CN110832702B - 具有含电介质上偶极子辐射器的辐射元件的基站天线 - Google Patents

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Abstract

用于基站天线的辐射元件包括馈送杆和安装在馈送杆上的交叉偶极子辐射器。交叉偶极子辐射器包括：电介质安装基板；第一金属偶极子，沿着第一轴在电介质安装基板上延伸；第二金属偶极子，沿着第二轴在电介质安装基板上延伸，第二轴大致垂直于第一轴；以及粘合剂层，在电介质安装基板与第一金属偶极子及第二金属偶极子之间。

Description

具有含电介质上偶极子辐射器的辐射元件的基站天线
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年7月5日提交的美国临时专利申请序列号 62/528,611的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本发明一般而言涉及无线电通信，并且更特别地，涉及用于蜂窝通信***的基站天线。
蜂窝通信***是本领域中熟知的。在蜂窝通信***中，地理区域被分成称为“小区”的一系列区域。每个小区可以由相应的基站服务。每个基站可以包括一个或多个基站天线，这一个或多个基站天线被配置成为位于由基站服务的小区内的固定和移动订户(或“用户”)提供双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，基站可以被分成“扇区”。例如，在一种常见的配置中，六边形形状的小区在方位平面(即，由地平线限定的平面)中被分为三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线服务，以在方位平面中提供全360°覆盖。
每个基站天线可以包括一个或多个垂直取向的辐射元件线性阵列。每个辐射元件线性阵列可以生成在地平线的总方向上指向外的辐射图案(在本文中也被称为“天线波束”)。在一些情况下，垂直取向的辐射元件线性阵列中的两个或更多个可以被设计为一起工作，以生成单个(较窄的)天线波束。可以在基站天线上设置多个辐射元件线性阵列，以例如在多个频带中提供蜂窝服务和/或以减小天线波束的方位波束宽度。每个线性阵列中的辐射元件的数量通常是基于仰角平面中的期望波束宽度，其中，仰角波束宽度是指天线波束的沿着与方位平面垂直的轴的角度范围。
每个线性阵列的辐射元件最通常被实现为偶极子辐射元件，尽管有时也使用诸如贴片辐射元件之类的其他类型的辐射元件。现在，大多数基站天线使用采用交叉偶极子辐射器的辐射元件，该交叉偶极子辐射器具有被布置成以正交极化发送/接收RF信号的第一偶极子和第二偶极子。最通常使用的是倾斜-45°/+45°交叉偶极子辐射器方法，其中一个偶极子以被布置为相对于线性阵列的纵轴成-45°的角度的第一线性极化进行发送和接收，而另一个偶极子以被布置为相对于线性阵列的纵轴成+45°的角度的第二线性极化进行发送和接收。两个偶极子通常被安装在与耦接到电接地部的诸如金属反射器之类的接地平面前面并且与该接地平面平行。通常，偶极子被安装在接地平面上方约 0.16λ至0.25λ的距离处，其中λ是与辐射元件被设计为操作的频带的中心频率对应的波长。
在本领域中已知具有使用金属棒、金属片、印刷电路板和各种其他材料形成的偶极子辐射器的辐射元件。由于已引入了包括在不同频带中操作的两个或更多个辐射元件线性阵列的多频带基站天线，因此偶极子辐射器的设计往往会变得更加复杂，致力于将不同频带的辐射元件尽可能地解耦。通常使用印刷电路板来实现这些辐射元件的偶极子辐射器。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的基站天线的前视立体图。
图2是图1的基站天线在天线罩被去除的情况下的立体图。
图3是图1的基站天线在天线罩被去除的情况下的前视图。
图4是图1至图3的基站天线的放大的部分立体前视图。
图5是图1至图4的基站天线的低频带辐射元件组件中的一个的放大立体图。
图6是图5的低频带辐射元件组件的前视图。
图7是图5的低频带辐射元件组件的侧视图。
图8A和图8B分别是图5至图7的低频带辐射元件组件中包括的低频带辐射元件中的一个的交叉偶极子辐射器的立体图和分解立体图。
图9A至图9B分别是图8A至图8B的交叉偶极子辐射器的电介质安装基板的前视图和后视图。
图10是根据本发明的其他实施例的交叉偶极子辐射器的电介质安装支撑件的侧视图。
图11是根据本发明的实施例的三维交叉偶极子辐射器的立体图。
图12是图1至图4的基站天线的高频带辐射元件组件中的一个的放大立体图。
图13是图示根据本发明的实施例的制造辐射元件的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例一般而言涉及用于基站天线的辐射元件，该辐射元件包括由粘附到电介质安装支撑件的金属片形成的偶极子辐射器。这些金属片可以形成一个或多个偶极子。可以使用粘合剂将金属片偶极子安装到电介质安装支撑件上。电介质安装支撑件可以物理地支撑金属片偶极子，以降低薄偶极子在使用期间移动和/或弯曲的趋势。在本文中，这种偶极子辐射器可以被称为“电介质上金属片辐射器”。
如上所述，具有基于印刷电路板的偶极子辐射器的基站天线在本领域中是已知的。然而，印刷电路板可以是相对昂贵的。铝和/或铜金属片可以是相对廉价的并且可以容易地被冲压以形成期望的平面形状。因此，根据本发明的实施例的偶极子辐射器可以比基于印刷电路板的偶极子辐射器便宜。此外，基于印刷电路板的偶极子辐射器的一个潜在困难在于，标准印刷电路板上的金属层的厚度可能小于为了确保低信号传输损耗和与馈送RF传输线的良好阻抗匹配而期望的厚度。尽管可以将印刷电路板制造成具有较厚的金属层，但是这些非标准印刷电路板的成本会高得多。由于现有技术的多频带基站天线可以具有大量的辐射元件(例如，25-40个)，因此使用这种专用的印刷电路板可能会对基站天线的价格产生显著的影响。根据本发明的实施例的电介质上金属片偶极子辐射器可以被形成为具有任何期望的厚度，因此与基于低成本印刷电路板的偶极子辐射器相比，可以表现出改善的阻抗匹配和/或减少的信号传输损耗。
