CN117981169A - 具有不均匀耦合器区段的天线校准板 - Google Patents

Abstract

提供了基站天线校准板。基站天线校准板包括定向耦合器和分别耦合到定向耦合器的射频(RF)传输线。此外，第一对定向耦合器具有耦合器区段，所述耦合器区段在第一对RF传输线之间并且耦合到第一对RF传输线，并且具有非矩形内部形状。还提供了相关的基站天线。

Description

具有不均匀耦合器区段的天线校准板

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2021年9月14日提交的印度临时专利申请第202141041262号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

本发明大体上涉及无线电通信，且更具体地涉及用于蜂窝通信系统的基站天线。

蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在蜂窝通信系统中，一个地理区域被划分成由相应的基站提供服务的一系列区域或“小区”。每个基站可包括一个或多个基站天线，这些基站天线被配置成提供与由基站提供服务的小区内的用户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，每个基站都被划分为“扇区”。在一种常见的配置中，六角形形状的小区在方位平面中被划分成三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线提供服务，这些基站天线具有近似65°的方位角半功率束宽("HPBW")。通常，基站天线安装在塔架或其它升高的结构上，并且辐射方向图由向外指向的基站天线生成。基站天线通常实施为辐射元件的线性或平面相控阵列。

为了增加容量，近年来引入了包括波束成形阵列和/或被配置成与多输入多输出(“MIMO”)无线电装置一起操作的基站天线。波束成形阵列是指包括多列辐射元件的天线阵列。波束成形阵列可以生成在例如水平平面或“方位”平面中具有减小(较窄)波束宽度的天线波束，这增加了天线的方向性或“增益”，从而增加了可支持的吞吐量。MIMO是指一种通信技术，其中数据流被分解成在发射站与接收站之间的多个相对不相关的传输路径上使用某些编码技术同时传输的片段。多列天线阵列可以用于MIMO传输，其中阵列中的每个列可以连接到MIMO无线电装置的端口，并且用于发射/接收多个数据流中的一个数据流。实际上，由于正交极化往往是高度不相关的，MIMO阵列中的辐射元件通常实施为双极化辐射元件，从而允许MIMO阵列中的每个列连接到无线电装置上的两个端口(其中第一端口连接到列中的辐射元件的第一极化辐射器，并且第二端口连接到该列中的辐射元件的第二极化辐射器)。该技术可以有效地将所需的辐射元件列数减半，因为阵列的每个物理列包含两个独立列的辐射器。

MIMO和波束成形技术也可以组合。例如，所谓的8发射/8接收(“8T8R”)无线电装置(其包括八个无线电端口)现在常规地连接到包括四列双极化辐射元件的天线阵列，所述双极化辐射元件被配置成在扇区内每个极化形成单个天线波束。两个极化可用于针对每个天线波束实施2xMIMO通信。这些波束成形天线通常用于时分双工(“TDD”)通信，并且可以在TDD通信方案的每个单独的时隙期间生成单个天线波束(在每个极化处)。同样，16发射/16接收(“16T16R”)无线电装置(其包括十六个无线电端口)是本领域已知的，其连接到包括八列双极化辐射元件的天线阵列，所述双极化辐射元件被配置成在扇区内一次形成一个或多个天线波束(每个极化)。与8T8R解决方案相比，16T16R解决方案提供更高的增益和更少的干扰(并且因此支持更高的数据吞吐量)，但还需要天线上的更大阵列和更昂贵的16T16R无线电装置，这可以显著增加成本。

能够形成窄天线波束的波束成形天线也可获得，所述窄天线波束有时被称为“笔形束(pencil beam)”，其可以指向特定用户或紧密聚类的用户群组。这些天线可以在逐时隙的基础上生成不同的笔形束，使得可以在不同的时隙期间在整个扇区中以电子方式操纵非常高增益的天线波束，以向整个扇区中的用户提供覆盖。

遗憾的是，由无线电装置施加到传递到波束成形天线的每一列的RF信号的子分量的相对振幅和相位可以不保持为从无线电装置传递到高功率放大器然后传递到基站天线的RF信号的子分量。如果相对振幅和相位改变，则所得天线波束通常将在期望方向上表现出较低的天线增益并且在不期望方向上表现出较高的天线增益，从而导致性能降低。相对振幅和相位的变化可例如由于用于放大相应发射和接收信号的放大器中的非线性、天线上的不同无线电端口与相应RF端口之间的布线连接的长度的差异、温度的变化等引起。虽然振幅和相位变化的一些原因可能趋于是静态的(即，它们不会随时间变化)，但其它原因可能是动态的，并且因此更难以补偿。

