DE202017007459U1

DE202017007459U1 - Mehrband-Mehrstrahl-Linsenantenne geeignet zur Verwendung in Mobilfunk- und anderen Kommunikationssystemen

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Publication number: DE202017007459U1
Application number: DE202017007459.1U
Authority: DE
Original assignee: Commscope Technologies LLC
Current assignee: Commscope Technologies LLC
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: CN112909494B; CN112909494A; US20190237874A1; EP3510664A1; DE202017007455U1; EP3510664B1; CN109643839A; WO2018048520A1; CN109643839B; US20240178563A1; EP3510664A4

Abstract

Basisstationsantenne (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800), umfassend:
einen Reflektor (210, 634, 734);
eine erste sich vertikal erstreckende Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen (122, 222, 522, 622, 722, 822), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl zu bilden; und
eine zweite sich vertikal erstreckende Spalte von Hochbandstrahlerelementen (132, 232, 532, 632, 732), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden;
wobei ein entsprechender künstlicher magnetischer Leiter (150, 250) hinter einem Strahler von mindestens einem der Niedrigbandstrahlerelemente angeordnet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C. § 119 der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 62/384,280 , eingereicht am 7. September 2016, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme als in ihrer Gesamtheit beschrieben aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Funkkommunikationen und insbesondere Linsenantennen, die zur Verwendung in Mobilfunk- und verschiedenen anderen Arten von Kommunikationssystemen geeignet sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mobilfunkkommunikationssysteme sind im Stand der Technik wohlbekannt. Bei einem typischen Mobilfunksystem wird ein geographisches Gebiet in eine Reihe von Regionen unterteilt, die als „Zellen“ bezeichnet werden, und jede Zelle wird von einer Basisstation bedient. Die Basisstation kann Basisbandausrüstung, Funkvorrichtungen und Antennen umfassen, die konfiguriert sind, bidirektionale Funkfrequenz- (RF) - Kommunikationen mit mobilen Teilnehmern bereitzustellen, die sich geographisch innerhalb der Zelle befinden. In vielen Fällen kann die Zelle in mehrere „Sektoren“ unterteilt werden, und es sind separate Antennen für jeden der Sektoren vorgesehen. Diese Antennen sind häufig auf einem Turm oder einer anderen erhöhten Struktur angebracht, wobei das von jeder Antenne erzeugte Strahlungsbündel („Antennenstrahl“) nach außen gerichtet ist, um den entsprechenden Sektor zu bedienen. Typischerweise ist eine Basisstationsantenne als phasengesteuerte Gruppe (engl. „phase-controlled array“) von Strahlerelementen realisiert, wobei die Strahlerelemente in einer oder mehreren vertikalen Spalten angeordnet sind. Hierin bezeichnet „vertikal“ eine Richtung, die senkrecht zu der durch den Horizont definierten Ebene ist.
Ein üblicher Mobilfunkkommunikationssystem-Netzwerkplan bezieht eine Basisstation ein, die eine Zelle unter Verwendung von drei Basisstationsantennen bedient. Dies wird häufig als Dreisektorkonfiguration bezeichnet. Bei einer Dreisektorkonfiguration bedient jede Basisstationsantenne einen 120-Grad-Sektor der Zelle. Typischerweise stellt eine 65-Grad-Azimuth-Halbwertsbreiten- (HPBW) -Antenne eine Abdeckung für einen 120-Grad-Sektor bereit. Drei dieser Antennen stellen eine 360-Grad-Abdeckung bereit. Es können auch andere Sektorisierungsschemata verwendet werden. Es werden beispielsweise auch Sechs-, Neun- und Zwölf-Sektor-Konfigurationen verwendet. Sechs-Sektor-Standorte können sechs Basisstationsantennen mit jeweils einer 33-Grad-Azimut-HPBW-Antenne verwenden, die einen 60-Grad-Sektor bedient. Bei anderen vorgeschlagenen Lösungen kann eine Mehrspalten-Phased-Array-Antenne (d. h., eine Antenne mit mehreren Spalten von Strahlerelementen) durch ein Einspeisenetzwerk angesteuert werden, um zwei oder mehr Antennenstrahlen von einer einzelnen Phased-Array-Antenne zu erzeugen. Jeder Strahl kann eine Abdeckung für einen Sektor bereitstellen. Wenn Mehrspalten-Phased-Array-Antennen verwendet werden, die jeweils zwei 33-Grad-Azimut-HPBW-Strahlen erzeugen, dann sind für eine Sechs-Sektor-Konfiguration beispielsweise nur drei Antennen erforderlich. Antennen, die mehrere Strahlen erzeugen, sind beispielsweise in US-Patentveröffentlichung Nr. 2011/0205119 und US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0091767 offenbart, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Das Erhöhen der Anzahl an Sektoren erhöht die Systemkapazität, da jede Antenne einen kleineren Bereich bedienen kann und daher eine höhere Antennenverstärkung über den gesamten Sektor hinweg bereitstellen und/oder eine Frequenzwiederverwendung ermöglichen kann. Das Unterteilen einer Zelle in kleinere Sektoren hat jedoch Nachteile, da Antennen, die schmale Sektoren abdecken, typischerweise mehr Strahlerelemente aufweisen, die einen größeren Abstand voneinander aufweisen als die Strahlerelemente von Antennen, die breitere Sektoren abdecken. Eine typische 33 Grad Azimut-HPBW-Antenne ist beispielsweise im Allgemeinen doppelt so breit wie eine typische 65 Grad Azimut-HPBW-Antenne. Daher können Kosten-, Raum- und Turmbeladungsanforderungen zunehmen, während eine Zelle in eine größere Anzahl an Sektoren aufgeteilt wird.
