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CN115769436A - 具有预配置的遮挡以实现多个频段的辐射器的密集布局的天线辐射器 - Google Patents

具有预配置的遮挡以实现多个频段的辐射器的密集布局的天线辐射器 Download PDF

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CN115769436A
CN115769436A CN202180047851.XA CN202180047851A CN115769436A CN 115769436 A CN115769436 A CN 115769436A CN 202180047851 A CN202180047851 A CN 202180047851A CN 115769436 A CN115769436 A CN 115769436A
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C·布恩德尔蒙特
J·朱
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Abstract

公开一种能够实现低频段、中频段以及C‑频段辐射器的密集封装的天线。低频段辐射器具有使由中频段或C‑频段辐射器发射的任一RF能量的二次辐射降到最低的多个偶极臂。在一个实施例中，偶极臂由二维结构形成，所述二维结构具有大体上防止中频段和C‑频段两者中的二次辐射的形状。在另一实施例中，偶极臂具有两种不同配置：针对防止中频段中的二次辐射进行优化的第一配置，和针对防止C‑频段中的二次辐射进行优化的第二配置。在后一实施例中，极接近于中频段辐射器的低频段辐射器具有第一配置的偶极臂，且极接近于C‑频段辐射器的低频段辐射器具有第二配置的偶极臂。

