[发明专利]具有由轻质介电材料形成的透镜和相关介电材料的天线

说明书

提供了透镜式天线，其包括多个辐射元件和定位成接收来自辐射元件中的至少一个辐射元件的电磁辐射的透镜，透镜包括复合介电材料。复合介电材料包括与惰性粘结剂混合的可膨胀的气体填充的微球、诸如发泡微球的介电载体材料以及混合在一起的导电材料的颗粒。

相关申请的交叉引用

本发明的申请根据35U.S.C.§119要求于2016年3月25日提交的美国临时专利申请序列No.62/313,406的优先权，其全部内容通过引用被结合于此。

技术领域

本发明一般而言涉及无线电通信，并且更特别地，涉及在蜂窝和其它通信系统中使用的透镜式天线。

背景技术

蜂窝通信系统在本领域中是众所周知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被划分为称为“小区”的一系列区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括一个或多个天线，该一个或多个天线被配置为提供与移动订户的双向射频(“RF”)通信，移动订户在地理上位于由基站服务的小区内。在许多情况下，每个基站向多个“扇区”提供服务，并且多个天线中的每个天线将为扇区中的相应一个扇区提供覆盖。通常，扇形天线安装在塔架或其它凸起结构上，其中由每个天线产生的(一个或多个)辐射波束向外定向以服务相应的扇区。

常见的无线通信网络规划涉及使用三个基站天线来服务三个六角形小区的基站。这通常被称为三扇区配置。在三扇区配置中，每个基站天线服务120°扇区。通常，65°方位半功率波束宽度(HPBW)天线为120°扇区提供覆盖。这些120°扇区中的三个提供360°覆盖。也可以采用其它分区方案。例如，也使用六个、九个和十二个扇区配置。六个扇区站点可能涉及六个定向基站天线，每个天线具有服务60°扇区的33°方位HPBW天线。在其它提出的解决方案中，可以由馈电网络驱动单个多列阵列以从单个相控阵天线产生两个或更多个波束。例如，如果使用各自生成两个波束的多列阵列天线，则对于六个扇区配置可能只需要三个天线。生成多个波束的天线例如在美国专利公开No.2011/0205119中公开，该专利通过引用被结合于此。

增加扇区的数量增加了系统容量，这是因为每个天线可以服务更小的区域并因此在整个扇区中提供更高的天线增益，并且因为频带可以重用于每个扇区。但是，将覆盖区域划分为更小的扇区存在缺点，因为覆盖窄扇区的天线通常具有更多比覆盖更宽扇区的天线的辐射元件的间隔更宽的辐射元件。例如，典型的33°方位HPBW天线通常是典型的65°方位HPBW天线的两倍宽。因此，随着小区被划分为更多数量的扇区，成本、空间和塔负载要求会增加。

透镜可以用在蜂窝和其它通信系统中以聚焦天线波束，这对于增加由蜂窝基站服务的扇区的数量会是有用的，并且在用于在感兴趣的区域上聚焦天线波束的其它通信系统中会是有用的。但是，透镜可能增加天线的成本、重量和/或复杂性，并且因此在许多天线应用中可能不是商业上实用的解决方案。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了包括多个辐射元件和透镜的天线，透镜定位成接收来自辐射元件中的至少一个辐射元件的电磁辐射。透镜包括多个复合介电材料块，其中复合介电材料块中的至少一些块包括第一基础介电材料片材和第二基础介电材料片材，其间具有第一金属片，其中第一金属片的厚度小于第一基础介电材料片材的厚度的10％。

在一些实施例中，第一金属片中的至少一些可以具有小于50微米的厚度。在一些实施例中，第一金属片中的至少一些可以包括铝箔。在一些实施例中，第一金属片中的至少一些的长度可以在相应的第一金属片的宽度的50％之内。

在一些实施例中，第一介电材料片材中的至少一些可以包括在加热时体积膨胀的发泡(foamed)材料。

在一些实施例中，复合介电材料块中的至少一些块可以各自还包括在第二介电材料片材上的第三介电材料片材和在第二介电材料片材和第三介电材料片材之间的第二金属片。

在一些实施例中，透镜可以包括球面透镜，并且天线可以包括用于蜂窝通信系统的基站天线。