为了减小上文论述的振幅和相位变化的影响，波束成形基站天线可包括校准电路，该校准电路对RF信号的每个子分量进行采样并将这些采样传回到无线电装置。校准电路可包括：多个定向耦合器，该多个定向耦合器被配置成从在RF端口与辐射元件的列之间延伸的相应RF传输路径汲取RF能量；以及校准组合器，该校准组合器用于组合从这些RF传输路径中的每一个汲取的RF能量。校准组合器的输出耦合到天线上的校准端口，所述校准端口继而又耦合到无线电装置。无线电装置可以使用RF信号的每个子分量的采样来确定沿着每个传输路径的相对振幅和/或相变，并且接着可以调整所施加的振幅和相位权重以考虑这些变化。

发明内容

根据本发明的实施例，基站天线可包括呈多列的多个辐射元件。此外，所述基站天线可包括校准端口和校准板。所述校准板可包括各自耦合到所述校准端口的多个定向耦合器。所述校准板可包括分别耦合到所述定向耦合器和所述列的多个RF传输路径。第一对定向耦合器可以具有耦合器区段，所述耦合器区段在第一对RF传输路径之间并且耦合到所述第一对RF传输路径，并且具有非矩形内部形状。

在一些实施例中，所述非矩形内部形状可包括所述第一对定向耦合器的多个锥形部分。例如，所述锥形部分可包括邻近所述第一对RF传输路径中的第一RF传输路径的第一锥形部分和第二锥形部分。此外，所述锥形部分可包括邻近所述第一对RF传输路径中的第二RF传输路径的第三锥形部分和第四锥形部分。

根据一些实施例，所述第一锥形部分和所述第二锥形部分可以是镜像对称的。此外，所述第三锥形部分和所述第四锥形部分可以是镜像对称的。

在一些实施例中，所述第一锥形部分和所述第三锥形部分可以是镜像对称的。此外，所述第二锥形部分和所述第四锥形部分可以是镜像对称的。

根据一些实施例，所述第一锥形部分和所述第二锥形部分可以朝向彼此渐缩。此外，所述第三锥形部分和所述第四锥形部分可以朝向彼此渐缩。

在一些实施例中，所述第一锥形部分、所述第二锥形部分、所述第三锥形部分或所述第四锥形部分中的至少一个可以是阶梯状部分。

根据一些实施例，所述耦合器区段可以是所述校准板的迹线。

在一些实施例中，所述校准板可包括接地共面波导，所述接地共面波导在所述第一对RF传输路径之间并且邻近所述耦合器区段的第一端。

根据一些实施例，所述校准板可包括RF端口，所述RF端口耦合到所述第一对RF传输路径中的第一RF传输路径。此外，所述校准板可包括接地共面波导，所述接地共面波导在所述RF端口旁边延伸。

在一些实施例中，所述校准板可包括耦合在所述定向耦合器与所述校准端口之间的多个校准组合器。此外，所述第一对定向耦合器的耦合器区段可以耦合到所述校准组合器中的第一校准组合器。

根据一些实施例，基站天线可包括天线阵列，所述天线阵列包括多个辐射元件。所述基站天线可包括校准端口和校准板。此外，所述校准板可包括耦合到所述校准端口的多个定向耦合器、分别耦合到所述定向耦合器和所述天线阵列的多个RF传输路径，以及邻近所述RF传输路径中的第一RF传输路径的第一端的第一接地平面波导。

在一些实施例中，所述校准板可包括第二接地平面波导，所述第二接地平面波导邻近所述RF传输路径中的第二RF传输路径的第一端。所述校准板可包括第三接地平面波导，所述第三接地平面波导在所述RF传输路径中的第一RF传输路径与第二RF传输路径之间并且邻近所述定向耦合器中的第一定向耦合器。此外，所述定向耦合器中的第一定向耦合器可具有耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径的锥形耦合线，并且所述第一接地平面波导、所述第二接地平面波导和所述第三接地平面波导分别可以是第一接地共面波导、第二接地共面波导和第三接地共面波导。

根据一些实施例，基站天线校准板可包括校准端口。所述基站天线校准板可包括耦合到所述校准端口的多个定向耦合器。此外，所述基站天线校准板可包括分别耦合到所述定向耦合器的多个RF传输路径。所述定向耦合器中的第一定向耦合器可包括耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径的第一锥形部分。所述定向耦合器中的第二定向耦合器可包括耦合到所述RF传输路径中的第二RF传输路径的第二锥形部分。所述第一锥形部分和所述第二锥形部分可以在所述RF传输路径中的所述第一RF传输路径和所述第二RF传输路径之间彼此相对。

在一些实施例中，所述定向耦合器中的第一定向耦合器可包括第三锥形部分，所述第三锥形部分朝向所述第一锥形部分渐缩并且耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径。所述定向耦合器中的第二定向耦合器可包括第四锥形部分，所述第四锥形部分朝向所述第二锥形部分渐缩并且耦合到所述RF传输路径中的第二RF传输路径。此外，所述第三锥形部分和所述第四锥形部分可以在所述RF传输路径中的第一RF传输路径和第二RF传输路径之间彼此相对。

