[发明专利]适合用于蜂窝和其它通信系统的多频带多波束透镜式天线

说明书

多频带相控阵天线包括背板、形成第一天线波束的低频带辐射元件的垂直阵列，形成相应的第二天线波束和第三天线波束的高频带辐射元件的第一垂直阵列和第二垂直阵列，以及RF透镜的垂直阵列。第一天线波束、第二天线波束和第三天线波束指向不同的方向。第二辐射元件中的相应一个和第三辐射元件中的相应一个位于背板和每个RF透镜之间，并且第一辐射元件中的至少一些位于RF透镜之间。

相关申请的交叉引用

本申请援引35 U.S.C.§119要求于2016年9月7日提交的美国临时专利申请序列No.62/384,280的优先权，其全部内容如其整体被阐述那样通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及无线电通信，并且更具体地，涉及适合在蜂窝通信系统和各种其它类型通信系统中使用的透镜式天线(lensed antennas)。

背景技术

蜂窝通信系统在本领域中是众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分为一系列称为“小区”的区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括基带装备、无线电装置和天线，天线被配置为提供与地理上位于小区内的移动订户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，可以将小区划分为多个“扇区”，并且为每个扇区提供单独的天线。这些天线常常安装在塔架或其它凸起的结构上，由每个天线生成的辐射波束(“天线波束”)向外指向，以服务于相应的扇区。通常，基站天线被实现为辐射元件的相控阵列，其中辐射元件布置在一个或多个垂直列中。在本文中，“垂直”是指相对于由地平线定义的平面垂直的方向。

常见的蜂窝通信系统网络计划涉及使用三个基站天线来服务小区的基站。这常常被称为三扇区配置。在三扇区配置中，每个基站天线服务于小区的120度扇区。通常，65度方位角半功率波束宽度(HPBW)天线为120度扇区提供覆盖。三个这样的天线提供360度覆盖。也可以采用其它扇区化方案。例如，也使用六、九和十二扇区配置。六个扇区站点可以使用六个基站天线，每个天线具有服务60度扇区的33度方位角HPBW天线。在其它提出的解决方案中，多列相控阵天线(即，具有多列辐射元件的天线)可以由馈送网络驱动，以从单个相控阵天线产生两个或更多个天线波束。每个波束可以为扇区提供覆盖。例如，如果使用多列相控阵天线，每个天线生成两个33度方位角HPBW波束，那么六扇区配置可以仅需要三个天线。例如，在美国专利公开No.2011/0205119和美国专利公开No.2015/0091767中公开了生成多个波束的天线，其中每个专利公开的全部内容通过引用并入本文。

增加扇区的数量增加了系统容量，因为每个天线可以服务于更小的区域，因此在整个扇区中提供更高的天线增益和/或允许频率重用(reuse)。但是，将小区划分为更小的扇区具有缺点，因为覆盖窄扇区的天线通常具有更多的比覆盖更宽扇区的天线的辐射元件间隔更宽的辐射元件。例如，典型的33度方位角HPBW天线一般是典型的65度方位角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、空间和塔架负载要求会增加。

另一个复杂因素在于，随着蜂窝系统用于支持增加的容量并提供增强的能力的需求的增长，已经引入了各种新的蜂窝服务。所添加的新服务通常在与现有服务不同的频带中操作，以避免干扰。当引入这些新服务时，通常必须维持现有的“老旧”服务，以支持老旧的移动设备数年甚至数十年。因此，随着引入新服务，必须部署新的蜂窝基站或者必须升级现有的蜂窝基站以支持新服务。为了降低成本，现在可以使用包括至少两个不同的辐射元件阵列的基站天线，其中每个辐射元件阵列支持不同类型的蜂窝服务。但是，支持多种蜂窝服务会进一步增加典型蜂窝基站天线的复杂性。

发明内容