具有宽带去耦辐射元件的多频带基站天线和相关辐射元件的制作方法

本发明总体涉及无线电通信，并且更具体地，涉及用于蜂窝通信系统的基站天线。

背景技术：

在本领域中，蜂窝通信系统是众所周知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被划分为一系列区域，其被称为由相应基站服务的“小区”。基站可以包括一个或多个天线，其配置成提供与位于由基站服务的小区内的移动订户的双向射频(“rf”)通信。在许多情况下，每个基站被划分为“扇区”。在一种常见配置中，六边形小区在方位角平面中被划分为三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线服务，基站天线具有大约65°的方位角半功率波束宽度(hpbw)。通常，基站天线安装在塔或其它升起结构上，其中由基站天线产生的辐射图案(在本文中也称为“天线波束”)向外指向。基站天线通常实现为辐射元件的线性或平面相控阵列。

为了适应增加的蜂窝通信量，蜂窝运营商已经在各种新的频带中增加了蜂窝服务。尽管在某些情况下可以使用所谓的“宽带”或“超宽带”辐射元件的单个线性阵列来提供多个频带中的服务，但在其它情况下，需要使用辐射元件的不同线性阵列(或平面阵列)来支持不同频带中的服务。

随着频带的数量激增，并且增加的扇区化变得更加普遍(例如，将小区划分为六个、九个或甚至十二个扇区)，在典型基站处部署的基站天线的数量已显著增加。然而，由于例如天线塔的地方分区法令和/或重量和风载荷限制，对于可以在给定基站处部署的基站天线的数量通常存在限制。为了在不进一步增加基站天线数量的情况下增加容量，已经引入了所谓的多频带基站天线，其包括辐射元件的多个线性阵列。一种常见的多频带基站天线设计包括用于在694-960mhz频带的一些或全部中提供服务的“低频带”辐射元件的一个线性阵列以及用于在1427-2690mhz频带的一些或全部中提供服务的“中频带”辐射元件的两个线性阵列。这些线性阵列以并排方式安装。另一种已知的多频带基站天线包括低频带辐射元件的两个线性阵列和中频带辐射元件的两个线性阵列。还考虑部署这样的基站天线，其包括在较高频带(诸如，3.3-4.2ghz频带)中操作的“高频带”辐射元件的一个或多个线性阵列。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，提供了辐射元件，其包括第一偶极臂和第二偶极臂，第一偶极臂和第二偶极臂沿第一轴线延伸并且配置成发射处于第一频带中的rf信号。第一偶极臂配置成对第二频带中的rf信号比对第三频带中的rf信号更透明，并且第二偶极臂配置成对第三频带中的rf信号比对第二频带中的rf信号更透明。

在一些实施例中，第一偶极臂和第二偶极臂中的每一个包括多个加宽部分，加宽部分通过中间的变窄部分连接。第二偶极臂可以具有比第一偶极臂更多的加宽部分。第二偶极臂的相邻的变窄部分之间的平均电气距离可以小于第一偶极臂的相邻的变窄部分之间的平均电气距离。第二偶极臂的加宽部分的平均长度小于第一偶极臂的加宽部分的平均长度。第一偶极臂的变窄部分可以配置成对处于第二频带中的rf信号产生高阻抗，并且第二偶极臂的变窄部分可以配置成对处于第三频带中的rf信号产生高阻抗。

在一些实施例中，辐射元件可以是双极化辐射元件。在此种实施例中，第一偶极臂和第二偶极臂可以一起形成第一偶极子，并且辐射元件还可以包括第二偶极子，第二偶极子沿第二轴线延伸并且配置成发射处于第一频带中的rf信号，第二偶极子包括第三偶极臂和第四偶极臂，并且第二轴线通常垂直于第一轴线。在此种实施例中，第三偶极臂可以配置成对第二频带中的rf信号比对第三频带中的rf信号更透明，并且第四偶极臂可以配置成对第三频带中的rf信号比对第二频带中的rf信号更透明。第一偶极子和第二偶极子可以从公共rf传输线中心馈电(center-fed)。辐射元件还可以包括至少一个馈电柄，其大致垂直于由第一偶极子和第二偶极子限定的平面延伸。

根据本发明的这些实施例的辐射元件可以安装在基站天线上作为配置成发射处于第一频带中的rf信号的辐射元件的第一线性阵列的一部分。基站天线还可以包括配置成发射处于第二频带中的rf信号的辐射元件的第二线性阵列以及配置成发射处于第三频带中的rf信号的辐射元件的第三线性阵列。第一线性阵列可以安装在第二线性阵列和第三线性阵列之间，使得第一偶极臂和第三偶极臂朝向第二线性阵列突出，并且第二偶极臂和第四偶极臂朝向第三线性阵列突出。在一些情况下，第一偶极臂可以竖向地重叠在辐射元件的第二线性阵列中的辐射元件中的一个之上，和/或第二偶极臂可以竖向地重叠在辐射元件的第三线性阵列中的辐射元件中的一个之上。在其中辐射元件是双极化辐射元件的实施例中，第一至第四偶极臂中的每一个可以包括第一和第二间隔开的导电段，其一起形成大致椭圆形的形状。在一些实施例中，第二偶极臂的电气长度小于第一偶极臂的电气长度。

根据本发明的其它实施例，提供双极化辐射元件，其包括：(1)第一偶极子，其沿第一轴线延伸并配置成发射处于第一频带中的rf信号，第一偶极子包括第一偶极臂和第二偶极臂；以及(2)第二偶极子，其沿第二轴线延伸并且配置成发射处于第一频带中的rf信号，第二偶极子包括第三偶极臂和第四偶极臂，并且第二轴线大致垂直于第一轴线。第一至第四偶极臂中的每一个包括多个加宽部分，加宽部分通过中间的变窄部分连接，并且第二偶极臂包括比第一偶极臂更多的加宽部分。

