天线的制作方法

本实用新型一般涉及无线电通信，更具体地说，涉及一种用于蜂窝通信系统的天线。

背景技术：

蜂窝通信系统在本领域中是公知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被分成一系列区域，这些区域被称为由各个基站服务的“小区”。基站可以包括一个或多个基站天线，其被配置为提供与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，每个基站被划分为各“扇区”。在最常见的配置中，六角形小区分为三个120°扇区，每个扇区由一个或多个基站天线提供服务，其方位半功率波束宽度(hpbw)约为65°。通常，基站天线安装在塔架上，其中由基站天线产生的辐射图案(这里也称为“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。

在基站天线中经常会使用寄生元件来调试辐射元件阵列的辐射方向图，进而改善天线阵列的波束成形。通过对寄生元件的合理布置，可以实现在期望的方向上增加辐射量并在不期望的方向上削弱辐射的效果。此外，随着在天线的反射体上安装的辐射元件阵列数量的增加，相邻阵列之间的距离显著减小，这导致各阵列之间的耦合干扰变强。耦合干扰变强会降低辐射元件的隔离性能，这会负面地影响天线的工作性能。为了改善隔离性能，会在相邻辐射元件之间设置寄生元件来提高辐射元件之间的隔离度，从而改善基站天线的辐射方向图。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的天线。

按照本实用新型的第一方面，提供一种天线，包括反射体和安装在反射体上的第一辐射元件的第一阵列和第二阵列，其特征在于，所述天线还包括寄生元件，所述寄生元件包括金属环，所述寄生元件的金属环布置在第一阵列的一个第一辐射元件与第二阵列的一个第一辐射元件之间。

根据本实用新型的各实施例的天线可以有效地提高相邻阵列之间的隔离度，进而改善各阵列产生的辐射方向图。

在一些实施例中，第一辐射元件的各个阵列被配置为产生第一频带内的第一天线波束，其中，所述第一频带至少包括频带1695～2690mhz的一部分或者频带3.1～4.2ghz的一部分。

在一些实施例中，所述寄生元件的金属环的周长处于参考波长的80％至120％之间，其中，所述参考波长等于在第一频带内的一个参考频点所对应的波长。

在一些实施例中，金属环的周长是金属环的外周长、内周长或者等效周长。

在一些实施例中，所述参考频点被设置为第一阵列和/或第二阵列在第一频带内隔离度最差的频点，或者所述参考频点被设置为第一阵列和/或第二阵列在第一频带内隔离度较差的多个频点的平均值。

在一些实施例中，所述天线阵列还包括第二辐射元件阵列，包括多个第二辐射元件，所述第二辐射元件阵列被配置为产生第二频带内的第二天线波束，所述第二频带至少包括频带694-960mhz的一部分。

在一些实施例中，金属环在所述金属环的外周缘内至少60％无金属。

在一些实施例中，金属环在所述金属环的外周缘内至少80％无金属。

在一些实施例中，所述金属环构成为正圆形环、多边形环或椭圆形环。

在一些实施例中，所述金属环构成为闭环。

在一些实施例中，所述金属环构成为带有至少一个狭槽的开环。

在一些实施例中，所述金属环构成为印制在印刷电路板上的迹线环。

在一些实施例中，所述金属环基于磁偶极子模型构成，第一辐射元件基于电偶极子模型构成，使得金属环与第一辐射元件在辐射方向图方面具有互补特性，以便至少部分地补偿第一辐射元件的各阵列的辐射方向图的畸变。

在一些实施例中，金属环与第一辐射元件在远场辐射方向图方面具有互补特性。

在一些实施例中，寄生元件的金属环比第一辐射元件从反射体向前延伸得更远。

在一些实施例中，金属环构成为至少部分地降低由天线罩的反射引起的对第一辐射元件的耦合干扰。

按照本实用新型的第二方面，提供一种天线，包括反射体和安装在反射体上的第一辐射元件的第一阵列和第二阵列，每个第一辐射元件基于电偶极子模型构成，其特征在于，所述天线还包括寄生元件，所述寄生元件基于磁偶极子模型构成，以便至少部分地补偿第一辐射元件阵列的辐射方向图的畸变。

