CN110416706A - 用于波束成形天线和相关基站天线的校准电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于波束成形天线和相关基站天线的校准电路。基站天线包括背板和从背板向前延伸的多个辐射元件。天线还包括多个馈电板，并且馈电板中的每个馈电板具有安装在上面的一个或多个辐射元件的相应组。天线还包括校准端口和校准电路，校准电路具有校准组合器和多个定向耦合器，校准组合器具有耦合到校准端口的输出端，多个定向耦合器耦合到校准组合器。第一定向耦合器中的第一定向耦合器的至少第一部分在馈电板中的第一馈电板上实现。

Description

用于波束成形天线和相关基站天线的校准电路

技术领域

本发明涉及蜂窝通信***，并且更特别地涉及采用波束成形天线的蜂窝通信***。

背景技术

蜂窝通信***用于向固定和移动订户(这里的“用户”)提供无线通信。在典型的蜂窝通信***中，将地理区域划分为被称为“小区(cell)”的一系列地区，并且每个小区由基站服务。每个基站可以包括被配置为提供与小区内的用户的双向射频(“RF”)通信的基带装置、无线电装置和基站天线。基站天线通常安装在塔架或其它突出结构上。

基站天线是可以在特定方向上使发送或接收的RF能量集中的定向设备。基站天线在给定方向上的“增益”是天线在该方向上集中RF能量的能力的量度。由基站天线生成的辐射图案(也被称为“天线波束”)是天线在所有不同方向上的增益的汇集。基站天线的辐射图案通常被设计成服务预定义的覆盖区域，诸如小区或小区的一部分(通常被称为“扇区(sector)”)。基站天线通常被设计成在其预定义的覆盖区域中具有最小增益水平，并且在覆盖区域之外具有低得多的增益水平以减少对相邻小区或扇区的干扰。典型地，基站天线包括辐射元件的一个或多个相位控制阵列，当天线被安装使用时，辐射元件被布置在一个或多个垂直列中，其中“垂直”是指一般相对于由水平面定义的平面垂直的方向。

图1是常规蜂窝基站10的示意图。基站10包括安装在诸如天线塔架之类的突起结构30上的几个基站天线20。基带装置40可以安装在塔架30的基座处，并且线缆连接件42可以将基带装置40连接到安装在每个基站天线20后面的远程无线电头(图1中不可见)。每个基站天线20可以生成天线波束50(在图1中示意性地示出)，天线波束50在水平或“方位(azimuth)”平面中向120°“扇区”提供服务。例如，每个基站天线20可以被设计成具有大约65°的半功率波束宽度，这在整个120°扇区中提供良好的覆盖。

早期的基站天线典型地具有固定的辐射图案，这意味着一旦基站天线被安装，除非技术人员物理上重新配置天线，否则基站天线的辐射图案不能被改变。当今，许多基站天线上的辐射图案可以通过向天线发送控制信号从远程位置电子地改变，其中控制信号更改了改变辐射图案的形状的通过阵列的每个辐射元件发送/接收的RF能量的振幅和/或相位。辐射图案最常见的变化是仰角(elevation)或“下倾”角(即，相对于天线波束的具有最高增益的部分指向的水平面的角度)和/或方位角(在天线波束的具有最高增益的部分指向的水平平面中的角度)的变化。可以使其下倾角和/或方位角从远程位置电子地改变的基站天线通常被称为远程电子倾斜(“RET”)天线。

为了增加容量，一些蜂窝基站现在采用波束成形无线电装置和多列波束成形天线。在一些波束成形天线中，每列辐射元件被耦合到无线电装置的相应RF端口。无线电装置可以调整被传递到每个RF端口的RF信号的子分量的振幅和相位，使得辐射元件的列一起工作以形成在方位和/或仰角平面中具有更窄波束宽度的更聚集、更高增益的天线波束。在一些情况下，这些波束成形天线可以用于形成两个或更多个静态天线波束，其中每个天线波束在方位平面中具有较小的波束宽度。这种方法可以用于执行所谓的“扇区分割”，其中120°扇区可以被分成两个、三个或者甚至更多个较小的子扇区，并且波束成形天线可以被配置为对于每个子扇区生成单独的天线波束。还可以使用能够形成有时被称为“笔形(pencil)波束”的窄天线波束的波束成形天线，这些窄天线波束可以指向特定用户或密集聚集的用户群。这些天线可以在逐个时隙的基础上生成不同的笔形波束，使得非常高增益的天线波束可以在不同的时隙期间在整个扇区上进行电子转向，以便为整个扇区的用户提供覆盖。

遗憾的是，由无线电装置对传递到每一列波束成形天线的RF信号的子分量施加的相对振幅和相位由于RF信号的子分量被从无线电装置传递到高功率放大器，并且然后传递到基站天线上而不能被维持。如果相对振幅和相位改变，那么结果得到的天线波束将典型地在期望的方向上展现出较低的天线增益而在非期望的方向上展现出较高的天线增益，从而导致性能劣化。例如，由于用于放大相应的发送和接收信号的放大器中的非线性、不同无线电端口与天线上相应RF端口之间的线缆连接件的长度差异、温度变化等，可能出现相对振幅和相位的变化。虽然振幅和相位变化的一些原因可能倾向于是静态的(即，它们不随时间变化)，但其它的可能是动态的，并且因此更难以补偿。

为了减少上述振幅和相位变化的影响，波束成形天线可以包括校准电路，该校准电路对RF信号的每个子分量进行采样并将这些样本传递回无线电装置。校准电路可以包括多个定向耦合器以及校准组合器，每个定向耦合器被配置为从在RF端口和相应列的辐射元件之间延伸的RF传输路径中的相应一条传输路径分接(tap)RF能量，校准组合器用于组合从这些RF传输路径中的每个分接出的RF能量。校准组合器的输出端被耦合到天线上的校准端口，又进而被耦合回无线电装置。无线电装置可以使用RF信号的每个子分量的样本来确定沿着每条传输路径的相对振幅和/或相位变化，并且可以然后调整所施加的振幅和相位权重以考虑这些变化。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供一种包括背板和从背板向前延伸的多个辐射元件的基站天线。天线还包括多个馈电板，并且馈电板中的每个馈电板具有安装在上面的一个或多个辐射元件的相应组。天线还包括校准端口和校准电路，校准电路具有校准组合器和多个定向耦合器，校准组合器具有耦合到校准端口的输出端，多个定向耦合器耦合到校准组合器。第一定向耦合器中的第一定向耦合器的至少第一部分在馈电板中的第一馈电板上实现。

根据本发明的其它实施例，提供一种基站天线，该基站天线包括背板、布置成限定辐射元件的第一列的第一多个辐射元件和布置成限定辐射元件的第二列的第二多个辐射元件。这些天线还包括在天线的第一RF端口和辐射元件的第一列之间电耦合的第一机电相移器，以及在天线的第二RF端口和辐射元件的第二列之间电耦合的第二机电相移器。这些天线还包括校准电路，该校准电路包括沿着在第一机电相移器的输入端与辐射元件的第一列中的辐射元件中的第一辐射元件之间延伸的第一RF传输路径耦合的第一定向耦合器，以及沿着在第二机电相移器的输入端与辐射元件的第二列中的辐射元件中的第一辐射元件之间延伸的第二RF传输路径耦合的第二定向耦合器。

根据本发明的进一步实施例，提供一种基站天线，该基站天线包括具有前表面和后表面的背板以及从背板向前延伸的多个辐射元件。这些天线还包括安装在背板前面的多个馈电板，其中每个馈电板具有多个辐射元件中的安装在该馈电板上的一个或多个辐射元件的相应组。天线还包括校准电路，该校准电路包括安装在背板前面的多个部件和安装在背板后面的至少一个附加的部件。

根据本发明的进一步实施例，提供了基站天线，该基站天线包括背板、包括至少第一RF端口和第二RF端口的多个RF端口、包括至少第一辐射元件和第二辐射元件的多个辐射元件、包括至少第一功率分配器和第二功率分配器的多个功率分配器、校准端口和校准电路，每个辐射元件从背板向前延伸，第一功率分配器耦合在第一RF端口和第一辐射元件之间，并且第二功率分配器耦合在第二RF端口和第二辐射元件之间。校准电路包括校准组合器和多个定向耦合器，校准组合器具有耦合到校准端口的输出端，所述多个定向耦合器包括耦合到校准组合器的至少第一定向耦合器和第二定向耦合器。第一定向耦合器在第一功率分配器的印刷电路板上实现。