Description

具有预配置的遮挡以实现多个频段的辐射器的密集布局的天 线辐射器
技术领域
本发明是关于无线通信，且更尤其，是关于紧凑型多频段天线。
背景技术
为蜂窝式通信引入额外的频谱，例如C-频段频率和公民宽带无线电服务(CBRS)频段，为现有的蜂窝式顾客和新的用户设备(UE)类型开辟了大量额外容量的资源。新UE类型包含物联网(IoT)装置、无人机和自动驾驶车辆。此外，CBRS(或C-频段，其涵盖CBRS信道)的出现使专用网络中的全新蜂窝式通信范式成为可能。
除分别在700MHz和2.3GHz范围内的LTE低频段(LB)和(现在的中)频段(MB)之外，在现有LTE和5G蜂窝式网络中适应CBRS需要增强天线，以在3550到3700MHz中操作。将C-频段或CBRS辐射器集成到设计成在现有较低频段中操作的天线中存在挑战，这是因为由C-频段辐射器辐射的能量可能在较低频段辐射器中引起共振。在极接近于C-频段辐射器的低频段辐射器中可能会出现一个特殊问题，其中低频段辐射器可能会显著降低C-频段频段中的天线的性能。对于极接近于中频段辐射器的低频段辐射器也是如此，其中由中频段辐射器发射的能量在低频段辐射器中引起共振，随后二次辐射以干扰中频段辐射器的辐射图案。
常规解决方案是增加阵列面的面积，以容纳额外辐射器，并避免二次辐射和其他形式的干扰。这通常是不实际的，因为增加天线的面积会加重风负荷，这可能会对在高小区塔上部署的多个天线产生严重后果。此外，考虑到给定小区塔上有限的可用空间，或在典型的城市部署中，简单地增加天线的大小通常是不可行的。
因此，需要一种低频段辐射器设计，防止中频段和CBRS频段中的二次辐射，从而使低频段辐射器能够放置在极接近于中频段和CBRS辐射器的位置，从而能够将多个频段的辐射器封装到更小的天线阵列面中。
发明内容
本发明的一方面涉及一种天线。天线包括多个低频段辐射器，和多个中频段辐射器。多个低频段辐射器中的每一个包含多个低频段偶极臂，其中多个低频段偶极臂中的每一个具有二维结构且包含电容扼流器区段和电感扼流器区段的交替序列，且其中低频段偶极臂中的每一个具有断裂的外围电流路径。
本发明的另一方面涉及一种天线。天线包括多个中频段辐射器；多个高频段辐射器；和多个低频段辐射器，其中多个低频段辐射器包含极接近于多个中频段辐射器中的一个或多个的低频段辐射器的第一子集和极接近于多个高频段辐射器中的一个或多个的低频段辐射器的第二子集，其中低频段辐射器中的每一个包含多个低频段偶极臂，低频段偶极臂中的每一个具有中心导体、设置在中心导体的外部表面上的壳套和设置在壳套的外部表面上的导电图案，其中低频段辐射器的第一子集中的低频段辐射器具有第一导电图案，且低频段辐射器的第二子集中的低频段辐射器具有第二导电图案，其中第一导电图案不同于第二导电图案，其中第一导电图案经配置以防止中频段二次辐射，且第二导电图案经配置以防止高频段二次辐射。
附图说明
图1A说明根据本公开的包含多个低频段偶极的第一示例性天线阵列面。
图1B为图1A的示例性天线的阵列面的俯视图。
图1C说明图1B的阵列面的一部分，聚焦于阵列面的具有两列C-频段辐射器和低频段辐射器的部分上。
图2说明根据本公开的两个示例性中频段辐射器。
图3说明根据本公开的三个C-频段辐射器。
图4说明第二示例性阵列面，其中C-频段辐射器布置成四列以进行波束成形。
图5A说明根据本公开的第一示例性低频段辐射器。
图5B说明图5A的第一示例性低频段辐射器的低频段偶极臂。
图5C为图5B的低频段偶极臂的图式，包含实例尺寸。
图6A说明根据本公开的配置成用于遮挡中频段RF能量的第二示例性低频段辐射器。
图6B说明图6A的第二示例性低频段辐射器的低频段偶极臂。
图6C、图6D以及图6E为图6B中所说明的低频段偶极臂提供示例性尺寸。
图7A说明根据本公开的配置成用于遮挡C-频段RF能量的第三示例性低频段辐射器。
图7B说明图7A的第三示例性低频段辐射器的低频段偶极臂。
具体实施方式
图1A说明根据本公开的第一实施例的示例性阵列面100。阵列面100具有：沿着天线的仰角轴布置成两列的多个低频段辐射器105(例如，617到960MHz)；布置成四列且仅沿着仰角轴延伸天线长度的一部分的多个中频段辐射器110(例如1.695到2.7GHz)；以及沿着仰角轴沿着剩余长度的阵列面100布置成两列的多个C-频段辐射器115(例如，3.4到4.2GHz)(如本文中所使用，C-频段辐射器可称为高频段辐射器)。低频段辐射器105、中频段辐射器110以及C-频段辐射器115中的每一个包括两个正交辐射器臂，所述正交辐射器臂中的每一个以单一偏振辐射。因此，所说明的辐射器中的每一个可在两个正交偏振(“双偏振”)上独立地操作，例如，在+/-45度定向上。阵列面100可对应于16端口天线，其中低频段辐射器105给定四个端口：每列每偏振一个端口；中频段辐射器110给定八个端口：每列每偏振一个端口；且C-频段辐射器115给定四个端口：每列每偏振一个端口。
图1B为阵列面100的俯视图，其提供关于低频段辐射器105、中频段辐射器110以及C-频段辐射器115的布局的进一步细节。且图1C为图1B的图示的特写图，聚焦于两列C-频段辐射器115和与之极为接近的两列低频段辐射器105。将容易地显而易见，低频段辐射器105分别极接近于中频段辐射器110和C-频段辐射器115放置，使得来自中频段辐射器110和C-频段辐射器115的RF发射将与未遮挡或常规遮挡的低频段辐射器105耦合。