附图说明

图1是包括校准板和包括四列双极化辐射元件的天线阵列的天线的示意性前视图。

图2A是根据本发明的实施例的图1的校准板的平面图。

图2B是包括锥形耦合器区段的图2A的校准板区域的放大图。

图2C是根据另外的实施例的锥形耦合器区段的平面图。

图2D是示出图2A的定向耦合器与图1的天线的校准端口之间的连接的示意性框图。

图3是沿着图2B的平面波导的分解示意性横截面图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，提供了基站天线校准板。常规基站天线校准板具有耦合器区段，所述耦合器区段包括均匀的耦合线，所述耦合线可以通过限制校准板的方向性来加剧RF端口与校准板的校准端口之间的振幅和相位差。然而，根据本发明的实施例的校准板可包括不均匀耦合器区段，该不均匀耦合器区段可增加校准板的方向性。例如，不均匀耦合器区段可以包括校准板的一对定向耦合器各自的不均匀耦合线，并且耦合线的这种不均匀形状可以增加定向耦合器的方向性。此外，根据本发明的实施例的校准板可包括改善阻抗匹配的接地平面波导。

如本文关于校准板上的定向耦合器所使用，术语“方向性”是指(a)由定向耦合器传递到校准板的校准端口的RF能量的量与(b)从校准板的输出RF端口(例如，由邻近定向耦合器的端口反射的能量)到校准端口的RF能量之间的差。因此，增加定向耦合器的方向性意味着定向耦合器向校准端口提供所需/足够的能量，同时校准端口同时与输出RF端口反射的能量隔离。

现在将参考附图更详细地讨论本发明的实施例。

图1是天线100的示意性前视图，所述天线包括校准板150和天线阵列112，所述天线阵列包括辐射元件130的四列120-1至120-4。辐射元件130可以是双极化辐射元件，使得多列天线阵列112可以在每次极化时生成天线波束。每个辐射元件130可包括例如交叉偶极子辐射元件，所述交叉偶极子辐射元件包括第一偶极子辐射器132和与第一偶极子辐射器132交叉/相交的第二偶极子辐射器134。偶极子辐射器132和134各自具有两个偶极子“臂”。每列120包括辐射元件130的一个或多个组122(例如，一个或多个子阵列)。如图1所示，天线阵列112包括组122的五行160-1至160-5。

列120的阵列可以在天线100的天线罩内部。为了简化说明，从图1的视图省略了天线罩。天线100可以包括RF端口140-1至140-8，该RF端口在本文中也可以被称为“连接器”或“天线信号端口”，其耦合(例如，电连接)到列120。天线信号端口140还可以由例如同轴电缆等相应RF传输线耦合到无线电装置的相应无线电信号端口。例如，无线电装置可以是蜂窝基站的TDD波束成形无线电装置，并且天线和无线电装置可以位于蜂窝基站处(例如，可以是蜂窝基站的部件)。为了简化说明，从图1的视图中省略了无线电装置和在无线电装置与天线信号端口140之间延伸的RF传输线。

在一些实施例中，无线电装置可以是8T8R无线电装置，并且因此可以包括八个RF端口，所述RF端口在无线电装置的内部部件与天线阵列112之间传递RF通信信号。这些端口在本文中也可以被称为“无线电信号端口”。例如，无线电信号端口的一半(即，四个)可以是第一极化端口，并且无线电信号端口的另一半可以是第二极化端口，其中第一极化和第二极化是不同的极化。无线电装置还可以包括一个或多个校准端口，该一个或多个校准端口不是无线电信号端口，而是可以用于校准无线电装置的内部电路系统以考虑无线电装置外部的RF信号路径之间的振幅和/或相位差的端口。

尽管示例性天线100具有四列120和五行160，但在一些实施例中，根据本发明的天线可以包括更多或更少的列120和/或行160。同样，关于天线100论述的8T8R无线电装置仅仅是示例，并且根据本发明的天线可以耦合到具有比8T8R无线电装置更多或更少无线电信号端口的无线电装置。

图2A是根据本发明的实施例的图1的校准板150的平面图。校准板150是校准电路，其具有多个定向耦合器DC-1至DC-8以及多个RF传输路径RF-1至RF-8。每个定向耦合器DC邻近路径RF中的相应路径RF，并且被配置成从路径RF中的相应路径汲取RF能量。例如，定向耦合器DC-1至DC-8可以分别与路径RF-1至RF-8并联并且耦合(例如，电磁耦合)到路径RF-1至RF-8。