附图说明

图1是例示具有用于向方位平面中的三个扇区提供覆盖的三个基站天线的常规蜂窝基站的示意图。

图2是根据本发明实施例的移除了天线罩(radome)的波束成形天线的示意性透视图。

图3是例示具有常规校准电路的基站天线的示意性框图。

图4是例示根据本发明的实施例的在天线的馈电板上实现校准电路的基站天线的示意性框图。

图5是例示根据本发明其它实施例的基站天线的示意性框图。

图6是例示根据本发明其它实施例的基站天线的示意性框图。

图7是例示图6的基站天线中包括的定向耦合器如何可以通过将馈电板上的RF传输线通过天线的背板中的开口电磁耦合到下层校准电路板上的导电结构而形成的示意性平面图。

图8是在图6的基站天线中包括的校准电路板的示意性正视图，例示了在校准电路板上实现的校准组合器电路。

图9是例示在图6的基站天线中包括的定向耦合器的另一种实现的示意性横截面图。

图10是例示根据本发明的进一步实施例的基站天线的示意性框图。

图11是可以包括在图10的基站天线中的相移器组件的正面透视图。

图12是可用于图10的基站天线中的图11的相移器组件的修改版本的示意性框图。

图13是例示包括在图6-图8的基站天线中包括的校准电路的修改版本的基站天线的示意性框图。

图14是图13的基站天线的一部分的示意性分解透视图。

图15是例示校准耦合器如何在相移器印刷电路板上实现并电磁耦合到校准电路板上的校准组合器电路的示意性平面图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，提供了具有改进的校准电路的波束成形基站天线。校准电路可以包括多个定向耦合器和组合定向耦合器的输出的校准组合器。校准电路能够以新方式并且在天线内的新位置处实现，这能够提供改进的性能和/或降低天线的成本。

常规上，用于波束成形天线的校准电路位于天线的基板(base plate)的正上方，并且提供将天线上的每个RF端口直接连接到在上面实现校准电路的校准电路板的输入电缆。具有这种设计的基站天线可以展现出对于校准电路的高容差(tolerance)水平，因为天线内将沿着校准路径生成的振幅或相位的唯一变化是可能在输入电缆和/或校准电路中引入的变化。根据本发明实施例的波束成形基站天线可以具有校准电路，其至少部分地位于相移器印刷电路板上、在支持各个辐射元件的馈电板上、在功率分配器印刷电路板上以及/或在双工器印刷电路板上。这种新方法允许校准电路识别可能在很多天线馈电网络内引入的相对振幅和/或相位变化，这允许无线电装置对这种变化进行校正并提供改进的天线图案。此外，将校准电路移动到相移器印刷电路板、馈电板、功率分配器印刷电路板和/或双工器印刷电路板上可以移动校准电路更远离RET致动器(典型地位于与天线端口相邻的天线的基座处)，这可以减小RET致动器中包括的直流电机在校准电路中引入噪声的可能性。此外，重新定位校准电路还可以减少位于天线的基座附近的元件/电路的数量，这可以允许减少许多天线设计的总体长度。重新定位校准电路也可以减少天线中所需的电缆(和相关联的焊点)的数量，这既可以减少成本又可以提高天线性能。另外，即使在校准板上使用非常短的微带传输线，由微带传输线和两个电缆到微带印刷电路板转换所增加的***损耗也可能是显著的，例如在3.5GHz下大约为0.4dB的量级。通过在天线中已经存在的微带或其他印刷电路板上定位一些或全部校准电路，可以减少或消除该***损耗，从而导致增益性能的改善。随着蜂窝基站向3.5GHz和5GHz频带等更高频带的移动，提高基站天线的在下一代校准电路的物理布局和***损耗性能方面的效率尤为重要。

在本发明的一些实施例中，可以提供包括来自天线中包括的每列辐射元件中的至少一个辐射元件的单片馈电板。校准电路可以完全实现在这个单片馈电板上。利用这种设计，可以将校准电路添加到天线，与不包括校准电路的天线相比，不会增加沿着穿过天线的RF信号路径的连接数量(例如，焊点或连接器)。事实上，包含校准电路所需的唯一附加连接是将校准电路的输出连接到天线上的校准端口的一对附加连接。相比之下，将校准电路板添加到常规天线通常每列辐射元件添加两个连接件，连同用于将校准电路连接到校准端口的两个附加的连接件。这些额外的连接可能会增大制造天线的成本，并且是可能降低天线性能的无源互调失真的潜在来源。

在其它实施例中，校准电路可以更分布。例如，在一个这样的实施例中，每列辐射元件中的辐射元件都可以安装在一个或多个馈电板上。每列中的馈电板之一可以包括一对定向耦合器以及2x1组合器，定向耦合器用于从安装在馈电板上的交叉偏振辐射元件的相应辐射器中提取少量能量，以及2x1组合器用于组合两个提取的RF信号。然后，2x1组合器的输出端可以耦合到另一个印刷电路板，该另一个印刷电路板包括组合2x1组合器的输出以提供校准信号的Nx1组合器电路。诸如线缆连接件之类的连接件可以用于将由Nx1组合器输出的校准信号传递到天线的校准端口。

在还有的其它实施例中，校准电路的每个定向耦合器的第一部分可以实现在馈电板中的一个或多个上，并且每个定向耦合器的第二部分可以实现在校准电路板上。电磁耦合可以用于将RF能量从第一部分耦合到每个定向耦合器的第二部分。在这些实施例中，馈电板可以定位在天线的背板的前侧，并且校准电路板可以定位在背板的背侧。这种方法可以允许使用小的馈电板，并且可以减少实现校准电路所需的焊点的数量。

在还有的其他实施例中，校准电路的定向耦合器可以在天线中包括的相移器的主印刷电路板上实现，以实现远程电子下倾。例如，可以沿每个相移器的主印刷电路板上的“输入迹线”(即，将输入电缆连接到相移器的功率分配器的迹线)实现微带定向耦合器。每个定向耦合器都提取少量的RF能量(其可以被称为“提取的校准信号”)，然后该RF能量从相移器的印刷电路板传递到校准组合器电路，该校准组合器电路组合从每个相移器所接收到的所提取的校准信号。校准组合器电路的输出可以耦合到天线的校准端口。在一个替代实施例中，定向耦合器仍然可以在每个相移器的主印刷电路板上实现，但是可以在输入RF信号已经被相移器印刷电路板上的功率分配器电路细分之后实现。例如，用于基站天线的常规相移器通常将输入信号分成X个子分量，然后将可变相移应用于这些子分量中的X-1个。当使用这样的相移器时，可以沿着用于输入信号的未被相移的子分量的传输路径实现定向耦合器。与上述实施例一样，每个提取的校准信号都可以从相移器的印刷电路板传递到组合所提取的校准信号的校准组合器电路，然后可以将组合后的校准信号传递到天线的校准端口。

在更进一步的实施例中，校准电路可以至少部分地在基站天线内的其他印刷电路板上实现，该其它印刷电路板例如固定下倾基站天线的双工器印刷电路板或功率分配器印刷电路板。

现在将参照图2-图14更详细地讨论本发明的各方面，图2-图14例示了根据本发明的包括校准电路的基站天线的示例实施例。

图2是可以被设计成包括根据本发明的实施例的任何校准电路的波束成形天线100的示意性透视图。如图2所示，波束成形天线100具有四列110安装在平面背板102上的双偏振辐射元件120。每一列110辐射元件120都具有相同的方位瞄准指向角。天线100包括总共八个RF端口130，即，对于每列两个RF端口130(对于每个偏振一个端口)以及用于校准的第九端口132。天线罩(未示出)安装在辐射元件120上以提供环境保护。

图3是例示具有常规校准电路的基站天线200的示意图。如图3所示，基站天线200包括从背板202向前延伸的双偏振辐射元件220的四个列210。基站天线200还包括八个RF端口230和校准端口232。

RF信号可耦合在RF端口230与辐射元件220的列210之间。由于提供了双偏振辐射元件220，因此两个RF端口230与每一列210相关联，即，对列210中的辐射元件220的第一偏振辐射器222(例如，-45°偶极子)进行馈电的第一RF端口230和对列210中的辐射元件220的第二偏振辐射器224(例如，+45°偶极子)进行馈电的第二RF端口230。

可以提供将RF端口230中的每个RF端口连接到校准电路板250的可以被实现为例如同轴电缆的八个输入电缆240。典型地，每个输入电缆240被焊接到校准电路板250上的相应固定件(fixture)252以在每个输入电缆240和校准电路板250上对应的RF传输线254之间提供电路径。

每个RF传输线254都可以在固定件252中的相应一个固定件和多个固定件256中的相应一个固定件之间延伸。每个固定件256可以容纳在校准电路板250和多个机电相移器270之间延伸的多个跨接(jumper)电缆272中的相应一个跨接电缆，如将在下面进一步详细讨论的。

在校准印刷电路板250上提供校准电路260。校准电路260可以包括例如多个定向耦合器262以及校准组合器264，其中定向耦合器262的数量可以对应于RF端口230的数量(例如，在图3的示例中的八个定向耦合器)。每个定向耦合器262可以用于提取少量沿着RF传输线254中的相应一个RF传输线传递的任何RF信号。在所描绘的在实施例中，每个定向耦合器262被实现为在RF传输线254中的相应一个RF传输线的旁边大致平行地延伸的迹线(trace)263。当RF信号沿着RF传输线254之一行进时，RF能量的一小部分将电磁耦合到迹线263，使得迹线263和RF传输线254的相邻段一起形成定向耦合器262。迹线263在本文可以被称为定向耦合器262的“分接端口”，因为沿着RF传输线254行进的RF信号的一小部分被分接到迹线263。

如在图3中还可以看到的，校准组合器264使用七个2x1组合器266来实现，校准组合器264将八个定向耦合器262的输出端处存在的任何RF信号组合在一起成为单个RF信号。如图所示，每组两个相邻定向耦合器262的迹线263连接到四个2x1组合器266中的相应一个2x1组合器的输入端。第五2x1组合器266用于组合第一2x1组合器266和第二2x1组合器266的输出，并且第六2x1组合器266用于组合第三2x1组合器266和第四2x1组合器266的输出。第七2x1组合器266组合第五2x1组合器266和第六2x1组合器266的输出。每个2x1组合器266可以使用任何常规功率耦合器来实现。例如，可以使用威尔金森(Wilkinson)功率耦合器来实现组合器266。第七2x1组合器266的输出端连接到校准固定件253，并且校准电缆280将校准固定件253连接到天线200上的校准端口232。