与基于印刷电路板的偶极子辐射器相比，根据本发明的实施例的具有电介质上金属片偶极子辐射器的辐射元件还可以表现出改善的无源互调(“PIM”)失真性能。特别地，印刷电路板上的金属层一般具有相对高程度的表面粗糙度，这可以有助于降低印刷电路板的层脱层(delaminate)的可能性。然而，该表面粗糙度可以是PIM失真的来源。此外，尽管可以获得具有降低的表面粗糙度水平的印刷电路板，但是这些印刷电路板成本更高并且仍然具有一定程度的表面粗糙度。作为结果，使用基于印刷电路板的偶极子辐射器形成的辐射元件往往会表现出更高水平的PIM失真。可以容易地获得具有非常低的表面粗糙度水平的金属片，并且还可以容易且廉价地抛光金属片，以进一步减小表面粗糙度。因此，根据本发明的实施例的辐射元件可以比使用基于印刷电路板的偶极子辐射器的常规辐射元件便宜，并且还可以提供增强的性能。
在一些实施例中，根据本发明的实施例的电介质上金属片偶极子辐射器可以被形成为非平面元件。这可以允许偶极子具有期望的电长度，同时减小每个偶极子的“占用空间(footprint)”(即，从天线的前面看时偶极子的尺寸)。通过减小占用空间，相邻线性阵列的辐射元件之间的物理间隔可以增大，这可以减小相邻辐射元件对它们的相应辐射图案的影响。在其他实施例中，电介质安装基板可以包括集成的偶极子支撑结构，以降低制造成本并提高辐射元件的物理稳定性。
现在，将参照附图来进一步详细描述本发明的实施例。
图1至图4图示了根据本发明的某些实施例的基站天线100，基站天线100包括具有电介质上金属片偶极子辐射器的辐射元件。图1 是基站天线100的前视立体图，而图2和图3分别是天线100在其天线罩被去除以图示天线的内部部件的情况下的立体图和前视图。图4是基站天线100在其天线罩被去除的情况下的放大的部分立体图。
如图1至图4中所示，基站天线100是沿着纵轴L延伸的细长结构。天线100通常以垂直取向安装(即，当天线100被安装以用于使用时纵轴L可以大致垂直于由地平线限定的平面)。在随后的描述中，将使用以下术语来描述天线100及其子部件，这些术语假定天线100被安装以用于在塔上使用，其中天线100的纵轴L沿着大致垂直的轴延伸，并且天线100的前表面与塔相对地安装，指向天线100的覆盖区域。
参照图1，基站天线100可以具有横截面大致为矩形的管状形状。天线100包括天线罩110和顶部端盖120。在天线罩110的后侧设置一个或多个安装支架150，安装支架150可以用于将天线100安装到例如天线塔上的天线架(未示出)上。天线100还包括底部端盖130，底部端盖130包括安装在其中的多个连接器140。
如图2至图3中所示，基站天线100包括天线组件200，天线组件200可以可滑动地***到天线罩110中。天线组件200包括具有侧壁212和反射器214的接地平面结构210。反射器214可以包括金属表面，该金属表面用作天线100的辐射元件的反射器和接地平面。多个辐射元件300、400被安装成从反射器214向前延伸。辐射元件包括低频带辐射元件300和高频带辐射元件400。如图3中最佳所示，低频带辐射元件300被安装成两个垂直列，以形成两个垂直设置的低频带辐射元件300的线性阵列220-1、220-2。高频带辐射元件400也可以被安装成两个垂直列，以形成两个垂直设置的高频带辐射元件400 的线性阵列230-1、230-2。低频带辐射元件300可以被配置为在诸如例如694-960MHz频率范围或其一部分之类的第一频带中发送和接收信号。高频带辐射元件400可以被配置为在诸如例如1695-2690MHz 频率范围或其一部分之类的第二频带中发送和接收信号。
图4是基站天线100在天线罩110被去除的情况下的放大的部分立体图。如在图4中可以看到的，每个低频带线性阵列220可以包括多个低频带辐射元件馈送组件250，每个低频带辐射元件馈送组件250 包括两个低频带辐射元件300。每个高频带线性阵列230可以包括多个高频带辐射元件馈送组件260，每个高频带辐射元件馈送组件260 包括一个至三个高频带辐射元件400。低频带辐射元件300和高频带辐射元件400彼此非常接近地定位。低频带辐射元件300和高频带辐射元件被安装成从接地平面结构210向前延伸，其中低频带辐射元件 300比高频带辐射元件400向前延伸得更远。
图5至图7分别是基站天线100中包括的低频带辐射元件组件250 中的一个的立体图、前视图和侧视图。低频带馈送板组件250包括印刷电路板252，印刷电路板252具有从其任一端向前延伸的第一低频带辐射元件300-1和第二低频带辐射元件300-2。印刷电路板252包括 RF传输线馈送部254，RF传输线馈送部254向相应的低频带辐射元件300-1、300-2提供RF信号并且从相应的低频带辐射元件300-1、 300-2接收RF信号。每个低频带辐射元件300包括馈送杆310和安装在馈送杆310的前端上的交叉偶极子辐射器320。
每个馈送杆310可以包括其上形成有RF传输线314的一对印刷电路板312-1、312-2。这些RF传输线314在印刷电路板252和交叉偶极子辐射器320之间承载RF信号。印刷电路板中的第一个312-1 可以包括下垂直缝隙，并且印刷电路板中的第二个312-2可以包括上垂直缝隙。这些垂直缝隙允许印刷电路板312被组装在一起，以形成具有大致x形状的横截面的垂直延伸的柱。每个印刷电路板312的下部可以包括镀覆突起316。这些镀覆突起316被***通过印刷电路板 252中的缝隙。印刷电路板312的镀覆突起316可以被焊合到印刷电路板252上的镀覆部分，以将印刷电路板312电连接到印刷电路板 252。相应馈送杆310上的RF传输线314可以将RF信号馈送到交叉偶极子辐射器320。还可以设置偶极子支撑件318以将交叉偶极子辐射器320保持在其适当位置。
