和第一方位角的第一列辐射元件，具有第二纵向轴线和第二方位角的第二列辐射元件，和射频透镜。射频透镜具有第三纵向轴线。射频透镜被设置为使得第一列辐射元件和第二列辐射元件的纵向轴线与射频透镜的纵向轴线对齐并且使得由这些辐射元件列产生的波束的方位角被指向射频透镜。一个或多个辐射元件列可被在俯仰平面中相对于射频透镜的轴线稍稍倾斜。多波束天线系统还包括容置着这些辐射元件列和射频透镜的天线罩。