校准电路板250上的每个固定件256容纳将固定件256连接到多个相移器270中的相应一个相移器的相应跨接电缆272。相移器270被配置为将在其输入端口274处提供的RF信号分成多个子分量，并且然后向RF子分量施加可调整的相位锥减(phase taper)。每个相移器270的输出端连接到辐射元件的相应列210的馈电板212，以便允许RF信号在相移器270和馈电板212之间传递。每一列210都具有相关联的第一偏振相移器270和相关联的第二偏振相移器270。对于每一列的第一偏振相移器270具有(经由三个相应的相位电缆276)连接到在列210中的三个馈电板212中的每个馈电板上提供的相应RF传输线214的三个输出端。每个RF传输线214穿过相应的分路器216，使得RF传输线214可以连接到安装在馈电板212上的两个辐射元件220中的每个辐射元件的第一偏振辐射器222。以这种方式，第一偏振相移器270的每个输出端可以连接到馈电板212中的相应一个馈电板上的两个辐射元件220的第一偏振辐射器222。类似地，对于每一列210的第二偏振相移器270具有(经由相应的相位电缆276)连接到在列210中的三个馈电板212中的每个馈电板上提供的相应RF传输线215的三个输出端。每个RF传输线215穿过相应的分路器217，使得RF传输线215可以连接到安装在馈电板212上的两个辐射元件220中的每个辐射元件的第二偏振辐射器224。以这种方式，第二偏振相移器270的每个输出端可以连接到馈电板212中的相应一个馈电板上的两个辐射元件220的第二偏振辐射器224。

如以上所讨论的，校准电路260用于识别输入到波束成形天线200的不同RF端口230的RF信号的振幅和/或相位中的任何非期望变化。特别地，校准电路260提取被输入到天线200的RF信号中的每个RF信号的少量，并且然后组合这些提取的“校准”信号并将它们传递回生成RF信号的无线电装置。无线电装置可以使用该信息来确保施加于发送到辐射元件220的各个列210的RF信号的振幅和相位权重提供优化的天线波束。

基站天线200中的校准电路260可以允许使用短的输入电缆240，因为校准电路板250可以位于紧邻RF端口230。此外，校准电路260可以容易地通过容差测试，因为短的输入电缆240应该展现出很小的变化。但是，图3中示出的常规校准电路设计存在几个缺点。首先，这种设计将校准电路板250定位成与天线200的基座处的RF端口230相邻，这也是RET致动器的传统位置。对于基站天线的目前趋势是包括大量独立控制的相移器，并且因此许多天线包括六个、十二个或者甚至更多独立控制的相移器，从而需要对应数量的RET致动器。因此，天线设计人员通常需要将大量RET致动器定位在天线的基座附近，这通常需要延长天线的长度。但是，增加天线的长度通常在成本、重量和客户满意度方面具有消极后果。

另外，RET致动器通常包括DC电机。当电机操作时，它们可能生成对校准电路板上的RF信号产生负面影响的噪声，特别是由于校准电路板经常被实现为未屏蔽的微带(microstrip)印刷电路板。而且，虽然常规校准电路可以很好地识别对于RF信号沿着无线电装置和天线之间的每条RF传输路径传递可能出现的振幅和相位变化，但是常规校准电路对于RF信号传递通过基站天线的馈电网络出现的振幅和相位变化几乎不做任何识别。因此，如果存在这种变化(例如，由于天线的一部分处于阳光下，而其余部分处于阴影中，从而导致影响相对相位的温度变化)，那么用于执行波束成形的振幅和相位权重可能不是理想的，从而导致天线图案劣化。

最后，如图3所示，通常对校准电路板250进行每列两个线缆连接件以及用于校准电缆280的另外两个线缆连接件，从而在天线200中产生十八个附加的连接点。每个连接点通常通过将电缆的一端焊接到印刷电路板来实现。但是，这些焊接的连接实现起来是耗时的，并且是无源互调失真(“PIM”)的潜在来源。根据本发明的实施例的校准电路设计可以减少所需的焊点的数量和/或可以克服与常规校准电路设计相关联的其它缺点。

图4是例示根据本发明实施例的基站天线300的示意图。如图4所示，基站天线300包括双偏振辐射元件320的四个列310。每个辐射元件320可以安装成从背板302向前延伸。可以使用任何适当的辐射元件。在示例实施例中，每个辐射元件320可以包括一对电路(stalk)，诸如从背板302向前延伸、具有形成或安装在上面的一对偶极辐射器322、324的两个印刷电路板(图4中仅示出了偶极辐射器322、324)。电路可以以“X”配置进行布置，并且辐射器322、324可以以“交叉偶极”布置进行布置，其中第一辐射器322以与垂直轴成-45°角放置，并且第二辐射器324与垂直轴成+45°角放置，使得两个辐射器322、324将以正交偏振辐射。

背板302可以包括单一结构或者可以包括附接在一起的多个结构。背板302可以包括例如用作双偏振辐射元件320的接地平面的反射器。当基站天线300被安装使用时，辐射元件320的每个列310可以相对于水平面大致垂直地定向。在所描绘的实施例中，每个列310包括总共六个辐射元件320。但是，将认识到的是，每个列310中可以包括其它数量的辐射元件320，并且天线300中可以包括不同数量的列310。对于本文所讨论的本发明的实施例也是如此。

基站天线300包括八个RF端口330和校准端口332。每个RF端口330可以通过跨接电缆(未示出)耦合到多端口无线电装置(未示出)的对应端口。RF端口330可以例如安装在天线300的外壳的基板中。RF信号耦合在RF端口330与辐射元件320的列310之间。由于提供了双偏振辐射元件320，因此两个RF端口330与每个列310相关联，即，对列310中的辐射元件320的第一偏振辐射器322(例如，-45°偶极子)进行馈电的第一RF端口330和对列310中的辐射元件320的第二偏振辐射器324(例如，+45°偶极子)进行馈电的第二RF端口330。

提供了将RF端口330中的每个RF端口连接到多个机电相移器370中的相应一个机电相移器的可以包括例如同轴电缆的八个输入电缆340。每个机电相移器370被配置为将在其输入端口374处提供的RF信号(使用诸如定向耦合器的一个或多个功率分配器)分离为多个子分量，并且将可调节相位锥度应用于子分量。可以通过机械地改变机电相移器370的设定来调整相位锥减的量。由于用于天线300的校准电路板不位于RF端口330和相应相移器370之间的电路径上，因此可以与天线200相比缩短天线300，如图4中示意性示出的。

相移器370可以例如使用“擦拭器(wiper)”相移器来实现，每个“擦拭器”相移器包括主印刷电路板以及可以在主印刷电路板上方旋转的“擦拭器”印刷电路板。擦拭器相移器可以将在主印刷电路板处接收到的输入RF信号划分成多个子分量，并且然后将这些子分量中的至少一些子分量电容耦合到擦拭器印刷电路板。在擦拭器印刷电路板上可以进行RF信号的进一步细分。RF信号的子分量可以沿着多个弧形迹线从擦拭器印刷电路板电容耦合回主印刷电路板，其中每个弧具有不同的直径。每个弧形轨迹的每一端可以连接到辐射元件或辐射元件的子组。通过在主印刷电路板上方物理地(机械地)旋转擦拭器印刷电路板，可以改变RF信号的子分量电容耦合回主印刷电路板的位置，这因此改变对于RF信号的每个子分量的从相移器到相关联的辐射元件的相应传输路径的长度。这些路径长度的变化导致RF信号的相应子分量的相位变化，并且由于弧具有不同的半径，因此沿着不同路径的相位变化将不同。典型地，通过对RF信号的一个或多个子分量施加各种量值(例如，+X°)的正相移并且通过对RF信号的一个或多个另外的子分量施加相同量值的负相移(例如，-X°)来施加相位锥减。另外，相移器370通常包括不耦合到擦拭器印刷电路板并且因此不会经历可调整的相位改变的一条传输路径。可以使用机电致动器(诸如经由机械联动装置(linkage)连接到擦拭器印刷电路板的DC电机)来移动擦拭器印刷电路板。

仍然参考图4，辐射元件320安装在多个馈电板312、313上。在图4所示的示例性实施例中，每个馈电板312都具有安装在其上的两个辐射元件320。在每个列310的顶部处的两个辐射元件320安装在馈电板312上，并且在每个列310的底部处的两个辐射元件320安装在另一个馈电板312上。馈电板313是在上面安装有八个辐射元件320(即，针对四个列310中的每个列的中间两个辐射元件320)的较大馈电板。馈电板313既充当包括连接到安装在馈电板313上的辐射元件320的RF传输线的馈电板，又充当包括校准电路360的校准电路板。提供八根相位电缆376，其将每个相移器370的第一输出端连接到位于四列310顶部的馈电板312中的一个(每个馈电板312都由两根相位电缆376进行馈电，每根相位电缆376用于两个偏振中的一个)。另外八根相位电缆376将每个相移器370的第二输出端连接到馈电板313，并且另一组八根相位电缆376将每个相移器370的第三输出端连接到位于四列310底部的馈电板312之一。每个第一偏振相移器370的三个输出端耦合到列310中的相应一列中的六个辐射元件的第一偏振辐射器322，并且每个第二偏振相移器370的三个输出端耦合到列310中的相应一列中的六个辐射元件的第二偏振辐射器324。在一些实施例中，连接到馈电板313的相移器370的输出端可以是不经受可调整相移的相移器370的输出端。