Eine weitere Komplikation besteht daraus, dass mit zunehmender Nachfrage nach Mobilfunksystemen, die eine erhöhte Kapazität unterstützen und erweiterte Fähigkeiten bereitstellen, eine Vielzahl neuer Mobilfunkdienste eingeführt wurden. Die neuen Dienste, die hinzugefügt werden, arbeiten typischerweise in unterschiedlichen Frequenzbändern als existierende Dienste, um Störungen zu vermeiden. Wenn diese neuen Dienste eingeführt werden, müssen die existierenden „Legacy“-Dienste üblicherweise für Jahre oder sogar Jahrzehnte aufrechterhalten werden, um alte Mobilvorrichtungen zu unterstützen. Daher müssen bei der Einführung neuer Dienste entweder neue Mobilfunkbasisstationen eingesetzt werden oder bestehende Mobilfunkbasisstationen aktualisiert werden, um die neuen Dienste zu unterstützen. Um die Kosten zu reduzieren, sind jetzt Basisstationsantennen verfügbar, die mindestens zwei unterschiedliche Gruppen von Strahlerelementen umfassen, wobei jede Gruppe von Strahlerelementen einen unterschiedlichen Typ von Mobilfunkdienst unterstützt. Die Unterstützung mehrerer Mobilfunkdienste kann jedoch die Komplexität einer typischen Mobilfunkbasisstationsantenne weiter erhöhen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Mehrband-Phased-Array-Antennen bereitgestellt, die eine Rückwandplatine und erste, zweite und dritte Gruppen von entsprechenden ersten, zweiten und dritten Strahlerelementen umfassen, die vor einer Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind. Die ersten Strahlerelemente sind in einer ersten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert, einen ersten Antennenstrahl zu bilden, der in eine erste Richtung zeigt, die zweiten Strahlerelemente sind in einer zweiten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert, dass sie einen zweiten Antennenstrahl bilden, der in eine zweite Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, und die dritten Strahlerelemente sind in einer dritten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert, einen dritten Antennenstrahl zu bilden, der in eine dritte Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet. Die Antenne umfasst ferner mehrere Funkfrequenz- („RF“) -Linsen, die sich in einer vertikal angeordneten Spalte vor der Vorderfläche der Rückwandplatine befinden. Ein entsprechendes der zweiten Strahlerelemente und ein entsprechendes der dritten Strahlerelemente sind zwischen der Rückwandplatine und jeder RF-Linse positioniert. Mindestens einige der ersten Strahlerelemente sind zwischen den RF-Linsen angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen können die ersten Strahlerelemente Niedrigbandstrahlerelemente sein, die konfiguriert sind, in einem ersten Frequenzband zu arbeiten, und die zweiten und dritten Strahlerelemente können Hochbandstrahlerelemente sein, die konfiguriert sind, in einem zweiten Frequenzband zu arbeiten, das sich in höheren Frequenzen als das erste Frequenzband befindet.
Bei einigen Ausführungsformen kann jedes erste Strahlerelement ein Paar von Dreipolstrahlern umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen kann jedes erste Strahlerelement drei Dreipolstrahler umfassen, die in einem Dreieck angeordnet sind. Bei solchen Ausführungsformen kann eine erste der RF-Linsen innerhalb des Dreiecks angeordnet sein, das durch die drei Dreipolstrahler von einem der ersten Strahlerelemente definiert wird.
Bei einigen Ausführungsformen kann jedes erste Strahlerelement ein Kreuzdipolstrahlerelement umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen kann sich die erste vertikal angeordnete Spalte zwischen der zweiten und der dritten vertikal angeordneten Spalte befinden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Phased-Array-Antenne ferner eine vierte Gruppe von vierten Strahlerelementen umfassen, die vor der Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind, wobei die vierten Strahlerelemente in einer vierten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert sind, einen vierten Antennenstrahl zu bilden, der in eine vierte Richtung zeigt. Die vierte Richtung kann bei einigen Ausführungsformen im Wesentlichen die gleiche wie die erste Richtung sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Azimuthalbwertsbreite der ersten Gruppe von ersten Strahlerelementen im Wesentlichen die gleiche sein wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination der zweiten Gruppe von zweiten Strahlerelementen, der dritten Gruppe von dritten Strahlerelementen und der vierten Gruppe von vierten Strahlerelementen.
Bei einigen Ausführungsformen kann jede RF-Linse eine sphärische RF-Linse sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann jede RF-Linse eine elliptische RF-Linse sein.