图2说明根据本公开的两个示例性中频段辐射器110。如所说明，中频段辐射器110具有在正交偏振定向上辐射的两个独立的偶极集合，在这种情况下是+/-45度。
图3说明根据本公开的一列C-频段辐射器115的一部分。如同中频段辐射器110，C-频段辐射器115中的每一个具有在正交偏振定向上辐射的两个独立的偶极集合，在这种情况下是+/-45度。应理解，C-频段辐射器115可在CBRS信道中操作。
尽管低频段辐射器105、中频段辐射器110以及C-频段辐射器115描述为在+/-45度定向上辐射，但应理解，低频段辐射器105、中频段辐射器110以及C-频段辐射器115中的每一个可馈送信号，使得所述信号以圆形偏振方式辐射。
图4说明第二示例性阵列面400，其中C-频段辐射器115布置成四列，四列之间大体上相隔λ/2，这可适应C-频段波束成形。阵列面400具有两列低频段辐射器105和四列中频段辐射器110。如同阵列面100，某些低频段辐射器105极接近于且遮蔽中频段辐射器110，且其余低频段辐射器105极接近于且遮蔽C-频段辐射器115中的至少一些。因此，阵列面400可部署在20端口天线中。
阵列面100和400的共同问题(这对具有极接近于中频段110或C-频段辐射器115的常规低频段辐射器的任何阵列面将是特有的)在于分别由中频段辐射器110和C-频段辐射器115辐射的能量赋予与传输辐射器110/115的增益图案相交的常规低频段辐射器的偶极内的电流流动。在常规低频段辐射器的偶极内产生的电流继而二次辐射，进而干扰传输辐射器110/115的增益图案。遮挡在低频段辐射器中的用途是已知的。然而，常规遮挡可导致两个权衡因素：其可能增加制造低频段辐射器的复杂性和成本；且所述遮挡在传输辐射器110/115的频段上可能不是同等有效的。
图5A说明可使用的低频段辐射器505为用于阵列面100和400的低频段辐射器105。低频段辐射器505具有以机械方式耦合到平衡-不平衡转换器杆565的多个偶极550，所述平衡-不平衡转换器杆565具有将RF能量提供到偶极550且从偶极550接收RF能量的馈送线。低频段辐射器505还可具有无源辐射器555和无源支撑结构560，所述无源辐射器555可用于调整低频段辐射器505的带宽且调整其方向性。低频段辐射器505的优点在于制造简单且容易，因为偶极550可由冲压的金属薄板形成。此外，偶极的设计在易于制造方面提供良好的折衷，在中频段和C-频段两者中均具有良好的遮挡性能。
图5B说明低频段辐射器505的示例性偶极臂550。偶极臂550具有电容扼流器区段575和电感扼流器区段570的交替序列。偶极臂550的重要特征在于其不具有沿着其长度延伸的连续导电迹线，而是由电容扼流器区段575和电感扼流器区段570的交替中断。偶极臂550具有二维结构，这可意味着其由可从金属薄板冲压出来或印刷在电路板上而不对组件(除电路板上的印刷迹线以外)进行分层的图案界定。偶极臂550可为冲压的铝或黄铜，或可例如使用FR4实施于印刷电路板上。将理解，这类变化是可能的且在本公开的范围内。
图5C提供偶极臂550的实例尺寸。
图6A说明示例性低频段辐射器605，其可用作阵列面100/400中极接近于中频段辐射器110的那些低频段辐射器105中的低频段辐射器105。换句话说，低频段辐射器605具有针对防止以中频段频率二次辐射进行优化的遮挡结构。低频段辐射器605具有耦合到平衡-不平衡转换器杆665的多个偶极臂650，且可具有无源辐射器655，其可用于调整低频段辐射器605的带宽且调整其方向性。
图6B说明根据本公开的示例性低频段偶极臂650。低频段偶极臂650设计成防止中频段中的二次辐射。低频段偶极臂650具有中心导体管670，其由壳套675围绕。中心导体管670可为镀锡铝管。壳套675可由介电材料，例如特氟龙(Teflon)或迭尔林(Delrin)100AF形成，但可使用具有类似介电特性的其它材料。设置在壳套675的外部表面上的是导电图案680。导电图案680可具有使偶极臂650对由中频段辐射器110辐射的中频段RF能量透明的尺寸和特征，由此中频段RF能量渗透穿过壳套675且根据对应于中频段辐射器110的增益图案向外辐射，大体上不受低频段偶极臂650的存在的干扰。换句话说，导电图案680的存在使得低频段偶极臂650对中频段RF能量有效地透明。此外，低频段偶极臂650具有断裂的外围电流补丁，这意味着沿着低频段偶极臂650的外边缘不存在单个直的导电路径。
图6C、图6D以及图6E为低频段偶极臂650提供示例性尺寸(以英寸为单位)。
图7A说明示例性低频段辐射器705，其可用作阵列面100/400中极接近于C-频段辐射器115的那些低频段辐射器105中的低频段辐射器105。换句话说，低频段辐射器705具有针对防止以C-频段频率二次辐射进行优化的遮挡结构。低频段辐射器705具有耦合到平衡-不平衡转换器杆765的多个偶极臂750。低频段辐射器705可具有无源辐射器755，其可用于调整低频段辐射器705的带宽且调整其方向性。
图7B说明示例性低频段偶极臂750，其设计成防止C-频段中的二次辐射。低频段偶极臂750具有中心传导棒770，其由壳套775围绕。中心传导棒770和壳套775可大体上类似于低频段偶极650的对应组件。设置在壳套775的外部表面上的是导电图案，其可包括多个导电涡旋图案780。壳套775外部表面上的导电涡旋图案780的存在抑制了低频段偶极臂750中的C-频段辐射的二次辐射，使得由附近C-频段辐射器115发射的C-频段RF能量有效地渗透穿过壳套775，并且根据其增益图案继续大体上不受干扰。

