[发明专利]用于方位波束宽度稳定的具有交错竖直阵列的带透镜基站天线

说明书

一种带透镜基站天线包括：第一阵列，所述第一阵列包括多个第一辐射元件，所述多个第一辐射元件配置成传输第一RF信号的相应子分量；第二阵列，所述第二阵列包括多个第二辐射元件，所述多个第二辐射元件配置成传输第二RF信号的相应子分量；以及RF透镜结构，所述RF透镜结构定位成从所述第一辐射元件中的第一个以及从所述第二辐射元件中的第一个接收电磁辐射。所述第一辐射元件的第一子集沿着第一竖直轴线对准，并且所述第一辐射元件的第二子集沿着与所述第一竖直轴线间隔开的第二竖直轴线对准。所述第一阵列和所述第二阵列各自包括每一水平行的单个辐射元件。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2019年1月31日提交的美国临时专利申请序列号62/799,350和2018年8月24日提交的美国临时专利申请序列号62/722,238的优先权，每个申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及无线电通信，并且更具体地涉及用于蜂窝通信系统和其它通信系统的带透镜天线。

背景技术

蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，一个地理区域被划分成称作“小区”的一系列区域，每个小区由基站提供服务。基站可包括基带设备、无线电和基站天线，该基站天线配置成提供与位于整个小区中的用户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，小区可被划分成多个“扇区”，并且单独的基站天线提供对每个扇区的覆盖。天线通常安装在塔架或其它升高结构上，其中，由每个天线生成的辐射束(“天线束”)向外指向以为相应扇区提供服务。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵列，其中，当天线被安装使用时，辐射元件以一个或多个竖直列布置。本文中“竖直”是指相对于由地平线限定的平面垂直的方向。

非常常见的基站配置为所称的“三扇区”配置，其中，小区在方位面中被划分成三个120°扇区，并且基站包括提供对三个相应扇区的覆盖的三个基站天线。方位面是指将基站天线一分为二并且与地平线限定的平面平行的水平面。在三扇区配置中，由每个基站天线生成的天线束通常在约65°的方位面中具有半功率波束宽度(“HPBW”)，使得天线束提供对整个120°扇区的良好覆盖。通常，每个基站天线将包括通常被称为“线性阵列”的辐射元件的竖直延伸列。线性阵列中的每个辐射元件可以具有近似65°的HPBW，使得由线性阵列生成的天线束将提供对方位面中120°扇区的覆盖。

扇区分裂是指这样一种技术，其中，基站的覆盖区域被划分成多于三个扇区，诸如，六个、九个或甚至十二个扇区。六扇区基站将在方位面中具有六个60°扇区。将每个120°扇区分成多个较小子扇区增加了系统容量，因为每个天线束提供对更小区域的覆盖，因此可提供较高天线增益和/或允许120°扇区内的频率复用。在扇区分裂应用中，单个多波束天线通常用于每个120°扇区。多波束天线在相同频带内生成两个或更多个天线束，由此将扇区分成两个或更多个较小扇区。扇区分裂通常需要辐射元件的多列阵列。扇区分裂的两种常见方法是使用诸如巴特勒矩阵(Butler matrix)的波束成形网络的扇区分裂和使用带透镜天线的扇区分裂。

在第一种扇区分裂方法中，辐射元件的多列阵列由馈送网络驱动，所述馈送网络包括Butler矩阵或其它波束成形网络以从多列阵列产生两个或更多个天线束。例如，如果多列阵列用于生成各自具有约33°的方位HPBW的两个并排天线束，则可以使用三个基站天线来实现六扇区配置。例如，在美国专利公开号2011/0205119中公开了具有生成多个波束的多列阵列的天线。

在第二种扇区分裂方法中，在基站天线中包括RF透镜，并且多个线性阵列配置成通过RF透镜在不同方向上发射和接收信号。RF透镜可用于将由线性阵列生成的天线束的方位波束宽度缩小至适合向子扇区提供服务的波束宽度。因此，例如，对于由三个基站天线服务的六扇区基站，RF透镜将设计成将每个天线束的方位HPBW缩小到约33°。