[发明专利]辐射元件、天线组件和基站天线

说明书

本发明涉及一种辐射元件，所述辐射元件包括：第一辐射器，所述第一辐射器具有第一偶极臂和第二偶极臂，所述第一偶极臂和第二偶极臂分别包括狭窄臂区段和加宽臂区段；第二辐射器，所述第二辐射器具有第三偶极臂和第四偶极臂，所述第三偶极臂和第四偶极臂分别包括狭窄臂区段和加宽臂区段；第一馈电线，所述第一馈电线构成为给第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂和第四偶极臂馈送第一极化的射频信号；和第二馈电线，所述第二馈电线构成为给第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂和第四偶极臂馈送第二极化的射频信号。根据本发明的辐射元件能够有效地改善天线的辐射方向图。此外，本发明还涉及一种天线组件和基站天线。

技术领域

本发明一般涉及无线电通信，更具体地说，涉及一种用于蜂窝通信系统的辐射元件、天线组件以及基站天线。

背景技术

蜂窝通信系统在本领域中是公知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被分成一系列区域，这些区域被称为由各个基站服务的“小区”。基站可以包括一个或多个基站天线，其被配置为提供与由基站服务的小区内的移动订户的双向射频(“RF”)通信。

在许多情况下，每个基站被划分为各“扇区”。在最常见的配置中，六角形小区分为三个120°扇区，每个扇区由一个或多个基站天线提供服务，其方位半功率波束宽度(HPBW)约为65°。通常，基站天线安装在塔架结构上，其中由基站天线产生的辐射图案(这里也称为“天线波束”)向外指向。基站天线通常实现为辐射元件的线性或平面相控阵列。

为了适应日益增长的蜂窝通信量，蜂窝运营商已经在各种新的频带中增加了蜂窝服务。虽然在一些情况下，有可能使用所谓的“宽带”或“超宽带”辐射元件的线性阵列来在多个频带中提供服务，但在其它情况下，需要使用不同的辐射元件的线性阵列或平面阵列来支持不同频带中的服务。

随着频带数量的增加，扇区化的增加变得越来越普遍(例如，将小区划分成六个、九个或者甚至十二个扇区)，并且在典型的基站处部署的基站天线的数量显著增加。然而，由于本地分区条例和/或天线塔的重量以及风力载荷限制等原因，对于可以在给定基站处部署的基站天线的数量经常存在限制。为了在不进一步增加基站天线数量的情况下增加容量，已经引入了所谓的多频带基站天线，其中辐射元件的多个线性阵列被包括在单个天线中。一种非常常见的多频带基站天线包括用于在617/698-960MHz频带中的一些或全部中提供服务的“低频带”辐射元件的一个线性阵列，以及用于在1427/1695-2690MHz频带中的一些或全部中提供服务的“高频带”辐射元件的两个线性阵列。这些低频带和高频带辐射元件的线性阵列典型地以并排方式安装。

对如下基站天线也存在很大的兴趣，这些基站天线可以包括低频带辐射元件的两个线性阵列和高频带辐射元件的两个(或四个)线性阵列。这些天线可以用在各种应用中，包括4x4多输入多输出(“MIMO”)应用，或者作为具有两个不同的低频带(例如，700MHz低频带线性阵列和800MHz低频带线性阵列)和两个不同的高频带(例如，1800MHz高频带线性阵列和2100MHz高频带线性阵列)的多频带天线。然而，以商业上可接受的方式实现这种天线是具有挑战性的，因为在低频带中实现65°方位角HPBW天线波束通常需要至少200mm宽的低频带辐射元件。然而，当低频带辐射元件的两个阵列与在其之间的高频带线性阵列并排放置时，可能需要具有大约500mm宽度的基站天线。这种大型天线可能具有非常高的风力载荷、可能非常重、和/或可能制造起来是昂贵的。运营商更喜欢宽度大约为430mm或者小于430mm(例如400mm、380mm)的RRVV基站天线。

为了实现具有两个低频带线性阵列和两个高频带线性阵列的天线，可以减小低频带辐射元件的尺寸和/或可以减小线性阵列之间的横向间隔。不幸的是，随着辐射元件的线性阵列更接近地排列在一起，线性阵列之间信号耦合的程度可能增加。例如，低频带辐射元件之间或高频带辐射元件之间的耦合干扰可能增加；低频带辐射元件会对处于下方区域的高频带辐射元件产生较大散射影响(scattering effect)。这种“寄生”耦合可能导致不期望的HPBW的增加。类似地，任何低频带辐射元件的尺寸的减小通常将导致HPBW的增加。