馈电板312可以与以上关于图3描述的馈电板212相同。特别地，每个馈电板312可以包括耦合到第一偏振相移器370中的相应一个第一偏振相移器的输出端之一的第一RF传输线314，和耦合到第二偏振相移器370中的相应一个第二偏振相移器的输出端之一的第二RF传输线315。在每个馈电板312上，第一RF传输线314耦合到第一分路器316，并且第一分路器316的输出端连接到安装在馈电板312上的两个辐射元件320中的每个辐射元件的第一偏振辐射器322。同样，第二RF传输线315耦合到第二分路器317，并且第二分路器317的输出端连接到安装在馈电板312上的两个辐射元件320中的每个辐射元件的第二偏振辐射器324。

针对安装在馈电板313上的每对辐射元件320，馈电板313同样包括第一RF传输线314和第二RF传输线315以及第一分路器316和第二分路器317，它们以与馈电板312相同的方式连接，唯一区别在于为八个辐射元件320提供单个大馈电板313而不是四个较小的馈电板312。

校准电路360也被提供在馈电板313上。校准电路360可以包括例如多个定向耦合器362以及校准组合器364，其中定向耦合器362的数量可以对应于RF端口330的数量(例如，八个定向耦合器362)。每个定向耦合器362可以用于提取少量沿着RF传输线314、315中的相应一个RF传输线传递的任何RF信号。在所描绘的实施例中，每个定向耦合器362被实现为在RF传输线314、315中的相应一个RF传输线的旁边大致平行地延伸的迹线363。当RF信号沿着RF传输线314、315中的一个行进时，RF能量的一小部分将电磁耦合到沿着RF传输线314、315形成的定向耦合器362的迹线363。迹线363在本文可以被称为定向耦合器362的“分接端口”，因为沿着RF传输线314、315行进的RF信号的一小部分被分接到迹线363。

校准组合器364使用七个2x1组合器366来实现，七个2x1组合器366将在八个定向耦合器362的输出端处存在的任何RF信号组合在一起成为单个RF信号。如图所示，每组两个相邻定向耦合器362的迹线363连接到四个2x1组合器366的输入端。第五2x1组合器366用于组合第一2x1组合器366和第二2x1组合器366的输出，并且第六2x1组合器366用于组合第三2x1组合器366和第四2x1组合器366的输出。第七2x1组合器366组合第五2x1组合器366和第六2x1组合器366的输出。每个组合器366可以使用任何常规功率耦合器来实现。例如，可以使用威尔金森功率耦合器来实现组合器366。第七2x1组合器366的输出端连接到校准固定件353，并且校准电缆380将校准固定件连接到天线300上的校准端口332。

因此，基站天线300包括背板302和从背板302向前延伸的多个辐射元件320。天线300还包括多个馈电板312、313，并且馈电板312、313中的每个馈电板具有安装在上面的一个或多个辐射元件320的相应组。天线300还包括校准端口332和校准电路360，校准电路360具有校准组合器364和多个定向耦合器362，校准组合器364具有耦合到校准端口332的输出端，多个定向耦合器362耦合到校准组合器364。第一定向耦合器362中的第一定向耦合器的至少第一部分在馈电板313上实现。

辐射元件320被布置成限定辐射元件320的第一列310和辐射元件320的第二列310。天线300还包括电耦合在天线300的第一RF端口330和辐射元件320的第一列310之间的第一机电相移器370，以及电耦合在天线300的第二RF端口330和辐射元件320的第二列310之间的第二机电相移器370。校准电路360包括沿着在第一机电相移器370的输入端和第一列310中的辐射元件320中的第一辐射元件之间延伸的第一RF传输路径耦合的第一定向耦合器362，以及沿着在第二机电相移器370的输入端和第二列310中的辐射元件320中的第一辐射元件之间延伸的第二RF传输路径耦合的第二定向耦合器362。

校准电路360用于识别输入到波束成形天线300的不同RF端口330的RF信号的振幅和/或相位中的任何非期望变化。特别地，校准电路360耦合少量通过每个RF端口330输入到天线300的RF信号，并且然后组合这些提取的“校准”信号并将它们传递回生成RF信号的无线电装置。当执行校准操作时，无线电装置可以向每个RF端口330发送处于不同频率的RF信号或者每个都包括唯一代码的RF信号，使得无线电装置处的接收器能够区分所接收的校准信号以确定每个校准信号的相对振幅和相位。无线电装置可以使用该信息来确保施加于发送到辐射元件320的各个列310的RF信号的振幅和相位权重提供优化的天线波束。

校准电路360可以具有优于现有技术校准电路的多个优点。首先，将校准电路板313从RF端口330移开。这减少了RET致动器可能对校准电路产生的影响，并且还减少了位于天线300的基座处的元件的数量。这可以允许较短的天线。此外，由于校准电路板位于馈电板上，因此校准电路360还可以识别在天线300的馈电网络中出现的振幅和相位变化，并且因此无线电装置可以调整振幅和相位权重以校正任何这种变化，从而允许改进波束成形。而且，如通过比较图2和图3能够看出的，天线300少包括八个电缆(即，天线200的跨接电缆272不包括在天线300中)，并且因此天线300中可以少需要十六个焊点。焊点在制造中完成起来是耗时的并且是无源互调失真的潜在来源。因此，与现有技术的基站天线相比，基站天线300的制造更便宜并且可以提供改进的性能。

图5是例示根据本发明其它实施例的基站天线400的示意图。如将从下面的描述中清楚的，基站天线400包括常规基站天线200以及基站天线300的属性。

基站天线400包括具有第一辐射器422和第二辐射器424的双偏振辐射元件420的四个列410。辐射元件420安装在多个馈电板412、413上。每个辐射元件420从背板402向前延伸。基站天线400还包括八个RF端口430和校准端口432。输入电缆440将每个RF端口430连接到多个机电相移器470中的相应一个，并且相位电缆476将相移器470的输出端连接到馈电板412、413。背板402、辐射元件420、RF端口430、校准端口432、输入电缆440、相移器470和相位电缆476可以与以上讨论的背板302、辐射元件320、RF端口330、校准端口332、输入电缆340、相移器370和相位电缆376相同，因此这里将省略对其的进一步描述。基站天线400还包括校准电路460，将在下面更详细地描述校准电路460。

每个馈电板412、413可以具有安装在其上面的两个辐射元件420。馈电板412可以与馈电板312相同，并且因此这里将省略对其的进一步描述。馈电板413与校准电路板450结合起来提供沿着相移器和基站天线的辐射元件之间的电路径实现校准电路的不同方式。

特别地，与基站天线300中包括的较大的馈电板313相比，在基站天线400中提供四个小馈电板413。每个馈电板413包括耦合到第一偏振相移器470中的相应一个第一偏振相移器的输出端之一的第一RF传输线414，以及耦合到第二偏振相移器470中的相应一个第二偏振相移器的输出端之一的第二RF传输线415。第一RF传输线414耦合到第一分路器416，并且第一分路器的输出端连接到安装在馈电板413上的两个辐射元件420中的每个辐射元件的第一偏振辐射器422。同样，第二RF传输线415耦合到第二分路器417，并且第二分路器417的输出端连接到安装在馈电板413上的两个辐射元件420中的每个辐射元件的第二偏振辐射器424。

此外，每个馈电板413都包括校准电路460的一部分。如在本文讨论的其它实施例中那样，校准电路460可以包括八个定向耦合器462以及组合器电路464，定向耦合器462用于将从天线400的每个RF端口430处输入的RF能量分接出一小部分，组合器电路464将分接的RF能量组合成单个复合RF信号。定向耦合器462可以以与上述定向耦合器362相同的方式实现，即，作为在RF传输线414、415中的相应一个旁边大致平行地延伸的迹线463。如图5所示，每个馈电板413包括定向耦合器462中的两个定向耦合器，这两个定向耦合器用于分接被馈送到安装在每个馈电板413上的辐射元件420的相应第一辐射器422和第二辐射器424的RF能量的一小部分。在一些实施例中，连接到馈电板413的相移器470的输出端可以是相移器470的不经受可调整相移的输出端。定向耦合器462可以与上述定向耦合器362相同，并且因此将省略对其的进一步描述。每个馈电板413上的两个定向耦合器462的分接端口被输入到在馈电板413上形成的2x1组合器466，该2x1组合器466将两个分接出的RF信号组合成复合信号。每个“馈电板”2x1组合器466的输出端都可以通过线缆连接件(或一些其它合适的传输线结构)耦合到校准电路板450。

校准电路板450可以包括三个附加的2x1组合器466(或单个4x1组合器)，其组合在相应馈电板413上提供的四个2x1组合器466的输出。除了2x1组合器466分布在多个电路板413、450上，而组合器366全部在相同的校准电路板313上实现之外，七个2x1组合器466可以以与组合器366相同的方式布置。2x1组合器466可以以与组合器366相同的方式实现(例如，作为威尔金森功率组合器)并且树结构中的最后一个2x1组合器466的输出端可以经由校准电缆480电连接到校准端口432。

