[发明专利]一种天线装置以及基站

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于移动通信的天线装置，该天线装置包括适用于至少两个不同的频带的多个发射器，该多个发射器设置在反射器之上。而且，本发明还涉及一种用于移动通信的基站，该基站包括至少一个上述类型的天线装置。

背景技术

典型的通信天线装置可以包括多个发射天线元件、天线馈电网络和反射器。发射器通常排列成多个列，每一列发射器形成一个天线。发射器可以是单极化的或双极化的；在后一种情形下，每个天线需要两个馈电网络，即每一极化需要一个馈电网络。发射器通常在反射器之上排列为阵列，大多数情况下排列为沿竖直平面延伸的一维阵列，但也会使用二维阵列。为了简要起见，下面仅考虑一维阵列，但这不应当被认为是限制了本专利的范围。天线的发射性能受限于它的孔径，该孔径定义为垂直于被接收或被传输的信号的有效天线面积。天线增益和波瓣宽度与天线孔径和运行频率直接相关。例如，当频率加倍时，波长减半，而对于相同的孔径，增益加倍，波瓣宽度减半。为使阵列正确运行，发射器通常相互隔开一定距离，该距离略微小于它们运行的波长，因而增益将会与所使用的发射器的数量成正比，而波瓣宽度将会与发射器的数量成反比。

随着蜂窝系统(GSM、DCS、UMTS、LTE、WiMAX等)和不同频带(700MHz、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2600MHz等)的增长，将适用于不同的蜂窝系统和不同频带的天线重组为一个多频带天线的做法成为有益的。通常的方案是将低频带天线(例如GSM 800或GSM 900)与一个或多个高频带天线(例如DCS 1800、PCS 1900或UMTS 2100)相组合。最近才成为可用的频带，例如2600MHz频带，也可以被包括在多频带天线装置中。

低频带天线通常用于达成最佳的蜂窝覆盖，其增益必须越高越好。高频带天线用于加入另一频带以增大容量，而其增益直到最近也没有得到优化，趋势是使两个频带保持相似的竖直波瓣宽度，其结果是，与低频带天线的孔径相比较，高频带天线的孔径较小，典型的情况是高频带天线的孔径大约是低频带天线的孔径的一半。这也允许了在并排式结构中，例如一个堆叠在另一个之上的两个高频带天线115位于一个低频带天线116旁边(图1A)。这两个天线可以用于两个不同的频带(例如PCS 1900以及UMTS 2100或LTE 2600)。所使用的另一种结构是交错式天线。在这种结构中，将如WO2006/058658-A1所描述的由低频带发射器和高频带发射器组合而构成的双频带发射元件113与单频带的低频带发射器111和高频带发射器112一起使用(图1B)。

发明内容

本发明的发明人发现现有技术的多频带天线装置的缺点在于高频带天线不能利用反射器之上可用的整个竖直孔径。随着智能手机越来越多地被使用，蜂窝网络部署的关注点已经从提供语音通话转移至提供数据传输。运营商迫切需要为数据传输提供更大容量，这经常与诸如LTE等新的蜂窝系统相结合。

诸如CDMA和LTE等的蜂窝标准被设计成更高的接收功率会产生更高的数据传输吞吐量。获得更高的接收功率的一种方式是增大基站天线的增益，这能够通过增大天线孔径来实现。

增大高频带天线的孔径的一个问题在于，随着运行在高频率的发射器的数量相比于运行在低频率的发射器的数量的增加，传统的基于狭窄柔性电缆的馈电网络的损耗也会增加，因而通过增大天线孔径获得的额外增益的部分或全部会损耗在馈电网络中。更新的诸如LTE标准等的蜂窝标准包括使用MIMO(多输入多输出，Multiple Input Multiple Output)天线，从而通过使用多个用于接收具有低关联度的信号的天线来增大数据吞吐量。因此，在多频带天线装置中加入更多天线是有益的。

使用如WO2006/058658-A1所描述的双频带偶极子的问题在于，高频带偶极子会影响低频带偶极子的性能，并且难以同时优化低频带和高频带的性能。

如果为多频带天线中的低频带和高频带分别使用单独的发射器，那么适用于不同频带的发射器需要紧靠彼此而运行。它们因而会对彼此的辐射图产生不利影响，或者在它们自身之间耦合无用的信号。

本发明的目的在于改进多频带天线装置的性能。