[发明专利]多频段天线

说明书

背景

用于无线语音和数据通信的双频段天线是已知的。例如，GSM服务的公共频段包括GSM900和GSM1800。GSM900在880-960MHz处操作。在下文中，这组频率将被称为“频段1”。GSM1800在1710-1880MHz的频率范围内操作。在下文中，这组频率将被称为“频段2”。

用于在这些频段中通信的天线一般包括由馈电网络连接的辐射元件的阵列。为了射频（RF）信号的有效发送和接收，辐射元件的尺寸一般与预期的操作频段的波长匹配。因为900MHz频段的波长比1800MHz频段的波长更长，一个频段的辐射元件一般不用于其它频段。在这方面，发展了包括用于两个频段的不同的辐射元件的双频段天线。见例如美国专利号6,295,028、美国专利号6,333,720、美国专利号7,238,101和美国专利号7,405,710，这些专利的公开通过引用被并入。

在这些已知的双频段天线中，频段2的辐射元件可散布在频段1的辐射元件之间，或嵌入900MHz频段的辐射元件内，或嵌入和散布的组合。见例如美国专利7,283,101，图12；美国专利7,405,710，图1，图7。在这些已知的双频段天线中，辐射元件一般沿着单个轴排列。这被完成以在从单频段转到双频段时最小化天线的宽度的任何增加。

天线宽度的增加可能有几个不希望有的缺点。例如，较宽的天线可能不适合在现有位置上，或如果它可被物理地安装到现有天线塔，天线塔可能没有设计成适应较宽天线的额外风负荷。当从单频段天线升级到双频段天线时，天线塔结构的更换是蜂窝通信网络运营商宁可避免的花费。此外，分区法规会防止在一些区域中使用较大的天线。

已知的双频段天线虽然是有用的，但不足以适应未来的业务要求。无线数据业务在各种全球市场中急剧增长。存在增加数量的数据服务用户和每用户增加的业务。这至少部分地归因于“智能电话”例如iPhone、基于Android的设备和无线调制解调器的增加的普及性。无线数据的增加的要求超出传统双频段无线通信网络的容量。

为了处理这个增加的要求，无线网络运营商添加新的无线频段。例如，UMTS频段在1920-2170MHz处操作。这组频率足够接近GSM1800频段，使得UTMS可能考虑为频段2的一部分。此外，数字红利频谱包括790-862MHz，并将被考虑为频段1的部分。然而，可添加额外的频段。例如，LTE2.6在2.5-2.7GHz（在下文中为“频段3”）处操作，而WiMax在3.4-3.8GHz（在下文中为“频段4”）处操作。为了利用频段3和4，无线通信运营商一般用新的多频段天线代替现有的基站天线。

然而，简单地将频段3和频段4的额外的横向极化辐射元件添加到常规双频段天线造成了某些困难。存在用于包括额外的辐射元件的有限区域，因为一个频段的辐射元件之间的空间已经由另一频段的辐射元件占据。此外，频段3和频段4的元件可能在频段1和频段2的元件的操作中引入不希望有的干扰和失真。

概述

本发明的一个目的是提供多频段天线，其包括频段3和/或频段4的容量，并具有与常规双频段天线可比较的尺寸，使得它可以安装在现有天线塔和/或其它支持物上。多频段天线应能够在彼此可适当隔开的三个或四个频段中操作。本发明的另一目的是对频段3和/或频段4提供分集接收。

在本文提供了多频段天线。在本发明的一个实例中，多频段天线具有纵向接地平面和安装在接地平面上的几组辐射元件，辐射元件可按线性阵列排列。第一组第一辐射元件可沿着接地平面的中央纵向布置。第一辐射元件可形成所需尺寸以在第一频段例如频段1中操作。如上所述，虽然频段1的辐射元件一般形成所需尺寸以在大约880-960MHz的频率范围中操作，但为了本发明的目的，在790-862MHz处的数字红利频谱被考虑为该频段的部分。

第二组第二辐射元件也可沿着接地平面的中央纵向布置。第二辐射元件可形成所需尺寸以在第二频段例如频段2中操作。如上所述，虽然频段2的辐射元件一般形成所需尺寸以在大约1710-1880MHz的频率范围中操作，但为了本发明的目的，在1920-2170MHz处操作的UMTS频段被考虑为该频段的部分。