清楚的是，校准电路460类似于上述的校准电路360，其中主要区别在于包括在基站天线300中的一个大的电路板313被替换为基站天线400中的四个较小的馈电板413和小的校准电路板450。这种方法消除了对大的电路板(倾向于昂贵)的需要，并且允许馈电板413与馈电板412非常相似，这可以简化设计过程。此外，应该注意的是，馈电板(例如，馈电板312、313、412、413)通常安装在天线的背板的前侧。因此，由天线的辐射元件发射的辐射可以入射到馈电板，这潜在地将噪声注入到校准信号中。在基站天线400中，校准电路板450可以安装在背板402的后侧，其中背板402屏蔽背板上的电路***免于由辐射元件420发射的RF能量。因此，由于校准电路460的一部分安装在背板402的后面，因此基站天线400中的校准电路460可以对这种RF噪声具有减小的敏感性。但是，与基站天线300相比，基站天线400可以包括四个更多的线缆连接件(并且因此八个更多的焊点)，因为线缆连接件可以用于将四个馈电板413上的每个2x1组合器466的输出端连接到校准电路板450。

图6是例示根据本发明其它实施例的基站天线500的示意图。基站天线500可以组合以上描述的基站天线300和基站天线400中提供的一些优点。因此，以下的描述将聚焦于基站天线500与上述基站天线300、基站天线400之间的差异。

如图6所示，基站天线500包括四个馈电板513和校准电路板550。除了馈电板513可以被设计成有助于将来自在馈电板上形成的RF传输线514、515的RF能量通过背板502中的开口耦合到校准电路板550上的迹线(或其它结构)之外，馈电板513可以类似于常规馈电板212。

图7是馈电板513之一和背板502的一部分以及定位在馈电板513后面的校准电路板550的放大示意性正视图，该放大示意性正视图更好地例示了基站天线500中包括的校准电路560的设计和操作。图8是例示在上面实现校准组合器电路564的校准电路板550的示意性正视图。应该注意的是，为了简化附图，图6没有例示包括在校准电路板550上的各个电路元件，但是这些电路元件在图8中示出。

参考图6-图8，背板502可以在每个馈电板513后面具有一对开口504。校准电路板550被定位在背板502后面。在每个馈电板513上提供的将RF能量输出从相移器570携带到辐射元件520的相应第一辐射器522和第二辐射器524的一对RF传输线514、515可以例如包括在背板502中的开口504附近的馈电板513的背侧延伸的段518。校准电路板550可以包括导电结构552，诸如例如在背板502中的每个开口504正后面的导电焊盘的加宽台面。因此，存在于段518之一上的RF能量可以通过背板502中的开口504从段518电磁耦合到对应的导电结构552。因此，应该认识到的是，段518和导电结构552的每个组合形成定向耦合器562，该定向耦合器562分接在RF传输线514中的相应一个上流动的RF能量的一小部分。因此，在图6的实施例中，校准电路560的定向耦合器562被实现为不同电路板结构之间的电磁耦合。

如图8所示，在校准电路板550上形成校准组合器564。该校准组合器564用于组合定向耦合器562的输出以提供被路由到天线500的校准端口532的复合校准信号。如图8所示，校准电路板550包括八个可以位于背板502中的每个开口504正后面的导电结构(示为导电焊盘)552(参见图7)。如上所述，每个导电结构552形成校准电路560的定向耦合器562中的相应一个定向耦合器的一部分。导电迹线554将与特定馈电板513(馈电板513的位置在图8中使用虚线框示出)相关联的每个导电结构552连接到相应的2x1组合器566。连接到导电结构的四个2x1组合器566的输出端连接到两个附加的2x1组合器566的输入端，并且该两个附加的2x1组合器566的输出端耦合到最终2x1组合器566的输入端，以形成充当8x1校准组合器564的2x1组合器566的三级树结构。最终2x1组合器566的输出端耦合到可以容纳校准电缆580的固定件568。

因此，基站天线500包括具有前表面和后表面的背板502以及从背板502向前延伸的多个辐射元件520。多个馈电板512、513安装在背板502的前面，其中每个馈电板512、513具有安装在上面的一个或多个辐射元件520的相应组。天线500还包括校准电路560，校准电路560包括安装在背板502前面的多个部件516和安装在背板502后面的至少一个附加的部件552、566。

基站天线500的校准电路设计可以具有许多优点。首先，这种布置允许校准电路板550在背板502的背面上实现，因此背板502屏蔽校准电路560免受辐射元件520发射的RF能量的影响。另外，所有校准组合器566都可以在相同的电路板550上实现，因此基站天线500可以具有比例如基站天线400更少的电缆连接。

图9是例示用于实现图6的基站天线500中包括的定向耦合器562的另一种技术的示意性横截面图。特别地，图9是通过图6的馈电板513、背板502和校准电路板550截取的薄横截面，图9例示了通过背板502中的开口504电磁耦合RF能量的、包括在基站天线500中的定向耦合器562之一的替代实现。

实践中，基站天线中包括的馈电板和校准电路板通常使用微带印刷电路板形成，在某些情况下使用带状线(stripline)或其它电路板实现。如本领域技术人员已知的，微带印刷电路板通常被实现为具有在其第一主表面(例如，底表面)上形成的导电接地平面，以及在相对的主表面(例如，顶表面)上形成的导电图案的电介质衬底。导电图案可以包括限定RF传输线的一个或多个迹线，并且还可以包括形成电路元件、输入/输出端口等的导电焊盘或其它导电结构。接地平面通常被形成为基本上或完全覆盖电介质衬底的底表面的连续或接近连续的金属片。图9例示了当馈电板513和校准电路板550被形成为微带印刷电路板时基站天线500的定向耦合器562的一个实际实现。

参考图9的示意性横截面图，可以看出，校准电路板550可以定位成紧邻背板502且在背板502后面，而馈电板513可以定位成紧邻背板502且在背板502的前面。馈电板513是微带馈电板，其包括具有在其背面上形成的接地平面592的电介质衬底590，RF传输线514的迹线在电介质衬底517的前表面上形成。如图9所示，在RF传输线514的迹线后面的接地平面592中提供开口594。校准电路板550同样被实现为微带馈电板，校准电路板550包括具有在其前表面上形成的接地平面558的电介质衬底557，并且导电结构552在电介质衬底557的后表面上形成。如图9进一步所示，在导电结构552前面的接地平面558中提供开口559。馈电板513和校准电路板550的相应接地平面592、558中的开口594、559彼此对准并且进一步与背板502中的上述开口504对准。因此，当在馈电板RF传输线514上传送RF信号时，RF能量的一小部分将通过馈电板513的接地平面592中的开口594、通过背板502中的开口504、通过校准电路板550的接地平面558中的开口559耦合到包括和/或连接到导电结构552的校准电路板550上的RF传输线554。因此，图9例示了基站天线500的校准电路560中包括的定向耦合器562之一的实际实现。将认识到的是，图9的横截面在其通过天线的一小部分截取并且对应于背板502中的开口504之一的意义上是“薄的”，因此没有示出背板502、馈电板513和校准电路板550在开口504的区域之外的部分以更清楚地例示开口504以及相应馈电板接地平面592和校准电路板接地平面558中的开口594、559。

在图9的示例中，定向耦合器562通过背板502中的单个开口504(以及接地平面592、558中的对应开口594、559)形成。但是，将认识到的是，在其它实施例中，可以提供两组或更多组开口以改善定向耦合器562的方向性。

图10是例示根据本发明的进一步实施例的基站天线600的示意图。基站天线600类似于上述的基站天线400，但是具有至少两个基本差异。首先，在基站天线600中，校准电路660的定向耦合器在相移器670中实现，而不是像在基站天线400中那样在馈电板413上实现。其次，在基站天线600中，校准电路的组合器部分完全在单个校准电路板650上实现。下面的讨论将集中于基站天线600的不同于基站天线400的这两个方面。

如图10所示，基站天线600可以包括四列610的双偏振辐射元件620，该双偏振辐射元件620具有安装在背板602上的第一辐射器622和第二辐射器624。辐射元件620可以安装在馈电板612上。在该实施例中，所有馈电板612可以是相同的。基站天线600还包括八个RF端口630和校准端口632。输入电缆640将每个RF端口630连接到多个机电相移器670中的相应那个，并且相位电缆676将相移器670的输出端连接到馈电板612。背板602、馈电板612、辐射元件620、RF端口630、校准端口632、输入电缆640和相位电缆676可以与以上讨论的背板402、馈电板412、辐射元件420、RF端口430、校准端口432、输入电缆440和相位电缆476相同，因此这里将省略对其的进一步描述。基站天线600还包括校准电路660，将在下面更详细地描述校准电路660。校准电路660包括上述校准电路板650以及八个定向耦合器662，八个定向耦合器662作为相应八个相移器670的一部分形成。

图11是双旋转擦拭器相移器组件700的透视图，其可用于实现基站天线600中包括的两个机电相移器670(两个偏振中的每个偏振各一个)。总共四个这样的相移器组件700被包括在基站天线600中，即每列辐射元件620有一个组件700。如图11所示，双旋转擦拭器相移器组件700包括以前后关系背靠背布置的第一相移器670和第二相移器670。两个相移器670可以是相同的，因此这里将仅描述前相移器670。