在一些实施例中，第二偶极臂可以具有比第一偶极臂多至少50％的加宽部分。在其它实施例中，第二偶极臂可以具有至少两倍于第一偶极臂的加宽部分。第一偶极臂和第三偶极臂可以具有相同数量的加宽部分。至少一些变窄部分可以包括曲折的导电迹线。第一至第四偶极臂中的每一个可以具有第一和第二间隔开的导电段，其一起形成大致椭圆形的形状。

根据本发明的又一些实施例，提供了基站天线，其包括：双极化低频带辐射元件的第一线性阵列，所述双极化低频带辐射元件配置成发射处于第一频带中的rf信号；中频带辐射元件的第二线性阵列，所述中频带辐射元件配置成发射处于第二频带中的rf信号；以及高频带辐射元件的第三线性阵列，所述高频带辐射元件配置成发射处于第三频带中的rf信号。双极化低频带辐射元件的第一线性阵列定位在中频带辐射元件的第二线性阵列和高频带辐射元件的第三线性阵列之间。每个低频带辐射元件包括第一偶极子和第二偶极子，第一偶极子具有沿第一轴线延伸的第一偶极臂和第二偶极臂，以及第二偶极子具有沿第二轴线延伸的第三偶极臂和第四偶极臂。第一偶极臂竖向地重叠在中频带辐射元件的第二线性阵列中的辐射元件中的一个之上。

在一些实施例中，第二偶极臂可以竖向地重叠在高频带辐射元件的第三线性阵列中的辐射元件中的一个之上。

在一些实施例中，第一偶极臂的电气长度超过第二偶极臂的电气长度至少3％。在其它实施例中，第一偶极臂的电气长度可以超过第二偶极臂的电气长度5％至15％。

在一些实施例中，第一至第四偶极臂中的每一个各自包括多个加宽部分，加宽部分通过中间的变窄部分连接。第二偶极臂可以具有比第一偶极臂更多的加宽部分。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基站天线的透视图。

图2是图1的基站天线的透视图，其中天线罩被移除。

图3是图1的基站天线的前视图，其中天线罩被移除。

图4是图1的基站天线的剖视图，其中天线罩被移除。

图5是图1-4的基站天线的低频带辐射元件中的一个的放大透视图。

图6是图1-4的基站天线的低频带辐射元件中的一个的放大平面图。

图7是根据本发明其它实施例的低频带辐射元件的透视图。

具体实施方式

本发明的实施例总体涉及用于多频带基站天线的辐射元件，并涉及相关的基站天线。根据本发明实施例的多频带基站天线可以支持三个或更多个蜂窝频带中的三个或更多个主要空中接口标准，并且允许无线运营商减少在基站处部署的天线的数量，从而在加快产品市场能力的同时降低塔租赁成本。

多频带基站天线的设计中的挑战是减少由其它频带的辐射元件而导致rf信号在一个频带上散射的效应。散射是不希望的，因为它可能影响方位角平面和仰角平面两者中的天线波束的形状，并且效应可能随频率而显著变化，这可能使得难以补偿这些效应。此外，至少在方位角平面中，散射倾向于以不期望的方式影响波束宽度、波束形状、瞄准角、增益和前后比。根据本发明某些实施例的辐射元件可以设计成减小对紧密定位的辐射元件的天线方向图的影响(即，减少的散射)，紧密定位的辐射元件发射和接收处于两个其它频带中的信号。

根据本发明的实施例，提供了多频带基站天线，其具有第一、第二和第三辐射元件的线性阵列，第一、第二和第三辐射元件发射和接收处于相应的第一、第二和第三不同频带中的信号。每个第一辐射元件可以是宽带去耦辐射元件，辐射元件具有偶极子，偶极子具有对第二频带中的rf能量基本透明的第一偶极臂以及对第三频带中的rf能量基本透明的第二偶极臂。通过提供具有对两个不同频带中的rf能量透明的第一偶极臂和第二偶极臂的偶极子，可以将在第二频带中操作的第二辐射元件紧密地定位在第一辐射元件的一个侧上并且将在第三频带中操作的第三辐射元件紧密地定位在第一辐射元件的另一个侧上，而第一辐射元件在实质上不影响由第二和第三辐射元件的线性阵列形成的天线方向图。

在示例性实施例中，提供了一种多频带基站天线，其包括低频带辐射元件的第一线性阵列、中频带辐射元件的第二线性阵列和高频带辐射元件的第三线性阵列。低频带辐射元件的第一线性阵列可以定位在中频带辐射元件的第二线性阵列和高频带辐射元件的第三线性阵列之间。低频带辐射元件可以是双极化交叉偶极子辐射元件，其包括第一偶极子和第二偶极子，每个偶极子具有第一偶极臂和第二偶极臂。每个低频带辐射元件的第一偶极臂可以设计成对于由中频带辐射元件发射的rf能量基本透明，而每个低频带辐射元件的第二偶极臂可以设计成对于由高频带辐射元件发射的rf能量基本透明。由于每个低频带辐射元件的第一偶极臂对中频带rf能量基本透明，所以第一偶极臂可以朝向相应各个中频带辐射元件突出(并且可能在其上方)。同样，由于每个低频带辐射元件的第二偶极臂对高频带rf能量基本透明，所以第二偶极臂可以朝向相应各个高频带辐射元件突出(并且可能在其上方)。因此，低频带辐射元件可以允许线性阵列更紧密地间隔在一起，从而减小天线的宽度，而不会降低rf性能。

