[发明专利]用于双频带蜂窝基站天线的超宽带180度混合电路

说明书

相关申请

本申请是美国专利申请号61/734469的继续申请且要求其优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及用于蜂窝系统的天线，并且尤其涉及用于蜂窝基站的天线。

背景技术

无线技术的发展通常需要无线运营商在它们的网络中部署新的天线设备。不利地，具有多个天线的塔已经变得混乱，同时安装和维护也变得更复杂。基站天线通常覆盖单个窄频带。这导致过多的天线安装在一站点。因为如此多天线的视觉污染，地方政府强加限制了，并且使得获得新站点的批准变得困难。一些天线设计已经试图结合两个频带和扩展的带宽，但由于增加许多空中接口标准和频带，仍需要许多的天线。

蜂窝基站天线通常辐射倾斜成+/-45度到垂直的双倾斜极化。然而，在双频带双极化天线中，其中与低频带和高频带相关联的辐射单元必须被散布的，需要使得一个频带(通常是高频带)的辐射器倾斜从而这些辐射器辐射双倾斜极化，并且使得第二个频带(通常是低频带)的辐射器被布置为辐射垂直和水平极化。这避免了一个频带的辐射元件被另一个频带的辐射元件阻碍。

尽管一个频带的辐射器可以被对准以辐射垂直和水平极化，通常两个频带都辐射双倾斜极化。需要平均拆分的180°混合电路去实现这种变换。

平均拆分的180°混合耦合器或连接器(后面简化为“混合电路”)可理解为四端口定向耦合器，其被设计用于3dB功率拆分(如，平均功率拆分)。比如，环形波导(rat-race)耦合器是这样的180°混合电路。180°混合电路具有两个输入和两个输出端口。一个输入端口通常称为总和输入(标为∑)，而另一个输入端口通常称为差值输入(标为Δ)。输入到180°混合电路的∑输入端口的信号产生两个同相的在输出端口拆分的信号。然而，如果信号输入到Δ输入端口，180°混合电路产生在输出端口拆分的信号，一个同相，而另一个相位差180°。环形波导180°混合电路具有四个端口，相邻的端口被一段金属轨道(如，微带或带状线)或波导隔开。四个端口之间的三个段(端口1到端口2、端口2到端口3、端口3到端口4)隔开1/4波长(λ/4)。第一个端口和最后一个端口(端口1到端口4)隔开3/4波长(3λ/4)的段。不利地，这样的180°混合耦合器是窄带的，仅在一个频率上给出正确的相位。

发明内容

下面的定义被作为一般生的定义提供，并且应当不以任何方式限制本发明的范围到仅仅这些术语，而是为了更好地理解下面的描述而被陈述。

除非另有定义，本发明使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常所理解的相同意思。为了本发明的目的，下列术语定义如下：

冠词“一”和“一个”在这里被用来指该冠词的语法对象的一个或多于一个(即：至少一个)。通过例子，“一个元件”指一个元件或多于一个元件。

整个说明书中，除非上下文另有要求，词语“包括”和“包含”将被理解为意味着包括所述步骤或元件或者一组步骤或元件，但不排除任何其它步骤或元件或一组步骤或元件。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于馈电超宽带双频双极化蜂窝基站天线的一个频带的辐射器的180°混合电路。所述双频带包含低和高频带。该180°混合电路包括：绝缘材料构成的基板、平行配置为接地面的一对金属板，以及第一、第二和第三金属化层。所述基板设置在所述金属板之间。第一和第二金属化层包括在基板的相对的外表面上实现的多个金属轨道，以镜像配置来直接相互重叠。第一和第二金属化层被短接在一起以保持金属轨道处在相同电位。所述金属板和所述第一和第二金属化层形成第一带状线电路，其实现具有附加的短路分流短截线的匹配的分路器。金属板用作第一带状线电路的接地。在一端提供总和输入端口，而在相对端提供两个输出端口。匹配的分路器的分支变窄以在提供两个输出端口的输出轨道之间提供间隙。第三金属化层包括设置在基板内的多个金属轨道，其设置在第一和第二金属化层之间以提供中心导体。所述第一和第二金属化层形成接地，而第三金属化层形成第二带状线电路的有源导体。第三金属化层的金属轨道包括多个不同宽度的四分之一长度的变换器。在第二带状线电路的一端以及在第一带状线电路的短路分流短截线的短路点处提供差值输入端口。以金属轨道的形式的第三金属化层的部分延伸跨过第一带状线电路的间隙。由于第二带状线电路的接地的中断，由第二带状线电路从第二带状线电路的输入端口在输出端口施加差值信号。

优化轨道的部分的宽度，以便当所述输出端口终止时，总和与差值输入在所需的带宽上最佳地匹配。