如图11所示，前相移器670包括主(静止)印刷电路板710和通过枢转销722可旋转地安装在主印刷电路板710上的可旋转擦拭器印刷电路板720。擦拭器印刷电路板720在主印刷电路板710上方的位置由在RET致动器的输出构件和相移器700之间延伸的机械联动装置704(在图11中部分示出)的位置来进行控制。随着机械联动装置704的位置改变，擦拭器印刷电路板720在主印刷电路板710上方旋转，以便改变RF信号的由相移器670输出的子分量的相对相位。

主印刷电路板710包括传输线迹线712、714、716、718。传输线迹线712、714通常是弧形的。第一弧形传输线迹线712沿主印刷电路板710的外圆周布置，并且第二弧形传输线迹线714同心地设置在较短半径上，位于外传输线迹线712内。传输线迹线716将主印刷电路板710上的输入焊盘730连接到在主印刷电路板710上实现的定向耦合器750的输入端。定向耦合器750的第一输出端752连接到主印刷电路板710上的焊盘(未示出)。定向耦合器750的第二输出端754连接到传输线迹线718。传输线迹线718在定向耦合器750与沿着主印刷电路板710的边缘设置的多个输出焊盘740中的一个之间延伸。

基站天线600的输入电缆640(参见图10)的中心导体可以焊接到输入焊盘730(并且输入电缆的接地导体可以焊接到主印刷电路板710的接地平面)。RF信号可以通过输入电缆640从基站天线600的一个RF端口630(参见图10)传递到输入焊盘730。RF信号将沿着传输线迹线716行进到定向耦合器750。定向耦合器750可以被配置为不均匀地划分向其输入的RF能量，使大部分RF能量(例如，大约80％)传递到第一输出端752，而将剩余的输入RF能量传递到第二输出端754。然后，传递到第一输出端752的RF能量电容耦合到擦拭器印刷电路板720上的传输线迹线(在图11中不可见)。可以沿着擦拭器印刷电路板720上的传输线迹线设置另一个定向耦合器(未示出)，其将传递到擦拭器印刷电路板720的RF能量分成两个子分量。RF信号的这两个子分量从擦拭器印刷电路板720上的定向耦合器的输出端电容耦合到主印刷电路板上的相应传输线迹线712、714。耦合到传输线迹线714的RF信号的子分量可以分成两个子分量，其中第一子分量沿着传输线迹线714(从图11的有利位置)行进到左侧，而第二子分量沿着传输线迹线714行进到右侧。类似地，耦合到传输线迹线712的RF信号的子分量同样可以分成两个子分量，其中第一子分量沿着传输线迹线712行进到左侧，而第二子分量沿着传输线迹线712行进到右侧。每一传输线迹线712、714的每个末端都可以耦合到相应的输出焊盘740。因此，相移器670将在焊盘730处输入的RF信号分成五个分量，其传递到五个相应的输出焊盘740。

当擦拭器印刷电路板720移动时，从相移器670的输入焊盘730到五个输出焊盘740中的四个(即连接到弧形传输线迹线712、714的输出焊盘740)的电路径长度会发生改变。例如，当擦拭器印刷电路板720向左移动时，其缩短从输入焊盘730到连接到传输线迹线712左侧的输出焊盘740(其连接到第一辐射元件620)的电路径长度，而从输入焊盘730到连接到传输线迹线712右侧的输出焊盘740(其连接到第二辐射元件620)的电长度增加相应的量。路径长度的这些改变导致相对于例如连接到传输线迹线718的输出焊盘740，在连接到传输线迹线712的输出焊盘740处接收的信号发生相移。

如图11所示，后相移器670的旋转擦拭器印刷电路板720可以由与顶部相移器670的旋转擦拭器印刷电路板720相同的机械联动装置704来进行控制。当辐射元件620的列610是双偏振辐射元件620的列610时，通常使用这种布置，因为通常将相同的相移施加于在两个正交偏振中的每一个上发射的RF信号。因此，可以使用单个机械联动装置704来控制两个相移器670上的擦拭器印刷电路板720的位置。

主印刷电路710进一步包括定向耦合器662，该定向耦合器662用于分接在输入焊盘730处输入的一小部分RF信号。定向耦合器662可以例如作为沿着传输线迹线716延伸的微带迹线或者作为任何其他合适的定向耦合器设计来实现。沿着传输线迹线716传递的RF信号的一部分可以电磁耦合到定向耦合器662的迹线并且传递到校准焊盘780。在示例实施例中，大约3-6％的RF能量可以耦合到定向耦合器662的迹线。诸如例如同轴电缆的一端的RF传输线的一端(未示出)可以连接到校准焊盘780。同轴电缆的另一端可以连接到校准印刷电路板650(参见图10)。

再参照图10，校准印刷电路板650包括组合器电路664，其将从每个相移器670分接的RF能量组合成单个复合RF信号。组合器电路664在图10中示意性地示为一个框。组合器电路664可以包括例如七个2x1功率组合器，其将八个分接信号组合成单个复合校准信号。例如，七个2×1组合器可以以与以上参照图4讨论的组合器366相同的方式来布置，并且可以以相同的方式实现(例如，作为威尔金森功率组合器)。树形结构中最后一个2x1组合器的输出可以通过校准电缆680电连接到校准端口632，如图10所示。

校准电路660类似于上述的校准电路460，其主要区别在于校准信号从相移器670分接而不是从馈电板分接。这种方法可能是有利的，因为相移器670位于反射器602的背面，而馈电板612通常位于反射器602的正面，因此，如果定向耦合器662被实现为相移器670的一部分，则可以更容易地将定向耦合器连接到校准印刷电路板650。另外，通过将定向耦合器662从馈电板612移动到相移器670的主印刷电路板710，由基站天线600的辐射元件620发射的辐射将噪声引入到校准信号中的可能性可以减少。

图12是作为图11的相移器组件700的修改版本的相移器组件700'的透视图。根据本发明的其他实施例，在基站天线中可以使用相移器组件700'来代替相移器组件700。可以看出，除了包括在基站天线700'中的定向耦合器662'在传输线迹线718上形成而不是在传输线迹线716上之外，相移器组件700'可以与相移器700相同。这种布置可能是有利的，因为校准电路660的定向耦合器的添加增加了沿RF路径的***损耗。通过将定向耦合器662'定位在定向耦合器750之后，可以降低***损耗的影响。如上所述，在典型实施例中，输入到相移器670的RF能量中仅有大约20％传递到传输线迹线718。然后，定向耦合器662'例如可以提取传递到传输线迹线718的RF能量的大约5％。因此，由于定向耦合器662'定位在定向耦合器750之后，所以定向耦合器662'的***损耗仅使每个RF信号退化大约20％，有效地将***损耗降低大约80％。定向耦合器662'可以沿着每个相移器670的输出迹线形成，该输出迹线不经受可变相移(即，传输线迹线718)的影响。

尽管图11和图12例示了在旋转擦拭器弧形相移器的主印刷电路板上实现校准耦合器，应该认识到的是，校准电路的某些部分可以在任何常规相移器的印刷电路板上实现，常规相移器包括例如，长号型滑动介电相移器，包括多个旋转擦拭器印刷电路板的相移器等等。因此，应该认识到的是，图11和图12中所描绘的旋转擦拭器弧形相移器仅作为根据本发明的概念在相移器电路板上的可能实现方式的示例来被提供。

图13是包括在图6-图8的基站天线500中包括的校准电路的修改版本的基站天线800的示意图。基站天线800组合图5的基站天线400以及图6-图8的基站天线500的特征。特别地，基站天线800在馈电板813上实现校准组合器的四个组合器866，如在图5的基站天线400中那样，并且将来自馈电板的校准信号电磁耦合到校准电路板850，如在图6-图8的基站天线500中那样。这种布置减少了反射器802中所需的槽的数量，并且允许使用较小的校准电路板850。

如图13所示，基站天线800包括四列810具有安装在背板802上的第一辐射器822和第二辐射器824的双偏振辐射元件820。辐射元件820可以安装在馈电板812和813上。基站天线800还包括八个RF端口830和校准端口832。输入电缆840将每个RF端口830连接到多个相移器870中的相应那个相移器，并且相位电缆876将相移器870的输出端连接到馈电板812、813。背板802、馈电板812、辐射元件820、RF端口830、校准端口832、输入电缆840和相位电缆876可以与以上讨论的背板402、馈电板412、辐射元件420、RF端口430、校准端口432、输入电缆440和相位电缆476相同，因此这里将省略对其的进一步描述。

如在图13中进一步所示，基站天线800包括校准电路板850，校准电路板850安装在四个馈电板813的下方，背板802位于它们之间。除了每个馈电板813还可以包括在其上的组合器866之外，馈电板813可以类似于基站天线500的馈电板513，组合器866将来自两个RF传输线814、815的由定向耦合器862分接的RF能量组合起来。每个组合器866的输出端通过背板802中的相应开口806电磁耦合到校准电路板850上的迹线(或其他结构)。图14是图13的基站天线的一部分的示意性分解透视图，其进一步例示了包括在基站天线800中的校准电路860的设计和操作。特别地，图14例示了馈电板813之一的一部分以及位于馈电板813之后的反射器802和校准电路板850的部分。