在本发明的一些实施例中，提供了辐射元件，其包括第一偶极臂和第二偶极臂，第一偶极臂和第二偶极臂沿第一轴线延伸并且配置成发射处于第一频带中的rf信号。第一偶极臂配置成对第二频带中的rf信号比对第三频带中的rf信号更透明，并且第二偶极臂配置成对第三频带中的rf信号比对第二频带中的rf信号更透明。第一偶极臂和第二偶极臂中的每一个可以包括多个加宽部分，加宽部分通过中间的变窄部分连接。第二偶极臂可以具有比第一偶极臂更多的加宽部分，和/或第二偶极臂的相邻的变窄部分之间的平均电气距离可以小于第一偶极臂的相邻的变窄部分之间的平均电气距离。第二偶极臂的加宽部分的平均长度也可以小于第一偶极臂的加宽部分的平均长度。第一偶极臂的变窄部分可以配置成对处于第二频带中的rf信号产生高阻抗，并且第二偶极臂的变窄部分可以配置成对处于第三频带中的rf信号产生高阻抗。

在其它实施例中，提供双极化辐射元件，其包括：(1)第一偶极子，其沿第一轴线延伸并配置成发射处于第一频带中的rf信号，第一偶极子包括第一偶极臂和第二偶极臂；以及(2)第二偶极子，其沿第二轴线延伸并且配置成发射处于第一频带中的rf信号，第二偶极子包括第三偶极臂和第四偶极臂。第一至第四偶极臂中的每一个包括多个加宽部分，加宽部分通过中间的变窄部分连接，并且第二偶极臂包括比第一偶极臂更多的加宽部分。

根据其它实施例，提供了基站天线，其包括辐射元件的第一、第二和第三线性阵列，辐射元件配置成发射处于相应的第一、第二和第三频带中的rf信号。第一线性阵列定位在第二线性阵列和第三线性阵列之间。第一线性阵列中的辐射元件每个包括第一偶极子和第二偶极子，第一偶极子具有沿第一轴线延伸的第一偶极臂和第二偶极臂，以及第二偶极子具有沿第二轴线延伸的第三偶极臂和第四偶极臂，其中第一偶极臂竖向地重叠在第二线性阵列中的辐射元件中的一个之上，和/或第二偶极臂竖向地重叠在第三线性阵列中的辐射元件中的一个之上。第一偶极臂的电气长度可以大于第二偶极臂的电气长度。

现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例。

图1-4示出了根据本发明某些实施例的基站天线100。特别地，图1是天线100的透视图，而图2-4分别是天线100的透视图、前视图和剖视图，其中其天线罩被移除以示出天线100的天线组件200。图5-6分别是包括在基站天线100中的低频带辐射元件中的一个的透视图和平面图。

在下面的描述中，将使用术语整体地描述天线100，术语假设天线100安装成在塔上使用，其中天线100的纵向轴线沿竖向轴线延伸，并且天线100的前表面指向天线100的覆盖区域与塔背向地安装。相反，使用术语来描述图2-6中所示的天线组件200及其组成的单独部件(诸如，例如辐射元件)，术语假设天线组件200安装在水平表面上，其中辐射元件向上延伸，这大体与图2-4中所示的天线组件的取向一致。因此，作为示例，在下面的描述中，每个辐射元件可以描述为在天线的反射器“上方”延伸，即使当天线100被安装使用时，辐射元件将实际上从反射器向前而不是在反射器上方延伸。

如图1-4所示，基站天线100是沿纵向轴线l延伸的长形结构。基站天线100可以具有管状形状，其具有大致矩形横截面。天线100包括天线罩110和顶部端盖120。在一些实施例中，天线罩110和顶部端盖120可以包括单个整体单元，这可以有助于天线100的防水。一个或多个安装支架150设置在天线100的后侧上，其可以用于将天线100安装到例如天线塔上的天线安装件(未示出)上。天线100还包括底部端盖130，其包括安装在其中的多个连接器140。当天线100安装成用于正常操作时，天线100通常以竖向配置安装(即，纵向轴线l可以大致垂直于由地平线限定的平面)。天线罩110、顶部盖120和底部盖130可以形成天线100的外部壳体。天线组件200容纳在壳体内。在顶部盖120或底部盖130附接到天线罩110之前，天线组件200可以从顶部或底部可滑动地插入到天线罩110中。

图2-4分别是基站天线100的天线组件200的透视图、前视图和剖视图。如图2-4所示，天线组件200包括接地平面结构210，其具有侧壁212和反射器表面214。天线(未示出)的各种机械和电子组件可以安装在限定于侧壁212和反射器表面214的后侧之间的腔室中，诸如，例如移相器、远程电子倾斜单元、机械连杆、控制器和双工器等。接地平面结构210的反射器表面214可以包括或包含金属表面，金属表面用作反射器和天线100的辐射元件的接地平面。在本文中，反射器表面214也可以称为反射器214。