Claims (13)

1.一种天线，其包括：
多个低频段辐射器；和
多个中频段辐射器；
其中所述多个低频段辐射器中的每一个包含多个低频段偶极臂，其中所述多个低频段偶极臂中的每一个具有二维结构且包含电容扼流器区段和电感扼流器区段的交替序列，且其中所述低频段偶极臂中的每一个具有断裂的外围电流路径。
2.根据权利要求1所述的天线，其进一步包括多个C-频段辐射器。
3.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个低频段辐射器布置在一个或多个第一列中，且所述多个中频段辐射器布置在多个第二列中，其中所述一个或多个第一列和所述多个第二列为平行的。
4.根据权利要求2所述的天线，其中所述多个低频段辐射器布置在一个或多个第一列中，且所述多个中频段辐射器布置在多个第二列中，且所述多个C-频段辐射器布置在多个第三列中，其中所述一个或多个第一列、所述多个第二列以及所述多个第三为平行的，且其中所述多个第二列设置在第一天线区域中，且所述多个第三列设置在第二天线区域中，其中所述第一天线区域和所述第二天线区域沿着仰角轴相邻，且所述至少一个第一列设置在所述第一天线区域和所述第二天线区域中。
5.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个低频段偶极臂中的每一个包括冲压金属。
6.根据权利要求5所述的天线，其中所述冲压金属包括铝。
7.根据权利要求5所述的天线，其中所述冲压金属包括黄铜。
8.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个低频段偶极臂中的每一个包括印刷电路板。
9.一种天线，其包括：
多个中频段辐射器；
多个高频段辐射器；和
多个低频段辐射器，其中所述多个低频段辐射器包含极接近于所述多个中频段辐射器中的一个或多个的低频段辐射器的第一子集和极接近于所述多个高频段辐射器中的一个或多个的低频段辐射器的第二子集，其中所述低频段辐射器中的每一个包含多个低频段偶极臂，所述低频段偶极臂中的每一个具有中心导体、设置在所述中心导体的外部表面上的壳套以及设置在所述壳套的外部表面上的导电图案，其中所述低频段辐射器的第一子集中的所述低频段辐射器具有第一导电图案，且所述低频段辐射器的第二子集中的所述低频段辐射器具有第二导电图案，其中所述第一导电图案不同于所述第二导电图案，其中所述第一导电图案经配置以防止中频段二次辐射，且所述第二导电图案经配置以防止高频段二次辐射。
10.根据权利要求9所述的天线，其中所述壳套与所述中心导体同心。
11.根据权利要求9所述的天线，其中所述壳套包括特氟龙(Teflon)。
12.根据权利要求9所述的天线，其中所述中心导体包括导电管
13.根据权利要求9所述的天线，其中所述高频段包括C-频段。
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