[发明专利]具有用于控制波束宽度的介电板载荷的天线

说明书

本申请根据35U.S.C.§120要求下列美国临时申请的优先权：2014年11月18日提交的美国临时申请序列号62/081,226。该申请的公开以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及无线电通信。更具体地，本发明涉及修改用于蜂窝通信系统的天线方位角波束宽度。

背景技术

对于常见的三扇区蜂窝(三蜂窝)基站应用，三个三扇区天线中的每一个通常都具有65°3dB(半功率)的方位角波束宽度(AzBW)。这样的常规的三扇区天线可以使用单列辐射元件生成65°AzBW。

可以采用六扇区基站小区来增加系统容量。具有33°-45°AzBW的天线是最适用于六扇区应用的。将AzBW从65°缩窄到33°-45°的传统方式包括采用以水平和垂直间隔布置在常规平面反射器上的多列辐射元件阵列以达到期望的AzBW。例如，对于45°AzBW天线，两列辐射元件可以被布置成水平间隔约为二分之一波长。对于33°AzBW天线，典型地使用被布置成水平间隔约为二分之一波长的三列辐射元件。

辐射单元的每个附加列都增加了天线宽度和馈电网络复杂度。最终的结果是为了使AzBW窄于65°，所得出的天线将包括比常规的65°AzBW天线更宽的反射器，相关联的重量、风载荷和费用都增加。这对于每个小区站点处的基站塔的顶部上的空间是不利的，因为运营商在那里是共享该空间的。

已经提出了透镜天线(lensed antenna)来修改天线的波束宽度。参考《天线工程手册》(Antenna Engineering Handbook)，第四版，2007，麦格劳-希尔公司出版，p.18-3。这种类型的天线的主要缺点在于它需要具有不同形状的大型透镜，这对于在具有有限空间的塔顶安装这种类型的天线而言是不可接受的。另外，制造这种形状的透镜可能是过分昂贵的。美国专利No.4,755,820中提出了另一种解决方案。在该专利中，介电载荷涉及覆盖天线上半部分的半球透镜。半球板的尺寸不合需要地大。

因此，由于塔顶空间限制，需要提供一种位于小壳体(envelope)中的较窄的AzBW，且不具有大而昂贵的透镜。

发明内容

蜂窝天线组件可以包括辐射元件阵列以及在天线/基站天线前面的平的介电衬底材料板载荷，该介电衬底材料板载荷与天线相位中心间隔约半个波长。具有平介电板的天线的方位角波束宽度比没有介电板的方位角波束宽度窄。例如，在均没有明显改变天线宽度或孔径的情况下，使用具有平介电板的常规65°AzBW天线可以将AzBW减小到45°到33°之间。

波束宽度的缩窄量可通过改变介电板的厚度和介电常数来控制。这提供了使用不同的水平方位角波束宽度天线对无线通信网络进行优化的可能性。平介电板的另一个优点是：与已知的天线透镜相比，平介电板相对便宜、更易于制造、并且重量更轻。

附图说明

图1A是根据本发明的一个方面的蜂窝通信天线。

图1B是图1的通信天线的一部分的放大视图。

图2是来自65°AzBW天线的单个辐射元件的辐射图案的仿真。

图3是根据本发明一个示例的单个辐射元件和示例性介电板的辐射图案的仿真。

图4是根据本发明的第二示例的单个辐射元件和示例性介电板的辐射图案的仿真。

图5是根据本发明的第三示例的单个辐射元件和示例性介电板的辐射图案的仿真。

图6是根据本发明的第四示例的单个辐射元件和示例性介电板的辐射图案的仿真。

图7是根据本发明一个示例的天线的测量的辐射图案。

图8是根据本发明的另一个方面的蜂窝通信天线。

图9是根据本发明的另一个方面的蜂窝通信天线。

图10是根据本发明的另一个方面的具有两个阵列的蜂窝通信天线。

图11是根据本发明的另一个方面的多频带蜂窝通信天线。

具体实施方式

在本文中参考附图对本发明进行描述，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开是彻底和完整的，并且向本领域技术人员传达本发明的范围。