多个双极化辐射元件300、400、500安装成从接地平面结构210的反射器表面214向上延伸。辐射元件包括低频带辐射元件300、中频带辐射元件400和高频带辐射元件500。低频带辐射元件300安装在两个列中以形成低频带辐射元件300的两个线性阵列220-1、220-2。在一些实施例中，每个低频带线性阵列220可以基本上沿着天线100的整个长度延伸。中频带辐射元件400同样可以安装在两个列中以形成中频带辐射元件400的两个线性阵列230-1、230-2。高频带辐射元件500安装在四个列中以形成高频带辐射元件500的四个线性阵列240-1至240-4。在其它实施例中，低频带、中频带和/或高频带辐射元件的线性阵列的数量可以与图2-4中所示的数量不同。应当注意，类似元件在本文中可以通过它们的完整附图标记(例如，线性阵列230-2)个别地指代并且可以通过它们的附图标记的第一部分(例如，线性阵列230)共同地指代。

在所描绘的实施例中，高频带辐射元件500的线性阵列240定位在低频带辐射元件300的线性阵列220之间，并且低频带辐射元件300的每个线性阵列220定位在高频带辐射元件500的线性阵列240的相应一个和中频带辐射元件400的线性阵列230的相应一个之间。中频带辐射元件400的线性阵列230可以延伸或不延伸天线100的整个长度，并且高频带辐射元件500的线性阵列240可以延伸或不延伸天线100的整个长度。

低频带辐射元件300可以配置成发射和接收处于第一频带中的信号。在一些实施例中，第一频带可以包括617-960mhz频率范围或其一部分(例如，617-896mhz频带、696-960mhz频带等)。中频带辐射元件400可以配置成发射和接收处于第二频带中的信号。在一些实施例中，第二频带可以包括1427-2690mhz频率范围或其一部分(例如，1710-2200mhz频带、2300-2690mhz频带等)。高频带辐射元件500可以配置成发射和接收处于第三频带中的信号。在一些实施例中，第三频带可以包括3300-4200mhz频率范围或其一部分。低频带线性阵列220可以配置或不配置成发射和接收处于第一频带的相同部分中的信号。例如，在一个实施例中，第一线性阵列220-1中的低频带辐射元件300可以配置成发射和接收处于700mhz频带中的信号，而第二线性阵列220-2中的低频带辐射元件300可以配置成发射和接收处于800mhz频带中的信号。在其它实施例中，第一线性阵列220-1和第二线性阵列220-2两者中的低频带辐射元件300可以配置成发射和接收处于700mhz(或800mhz)频带中的信号。不同的中频带线性阵列230和高频带线性阵列240中的中频带辐射元件400和高频带辐射元件500可以类似地具有任何合适的配置。

低频带辐射元件300、中频带辐射元件400和高频带辐射元件500可以各自安装成在接地平面结构210上方向上延伸。接地平面结构210的反射器表面214可以包括金属片，金属片如上所述用作反射器和用作辐射元件300、400、500的接地平面。

如上所述，低频带辐射元件300布置成辐射元件的两个低频带阵列220。每个阵列220-1、220-2可以用于形成天线波束对，即，用于两个极化中的每一个的天线，其中双极化辐射元件设计为以所述极化发射和接收rf信号。第一低频带阵列220-1中的每个辐射元件300可以与第二低频带阵列220-2中的相应辐射元件300水平对准。同样，第一中频带阵列230-1中的每个辐射元件400可以与第二中频带阵列230-2中的相应辐射元件400水平对准。尽管在图中未示出，但是辐射元件300、400、500可以安装在馈电板上，馈电板将rf信号耦合到单独的辐射元件300、400、500以及从单独的辐射元件耦合rf信号。一个或多个辐射元件300、400、500可以安装在每个馈电板上。电缆可以用于将每个馈电板连接到天线的其它部件，诸如双工器或移相器等。

尽管蜂窝网络运营商期望部署具有辐射元件的大量线性阵列的天线以便减少每个基站所需的基站天线的数量，但是增加线性阵列的数量通常会增加天线的宽度。基站天线的重量和加载天线的风力都将随着宽度的增加而增加，并且因此更宽的基站天线往往需要结构上更坚固的天线安装件和天线塔，这两者都会显著增加基站的成本。因此，蜂窝网络运营商通常希望将基站天线的宽度限制在500mm以下。这在包括低频带辐射元件的两个线性阵列的基站天线中可能是具有挑战性的，因为设计成服务120°扇区的大多数传统低频带辐射元件具有大约200mm或更大的宽度。

可以通过减小相邻的线性阵列之间的间隔来减小多频带基站天线的宽度。然而，随着间隔减小，不同线性阵列的辐射元件之间的耦合增加，并且这种增加的耦合可能以不希望的方式影响由线性阵列产生的天线波束的形状。例如，低频带交叉偶极子辐射元件将通常具有偶极子辐射器，其具有约为工作频率的波长的1/2的长度。如果低频带辐射元件设计成在700mhz频带下工作，并且中频辐射元件设计成在1400mhz频带下工作，则低频带偶极子辐射器的长度将约为在中频带工作频率下的一个波长。结果，低频带偶极子辐射器的每个偶极臂将具有约为在中频带工作频率下的波长的1/2的长度，并且因此由中频带辐射元件发射的rf能量将倾向于耦合到低频带辐射元件。这种耦合会使中频带线性阵列的天线方向图失真。如果由高频带辐射元件发射的rf能量耦合到低频带辐射元件，则可能发生类似的失真。根据本发明实施例的低频带辐射元件300可以设计成对紧密定位的中频带辐射元件400和高频带辐射元件500基本透明，使得可以显著减小中频带和/或高频带rf能量到低频带辐射元件300的不期望的耦合。