校准板150还包括校准组合器212、213、214。各对定向耦合器DC各自耦合到组合其耦合器对的输出的相应组合器214。组合器214经由两层另外的组合器212、213耦合到校准板150的校准端口240-9。因此，校准板150包括四个第一层组合器214-1到214-4、两个第二层组合器213-1、213-2和单个第三层组合器212。具有组合器和定向耦合器的校准电路的示例在美国专利号10,812,200中论述，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。

在一些实施例中，校准板150还可以包括耦合到校准端口240-9的偏置T形连接。然而，为了简化说明，从图2A的视图中省略了偏置T形连接特征。

校准板150可以是在其主表面上具有迹线的印刷电路板(“PCB”)。例如，定向耦合器DC-1至DC-8、路径RF-1至RF-8和组合器212-214可各自实施为校准板150的衬底201(图2B)的前表面200F(图3)上的铜或其它金属迹线。

此外，校准板150可以具有八个RF端口240-1至240-8，所述RF端口分别由诸如同轴电缆等相应的RF传输线耦合到天线100(图1)的天线信号端口140-1至140-8(图1)。校准板150还可以具有八个RF端口240-11至240-18，所述RF端口由相应的同轴电缆(或其它RF传输线)耦合到天线阵列112(图1)。例如，端口240-11至240-18可包括分别耦合到辐射元件130(图1)的列120-1至120-4(图1)的四个第一极化端口，以及耦合到相应列120-1至120-4的四个第二极化端口。如图2A中所示，端口240-1至240-8分别由校准板150上的路径RF-1至RF-8耦合到端口240-11至240-18。

各对路径RF-1至RF-8可以各自在其间具有相应成对定向耦合器DC-1至DC-8。举例来说，图2A示出了共同具有锥形耦合器区段TCS的第一对定向耦合器DC-1、DC-2，该锥形耦合器区段TCS在两个路径RF-1、RF-2之间并耦合到所述两个路径。第二对定向耦合器DC-3、DC-4可同样共同具有锥形耦合器区段TCS，该锥形耦合器区段在两个路径RF-3、RF-4之间并耦合到所述两个路径。类似地，第三对定向耦合器DC-5、DC-6可以共同具有锥形耦合器区段TCS，该锥形耦合器区段TCS在两个路径RF-5、RF-6之间并耦合到所述两个路径。此外，第四对定向耦合器DC-7、DC-8可以共同具有锥形耦合器区段TCS，该锥形耦合器区段TCS在两个路径RF-7、RF-8之间并耦合到所述两个路径。定向耦合器DC-7、DC-8的锥形耦合器区段TCS在关于图2B更详细论述的校准板150的区域R中。

图2B是图2A的校准板150的区域R的放大图。如图2B中所示，区域R中的锥形耦合器区段TCS包括定向耦合器DC-7的第一锥形部分T1和第二锥形部分T2以及定向耦合器DC-8的第三锥形部分T3和第四锥形部分T4。第一锥形部分T1和第二锥形部分T2邻近路径RF-7并且耦合到路径RF-7，并且第三锥形部分T3和第四锥形部分T4邻近路径RF-8并且耦合到路径RF-8。如本文中所使用，术语“耦合器区段”是指一对定向耦合器DC的在相应路径RF之间且耦合到相应路径RF的部分。该术语不包括定向耦合器DC的倾斜外边缘BE。在一些实施例中，倾斜外边缘BE可以在方向X上向外延伸超出锥形耦合器区段TCS的内表面S、V和/或超出梳状线特征CL的叉指齿，这将在下文更详细地论述。

在一些实施例中，第一锥形部分T1和第二锥形部分T2可以沿着方向X朝向彼此渐缩，并且第三锥形部分T3和第四锥形部分T4可以沿着方向X朝向彼此渐缩。结果，第一锥形部分T1和第二锥形部分T2的相应倾斜表面S可以会聚，并且第三锥形部分T3和第四锥形部分T4的相应倾斜表面S可以会聚。因此，每个定向耦合器DC的相应锥形耦合线可以在其中间较薄并且在其端部较宽，使得锥形耦合线的宽度从第一端到中间减小，然后从中间到相对的(在方向X上)第二端增加。第一锥形部分T1和第二锥形部分T2的倾斜表面S可以与第三锥形部分T3和第四锥形部分T4的倾斜表面S相对(例如，可以面向所述倾斜表面)。此外，锥形部分T1-T4可以线性地和/或非线性地渐缩。因此，锥形部分T1-T4的倾斜表面S可以是(a)直的、(b)弯曲的或(c)直的和弯曲的组合。

例如，第一锥形部分T1和第二锥形部分T2可以关于在垂直于方向X的方向Y上延伸的轴线成镜像对称。第三锥形部分T3和第四锥形部分T4同样可以关于在方向Y上延伸的轴线成镜像对称。此外，第一锥形部分T1和第三锥形部分T3可以关于在方向X上延伸的轴线成镜像对称，第二锥形部分T2和第四锥形部分T4可以关于在方向X上延伸的轴线成镜像对称。因此，锥形部分T1-T4的相应倾斜表面S可以在图2B中所示的X-Y平面中具有相等量值的斜率。