图8A至图9B更详细地图示了低频带馈送组件300的辐射元件 300中的一个的交叉偶极子辐射器320。图8A和图8B分别是交叉偶极子辐射器320的立体图和分解立体图。图9A至图9B是图8A至图8B的交叉偶极子辐射器320的电介质安装基板340的前视图和后视图。
交叉偶极子辐射器320包括第一金属偶极子330-1和第二金属偶极子320-2。第一金属偶极子330-1包括第一偶极子臂332-1和第二偶极子臂332-2，并且第二金属偶极子330-2包括第三偶极子臂332-3和第四偶极子臂332-4。所有四个偶极子臂332均被安装在电介质安装基板340上。每个金属偶极子330可以例如具有两个偶极子臂332，偶极子臂332的长度在操作波长的0.2倍至0.35倍之间，其中“操作波长”是指与辐射元件300的操作频带的中心频率对应的波长。例如，如果低频带辐射元件300被设计为用于在整个694-960MHz频带上发送和接收信号的宽频带辐射元件，则操作频带的中心频率将为827 Mhz，并且对应的操作波长将为36.25cm。
如图8A中所示，第一金属偶极子330-1沿着第一轴322-1延伸，并且第二金属偶极子330-2沿着大致垂直于第一轴322-1的第二轴 322-2延伸。形成第一金属偶极子330-1的偶极子臂332-1和332-2由公共RF传输线314中心馈送，并且一起以+45度极化直接辐射。第二金属偶极子330-2的偶极子臂332-3和332-4同样地由公共RF传输线314中心馈送，并且一起以-45度极化直接辐射。偶极子臂332可以被焊合到馈送杆310，使得第一金属偶极子330-1和第二金属偶极子330-2经由传输线314和偶极子臂332之间的直接欧姆连接被馈送。偶极子支撑件318可以减小施加到将传输线314电连接到偶极子臂 332的焊点的力。偶极子臂332可以通过馈送杆310被安装在反射器 214前面大约操作波长的3/16至1/4处。反射器214可以紧挨在馈送板印刷电路板252后面。
每个偶极子臂332包括一起形成大致椭圆形形状的间隔开的第一导电段334-1和第二导电段334-2。在所描绘的实施例中，所有四个偶极子臂332都位于公共的平面中，该平面大致平行于由下面的反射器 214限定的平面。每个馈送杆310可以在大致垂直于由偶极子臂332 限定的平面的方向上延伸。每个导电段334-1、334-2可以包括金属图案，该金属图案具有多个变宽段336和至少一个变窄迹线部338。变窄迹线部338可以被实现为遵循曲折路径以增加其路径长度的非线性导电迹线。第一导电段334-1可以形成大致椭圆形形状的一半，并且第二导电段334-2可以形成大致椭圆形形状的另一半。偶极子臂330 可以具有除了大致椭圆形形状之外的形状，诸如(例如)细长的大致为矩形的形状。
如图8A中所示，导电段334-1、334-2的每个变宽部336可以具有相应的宽度W1。变窄迹线部338可以类似地具有相应的宽度W2。宽度W1和W2是在大致与沿着相应部336、338的瞬时电流流动的方向垂直的方向上测量的。每个变宽部336和每个变窄迹线部338的相应宽度W1和W2不需要是恒定的，因此在一些情形下，将参考变宽部336和变窄迹线部338的平均宽度。在一些实施例中，每个变宽部 336的平均宽度可以是例如每个变窄迹线部338的平均宽度的至少两倍。在其他实施例中，每个变宽部336的平均宽度可以是每个变窄迹线部338的平均宽度的至少三倍、四倍或五倍。
当高频带辐射元件400发送和接收信号时，高频带RF信号往往可能会在低频带辐射元件300的偶极子臂332上感应出电流。当低频带辐射元件300和高频带辐射元件400被设计成在具有通过约2倍数分开的中心频率的频带中操作时，尤其会这样，因为在这种情况下，长度为低频带操作频率的约四分之一波长的低频带偶极子臂332具有高频带操作频率的约二分之一波长的长度。在低频带偶极子臂332上感应出高频带电流的程度越大，对高频带辐射元件400的线性阵列230 的辐射图案的特性的影响就越大。
变窄迹线部338可以充当高阻抗部，其中断否则会在低频带偶极子臂332上感应出的高频带频率范围中的电流。变窄迹线部338可以为高频带电流产生该高阻抗，而不会显著影响偶极子臂332上的低频带电流的流动。如此，变窄迹线部338可以减小在低频带辐射元件300 上感应出的高频带电流，因此减少了对高频带线性阵列230的天线图案的干扰。在一些实施例中，变窄迹线部338可以使低频带辐射元件400对于高频带辐射元件400几乎是不可见的，因此低频带辐射元件 300不会使高频带天线图案失真。
如图8A和图8B中可以进一步看到的，导电段334-1、334-2的远端可以彼此电连接，使得导电段334-1、334-2形成闭环结构。在所描绘的实施例中，导电段334-1、334-2中的一些通过变窄迹线部338彼此电连接，而在其他实施例中，导电段334-1、334-2的远端处的变宽部336可以合并在一起。在其他实施例中，可以使用不同的电连接，或者导电段334-1、334-2的远端可以彼此不物理连接。如还可以看到的，由导电段334-1、334-2限定的环(其可以是或可以不是闭环)的内部一般可以不含导电材料。另外，可以在环的内部中省略电介质安装基板340中的其上安装有导电段334-1、334-2的至少一些。安装基板340的一些电介质可以留在环的内部中以提供结构支撑和/或以提供用于将偶极子支撑结构318附接到每个偶极子臂332的位置。