现在参考图5-6，将更详细地描述低频带辐射元件300中的一个。低频带辐射元件300包括一对馈电柄310，以及第一偶极子320-1和第二偶极子320-2。第一偶极子320-1包括第一偶极臂330-1和第二偶极臂330-2，以及第二偶极子320-2包括第三偶极臂330-3和第四偶极臂330-4。馈电柄310可以各自包括印刷电路板，其上形成有rf传输线314。这些rf传输线314在馈电板(未示出)和偶极子320之间传送rf信号。每个馈电柄310还可以包括钩式平衡-不平衡转换器(hookbalun)。第一馈电柄310-1可以包括下部竖向狭缝，以及第二馈电柄310-2包括上部竖向狭缝。这些竖向狭缝允许两个馈电柄310组装在一起以形成竖向延伸的柱，其具有大致x形的水平横截面。每个馈电柄310的下部部分可以包括突起316，其插入通过馈电板中的狭缝以将辐射元件300安装在其上。各个馈电柄310上的rf传输线314可以经由例如传输线314和偶极臂330之间的直接欧姆连接来对偶极子320-1、320-2进行中心馈电。

每个低频带辐射元件300的方位角半功率波束宽度可以在55度到85度的范围内。在一些实施例中，每个低频带辐射元件300的方位角半功率波束宽度可以是大约65度。

每个偶极子320可以包括例如两个偶极臂330，每个偶极臂的长度为工作波长的大约0.2到0.35倍之间，其中“工作波长”是指对应于辐射元件300的工作频带的中心频率的波长。例如，如果低频带辐射元件300设计为用于在整个694-960mhz频带上发射和接收信号的宽带辐射元件，那么工作频带的中心频率将是827mhz，并且相应的工作波长将是36.25厘米。

如图6中最佳所示，第一偶极子320-1沿第一轴线322-1延伸，以及第二偶极子320-2沿第二轴线322-2延伸，第二轴线大致垂直于第一轴线322-1。因此，第一偶极子320-1和第二偶极子320-2布置成十字形的大致形状。第一偶极子320-1的偶极臂330-1和330-2由公共rf传输线314中心馈电，并以第一极化一起进行辐射。在所描绘的实施例中，第一偶极子320-1设计成发射具有+45度极化的信号。第二偶极子320-2的偶极臂330-3和330-4同样由公共rf传输线314中心馈电，并以与第一极化正交的第二极化一起进行辐射。第二偶极子320-2设计成发射具有-45度极化的信号。偶极臂330可以通过馈电柄310安装在反射器214上方大约3/16至1/4的工作波长处。

偶极臂330-1、330-2各自包括间隔开的第一导电段340-1和第二导电段340-2，其一起形成大致椭圆形的形状。粗虚线椭圆叠加在图6中的偶极臂330-1上以示出导电段340-1和340-2的组合的大致椭圆形性质。第一导电段340-1可以形成大致椭圆形形状的一半，并且第二导电段340-2可以形成大致椭圆形形状的另一半。类似地，偶极臂330-3、330-4各自包括间隔开的第一导电段350-1和第二导电段350-2，其一起形成大致椭圆形的形状。

在图5-6所描绘的特定实施例中，导电段340-1、340-2、350-1、350-2的在每个偶极臂330的最接近每个偶极子320的中心的端部处的部分可以具有笔直的外边缘，而不是真正椭圆形的弯曲构造。同样，导电段340-1、340-2、350-1、350-2的在每个偶极臂330的远端处的部分也可以具有笔直的或几乎笔直的外边缘。应当理解，为了本公开的目的，椭圆形的此种近似被认为具有大致椭圆形的形状(例如，长形的六边形具有大致椭圆形的形状)。

间隔开的导电段340-1、340-2、350-1、350-2可以例如在印刷电路板332中实现，并且在一些实施例中，可以位于第一平面中，第一平面大体平行于由下方反射器214定义的平面。所有四个偶极臂330可以位于该第一平面中。每个馈电柄310可以在大致垂直于第一平面的方向上延伸。

再次参考图2-4，可以看出低频带辐射元件300比中频带辐射元件400和高频带辐射元件500两者都高(在反射器214上方)。为了保持基站天线的宽度相对较窄，低频带辐射元件300可以位于非常靠近中频带辐射元件400和高频带辐射元件500两者的位置。在所描绘的实施例中，与中频带辐射元件400的线性阵列230相邻的每个低频带辐射元件300可以在中频带辐射元件400中的两个的大部分上方延伸。同样，与高频带辐射元件500的线性阵列240相邻的每个低频带辐射元件300可以竖向地重叠在高频带辐射元件500中的一个或多个的至少一部分之上。这种布置允许显著减小基站天线100的宽度。在本文中，术语“竖向地重叠”用于指代在基站天线的反射器上方延伸的第一辐射元件和第二辐射元件之间的特定位置关系。特别地，如果可以绘制垂直于反射器的顶表面并且穿过第一辐射元件和第二辐射元件两者的假想线，则认为第一辐射元件“竖向地重叠”在第二辐射元件之上。