然而，锥形耦合器区段TCS不限于为彼此镜像的锥形部分T1-T4。相反，在一些实施例中，锥形部分T1-T4可以关于在方向X上延伸的轴线和/或关于在方向Y上延伸的轴线不对称。作为示例，第二锥形部分T2具有与第一锥形部分T1和/或第四锥形部分T4的斜率不同量值的斜率(即，更快或更慢的锥度)。

与常规的均匀(例如，矩形)耦合器区段相比，锥形耦合器区段TCS可以在宽频带上增加定向耦合器DC-7、DC-8的方向性。此外，根据一些实施例，路径RF-7和定向耦合器DC-7可以经由梳状线特征CL-1彼此耦合。可以包括路径RF-7和定向耦合器DC-7的叉指齿的梳状线特征CL-1可有助于进一步增加定向耦合器DC-7的方向性。举例来说，梳状线特征CL-1可以包括第一组叉指齿和第二组叉指齿，并且定向耦合器DC-7的第一锥形部分T1和第二锥形部分T2的相应倾斜表面S可以在第一组叉指齿与第二组叉指齿之间会聚。每组叉指齿可包括在方向Y上突出的三个或更多个齿，例如从路径RF-7突出的一个齿和从定向耦合器DC-7突出的两个齿，反之亦然。

路径RF-8和定向耦合器DC-8可以经由梳状线特征CL-2彼此耦合。与梳状线特征CL-1一样，梳状线特征CL-2可以包括叉指齿，并且可以有助于进一步增加定向耦合器DC-8的方向性。

定向耦合器DC-7、DC-8可以共享在路径RF-7、RF-8的端部部分之间的径向(例如，风扇形)短柱221。因此，短柱221可以是定向耦合器DC-7、DC-8中的每一个的一部分。在一些实施例中，短柱221可以为定向耦合器DC-7、DC-8提供RF(但不提供直流(“DC”))接地。此外，短柱221和锥形部分T1-T4可各自为校准板150的衬底201上的迹线。

衬底201中还可以具有接地通孔GV。例如，第一组接地通孔GV可以在路径RF-7的端部处的端口240-7旁边延伸，并且第二组接地通孔GV可以在路径RF-8的端部处的端口240-8旁边延伸。举例来说，每个组可以包括在方向X上的两行十个接地通孔GV和在方向Y上的一列五个接地通孔GV。在一些实施例中，每个组可以是相应的接地共面波导CPW的一部分(或者替代地，是具有单个导电线的相应接地平面波导的一部分)。在端口240-7旁边延伸的第一接地共面波导CPW-1可以改善端口240-7的阻抗匹配。类似地，在端口240-8旁边延伸的第二接地共面波导CPW-2可以改善端口240-8的阻抗匹配。

根据一些实施例，衬底201可包括在路径RF-7、RF-8与相邻定向耦合器DC-7、DC-8之间的第三接地共面波导CPW-3。例如，第三接地共面波导CPW-3可具有四个接地通孔GV的四行GV-R，其中每行GV-R在方向X上在径向短柱221旁边延伸。举例来说，短柱221可以在方向X上在行GV-R的第一对与第二对之间延伸。关于图3更详细地论述第三接地共面波导CPW-3的结构。邻近短柱221的第三接地共面波导CPW-3的存在可以通过抑制短柱221辐射来改善校准板150在宽频带上的振幅和相位性能。例如，共面波导CPW-3可以减小校准板150的RF端口240-1至240-8(图2A)与校准端口240-9(图2A)之间的振幅和相位差。

图2C是根据另外的实施例的锥形耦合器区段TCS'的平面图。为了简化说明，从图2C的视图中省略接地共面波导CPW(图2B)。此外，径向短柱221(图2B)用具有在方向X上突出的矩形部分的短柱221'替换。然而，不同类型的短柱221、221'中的任一个可以与锥形耦合器区段TCS、TCS'中的任一个一起使用。

与在图2B中示出的锥形耦合器区段TCS的锥形部分T1-T4的相应平滑倾斜表面S相比，图2C的锥形耦合器区段TCS'包括四个阶梯状(或锯齿状/粗糙)锥形部分ST1-ST4。锥形耦合器区段TCS、TCS'可各自增加校准板150相对于均匀耦合器区段的方向性。例如，锥形耦合器区段TCS、TCS'可以通过改善阻抗匹配来增加方向性，例如通过减少校准板150的RF端口240-11至240-18(图2A)与校准端口240-9(图2A)之间的耦合。

