[发明专利]具有多级移相器的相控阵天线

说明书

相控阵天线包括：面板；面板上的多个馈电板，馈电板中的每个馈电板包括至少一个辐射元件；包括多个输出端的基级可调移相器；安装在馈电板中的第一馈电板上的第一馈电板可调移相器；以及在基级可调移相器的输出端中的第一输出端和第一馈电板之间形成传输路径的第一线缆。

相关申请的交叉引用

本申请依据35 U.S.C.§119要求于2016年6月17日提交的美国临时专利申请序列No.62/351,317和于2016年9月27日提交的美国临时专利申请序列No.62/400,433的优先权，这些申请中的每个申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及无线通信，并且更具体地，涉及适用于蜂窝基站的相控阵天线。

背景技术

用于无线基站的基站天线通常包括一个或多个辐射元件(诸如安装在例如平板上的偶极子)的阵列。辐射元件的每个阵列可以产生具有期望的特性(诸如，例如，期望的波束仰角、波束方位角和/或半功率波束宽度)的天线波束。由这样的基站天线发送的信号被分成多个子分量，并且每个子分量可以通过天线馈电网络被馈送到相应的一个辐射元件。

蜂窝运营商一直在寻找增加网络吞吐量以适应不断增加的订户流量水平的方法。基于网络覆盖要求，运营商可以发现调整基站天线的主波束的垂直仰角(即，天线相对于地平线的垂直角度)或“倾斜”以便改变天线的覆盖区域是有利的。这种调整通常被称为“下倾”，因为天线几乎总是倾斜到指向相对于地平线的0°或更小的仰角，诸如，例如，0°至-10°的仰角，但是在一些应用中使用了大至30°或更大的下倾。

可以机械地和/或电气地调整基站天线的倾斜。通过手动或经由远程控制机动结构物理地调整天线的仰角来实现机械倾斜。手动机械调整通常需要技术人员攀爬天线塔以物理地调整天线的倾斜，这在实践中可能是昂贵的。远程控制的机械调整避免了攀爬塔，但是在天线塔上需要附加的和/或更复杂的结构，诸如更昂贵的机动天线支架，从而增加了塔顶部处的重量和/或导致更多的会有可能发生故障的装备物品。而且，机械地下倾天线使得从天线向后(即，朝平板)发射的辐射向上倾斜，这由于若干原因是非期望的。因此，在许多应用中，天线的机械下倾可能远非理想。

通过以改变主天线波束的仰角的方式控制由阵列的每个辐射元件发射的信号的子分量的相位，可以使相控阵天线电气下倾。通常通过从远程位置向基站天线发送控制信号来执行这种电气下倾。响应于该控制信号，基站天线调整包括在天线馈电网络中的移相器的设置以实现相移。天线的这种电控下倾通常被称为“远程电子倾斜”。相控阵天线的电气下倾通常在所有方向上向下调整天线的辐射图案，因此电气下倾通常优于机械下倾，因为它提供了对天线的辐射图案更理想的调整。如果基站天线的倾斜被调整以优化天线的覆盖图案，则可以改善网络性能。例如，相控阵天线可以被电气下倾以校正随着时间的推移而发生的天线的移动或者在安装新的蜂窝基站以提供增加的小区密度时减小天线的覆盖区域。

机电移相器通常用于电子下倾相控阵天线的辐射图案。这些移相器通常根据两种常规方法(即，在单片实现中和非单片实现中)之一被集成在天线内。在单片实现中，“集中式”移相器和辐射元件的每个阵列被安装在单个印刷电路板上。通常，辐射元件被安装在印刷电路板的前侧，并且移相器被安装在印刷电路板背面的中心位置中。在印刷电路板上提供将集中式移相器的每个输出端连接到相应的一个辐射元件的传输线。在一些情况下，辐射元件的数量可能超过移相器上的输出端数量。在这些情况下，可以沿着传输线提供进一步细分信号的功率分配器，并且提供附加的传输线，这些附加的传输线从功率分配器的每个输出端延伸到相应的辐射元件，使得集中式移相器的每个输出端经由传输线和功率分配器连接到一个或多个辐射元件。