尽管将低频带辐射元件300定位成使得它们竖向地重叠在中频带辐射元件400和/或高频带辐射元件500之上可以有利地有助于减小基站天线100的宽度，但是这种方法可以显著增加由中频带辐射元件400和/或高频带辐射元件500发射的rf能量到低频带辐射元件300的耦合，并且此种耦合可以劣化由中频带辐射元件400的线性阵列230和/或高频带辐射元件500的线性阵列240形成的天线方向图。为了减少此种耦合，低频带辐射元件300可以设计成具有对于由中频带辐射元件400发射的辐射基本“透明”的两个偶极臂330-1、330-3以及设计成对于由高频带辐射元件500发射的辐射基本透明的偶极臂330-2、330-4。低频带辐射元件300的对于由中频带辐射元件400发射的辐射基本透明的偶极臂330-1、330-3可以是朝向中频带辐射元件400突出的偶极臂，而低频带辐射元件300的对于由高频带辐射元件500发射的辐射基本透明的偶极臂330-2、330-4可以是朝向高频带辐射元件500突出的偶极臂。在本文中，如果第二频带中的rf能量较弱地(poorly)耦合到偶极臂，则配置成发射处于第一频带中的rf能量的辐射元件的偶极臂被认为对不同的第二频带rf能量中的rf能量是“透明的”。因此，如果对第二频带透明的第一辐射元件的偶极臂定位成使得其竖向地重叠在在第二频带中发射的第二辐射元件之上，则第一辐射元件的添加将不会在实质上影响第二辐射元件的天线方向图。

偶极臂330-1和330-3对于由中频带辐射元件400发射的辐射可以比偶极臂330-2、330-4更透明。换句话说，由中频带辐射元件400发射和接收的频率范围中的rf能量在偶极臂330-2、330-4上可以比在偶极臂330-1、330-3上更容易地感应电流。偶极臂330-2和330-4对于由高频带辐射元件400发射的辐射可以比偶极臂330-1、330-3更透明。因此，如果低频带辐射元件300旋转180度，使得偶极臂330-1、330-3朝向高频带辐射元件500突出并且偶极臂330-2、330-4朝向中频带辐射元件400突出，则将在偶极臂330上感应出更多的中频带电流和高频带电流，并且用于中频带线性阵列230和高频带线性阵列240的天线方向图将劣化。

偶极臂330-1和330-3可以设计成对于由中频带辐射元件400发射的辐射基本透明。该效果可以通过将导电段340-1、340-2实现为一定的金属图案来实现，所述金属图案具有多个加宽部分342，加宽部分通过变窄的迹线部分344连接，如图5-6所示。如图6所示，导电段340-1、340-2的每个加宽部分342可以在第一平面中具有相应的长度l1和相应的宽度w1，其中长度l1在大致平行于电流方向的方向上沿着相应的加宽部分342测量，并且宽度w1在大致垂直于电流方向的方向上沿着相应的加宽部分342测量。每个加宽部分342的长度l1和宽度w1不需要是恒定的，并且因此在本文中将参考每个加宽部分342的平均长度和/或平均宽度。变窄的迹线部分344可以类似地在第一平面中具有相应的宽度w2，其中宽度w2在大致垂直于瞬时电流的方向的方向上沿着变窄的迹线部分344测量。每个变窄的迹线部分344的宽度w2也不需要是恒定的，并且因此将参考每个变窄的迹线部分344的平均宽度。

变窄的迹线部分344可以实现为曲折的导电迹线。在本文中，曲折的导电迹线是指非线性导电迹线，其沿着曲折的路径以增加其路径长度。使用曲折的导电迹线部分344提供了便利方式来延长变窄的迹线部分344的长度，同时仍提供相对紧凑的导电段340。这允许加宽的迹线部分342彼此靠近定位，使得加宽部分342将在低频带频率下表现为偶极子。如下面将讨论的，可以提供这些变窄的迹线部分344以改善天线100的性能。在一些实施例中，每个加宽部分342的平均宽度可以是例如每个变窄的迹线部分344的平均宽度的至少两倍。在其它实施例中，每个加宽部分342的平均宽度可以是每个变窄的迹线部分344的平均宽度的至少四倍。

如果使用传统偶极臂代替天线100中的偶极臂330，则由中频带辐射元件400发射和接收的rf能量可能倾向于在传统偶极臂上感应电流，并且特别地在竖向地重叠在中频带辐射元件400之上的两个偶极臂上感应电流。当低频带辐射元件和中频带辐射元件设计成在具有相差大约两倍的中心频率的频带下工作时，此种感应电流特别容易发生，因为在这种情况下，长度为低频带工作频率的四分之一波长的低频带偶极臂将具有高频带工作频率的大约一半波长的长度。在低频带偶极臂上感应的中频带电流的程度越大，则对中频带辐射元件400的线性阵列230的辐射方向图的特性的影响越大。尽管在其它两个传统的低频带偶极臂上也可以感应中频带rf信号，但是由于远离中频带辐射元件400突出的两个偶极臂之间的间隔增大，所以到这些偶极臂的耦合可能较低，并且因此，四个低频带偶极臂中的仅两个可能对中频带辐射元件400的线性阵列230的辐射方向图产生显著影响。

利用根据本发明实施例的低频带辐射元件300，变窄的迹线部分344可以设计成用作高阻抗部分，高阻抗部分设计成中断中频带中的电流，否则电流本会在低频带偶极臂330-1、330-3上进行感应。变窄的迹线部分344可以设计成对中频带电流产生这种高阻抗，而不会显著影响低频带电流在偶极臂330-1、330-3上流动的能力。如此，变窄的迹线部分344可以减小低频带偶极臂330-1、330-3上的感应的中频带电流以及随后对中频带线性阵列230的天线方向图的干扰。在一些实施例中，变窄的迹线部分344可以使低频带偶极臂330-1、330-3对于中频带辐射元件400几乎不可见，并且因此低频带辐射元件300可以不使中频带天线方向图失真。