锥形耦合器区段TCS'的阶梯状锥形部分ST1-ST4可以相对于锥形耦合器区段TCS的锥形部分T1-T4使校准板150的方向性为最高时的频率移位。例如，阶梯状锥形部分ST1-ST4可以在高于3.6或3.7千兆赫兹(“GHz”)的频率下产生比锥形部分T1-T4更高的方向性。相反，锥形部分T1-T4可以在低于3.6或3.7GHz的频率下产生比阶梯状锥形部分ST1-ST4更高的方向性。

在一些实施例中，阶梯状锥形部分ST1-ST4可以与锥形部分T1-T4组合。例如，锥形耦合器区段TCS'的阶梯状锥形部分ST3、ST4可以用锥形耦合器区段TCS的锥形部分T3、T4替换。作为另一示例，阶梯状锥形部分ST2、ST4可以用锥形部分T2、T4替换。其它示例包括用锥形部分T1、ST2替换阶梯状锥形部分ST1、ST2，或者用锥形部分T1、T3替换阶梯状锥形部分ST1、ST3。因此，锥形部分T1-T4中的至少一个可以用阶梯状锥形部分ST1-ST4中的对应一个替换。因此，可以选择阶梯状锥形部分ST1-ST4和锥形部分T1-T4的任何组合，其中不同的组合可以使校准板150的方向性为最高时的频率移位。

图2D是示出图2A的定向耦合器DC与图1的天线100的校准端口CAL之间的连接的示意性框图。校准板150包括耦合到校准端口240-9的八个定向耦合器DC-1至DC-8，所述校准端口由诸如同轴电缆的RF传输线将校准板150耦合到天线100的校准端口CAL。如关于图2A论述的，定向耦合器DC由多层校准组合器212-214耦合到校准端口240-9。

此外，定向耦合器DC与校准板150的相应路径RF相邻(例如，与其并联)并且被配置成从校准板的相应路径RF汲取RF能量，所述相应路径RF耦合在天线100的天线信号端口140与天线阵列112(图1)的辐射元件130(图1)的相应列120之间。图2D示出了分别在天线100的两个天线信号端口140-1、140-8与两个列120之间通过校准板150的连接。为了简化说明，从图2D的视图中省略了其余六个天线信号端口140-2至140-7(图1)与天线阵列112之间的连接。

如图2D中所示，校准板150包括RF端口240-1，该RF端口耦合在天线信号端口140-1与校准板150的路径RF-1之间。校准板150还包括耦合在路径RF-1与辐射元件130的列120之间的RF端口240-11。因此，端口140-1经由路径RF-1耦合到列120。此外，校准板150包括耦合在天线信号端口140-8与校准板150的路径RF-8之间的RF端口240-8，并且还包括耦合在路径RF-8与另一列120之间的RF端口240-18。定向耦合器DC-1、DC-8分别邻近路径RF-1、RF-8并被配置成从所述路径汲取RF能量。

在一些实施例中，端口240-1、240-8可以分别是第一极化端口和第二极化端口，其中第一极化和第二极化是不同的极化。因此，分别经由路径RF-1、RF-8耦合到端口240-1、240-8的端口240-11、240-18也可以分别是第一极化端口和第二极化端口。天线阵列112的每一列120可以经由相应的RF传输线(例如，同轴电缆)耦合到端口240-11至240-18中的第一极化端口和第二极化端口两者。在一些实施例中，耦合到图2D中所示的端口240-11、240-18的列120可以分别是第一列120-1和第四列120-4(图1)。在其它实施例中，端口240-11、240-18可以分别耦合到第一列120-1和第三列120-3(图1)，或者分别耦合到第二列120-2和第四列120-4(图1)。

图3是沿着图2B的第三接地共面波导CPW-3的分解示意性横截面图。如图3所示，共面波导CPW-3包括接地通孔GV的行GV-R和与行GV-R重叠的导电线320。在一些实施例中，导电线320可以是在校准板150的衬底201的前表面200F上的铜迹线(图2B)。

图3还示出了共面波导CPW-3在天线100的反射器310上(图1)。在一些实施例中，校准板150可以在反射器310的后侧上。在其它实施例中，校准板150可以在反射器310的前侧上。天线阵列112(图1)的辐射元件130(图1)也可以安装在反射器310上(例如，安装在其前侧上)。此外，接地平面330在反射器310和衬底201的与其前表面200F相对的背表面200B之间。因此，反射器310面向接地平面330，所述接地平面面向衬底201的背表面200B。接地通孔GV在衬底201中延伸以将导电线320电连接到接地平面330。例如，接地通孔GV可以在衬底201中的相应电镀通孔(“PTH”)中。