参照图14，馈电板813包括一对馈电点882，每个馈电点882都接收相应一个相位电缆876的中心导体(每个相位电缆876的外导体都可以焊接到在馈电板813的背面形成的接地平面上)。每个馈电点882连接到将馈电点882连接到相应焊盘886的相应RF传输线884。辐射元件820安装在焊盘886上，使得第一馈电点886经由第一RF传输线884和第一焊盘886电连接到第一辐射器822，并且第二馈电点886经由第二RF传输线884和第二焊盘886电连接到第二辐射器824。第一和第二定向耦合器862以相应的传输线迹线863的形式被提供，传输线迹线863平行于第一和第二RF传输线884延伸，所述传输线迹线863从相应的第一和第二传输线884分接RF能量。每个RF传输线迹线863的第一端端接到电阻器888，而每个RF传输线863的第二端耦合到功率组合器866(例如威尔金森功率组合器)的输入端。功率组合器866的输出端868被路由在馈电板813的背面上的接地平面中的开口890上方。背板802中具有在其中的开口806，其位于馈电板813的接地平面中的开口890后面。校准电路板850被定位在背板802后面。校准电路板850可以包括导电结构852，诸如例如在背板802中的开口806正后面的导电焊盘。存在于功率组合器866的输出端868处的RF能量因此可以通过背板802中的开口806电磁耦合到导电结构852。图14所示的布置相对于四个馈电板813中的每一个存在，使得RF能量耦合到校准电路板850上的四个分离的导电结构852。可以在校准电路板850上提供第一至第三2x1定向耦合器(未示出)。校准电路板850上的四个导电结构852可以耦合到第一和第二2x1定向耦合器的相应输入端，而第一和第二2x1定向耦合器的输出端可以耦合到第三2x1定向耦合器的输入端，以便将从四个相应馈电板813电磁耦合到校准电路板850上的导电结构852的四个校准信号组合。第三2×1定向耦合器的输出端可以耦合到接收校准电缆880的固定件。

应该认识到的是，校准电路的定向耦合器也可以位于包括在基站天线中的其他印刷电路板上。例如，一些基站天线包括双工器，该双工器用于组合沿着发射路径行进的RF信号以使得组合的信号可以通过所谓的“宽带”辐射元件来发射，并且双工器被用于分离接收到的不同的频带内的RF信号，以便接收到的信号可以传递给适当的接收机。在某些情况下，这些双工器在印刷电路板上实现。在本发明的其它实施例中，校准电路的定向耦合器可以在双工器印刷电路板上实现，而不是在馈电板印刷电路板或相移器印刷电路板上实现。双工器可以位于沿RF路径的任何常规位置，包括在RF端口与相移器之间或相移器与辐射元件之间。组合器电路可以在单独的校准电路板上实现，部分地在双工器印刷电路板和校准电路板上实现，或者在包括双工器、校准电路的定向耦合器和校准电路的组合器的公共印刷电路板上实现。

作为另一个实例，一些基站天线被设计成具有固定的下倾角(或没有下倾角)，而不是具有可以使用机电相移器调整的可变下倾角。这些固定倾斜天线通常具有功率分配器印刷电路板，其用于将要发射的RF信号分成多个子RF分量。这些功率分配器印刷电路板执行由根据本发明的各种实施例的基站天线中包括的机电相移器执行的功率分配功能(如上所述)，而不执行可变相位延迟。应该认识到的是，定向耦合器同样可以以与上述参考图10-图12讨论的基站天线中相移器的主印刷电路板上实现的定向耦合器相同的方式而在包括在这种天线中的功率分配器印刷电路板上实现。

图15是包括安装在金属支撑板912上的四个相移器910的基站天线900的一部分的示意性平面图。图15示出了校准耦合器940如何可以例如在每个相移器910的主印刷电路板920上形成，校准耦合器940电磁提取校准信号，并将这些提取的校准信号传递到包括校准组合器电路的校准电路板950。

如图15所示，每个相移器910都可以包括主印刷电路板920和擦拭器印刷电路板930。除了校准耦合器如何实现之外，每个相移器910都可以与图12中所示的相移器670之一相同。如图15所示，每个相移器910的主印刷电路板920都包括输入RF传输线922(其可以与图12的相移器670的输入RF传输线716相同)和输出RF传输线924(其可以与图12的相移器670的输出RF传输线718相同)。校准耦合器940以类似于图14所示的方式，使用通过金属板中的开口的电磁耦合沿每个相移器910的输出RF传输线924实现。特别地，如图15所示，校准耦合器940可以通过在每个主印刷电路板920的接地平面中例如在相应的输出RF传输线924下方形成开口942，而在每个相移器910上形成。校准电路板950可以安装在相移器910下方并且在金属板912下方。在相应相移器910的主印刷电路板920的接地平面中的相应开口942下方的金属板912中形成相应的开口(在图15中未单独示出，但是在位置和形状上可以与相应的开口942相同)。可以在校准电路板950上在金属板912中的相应开口914正下方形成导电焊盘944。沿着每个输出传输线924传递的RF能量可以通过接地平面中的相应开口942、通过金属板912中的相应开口电磁耦合到导电焊盘944。换句话说，接地平面中的开口942、金属板912中的开口和导电焊盘944的组合可以用于实现校准耦合器940，该校准耦合器940将来自相应输出传输线924的RF能量耦合到导电焊盘944。

如在图15中进一步所示，校准电路板950可以包括校准组合器952-1至952-3。校准组合器952-1可以由RF传输线954耦合到第一对导电焊盘944，以便组合耦合到那些焊盘944的校准信号，而校准组合器952-2可以类似地由RF传输线954耦合到第二对导电焊盘944，以便组合耦合到那些焊盘944的校准信号。可以在校准电路板950上提供附加RF传输线954，用于将校准组合器952-1和952-2的输出端耦合到输出组合校准信号的第三校准组合器952-3。因此，图15例示了上面参照例如图7-图9和图13-图14讨论的电磁耦合技术如何也可用于耦合来自相移器印刷电路板的校准电路的基站天线。

在上述示例实施例中，每个天线都包括四列双偏振辐射元件，其中每个馈电板(除了包括八个辐射元件的馈电板313之外)提供两个辐射元件，每列总共六个辐射元件。但是，将认识到的是，根据本发明的实施例，天线中可以包括其它数量的列和/或辐射元件，并且每个馈电板的辐射元件的数量可以变化(例如，馈电板上通常包括一个辐射元件或三个辐射元件)，并且不同的馈电板可以具有不同数量的辐射元件。因此，将认识到的是，上述实施例在本质上是示例性的，并且不旨在限制本发明的范围，而是简单地例示校准电路可以沿着将相移器连接到辐射元件的电路径来实现以提供较低成本和/或改进性能的天线的几种不同的示例方式。

以上参照附图描述了本发明。本发明不限于所例示的实施例；相反，这些实施例旨在向本领域技术人员充分和完全地公开本发明。在附图中，相似的标号通篇指代相似的元件。一些元件的厚度和尺寸可能不是成比例的。

为了便于描述，可以在此使用空间相对术语，诸如“在...之下”、“在...下面”、“下”、“在...之上”、“上”、“顶部”、“底部”等，来描述一个元件或特征与另外一个或多个元件或特征的关系，如图所示。将理解的是，空间相对术语旨在除了图中描绘的取向之外还涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的设备翻转，那么被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...之下”可以涵盖之上和之下两种取向。设备可以以其它方式取向(旋转90度或以其它取向)并且可以相应地解释本文使用的空间相对描述符。

为了简洁和/或清楚起见，可能没有详细描述众所周知的功能或构造。如本文所使用的，表述“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

应该理解的是，利用以上一个示例实施例来例示的特征可以并入到任何其它示例实施例中。因此，将认识到的是，所公开的实施例可以以任何方式组合以提供许多附加的实施例。

应该理解，虽然术语第一、第二等可以在此用来描述不同的元件，这些元件不应当由这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，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，而不背离本发明的范围。

Claims (42)

1.一种基站天线，包括：

背板；

多个辐射元件，所述多个辐射元件包括至少第一辐射元件和第二辐射元件，每个辐射元件从所述背板向前延伸；

多个馈电板，所述多个馈电板包括至少第一馈电板和第二馈电板，其中每个馈电板具有安装在上面的一个或多个辐射元件的相应组；

校准端口；以及

校准电路，所述校准电路包括：

校准组合器，所述校准组合器具有耦合到所述校准端口的输出端；以及

多个定向耦合器，所述多个定向耦合器包括至少第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器耦合到所述校准组合器，

其中所述第一定向耦合器的至少第一部分在所述第一馈电板上实现。

2.如权利要求1所述的基站天线，其中所述第一辐射元件安装在所述第一馈电板上并且包括双偏振辐射元件，所述双偏振辐射元件包括以第一偏振辐射的第一辐射器和以与所述第一偏振不同的第二偏振辐射的第二辐射器，并且其中所述第一定向耦合器被耦合到所述第一辐射器并且所述第二定向耦合器被耦合到所述第二辐射器。

3.如权利要求2所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器完全在所述第一馈电板上实现，并且所述第一馈电板还包括耦合到所述第一定向耦合器的分接端口和所述第二定向耦合器的分接端口的组合器，其中所述组合器包括所述校准组合器的一部分。