偶极臂330-2和330-4可以类似地设计成对于由高频带辐射元件500发射的辐射基本透明。该效果可以通过将导电段350-1、350-2实现为一定的金属图案来再次实现，所述金属图案具有多个加宽部分352，加宽部分通过一个或多个中间的变窄的迹线部分354连接。变窄的迹线部分354可以实现为曲折的导电迹线。导电段350-1、350-2的每个加宽部分352可以在第一平面中具有相应的长度l3和相应的宽度w3。每个加宽部分352的长度l3和宽度w3不需要是恒定的，并且因此将参考每个加宽部分352的平均长度和/或平均宽度。变窄的迹线部分354可以类似地在第一平面中具有相应的宽度w4。每个变窄的迹线部分354的宽度w4也不需要是恒定的。在一些实施例中，每个加宽部分352的平均宽度可以是例如每个变窄的迹线部分354的平均宽度的至少四倍。

如果使用传统偶极臂代替天线100中的偶极臂330，则由高频带辐射元件500发射和接收的rf能量可能倾向于在传统偶极臂上感应电流，并且特别地在竖向地重叠在高频带辐射元件500之上的两个偶极臂上感应电流。利用根据本发明实施例的低频带辐射元件300，变窄的迹线部分354可以设计成用作高阻抗部分，高阻抗部分设计成中断高频带中的电流，否则电流本会在低频带偶极臂330-2、330-4上进行感应。变窄的迹线部分354可以设计成对于高频带电流产生这种高阻抗，而不会显著影响低频带电流在偶极臂330-2、330-4上流动的能力。如此，变窄的迹线部分354可以减小低频带偶极臂330-2、330-4上的感应的高频带电流以及随后对高频带线性阵列240的天线方向图的干扰。在一些实施例中，变窄的迹线部分354可以使低频带偶极臂330-2、330-4对于高频带辐射元件500几乎不可见，并且因此高频带辐射元件300可以不使中频带天线方向图失真。

在一些实施例中，低频带偶极臂330-2、330-4可以具有比低频带偶极臂330-1、330-3具有的加宽部分342多至少50％的加宽部分352。在其它实施例中，低频带偶极臂330-2、330-4可以具有至少两倍于低频带偶极臂330-1、330-3具有的加宽部分342的加宽部分352。在一些实施例中，低频带偶极臂330-1和330-3可以具有相同数量的加宽部分342。在一些实施例中，低频带偶极臂330-2和330-4可以具有相同数量的加宽部分352。变窄的迹线部分354可以比包括在偶极臂330-1、330-3中的变窄的迹线部分344短。

通过将偶极臂330实施为通过中间的变窄的迹线部分344、354连接的一系列加宽部分342、352，每个偶极臂330可以起到类似低通滤波器电路的作用。每个加宽部分342、352的长度越小，低通滤波器电路的截止频率越高。可以调整每个加宽部分342的长度和相邻的加宽部分342之间的电气距离，使得偶极臂330-1、330-3对中频带rf辐射基本透明。可以调整每个加宽部分352的长度和相邻的加宽部分352之间的电气距离，使得偶极臂330-2、330-4对高频带rf辐射基本透明。因此，通过为与中频带辐射元件400和高频带辐射元件500相邻的偶极臂330提供不同的设计，可以改善基站天线的性能。

每个第二偶极臂330-2、330-4的相邻的变窄部分354之间的平均电气距离小于每个第一偶极臂330-1、330-3的相邻的变窄部分344之间的平均电气距离。每个第二偶极臂330-2、330-4的加宽部分352的平均长度l2小于第一偶极臂330-1、330-3的加宽部分342的平均长度l1。

如可以在图5-6中进一步看到的，在一些实施例中，导电段340-1、340-2的远端可以彼此电连接，使得导电段340-1、340-2形成闭环结构。在所描绘的实施例中，导电段340-1、340-2通过变窄的迹线部分344彼此电连接。在其它实施例中，在导电段340-1、340-2的远端处的加宽部分342可以合并在一起以形成单个加宽部分342。在其它实施例中，导电段340-1、340-2的远端可以不彼此电连接。同样，这些设计中的任何一个可以用于实现导电段350-1、350-2的远端。

在一些实施例中，偶极臂330-1、330-3的物理长度可以超过偶极臂330-2、330-4的物理长度。另外，在一些实施例中，偶极臂330-2、330-4的“电气长度”可以超过偶极臂330-1、330-3的电气长度。由于偶极臂330-2、330-4中的加宽部分较短，可能会出现较长的这种电气长度。偶极臂330-2、330-4中的每一个的“电气长度”是由导电段350-1形成的电气路径的长度加上由导电段350-2形成的电气路径的长度。类似地，偶极臂330-1、330-3中的每一个的电气长度是由导电段340-1形成的电气路径的长度加上由导电段340-2形成的电气路径的长度。通过缩短朝向高频带线性阵列240延伸的偶极臂330-1、330-3的电气长度，可以在由低频带线性阵列产生的天线波束中产生偏斜(skew)，偏斜可以校正天线波束的不平衡，不平衡由这样的事实产生：偶极臂330-1、330-3靠近反射器214的边缘，并且因此与偶极臂330-2、330-4相比，“看到”反射器214的较少。该偏斜还可以帮助改善低频带辐射元件300的交叉极化隔离性能。在一些实施例中，偶极臂330-2、330-4的电气长度可以超过偶极臂330-1、330-3的电气长度至少3％。在其它实施例中，偶极臂330-2、330-4的电气长度可以超过偶极臂330-1、330-3的电气长度5％至15％。

通过将每个偶极臂330形成为间隔开的第一导电段和第二导电段，可以将在偶极臂330上流动的电流强制成沿着彼此间隔开的两个相对窄的路径。该方法可以提供对辐射方向图的更好控制。另外，通过使用环形结构，可以有利地减小每个偶极臂330的总长度。因此，根据本发明实施例的低频带辐射元件300可以更为紧凑并且可以提供对辐射方向图的更好控制，同时还对紧密间隔的中频带辐射元素400和高频带辐射元素500的性能具有非常有限的影响。