尽管图3的横截面图示出了单个导电线320，但共面波导CPW-3包括在衬底201的前表面200F上彼此共面(并且彼此间隔开)的多个(例如，三个)导电线320。类似地，第一接地共面波导CPW-1和第二接地共面波导CPW-2(图2B)各自包括彼此共面的多个导电线320，所述导电线中的至少一个由接地通孔GV电连接到接地平面330。然而，波导CPW-1至CPW-3不限于具有三个导电线320的共面波导。相反，波导CPW-1至CPW-3中的每一个可以更一般地是接地平面波导，所述接地平面波导在一些实施例中可以包括单个导电线320，在其它实施例中可以包括多个(例如，三个)共面导电线320。

在一些实施例中，校准板150可以直接安装在反射器310上，而其间没有任何其它电路系统。在其它实施例中，校准板150可以堆叠在天线100(图1)内部的其它电路系统的顶部。例如，校准板150可以在安装在另一电路系统上方的安装板上。安装板与另一电路系统之间的间隙可以降低校准板150与另一电路系统之间的电干扰的风险。此外，通过将校准板150堆叠在另一电路系统的顶部上，可以减小反射器310的大小，或者可以出于其它目的保留反射器310上的空间。

根据本发明的实施例的校准板150可以提供许多优点。例如，与均匀耦合线相比，根据本发明的实施例的在校准板150上的定向耦合器DC可以具有不均匀耦合线，这可以增加定向耦合器DC的方向性。举例来说，不均匀耦合线可以包括图2B中所示的锥形部分T1-T4中的一个(或两个)和/或图2C中所示的阶梯状部分ST1-ST4中的一个(或两个)，使得耦合线在梳状线特征CL的第一组叉指齿与第二组叉指齿之间在方向Y上具有不均匀的厚度(图2B)。锥形耦合器区段TCS(图2A)是具有非矩形内部形状的耦合器区段的示例，所述非矩形内部形状由在一对RF传输路径RF之间延伸的相应定向耦合器DC的一对相邻非均匀(例如，在方向X上笔直度不均匀)耦合线的内部部分限定(图2A)。举例来说，非矩形内部形状可以是由倾斜表面S限定以及由可以在方向Y上笔直的表面V限定的六边形(或其他多边形)形状。此类非均匀耦合线可以改善定向耦合器DC的方向性，同时维持足够的耦合以从路径RF汲取RF能量以用于校准目的。

在3.1-4.2GHz的宽带上，常规耦合线的方向性可以高于10分贝(“dB”)。相比之下，根据本发明的定向耦合器DC的方向性可在整个3.1-4.2GHz的宽带中超过15dB。在一些实施例中，方向性可以在3.4-4GHz(例如，3.7-4GHz)的范围内最高。

校准板150的RF端口240-1至240-8(图2A)处的回波损耗相对于常规校准板可以在3.1-4.2GHz的宽带上从25dB的量值改进到大于35dB(例如，大于37dB)的量值。回波损耗的这种改进可以改善RF端口240-1至240-8的阻抗匹配。例如，这些改进可以由(a)校准板150上的不均匀耦合器区段(例如，锥形耦合器区段TCS)和/或(b)邻近端口240-1到240-8的接地平面波导CPW(图2B)产生。

校准板150的RF端口240-11至240-18(图2A)处的回波损耗相对于常规校准板也可以在3.1-4.2GHz的宽带上从25dB的量值改进到大于30dB的量值。

校准板150的端口240-1至240-8与校准端口240-9(图2A)之间的振幅差在3.1-4.2GHz的宽带上可以是+/-0.25dB(或+/-0.15dB或+/-0.2dB)。相比之下，常规校准板的振幅差可以是+/-0.5dB。因此，校准板150可以显著降低振幅差。

校准板150还可以显著减小端口240-1至240-8与校准端口240-9之间的相位差。例如，相位差可以在3.1-4.2GHz的宽带上为+/-2度(或+/-1.5度)。相比之下，常规校准板的相位差可为+/-5度。

上文已经参考附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式体现，且不应解读为限制于本文陈述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且这些实施例将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿全文，相同的数字表示相同的元件。

将理解尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各个元件，但这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅用以将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一元件可称作第二元件，并且类似地，第二元件可称作第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

将理解，当一个元件被描述为在另一个元件“上”时，该元件可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接在”另一个元件上时，则不存在任何中间元件。还将理解，当一个元件被描述为“连接”或“耦合”到另一个元件时，该元件可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在任何中间元件。用来描述元件之间的关系的其它词语应以类似方式解读(即，“在……之间”相对“直接在……之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。

相对术语，例如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如附图中所示。要理解，这些术语旨在涵盖除附图中所描绘的取向之外装置的不同取向。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”、“包含”和/或“具有”在本文中使用时，指存在所述的特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其分组。

上文公开的所有实施例的方面和元件可以任何方式组合和/或与其它实施例的方面或元件组合，以提供多个附加实施例。

Claims (20)