通过将每个偶极子臂332形成为间隔开的第一导电段334-1和第二导电段334-2，可以迫使在偶极子臂332上流动的电流沿着彼此间隔开的两条相对窄的路径。这种方法可以提供对辐射图案的更好的控制。另外，通过使用环结构，可以减小偶极子臂332的总体长度，从而允许每个偶极子臂332和其他辐射元件300、400之间有更大的间隔。
在一些实施例中，第一金属偶极子330-1和第二金属偶极子330-2 可以具有形状或尺寸不同的“不平衡”偶极子臂332。使用不平衡的偶极子臂332可以帮助校正否则可能会在沿着反射器214的外边缘定位的辐射元件300中出现的不平衡电流流动。会出现这种不平衡电流流动是因为，靠近反射器的侧边缘定位的辐射元件300上的内偶极子臂332可能比外偶极子臂332“看到”接地平面214中的更大部分。这会造成电流流动不平衡，该电流流动不平衡可能会负面地影响低频带天线波束的图案。例如，通过沿着与接地平面214的边缘相邻的外偶极子臂332的远侧边缘包括更多金属，可以减少这种不平衡。
在一些实施例中，可以在不同金属偶极子330的相邻偶极子臂332 之间形成电容器。例如，可以在偶极子臂332-1和332-3之间形成第一电容器，并且可以在偶极子臂332-2和332-4之间形成第二电容器。这些电容器可以用于调谐(改善)低频带金属偶极子330-1、330-2的回波损耗性能和/或天线图案。在一些实施例中，电容器可以形成在馈送杆310上。
如上所述，依据本发明的实施例，可以通过以每个偶极子臂332 的期望形状形成金属片然后将偶极子臂332粘附到电介质安装基板 340来实现偶极子辐射器320。图8B和图9A至图9B更详细地图示了该实现方式。可以例如通过冲压、激光切割，线电火花加工(EDM)切割、机加工或其他大量生产工艺来形成偶极子臂332。
首先转向图8B，图示了交叉偶极子辐射器320的分解立体图。如图8B中所示，四个偶极子臂332可以从诸如铜或铝的薄片之类的金属片分别冲压而成。通过该技术可以廉价且容易地制造偶极子臂332，并且可以回收在冲压操作期间被切掉的金属以降低成本。金属片可以针对偶极子臂332的厚度具有期望的厚度。可以基于多种考虑来选择该厚度，这些考虑包括成本、重量、偶极子臂332与馈送杆310上的相应传输线314的阻抗匹配和/或沿着偶极子臂332流动的电流的信号损耗。通常，成本和重量考虑可能偏袒减小的偶极子臂332的厚度，而阻抗匹配和信号损耗考虑往往偏袒增加的厚度。在一些实施例中，偶极子臂332的厚度可以在常规印刷电路板上的金属层的厚度的五倍至四十五倍之间。例如，在一些实施例中，金属片的厚度可以在200 微米和1800微米之间。金属偶极子臂332的这些增加的厚度可以提供改善的RF性能。
用于形成偶极子臂332的金属片可以具有非常光滑的主表面，这要么是制造出来的要么是因为对其执行了抛光或另外的光滑操作。一般认为金属表面的粗糙度可以是PIM失真的来源。如本领域技术人员已知的，PIM失真是当两个或更多个RF信号遭遇沿着RF传输路径的非线性电结点或材料时可能出现的电干扰的形式。沿着RF传输路径的粗糙金属表面是PIM失真的一种潜在来源，特别是当这种粗糙表面位于RF传输路径的高电流密度区域中时。出现的非线性可能像混合器一样起作用，从而造成以原始RF信号的数学组合生成新的RF 信号。如果新生成的RF信号落在无线电接收器的带宽内，则接收器所经受的噪声水平有效增加。当噪声水平增加时，可能有必要降低数据速率和/或服务质量。通过使用具有非常光滑表面的金属片来形成偶极子臂332，可以显著降低偶极子臂332中出现PIM失真的风险。
如图8B中进一步所示，可以使用粘合剂350将金属偶极子臂332 附接到电介质基板340。粘合剂350可以被涂覆在金属偶极子臂332 或电介质安装基板340中的一者或二者上。在一些实施例中，粘合剂 350可以是双衬垫粘合剂转移带。还应当理解，金属偶极子臂332可以经由其他附接机构附接到电介质安装基板340。例如，在其他实施例中，可以通过将电介质安装基板340包覆成型到金属偶极子臂332 上来将金属偶极子臂332附接到电介质安装基板340。在其他实施例中，金属偶极子臂332可以经由超声焊接被附接到电介质安装基板 340。作为另一示例，可以使用热熔***将金属偶极子臂332附接到电介质安装基板340，热熔***被用于使电介质基板部分熔化和变形以将金属偶极子臂332接合到其上。金属偶极子臂332也可以作为金属片层合物被附接到电介质安装基板340。在其他实施例中，可以使用诸如螺钉、铆钉等之类的机械紧固件。可以使用除了上面讨论的示例机构之外的附接机构。因此，将理解的是，可以用各种不同的附接机构将金属偶极子臂332附接到电介质安装基板340。
参照图8A和图9A至图9B，电介质安装基板340可以由塑料或另外的相对刚性、廉价的电介质材料形成。在一些实施例中，电介质安装基板340可以是大致为平面的材料片，其具有前表面341和后表面342。参照图8A至图8B和图9A，可以在前表面341上设置凸起块形式的多个引导件343。如可以在图8A中最佳看到的，引导件343 可以有助于将偶极子臂332保持其在电介质安装基板340上的适当位置。引导件343可以被设置在狭窄曲折的迹线部338的中心部分中、在变宽部336的边缘之间和/或沿着变宽部336的边缘、和/或在相邻的偶极子臂332之间。
电介质安装基板340可以包括四个中心开口344，这四个中心开口344接收在印刷电路板312-1、312-2的前端上的延伸部313(参见图7)中的相应延伸部。相应的RF传输线314可以延伸到每个延伸部313上，并且可以在相应的延伸部313和交叉偶极子辐射器320之间形成焊点，该焊点将交叉偶极子辐射器320物理连接到馈送杆310 同时将传输线314电连接到每个相应的偶极子臂332。可以在电介质安装基板340的内部部分中设置一个或多个开口345，在这一个或多个开口345中电介质材料被去除/省略。在一些实施例中，这些开口345可以在由相应偶极子臂332限定的环的内部内。一般而言，电介质材料可负面地影响低频带辐射元件300的RF性能。所使用的电介质材料的量越大，也往往会增加低频带辐射元件300对相邻的高频带辐射元件400的辐射图案的影响。因此，在一些实施例中，电介质材料的量可以被保持得尽可能低。去除在相应偶极子臂332中形成的环的内部中的电介质材料可以提供一种减少电介质安装支撑件340中的电介质材料的量的便利方式。