在一些实施例中，所述寄生元件包括金属环。

在一些实施例中，寄生元件的金属环布置在第一阵列的一个第一辐射元件与第二阵列的一个第一辐射元件之间以作为隔离元件起作用。

在一些实施例中，寄生元件与第一辐射元件阵列在远场辐射方向图方面具有互补特性。

在一些实施例中，所述第一辐射元件阵列被配置为产生第一频带内的第一天线波束，所述第一频带至少包括频带1695～2690mhz的一部分或者频带3.1～4.2ghz的一部分。

在一些实施例中，寄生元件的金属环比第一辐射元件从反射体向前延伸得更远。

在一些实施例中，金属环在所述金属环的外周缘内至少80％无金属。

按照本实用新型的第三方面，提供一种天线，包括反射体和安装在反射体上的第一辐射元件的第一阵列和第二阵列，其特征在于，所述天线还包括寄生元件，所述寄生元件包括金属环，金属环在所述金属环的外周缘内至少50％无金属。

在一些实施例中，所述寄生元件的金属环布置在第一阵列的一个第一辐射元件与第二阵列的一个第一辐射元件之间。

在一些实施例中，寄生元件的金属环比第一阵列的所述一个第一辐射元件和第二阵列的所述一个第一辐射元件从反射体向前延伸得更远。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1示意性地示出根据本实用新型一些实施例的天线的一部分的立体图；

图2示意性地示出图1的天线的所述一部分的正视图；

图3示意性地示出图1的天线的所述一部分的端视图；

图4示意性地示出安装在图1中的天线内的寄生元件的放大示意图；

图5示例性地示出不带有和带有图4中的寄生元件的天线的带间隔离度比较图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本实用新型并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

以下将参照附图描述本实用新型，其中的附图示出了本实用新型的若干实施例。然而应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本实用新型的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本实用新型的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本实用新型的范围。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

在本文中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在本文中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

在本文中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用语可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用语除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

在本文中，用语“a或b”包括“a和b”以及“a或b”，而不是排他地仅包括“a”或者仅包括“b”，除非另有特别说明。

在本文中，用语“示意性的”或“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本实用新型不受在上述技术领域、背景技术、实用新型内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

在本文中，用语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。

在本文中，用语“至少一部分”可以是任意比例的部分。例如可以大于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、甚至可以是100％即全部。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

现在将参考附图更详细地描述本实用新型的一些实施例。

参照图1至3，图1示意性地示出根据本实用新型一些实施例的天线100的一部分的立体图；图2示意性地示出图1的天线100的一部分的正视图；图3示意性地示出图1的天线100的一部分的端视图。

天线100可以被安装在凸起结构上，例如天线塔、电线杆、建筑物、水塔等，使得其纵向轴线大致垂直于地面延伸以便操作。天线100通常安装在提供环境保护的天线罩240(天线罩仅示出在图3中)内。天线100包括反射体210，反射体210可以包括金属表面，该金属表面提供接地平面，并将到达其的电磁波进行反射，例如重定向成向前传播。天线100还包括通常被布置在反射体210后侧的机械和电子部件250，例如连接器、线缆、移相器、远程电子倾斜单元、双工器等。

如图1所示，天线100还可以包括被布置在反射体210前侧的天线阵列200。天线阵列200可以包括第一辐射元件201阵列2001和第二辐射元件202阵列2002。在当前的实施例中，天线100可以是一种多频带天线。第一辐射元件201的操作频带可以是例如v频带(1695～2690mhz)或其子频带(例如，h频带(1695～2200mhz)、t频带(2200～2690mhz)等)。第一辐射元件201阵列2001可以被配置为产生v频带内或其一部分的第一天线波束。第二辐射元件202阵列2002的操作频带可以是例如r频带(694-960mhz)或其子频带。第二辐射元件202可以被配置为产生r频带内或其一部分的第二天线波束。

在一些实施例中，天线阵列200还可以包括第三辐射元件阵列(未示出)。第三辐射元件的操作频带可以是例如s频带(3.1～4.2ghz)或其子频带。第三辐射元件阵列可以被配置为产生s频带内或其一部分的第三天线波束。虽然没有在各图中示出，但是天线100可以构成为一种所谓的rvvss多频带天线。也就是说，提供两个第一辐射元件阵列2001、一个第二辐射元件阵列2002以及两个第三辐射元件阵列。