4.如权利要求3所述的基站天线，其中所述校准组合器的另一部分位于与所述第一馈电板分离的校准电路板上。

5.如权利要求1所述的基站天线，其中所述辐射元件布置在多个列中。

6.如权利要求5所述的基站天线，其中所述第一辐射元件处于所述多个列中的第一列中，并且所述第二辐射元件处于所述多个列中与所述第一列水平间隔开的第二列中，并且其中所述第一定向耦合器被配置为耦合来自连接到所述第一辐射元件的传输线的RF能量，并且所述第二定向耦合器被配置为耦合来自连接到所述第二辐射元件的传输线的RF能量。

7.如权利要求5所述的基站天线，其中所有定向耦合器和所述校准组合器都在所述第一馈电板上实现。

8.如权利要求7所述的基站天线，其中来自所述多个列中的每个列的至少一个辐射元件安装在馈电板中的所述第一馈电板上。

9.如权利要求5所述的基站天线，还包括

第一RF端口；以及

耦合在所述第一RF端口和所述第一辐射元件之间的第一机电相移器，

其中所述第一定向耦合器被配置为耦合来自从所述第一机电相移器的第一输出端延伸到所述第一辐射元件的第一传输路径的RF能量。

10.如权利要求9所述的基站天线，其中所述第一机电相移器的所述第一输出端包括不经受可调整相移的输出端。

11.如权利要求1所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器的所述第一部分在所述第一馈电板上实现，并且所述第一定向耦合器的第二部分在包括所述校准组合器的至少一部分的校准电路板上实现。

12.如权利要求11所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器的所述第一部分包括耦合到所述第一辐射元件的传输线，并且所述第一定向耦合器的所述第二部分包括与所述传输线电磁耦合的导电元件。

13.如权利要求11所述的基站天线，其中所述第一馈电板定位在所述背板的前面，并且所述校准电路板定位在所述背板的后面。

14.一种基站天线，包括：

背板；

第一多个辐射元件，所述第一多个辐射元件被布置成限定辐射元件的第一列；

第二多个辐射元件，所述第二多个辐射元件被布置成限定辐射元件的第二列；

第一射频(“RF”)端口；

第二RF端口；

第一机电相移器，所述第一机电相移器被电耦合在所述第一RF端口和辐射元件的所述第一列之间；

第二机电相移器，所述第二机电相移器被电耦合在所述第二RF端口和辐射元件的所述第二列之间；以及

校准电路，所述校准电路包括：

第一定向耦合器，所述第一定向耦合器被沿着在所述第一机电相移器的输入端与辐射元件的所述第一列中的辐射元件中的第一辐射元件之间延伸的第一RF传输路径耦合；以及

第二定向耦合器，所述第二定向耦合器被沿着在所述第二机电相移器的输入端与辐射元件的所述第二列中的辐射元件中的第一辐射元件之间延伸的第二RF传输路径耦合。

15.如权利要求14所述的基站天线，其中所述校准电路还包括组合器，所述组合器被配置为将存在于所述第一定向耦合器的分接端口上的RF能量与存在于所述第二定向耦合器的分接端口上的RF能量组合，其中所述组合器的输出端耦合到所述基站天线的校准端口。

16.如权利要求15所述的基站天线，其中辐射元件中的所述第一辐射元件和辐射元件中的所述第二辐射元件每个都是双偏振辐射元件，所述双偏振辐射元件包括耦合到所述第一RF传输路径并且以第一偏振辐射的第一辐射器和耦合到第三RF传输路径并且以与所述第一偏振不同的第二偏振辐射的第二辐射器，所述基站天线还包括沿着所述第三RF传输路径耦合的第三定向耦合器。

17.如权利要求16所述的基站天线，还包括2x1组合器，所述2x1组合器具有耦合到所述第一定向耦合器的分接端口的第一输入端、耦合到所述第三定向耦合器的分接端口的第二输入端以及耦合到所述组合器的输出端。

18.如权利要求17所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器、所述第三定向耦合器和所述2x1组合器都在辐射元件的所述第一列中的辐射元件中的所述第一辐射元件安装在上面的馈电板上实现。

19.如权利要求18所述的基站天线，其中所述第二定向耦合器和所述组合器也在辐射元件的所述第一列中的辐射元件中的所述第一辐射元件安装在上面的所述馈电板上实现。

20.如权利要求15所述的基站天线，其中辐射元件的所述第一列中的辐射元件中的所述第一辐射元件被安装成从第一馈电板向前延伸，并且辐射元件中的所述第二列的辐射元件中的所述第一辐射元件被安装成从第二馈电板向前延伸，并且其中所述第一定向耦合器至少部分地在所述第一馈电板上实现，并且所述第二定向耦合器至少部分在所述第二馈电板上实现。

21.如权利要求20所述的基站天线，其中所述组合器在校准电路板上实现。

22.如权利要求20所述的基站天线，其中所述第一馈电板和所述第二馈电板安装在所述背板的前面，并且所述校准电路板安装在所述背板的后面。

23.如权利要求14所述的基站天线，其中所述第一机电相移器的所述第一输出端包括不经受可调整相移的输出端。

24.如权利要求14所述的基站天线，其中辐射元件的所述第一列中的辐射元件中的所述第一辐射元件被安装成从第一馈电板向前延伸，并且其中所述第一定向耦合器包括作为所述第一馈电板的部分的第一部分和作为校准电路板的部分的第二部分。

25.如权利要求24所述的基站天线，其中所述第一馈电板在所述背板的第一侧，并且所述校准电路板在所述背板的与所述第一侧相对的第二侧。

26.如权利要求14所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器在所述第一机电相移器的印刷电路板上实现。

27.如权利要求26所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器沿着所述第一机电相移器的印刷电路板上的输入RF传输线实现，所述输入RF传输线将所述第一机电相移器的输入端口连接至所述第一机电相移器的印刷电路板上包括的功率分配器。

28.如权利要求26所述的基站天线，其中所述第一定向耦合器沿着RF传输线实现，所述RF传输线在所述第一机电相移器的印刷电路板上的功率分配器与所述第一机电相移器的输出端口之间延伸。

29.如权利要求28所述的基站天线，其中在所述第一机电相移器的印刷电路板上的所述功率分配器之间延伸的所述RF传输线具有不受可变相移影响的固定长度。

30.如权利要求14所述的基站天线，还包括双工器印刷电路板，所述双工器印刷电路板包括至少一个双工器，其中所述第一定向耦合器在所述双工器印刷电路板上实现。

31.一种基站天线，包括：

具有前表面和后表面的背板；

从所述背板向前延伸的多个辐射元件；

安装在所述背板的前面的多个馈电板，每个馈电板具有所述多个辐射元件中的安装在该馈电板上的一个或多个辐射元件的相应组；

校准电路，所述校准电路包括安装在所述背板前面的多个部件和安装在所述背板后面的至少一个附加的部件。

32.如权利要求31所述的基站天线，其中所述至少一个附加的部件包括校准组合器的至少一部分。

33.如权利要求31所述的基站天线，其中所述多个部件包括多个定向耦合器。

34.如权利要求33所述的基站天线，其中所述多个部件还包括多个2x1组合器。

35.如权利要求31所述的基站天线，其中所述多个部件包括相应多个定向耦合器的第一部分。

36.如权利要求35所述的基站天线，其中所述校准电路安装在校准电路板上，并且其中所述定向耦合器中的每个定向耦合器的第二部分在所述校准电路板上实现。

37.如权利要求31所述的基站天线，其中所述背板包括开口，并且其中所述校准电路包括被配置为通过所述开口电磁耦合RF能量的定向耦合器。

38.一种基站天线，包括：

背板；

多个射频(“RF”)端口，其包括至少第一RF端口和第二RF端口；

多个辐射元件，所述多个辐射元件包括至少第一辐射元件和第二辐射元件，所述辐射元件中的每一个从所述背板向前延伸；

多个功率分配器，其包括至少第一功率分配器和第二功率分配器，所述第一功率分配器耦合在所述第一RF端口和所述第一辐射元件之间，并且所述第二功率分配器耦合在所述第二RF端口和所述第二辐射元件之间；

校准端口；以及

校准电路，所述校准电路包括：

校准组合器，所述校准组合器具有耦合到所述校准端口的输出端；以及

多个定向耦合器，所述多个定向耦合器包括至少第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器耦合到所述校准组合器，

其中所述第一定向耦合器在所述第一功率分配器的印刷电路板上实现。

39.如权利要求38所述的基站天线，其中所述第二定向耦合器在所述第二功率分配器的印刷电路板上实现。

40.如权利要求39所述的基站天线，其中所述第一功率分配器是第一相移器的一部分，并且所述第二功率分配器是第二相移器的一部分。

41.如权利要求40所述的基站天线，其中所述第一相移器包括输入RF传输线、所述第一功率分配器和多个输出RF传输线，并且其中所述第一定向耦合器沿着所述输入RF传输线实现。

42.如权利要求40所述的基站天线，其中所述第一相移器包括输入RF传输线、所述第一功率分配器和多个输出RF传输线，并且其中所述第一定向耦合器沿着所述输出RF传输线中的一个输出RF传输线实现，所述一个输出RF传输线具有不受可变相移影响的固定长度。