参照图9B，电介质安装基板340的后表面342可以包括向后延伸的唇缘346，唇缘346围绕后表面342的周边的部分或全部延伸。唇缘346可以提供增加的结构完整性，从而允许电介质安装基板340的其余部分的厚度减小。同样地，支撑肋条347可以被设置在电介质安装基板340的后表面342上，以提供附加的结构刚度。肋条344可以主要被设置在偶极子臂332的下方。
可以通过任何适合的工艺来形成电介质安装基板340，适合的工艺包括例如注射成型、其他形式的成型、切割、冲压等。在包括唇缘 346和/或肋条347的实施例中，注射成型可以是优选的。电介质安装基板340通常可以包括单片电介质材料，所有四个偶极子臂332都粘附到该单片电介质材料，尽管在一些实施例中可以使用多片电介质安装基板。
尽管图8A至图9B图示了具有形成在电介质安装基板340的前表面341上的偶极子臂332的交叉偶极子辐射器320，但是本发明的实施例不限于此。例如，在其他实施例中，偶极子臂332可以经由粘合剂350粘附到电介质安装基板340的后表面342。
依据本发明的其他实施例，提供了包括电介质安装基板和偶极子支撑件二者的辐射元件，电介质安装基板和偶极子支撑件被集成作为单个整体式电介质安装基板和偶极子支撑结构。图10图示了辐射元件 500的一个示例实现方式，辐射元件500包括这种整体式电介质安装基板和偶极子支撑结构540。整体式电介质安装基板和偶极子支撑结构540可以取代上述辐射元件300的电介质安装基板340和偶极子支撑件318。可以例如通过注射成型形成电介质安装基板和偶极子支撑结构540。如以上参照图8A至图9B描述的，可以形成冲压的金属偶极子臂332(在图10中不可见)并将其粘附到电介质安装基板和偶极子支撑结构540的前表面541。使用整体式电介质安装基板和偶极子支撑结构540可以是有利的，因为它减少了组装时间并且提供了支撑结构和交叉偶极子辐射器520之间的更稳定且更坚固的连接。这可以减少交叉偶极子辐射器520的振动移动和/或允许较不实质的偶极子支撑件。除了用整体式电介质安装基板和偶极子支撑结构540取代辐射元件300的电介质安装基板340和偶极子支撑件318之外，辐射元件 500可以与辐射元件300相同，因此其进一步描述将省略。
根据本发明的其他实施例，提供了具有三维交叉偶极子辐射器 620的辐射元件。通过弯曲冲压的金属偶极子臂332(以形成偶极子臂 632)并且通过经由例如注射成型形成三维电介质安装基板640，可以容易地形成这种三维交叉偶极子辐射器620。使用这种三维交叉偶极子辐射器620可以有利于减小当从基站天线的前面看时的交叉偶极子辐射器620的总体占用空间，这可以增加相邻辐射元件之间的距离(由此改善隔离)，允许基站天线的尺寸的减小，和/或为附加的辐射元件提供空间。
图11是具有这种三维形状的交叉偶极子辐射器620的侧面前视立体图。如图11中所示，交叉偶极子辐射器620可以与以上讨论的交叉偶极子辐射器320类似，并且可以包括粘附到电介质安装基板640的四个偶极子臂632-1至632-4。除了偶极子臂632被弯曲成具有多个波状起伏638以外，偶极子臂632可以与偶极子臂332相同。同样，除了电介质安装基板640可以包括多个波状起伏648以外，电介质安装基板640可以与电介质基板340相同。起伏638可以沿着相应偶极子臂的纵轴彼此间隔开。因此，偶极子臂632-1和632-2中的起伏638可以在第一方向上彼此间隔开，并且偶极子臂632-3和632-4中的起伏638可以在与第一方向不同的第二方向上彼此间隔开。起伏638可以适形于起伏648，使得偶极子臂632可以容易地粘附到电介质安装基板640，并且可以与电介质安装基板640具有基本恒定的距离。
形成偶极子臂632和电介质安装基板640以包括起伏638、648 的作用是减小交叉偶极子辐射器620的物理“占用空间”。在本文中，偶极子(或交叉偶极子)辐射器的占用空间是指当沿着其上安装有偶极子辐射器的馈送杆的中心轴从前面来看偶极子辐射器时偶极子辐射器“覆盖”的反射器的区域。通常，每个金属偶极子的长度(以及因此可以形成金属偶极子的偶极子臂的长度)是基于辐射元件的期望RF 辐射特性来设置的。通过弯曲交叉偶极子辐射器620的偶极子臂632 以包括一个或多个起伏638，交叉偶极子辐射器620的占用空间可以减小，而不影响其金属偶极子630的长度。由于常规印刷电路板是平面结构，因此这种三维交叉偶极子辐射器不能容易地使用印刷电路板技术来形成。此外，尽管柔性印刷电路板在本领域中是已知的，但是这种柔性印刷电路板上的金属层通常非常薄，并且一般不适合用作基站天线的偶极子辐射器。
在图11的实施例中，起伏638、648是具有大致正弦形状的弯曲起伏。将理解的是，起伏638、648的形状、频率和幅度(即，峰到谷的距离)可以变化。还将理解的是，在一些实施例中，每个偶极子臂 632的仅一些部分可以包括起伏638。
图12是基站天线100中包括的高频带馈送板组件260中的一个的前视立体图。如图12中所示，高频带馈送板组件260包括印刷电路板 262，印刷电路板262具有从其向前延伸的三个高频带辐射元件400-1、400-2、400-3。印刷电路板262包括RF传输线馈送部264，RF传输线馈送部264向相应的高频带辐射元件400-1至400-3提供RF信号并且从相应的高频带辐射元件400-1至400-3接收RF信号。每个高频带辐射元件400包括其上安装有交叉偶极子辐射器420的一对馈送杆 410。