应理解的是，本实用新型各实施例的天线100可以适用于任意类型的天线(例如波束成形天线)，并不局限于当前的实施例。例如在一些实施例中，天线阵列200可以仅具有第一辐射元件阵列2001。

随着在天线100的反射体210上安装的辐射元件阵列数量的增加，不同阵列200的辐射元件之间的间距降低。辐射元件之间的间距降低可以导致相邻阵列200之间的耦合干扰变强。变强的耦合干扰可能使得相邻阵列200之间的隔离度(尤其是共面极化隔离度)变差。各阵列200之间的耦合干扰可能影响方位角和俯仰角平面中的辐射方向图。过强的耦合不仅会影响增益(由于耦合损耗)，而且会畸变辐射方向图的形状，从而使得天线100的射频性能、例如波束成形变差。

为了改善天线100的射频性能，在反射体210上可以安装有用于天线阵列200的寄生元件230。寄生元件230可以包括例如前向安装在反射体210上的相邻于一个或多个辐射元件的导电元件。寄生元件230可以被构成为成形一个或多个相邻的辐射元件的辐射图案。例如，可以将寄生元件230设计成使方位角平面中的一个或多个相邻辐射元件的辐射图案的波束宽度变窄或变宽。这些寄生元件230可以包括隔栏2301，其布置在天线阵列200周围或者在相邻的辐射元件之间。一部分寄生元件230可以作为隔离元件布置于相邻的辐射元件之间，以增加相邻辐射元件的隔离度，从而减小相邻辐射元件之间的耦合干扰。另一部分寄生元件230可以布置在天线阵列200的周围并与天线阵列200中相应的辐射元件彼此作用，例如在工作中，寄生元件230可以接收由相应的辐射元件发射的无线电波并将无线电波以不同的相位重新向外辐射，以便调节天线阵列200的波束的特性、例如波束宽度。

根据本实用新型的各实施例，为了提高相邻阵列中的辐射元件之间的隔离度，进而改善天线阵列200的辐射方向图，提出一种基于磁偶极子模型构成的寄生元件230。此外，基于磁偶极子模型构成的寄生元件230可以与基于电偶极子模型构成的辐射元件互相作用，至少部分地补偿例如由于附近的其他阵列的辐射元件引起的天线阵列200的辐射方向图的畸变。

磁偶极子涉及类比电偶极子而建立的物理模型。具有等值异号的两个点磁荷构成的系统称为磁偶极子。目前没有发现单独存在的磁单极子，因为磁偶极子的物理模型不是两个磁单极子，而是一段封闭回路电流。常用的磁偶极子模型可以用一个电流环来等效。电流环的电磁性质可以通过与电流元类似的等效磁流和等效磁荷来表示，等效磁流的方向与电流环电流的方向符合右手螺旋定则。

电偶极子与磁偶极子在辐射方向图、例如远场辐射方向图中可以具有良好的互补特性。对于水平布置的电偶极子而言，在俯仰角平面的远场辐射方向图可以近似为圆形，而在方位角平面的远场辐射方向图可以近似为8字形状；对于垂直布置的磁偶极子(此时电流环水平布置)而言，在俯仰角平面的远场辐射方向图可以近似为8字形状，而在方位角平面的远场辐射方向图可以近似为圆形。因此，将电偶极子和磁偶极子有选择性地结合在一起可以改善天线100在俯仰角平面和和方位角平面内的辐射方向图的对称性和平衡性。

基于磁偶极子的工作原理，安装在反射体210上的寄生元件230可以包括金属环231，由此形成一个等效的电流环。如图1至3所示，寄生元件230的金属环231可以布置在相邻的辐射元件(例如第一辐射元件201)之间以作为隔离元件起作用，以便降低相邻的辐射元件之间的耦合干扰。

图4示意性地示出作为隔离元件起作用的根据本实用新型实施例的寄生元件230的放大示意图。寄生元件230可以包括金属环231和支承腿232，所述金属环231安装在支承腿232上，所述支承腿232安装在反射体210上。金属环231可以是一个金属结构或钣金件、例如铜环、铝环或合金环。在一些实施例中，支承腿232可以是非导电材料制成、例如塑料制成，从而金属环231可以是电浮置的。在一些实施例中，支承腿232可以金属材料制成的，从而金属环231可以与反射体210电流耦合(或者可选地电容耦合)。此外，例如可以借助于卡口连接、螺纹连接、铆钉连接、焊接和/或粘接等固定方式将寄生元件230安装到反射体210上。