如上所述，第一偶极子320-1配置成以+45度倾斜极化发射和接收rf信号，以及第二偶极子320-2配置成以-45度倾斜极化发射和接收rf信号。因此，当基站天线100被安装用于正常操作时，第一偶极子320-1的第一轴线322-1可以相对于天线100的纵向(竖向)轴线l成约+45度的角度，并且第二偶极子320-2的第二轴线322-2可以相对于天线100的纵向轴线l成约-45度的角度。

从图6中可以最佳看出，第一和第二偶极臂330中的每一个的中心部分平行于第一轴线322-1延伸，并且第三和第四偶极臂330中的每一个的中心部分平行于第二轴线322-2延伸。此外，偶极臂330作为整体大致沿第一轴线322-1和第二轴线322-2中的一个或另一个延伸。因此，每个偶极子320将直接以+45°或-45°的极化辐射。

图7是根据本发明其它实施例的低频带辐射元件600的透视图。如图7所示，低频带辐射元件600是双极化交叉偶极子辐射元件，其包括一对馈电柄610以及第一偶极子620-1和第二偶极子620-2。第一偶极子620-1包括沿第一轴线延伸的偶极臂630-1、630-2，以及第二偶极子620-2包括沿着基本垂直于第一轴线的第二轴线延伸的偶极臂630-3、630-4。

馈电柄610可以各自包括印刷电路板，其上形成有rf传输线(未示出)。每个馈电柄610包括狭缝，使得馈电柄610可以组装在一起以形成竖向延伸的柱，柱具有大致x形的水平横截面。每个偶极臂630可以电连接到馈电柄610中的一个。

每个偶极臂630可以具有例如3/8到1/2波长长度之间的长度，其中“波长”是指低频带的频率范围的中间的波长。偶极臂630-1和630-2一起形成第一偶极子620-1，并配置成发射具有+45度极化的信号。偶极臂630-3和630-4一起形成第二偶极子620-2，并配置成发射具有-45度极化的信号。偶极臂630可以通过馈电柄610安装在反射器上方大约四分之一波长处。

每个偶极臂630-1、630-3可以包括长形的中心导体634，其具有安装在其上的一系列同轴扼流圈632。每个同轴扼流圈632包括中空金属管，其具有开口端部和封闭端部，封闭端部接地到中心导体634。包括在偶极臂630-1和630-3中的同轴扼流圈632的尺寸、数量和距离可以设计成在中频带辐射元件的频率范围内产生四分之一波长阱(well)，以便使得偶极臂630-1、630-3对中频带中的rf能量基本透明。每个偶极臂630-2、630-4可以包括长形的中心导体644，其具有安装在其上的一系列同轴扼流圈642。每个同轴扼流圈642包括中空金属管，其具有开口端部和封闭端部，封闭端部接地到中心导体644。包括在偶极臂630-2和630-4中的同轴扼流圈642的尺寸、数量和距离可以设计成在高频带辐射元件的频率范围内产生四分之一波长阱，以便使得偶极臂630-2、630-4对高频带中的rf能量基本透明。可以看出，包括在偶极臂630-2、630-4上的同轴扼流圈642的数量和同轴扼流圈642的尺寸可以小于包括在偶极臂630-1、630-3上的同轴扼流圈632的数量和同轴扼流圈632的尺寸。每个同轴扼流圈632、642可以视为其相应的偶极臂630的加宽部分，并且中心导体634、644的在相邻的同轴扼流圈632、642之间的段可以视为相应偶极臂630的变窄部分。

根据本发明的其它实施例，图1-4的基站天线100的线性阵列220可以包括辐射元件600替代辐射元件300。每个辐射元件600的偶极臂630-1、630-3可以朝向中频带辐射元件400突出，并且偶极臂630-2、630-4可以朝向高频带辐射元件500突出。在一些实施例中，偶极臂630-1、630-3中的至少一些可以竖向地重叠在相应的各个中频带辐射元件400之上，和/或偶极臂630-2、630-4中的至少一些可以竖向地重叠在相应的各个高频带辐射元件500之上。由于辐射元件600可以具有对两个不同频带中的rf能量基本透明的偶极臂630，所以它们可以用于三频带基站天线中并且允许其线性阵列更紧密地定位在一起。

尽管上述示例性实施例具有低频带辐射元件，其设计成对在两个较高频带中辐射的rf能量透明，但是应当理解，本发明的实施例不限于此。例如，在其它实施例中，可以提供中频带辐射元件，其具有第一偶极臂和第二偶极臂，第一偶极臂配置成对较低频带中的rf能量基本透明，并且第二偶极臂配置成对较高频带中的rf能量基本透明。

上面已经参考附图描述了本发明的实施例，其中在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域的技术人员充分地传达本发明的范围。类似的数字在全文中指代类似的元件。

应当理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，这些元件应不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

应当理解，当元件被称为“在另一元件上”时，其可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”时，则不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，其可以直接连接到或耦接到另一元件，或可能存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一个元件时，则不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似的方式解释(即，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在本文中可以使用诸如“在……下方”或“在……上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖向”的相对术语来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图所示。应当理解，这些术语旨在涵盖除了附图中描绘的取向之外设备的不同取向。

本文使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意欲为限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其群组。

以上公开的所有实施例的方面和元件可以以任何方式组合和/或与其它实施例的方面或元件组合以提供多个附加实施例。