馈送杆410可以各自包括其上形成有RF传输线馈送部的一对印刷电路板。馈送杆410可以被组装在一起，以形成具有大致x形状的横截面的垂直延伸的柱。每个交叉偶极子辐射器420还可以被实现为电介质上金属片偶极子辐射器。特别地，交叉偶极子辐射器420可以包括四个偶极子臂432，这四个偶极子臂432一起形成第一交叉极化中心馈送金属偶极子430-1和第二交叉极化中心馈送金属偶极子 430-2。偶极子臂432可以粘附到下面的电介质安装基板440。因为除了交叉偶极子辐射器420的尺寸和偶极子臂432的形状被修改以用于在较高频带处的操作之外，交叉偶极子辐射器420可以与以上讨论的交叉偶极子辐射器320相同，所以将省略对交叉偶极子辐射器420的进一步描述。
如图13中所示，依据本发明的实施例，提供了一种制造用于基站天线的辐射元件的方法。依据这些方法，可以从一片或多片金属片冲压出第一金属偶极子和第二金属偶极子(框700)。在一些情况下，每个金属偶极子可以包括分别被冲压的两个偶极子臂，而在其他实施例中，每个金属偶极子可以是在单个冲压操作中形成的整体式结构。还使用例如注射成型、另外的成型技术或者通过从电介质材料片切割或冲压出电介质安装基板来形成电介质安装基板(框710)。然后，可以使用粘合剂将第一金属偶极子和第二金属偶极子粘附到电介质安装基板，以形成交叉偶极子辐射器(框720)。然后，可以将交叉偶极子辐射器安装在馈送杆上(框730)。
尽管以上主要关于交叉偶极子辐射器讨论了本发明的实施例，但是将理解的是，本发明的所有上述方面都可以应用于具有单偶极子辐射器(与交叉极化偶极子辐射器形成对照)的单极化辐射元件。同样将理解的是，本文中描述的技术可以与任何类型的双极化辐射元件一起使用，而不仅是与倾斜-45°/+45°偶极子辐射元件一起使用。
根据本发明的实施例的辐射元件可以提供优于常规辐射元件的许多优点。如以上讨论的，与印刷电路板偶极子辐射器相比，制造根据本发明的实施例的偶极子辐射器可以显著地更便宜。另外，因为金属偶极子臂的厚度可以是例如低成本印刷电路板偶极子辐射器厚度的五至四十五倍，所以根据本发明的实施例的偶极子辐射器可以表现出减小的信号传输损耗，并且可以与馈送杆上的RF传输线具有更好的阻抗匹配，从而导致改善的回波损耗性能。
另外，由于金属偶极子可以非常光滑(即，几乎没有表面粗糙度)，因此与基于印刷电路板的偶极子辐射器相比，根据本发明的实施例的偶极子辐射器可以表现出改善的PIM性能，并且可以显著地减少与基于印刷电路板的偶极子辐射器一起存在的相对大的批次间变化，从而提供更一致的RF性能。此外，由于可以将电介质安装基板注射成型为包括期望的切口，因此可以消除将开口切入基于印刷电路板的偶极子辐射器的制造步骤，从而进一步降低了制造成本。另外，在一些实施例中，偶极子辐射器可以包括减小其占用空间的起伏，和/或可以包括提供增加的稳定性的集成偶极子支撑件。
以上已参照附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以不同形式来实施并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使得本公开将是透彻完整的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域技术人员。类似的标号始终是指类似的元件。
将理解的是，虽然在本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一个区分开。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。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何和全部组合。
将理解的是，当元件被称为“在”另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，不存在中间元件。还将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，它可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一个元件时，不存在中间组件。用于描述元件之间的关系的其他词应以类似的方法来解释 (即，“在……之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”，等等)。
在本文中可以使用诸如“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“垂直”之类的相对术语来描述如图中所图示的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。将理解的是，这些术语旨在除了图中描绘的取向之外还涵盖设备的不同取向。
本文中使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。还将理解的是，术语“包括”、“包括了、“包含”和/或“包含了”在本文中使用时，指定存在所述特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或其组。
可以以任何方式和/或与其他实施例的方面或元件相结合地组合以上公开的所有实施例的方面和元件，以提供多个附加实施例。

Claims (44)

1.一种用于基站天线的辐射元件，包括：
馈送杆；
交叉偶极子辐射器，安装在所述馈送杆上，所述交叉偶极子辐射器包括：
电介质安装基板；