带有这种金属环231的寄生元件230是有利的：第一，寄生元件230的成本更加便宜；第二，寄生元件230可以具有任何期望的厚度；第三，寄生元件230可以容易地获得具有较低水平的表面粗糙度，并且可以表现出改善的无源互调(“pim”)失真性能。

不过，金属环231还可以构成为印制在印刷电路板上的迹线环。带有基于pcb的金属环231的寄生元件230也可以是有利的：因为在印刷电路板上印制各种不同形式的导电区段是容易实现的，所以导电区段的实现形式可以是灵活多样的，从而能够更好地适配于实际的应用情形。

应理解的是，金属环231可以构成为多种形状的环形结构、例如圆形环、多边形环或椭圆形环等等。环还可以包括弯曲区段和直区段。在本申请中并不限制金属环231的具体形状。

在一些实施例中，金属环231可以构成为一个闭环。换句话说，金属环231具有连续的导电路径。在其他实施例中，金属环231也可以构成为带有狭槽的开环。换句话说，金属环231具有断续的导电路径。例如当金属环231构成为印制在印刷电路板上的迹线环时，在金属环231上设置狭槽也相对容易和高效。

应理解的是，金属环231可以理解为在内部具有无金属区域的金属结构。在一些实施例中，金属环231可以具有至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％在外周缘内部无金属的外周缘233。金属环231的射频性能可以与金属环231的周长(外周长、内周长或等效周长)有关、尤其是与金属环231的内周长有关。在设计金属环231的环周长时，可以选择一个参考频点，使得金属环231的环周长基本上等于与该参考频点对应的参考波长。例如，寄生元件230的金属环231的环周长可以处于参考波长的80％至120％之间。

此外，在设计金属环231时，可以首先考虑辐射元件(例如第一辐射元件201)在其操作频带内的射频性能、例如在一些频率点处的隔离度(带内隔离度和/或带间隔离度)。然后，选择出隔离度最差的一个频点或者选择出若干个隔离度较差的频点。选择出的频点自身或者对选择出的若干个频点经数值处理后得到的频点(例如经过滤和/或平均)的频点可以被选择为最终的参考频点。借助于根据本实用新型一些实施例的寄生元件230，可以有利地将辐射元件在其操作频带内的隔离度(例如带间隔离度)保持在较好水平、例如-28db以下。

如图5所示，虚线示例性地示出了不带有根据本实用新型一些实施例的寄生元件的天线的带间隔离度特性曲线，而实线示例性地示出了带有根据本实用新型一些实施例的寄生元件的天线的带间隔离度特性曲线。可见，辐射元件阵列的运行频带包括1695mhz至2690mhz。在该运行频带内，天线的带间最差隔离度处于频点1915.8mhz，借助于本实用新型的寄生元件可以有效地将在该最差情况下的带间隔离度从-26.79改善到-29.5db。应理解的是，为了获得更高的隔离度，可以适当地安装更多个寄生元件。

在一些实施例中，寄生元件230的金属环231不仅可以有效地降低相邻的辐射元件之间的耦合干扰，而且可以有效地降低由天线罩240反射引起的耦合干扰。由天线罩240的反射引起的耦合干扰与天线罩240自身拱形的构造、辐射元件与天线罩240较短的间距和/或辐射元件的操作频带有关。为了至少部分地降低由天线罩240的反射引起的耦合干扰，寄生元件230的金属环231可以比第一辐射元件201从反射体210向前延伸得更远(参照图3)。换句话说，金属环231可以位于相邻的第一辐射元件201的前方，从而由天线罩240的反射过来的rf信号可以首先被金属环231吸收，然后以不同的相位并且以一定程度的衰减重新向外辐射，由此降低由天线罩240的反射引起的对辐射元件的耦合干扰。

应理解的是，在本申请中并不限制寄生元件230的具体布置。在一些实施例中，带有金属环231的寄生元件230也可以布置在其他位置、例如布置在天线阵列200的周围。在一些实施例中，第一辐射元件201可以比寄生元件230的金属环231从反射体210向前延伸得更远。

虽然已经描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。