1.一种基站天线，包括：

呈多列的多个辐射元件；

校准端口；以及

校准板，

其中所述校准板包括：

多个定向耦合器，所述多个定向耦合器各自耦合到所述校准端口；以及

多个射频(RF)传输路径，所述多个RF传输路径分别耦合到所述定向耦合器和所述列，并且

其中第一对定向耦合器具有耦合器区段，所述耦合器区段在第一对RF传输路径之间并且耦合到所述第一对RF传输路径，并且包括非矩形内部形状。

2.根据权利要求1所述的基站天线，其中所述非矩形内部形状包括所述第一对定向耦合器的多个锥形部分。

3.根据权利要求2所述的基站天线，其中所述锥形部分包括：

邻近所述第一对RF传输路径中的第一RF传输路径的第一锥形部分和第二锥形部分；以及

邻近所述第一对RF传输路径中的第二RF传输路径的第三锥形部分和第四锥形部分。

4.根据权利要求3所述的基站天线，其中所述第一锥形部分和所述第二锥形部分是镜像对称的。

5.根据权利要求4所述的基站天线，其中所述第三锥形部分和所述第四锥形部分是镜像对称的。

6.根据权利要求3所述的基站天线，其中所述第一锥形部分和所述第三锥形部分是镜像对称的。

7.根据权利要求6所述的基站天线，其中所述第二锥形部分和所述第四锥形部分是镜像对称的。

8.根据权利要求3所述的基站天线，其中所述第一锥形部分和所述第二锥形部分朝向彼此渐缩。

9.根据权利要求8所述的基站天线，其中所述第三锥形部分和所述第四锥形部分朝向彼此渐缩。

10.根据权利要求3所述的基站天线，其中所述第一锥形部分、所述第二锥形部分、所述第三锥形部分或所述第四锥形部分中的至少一个是阶梯状部分。

11.根据权利要求1所述的基站天线，其中所述耦合器区段包括所述校准板的迹线。

12.根据权利要求1所述的基站天线，其中所述校准板还包括接地共面波导，所述接地共面波导在所述第一对RF传输路径之间并且邻近所述耦合器区段的第一端。

13.根据权利要求1所述的基站天线，其中所述校准板还包括：

RF端口，所述RF端口耦合到所述第一对RF传输路径中的第一RF传输路径；以及

接地共面波导，所述接地共面波导在所述RF端口旁边延伸。

14.根据权利要求1所述的基站天线，

其中所述校准板还包括耦合在所述定向耦合器与所述校准端口之间的多个校准组合器，并且

其中所述第一对定向耦合器的耦合器区段耦合到所述校准组合器中的第一校准组合器。

15.一种基站天线，包括：

天线阵列，所述天线阵列包括多个辐射元件；

校准端口；以及

校准板，

其中所述校准板包括：

耦合到所述校准端口的多个定向耦合器；

多个射频(RF)传输路径，所述多个RF传输路径分别耦合到所述定向耦合器和所述天线阵列；以及

第一接地平面波导，所述第一接地平面波导邻近所述RF传输路径中的第一RF传输路径的第一端。

16.根据权利要求15所述的基站天线，其中所述校准板还包括：

第二接地平面波导，所述第二接地平面波导邻近所述RF传输路径中的第二RF传输路径的第一端。

17.根据权利要求16所述的基站天线，其中所述校准板还包括：

第三接地平面波导，所述第三接地平面波导在所述RF传输路径中的第一RF传输路径与第二RF传输路径之间并且邻近所述定向耦合器中的第一定向耦合器。

18.根据权利要求17所述的基站天线，

其中所述定向耦合器中的第一定向耦合器具有耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径的锥形耦合线，并且

其中所述第一接地平面波导、所述第二接地平面波导和所述第三接地平面波导分别是第一接地共面波导、第二接地共面波导和第三接地共面波导。

19.一种基站天线校准板，包括：

校准端口；

耦合到所述校准端口的多个定向耦合器；以及

分别耦合到所述定向耦合器的多个射频(RF)传输路径，

其中所述定向耦合器中的第一定向耦合器包括耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径的第一锥形部分，

其中所述定向耦合器中的第二定向耦合器包括耦合到所述RF传输路径中的第二RF传输路径的第二锥形部分，并且

其中所述第一锥形部分和所述第二锥形部分在所述RF传输路径中的所述第一RF传输路径和所述第二RF传输路径之间彼此相对。

20.根据权利要求19所述的基站天线校准板，

其中所述定向耦合器中的第一定向耦合器还包括第三锥形部分，所述第三锥形部分朝向所述第一锥形部分渐缩并且耦合到所述RF传输路径中的第一RF传输路径，

其中所述定向耦合器中的第二定向耦合器还包括第四锥形部分，所述第四锥形部分朝向所述第二锥形部分渐缩并且耦合到所述RF传输路径中的第二RF传输路径，并且

其中所述第三锥形部分和所述第四锥形部分在所述RF传输路径中的所述第一RF传输路径和所述第二RF传输路径之间彼此相对。