第一金属片偶极子，沿着第一轴在所述电介质安装基板上延伸，所述第一金属片偶极子包括第一偶极子臂和第二偶极子臂；
第二金属片偶极子，沿着第二轴在所述电介质安装基板上延伸，所述第二金属片偶极子包括第三偶极子臂和第四偶极子臂，所述第二轴垂直于所述第一轴；以及
粘合剂，将所述第一金属片偶极子和所述第二金属片偶极子附接到所述电介质安装基板，
其中，所述电介质安装基板还包括多个引导件，所述多个引导件被配置为将所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂安装在所述电介质安装基板上的相应的预先选择的位置中。
2.根据权利要求1所述的辐射元件，其中，所述电介质安装基板在其第一主表面上包括多个肋条。
3.根据权利要求2所述的辐射元件，其中，所述引导件在所述电介质安装基板的与所述第一主表面相对的第二主表面上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂中的每一个是非平面偶极子臂。
5.根据权利要求4所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂中的每一个包括起伏。
6.根据权利要求5所述的辐射元件，其中，所述电介质安装基板包括适形于所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂的相应起伏的起伏。
7.根据权利要求1至3和5至6中任一项所述的辐射元件，其中，所述电介质安装基板包括整体式结构，所述整体式结构具有平面的偶极子支撑板和从所述偶极子支撑板向后延伸的多个支撑臂。
8.根据权利要求1至3和5至6中任一项所述的辐射元件，其中，所述第一金属片偶极子的厚度在200微米和1800微米之间。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂中的每一个具有间隔开的第一导电段和第二导电段，所述第一导电段和所述第二导电段一起形成椭圆形形状。
10.根据权利要求9所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段的远端彼此电连接，使得所述第一偶极子臂具有闭环结构。
11.根据权利要求9所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段中的每一个包括具有第一平均宽度的第一变宽部、具有第二平均宽度的第二变宽部以及具有第三平均宽度的变窄部，所述变窄部在所述第一变宽部和所述第二变宽部之间，其中，所述第三平均宽度小于所述第一平均宽度的一半并且小于所述第二平均宽度的一半。
12.根据权利要求11所述的辐射元件，其中，所述变窄部包括曲折的导电迹线。
13.根据权利要求11所述的辐射元件，其中，所述变窄部针对在作为所述辐射元件的操作频率范围中的最高频率的两倍的频率处的电流产生高阻抗。
14.根据权利要求1至3、5至6和10至13中任一项所述的辐射元件，其中，所述第一金属片偶极子以+45°极化直接辐射射频信号，并且所述第二金属片偶极子以-45°极化直接辐射射频信号。
15.根据权利要求1至3、5至6和10至13中任一项所述的辐射元件，其中，所述粘合剂包括在所述电介质安装基板与所述第一金属片偶极子及所述第二金属片偶极子之间的粘合剂层。
16.根据权利要求1至3、5至6和10至13中任一项所述的辐射元件，其中，所述粘合剂包括双面粘合剂带。
17.一种用于基站天线的辐射元件，包括：
馈送杆；
偶极子辐射器，安装在所述馈送杆上，所述偶极子辐射器包括：
电介质安装基板，包括多个第一起伏；以及
金属片偶极子，包括多个第二起伏，所述多个第二起伏以与所述电介质安装基板的表面相距恒定的距离沿着所述电介质安装基板延伸，
其中，所述电介质安装基板还包括多个引导件，所述多个引导件被配置为将所述金属片偶极子安装在所述电介质安装基板上的预先选择的位置中。
18.根据权利要求17所述的辐射元件，还包括将所述金属片偶极子附接到所述电介质安装基板的附接机构。
19.根据权利要求18所述的辐射元件，其中，所述金属片偶极子是第一金属片偶极子，并且所述偶极子辐射器为交叉偶极子辐射器，所述交叉偶极子辐射器包括所述第一金属片偶极子和第二金属片偶极子，所述第二金属片偶极子以与所述电介质安装基板的表面相距恒定的距离沿着所述电介质安装基板延伸，其中，所述第一金属片偶极子沿着第一轴延伸，并且所述第二金属片偶极子沿着第二轴延伸，所述第二轴与所述第一轴垂直。
20.根据权利要求19所述的辐射元件，其中，所述第一金属片偶极子包括第一偶极子臂和第二偶极子臂，并且所述第二金属片偶极子包括第三偶极子臂和第四偶极子臂。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的辐射元件，其中，所述电介质安装基板的第一主表面包括多个肋条，并且所述电介质安装基板的与所述第一主表面相对的第二主表面包括所述多个引导件。
22.根据权利要求17至20中任一项所述的辐射元件，其中，所述金属片偶极子的厚度在200微米和1800微米之间。
23.根据权利要求20所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂中的每一个具有间隔开的第一导电段和第二导电段，所述第一导电段和所述第二导电段一起形成椭圆形形状。
24.根据权利要求23所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段的远端彼此电连接，使得所述第一偶极子臂具有闭环结构。
25.根据权利要求23所述的辐射元件，其中，所述第一偶极子臂至所述第四偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段中的每一个包括具有第一平均宽度的第一变宽部、具有第二平均宽度的第二变宽部以及具有第三平均宽度的变窄部，所述变窄部在所述第一变宽部和所述第二变宽部之间，其中，所述第三平均宽度小于所述第一平均宽度的一半并且小于所述第二平均宽度的一半。
26.根据权利要求25所述的辐射元件，其中，所述变窄部包括曲折的导电迹线。
27.根据权利要求25所述的辐射元件，其中，所述变窄部针对在作为所述辐射元件的操作频率范围中的最高频率的两倍的频率处的电流产生高阻抗。
28.根据权利要求19至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述第一金属片偶极子以+45°极化直接辐射射频信号，并且所述第二金属片偶极子以-45°极化直接辐射射频信号。
29.根据权利要求18至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述附接机构包括粘合剂层，所述粘合剂层在所述电介质安装基板和所述金属片偶极子之间。
30.根据权利要求18至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述附接机构包括所述电介质安装基板的包覆成型部分，所述包覆成型部分将所述金属片偶极子在所述电介质安装基板的表面上保持就位。
31.根据权利要求18至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述附接机构包括双面粘合剂带。
32.根据权利要求18至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述附接机构包括一个或多个机械紧固件。
33.根据权利要求18至20和23至27中任一项所述的辐射元件，其中，所述附接机构包括所述电介质安装基板的超声焊接成型部分，所述超声焊接成型部分将所述金属片偶极子在所述电介质安装基板的表面上保持就位。
34.一种制造用于基站天线的辐射元件的方法，所述方法包括：
从一个或多个金属片形成第一金属偶极子臂至第四金属偶极子臂；
经由注射成型形成电介质安装基板；
经由附接机构将所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂安装到所述电介质安装基板；以及
将其上安装有所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂的所述电介质安装基板安装在馈送杆上，
其中，所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂中的每一个具有间隔开的第一导电段和第二导电段，所述第一导电段和所述第二导电段一起形成椭圆形形状，
其中，所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段中的每一个包括具有第一平均宽度的第一变宽部、具有第二平均宽度的第二变宽部以及具有第三平均宽度的变窄部，所述变窄部在所述第一变宽部和所述第二变宽部之间，其中，所述第三平均宽度小于所述第一平均宽度的一半并且小于所述第二平均宽度的一半。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述电介质安装基板包括多个引导件，并且其中，将所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂安装到所述电介质安装基板包括：
在所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂以及所述电介质安装基板中的至少一个上涂覆粘合剂；以及
使用所述引导件将所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂在所述电介质安装基板上定位在预先选择的安装位置中。
36.根据权利要求34或35所述的方法，其中，所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂包括起伏。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述电介质安装基板包括适形于所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂的相应起伏的起伏。
38.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第一金属偶极子臂的所述第一导电段和所述第二导电段的远端彼此电连接，使得所述第一金属偶极子臂具有闭环结构。
39.根据权利要求34所述的方法，其中，所述变窄部包括曲折的导电迹线。
40.根据权利要求34所述的方法，其中，所述变窄部针对在作为所述辐射元件的操作频率范围中的最高频率的两倍的频率处的电流产生高阻抗。
41.根据权利要求34至35和37至40中任一项所述的方法，其中，所述附接机构包括所述电介质安装基板的包覆成型部分，所述包覆成型部分将所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂在所述电介质安装基板的表面上保持就位。
42.根据权利要求34至35和37至40中任一项所述的方法，其中，所述附接机构包括双面粘合剂带。
43.根据权利要求34至35和37至40中任一项所述的方法，其中，所述附接机构包括一个或多个机械紧固件。
44.根据权利要求34至35和37至40中任一项所述的方法，其中，所述附接机构包括所述电介质安装基板的超声焊接部分，所述超声焊接部分将所述第一金属偶极子臂至所述第四金属偶极子臂在所述电介质安装基板的表面上保持就位。
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