Bei einigen Ausführungsformen können mindestens einige der RF-Linsen eine frequenzselektive Struktur umfassen, die konfiguriert ist, RF-Energie in dem ersten Frequenzband im Wesentlichen zu reflektieren und RF-Energie in dem zweiten Frequenzband im Wesentlichen durchzulassen.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Azimuthalbwertsbreite der ersten Gruppe von ersten Strahlerelementen im Wesentlichen die gleiche sein wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination der zweiten Gruppe von zweiten Strahlerelementen und der dritten Gruppe von dritten Strahlerelementen.
Bei einigen Ausführungsformen können die RF-Linsen jeweils ein Dielektrikum umfassen, das expandierbare Mikrokügelchen umfasst, die mit Stücken aus leitfähigem Folienmaterial gemischt sind, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen können die RF-Linsen jeweils ein Dielektrikum umfassen, das kleine Stücke eines geschäumten Dielektrikums umfasst, in das mindestens eine Folie aus leitfähigem Material eingebettet ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Mehrband-Phased-Array-Antennen bereitgestellt, die eine Rückwandplatine, eine erste vertikal angeordnete Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl bilden, der in eine erste Richtung zeigt, eine zweite vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden, der in eine zweite Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, eine dritte vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen dritten Antennenstrahl zu bilden, der in eine dritte Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, und mindestens eine Funkfrequenz- (RF) -Linse umfassen, die vor der ersten vertikal angeordneten Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen, der zweiten vertikal angeordneten Spalte von Hochbandstrahlerelementen und der dritten vertikal angeordneten Spalte von Hochbandstrahlerelementen angeordnet ist. Zwischen einem Strahler von jedem der Niedrigbandstrahlerelemente und der Rückwandplatine ist ein entsprechender künstlicher magnetischer Leiter angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Phased-Array-Antenne ferner eine erste sekundäre RF-Linse umfassen, die sich zwischen mindestens einem der Hochbandstrahlerelemente in der zweiten vertikal angeordneten Spalte und der mindestens einen RF-Linse befinden kann, und eine zweite sekundäre RF-Linse, die sich zwischen mindestens einem der Hochbandstrahlerelemente in der dritten vertikal angeordneten Spalte und der mindestens einen RF-Linse befinden kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse eine zylindrische RF-Linse sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse eine sphärische RF-Linsen-Spalte sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse eine elliptische RF-Linsen-Spalte sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse ein Paar von zylindrischen RF-Linsen sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Azimuthalbwertsbreite des ersten Antennenstrahls im Wesentlichen die gleiche sein wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination des zweiten und dritten Antennenstrahls.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Phased-Array-Antenne ferner eine vierte vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen umfassen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen vierten Antennenstrahl zu bilden. Der vierte Antennenstrahl kann im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie die erste Richtung weisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Azimuthalbwertsbreite des ersten Antennenstrahls im Wesentlichen die gleiche sein wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination des zweiten, dritten und vierten Antennenstrahls.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse ein Dielektrikum umfassen, das expandierbare Mikrokügelchen umfasst, die mit Stücken aus leitfähigem Folienmaterial gemischt sind, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine RF-Linse ein Dielektrikum umfassen, das kleine Stücke eines geschäumten Dielektrikums umfasst, in die mindestens eine Folie aus leitfähigem Material eingebettet ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht der Antennendiagramme, die von Basisstationsantennen gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
2 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine perspektivische Ansicht einer Mehrstrahlantenne gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die eine zylindrische Linse umfasst.
3B ist eine Querschnittansicht der Mehrstrahlantenne von 3A.
3C ist eine schematische perspektivische Ansicht einer linearen Hochbandgruppe, das in der Mehrstrahlantenne von 3A umfasst ist.
3D ist eine Draufsicht von einem der dual-polarisierten Hochbandstrahlerelemente, die in der linearen Gruppe von 3C umfasst sind.
3E ist eine Seitenansicht des dual-polarisierten Hochbandstrahlerelements von 3D.
3F ist eine perspektivische Ansicht von einem der in der Mehrstrahlantenne von 3A umfassten Niedrigbandstrahlerelementen.
4 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Sekundärlinsen umfasst.
5 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein Paar zylindrischer RF-Linsen umfasst.
6A und 6B sind eine schematische Vorderansicht und Seitenansicht einer Basisstationsantenne gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A ist eine Vorderansicht einer Mehrstrahllinsenantenne gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7B ist eine perspektivische Ansicht von einer der sphärischen RF-Linsen, die in der Mehrstrahllinsenantenne von 7A umfasst sind.
7C ist eine Seitenansicht von einer der sphärischen RF-Linsen, die in der Mehrstrahllinsenantenne von 7A umfasst sind, die veranschaulicht, wie die Linse vor den Strahlerelementen festgehalten wird.
7D ist eine perspektivische Ansicht eines Niedrigbandstrahlerelements, das in der Mehrstrahllinsenantenne von 7A umfasst ist.
7E ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines gekrümmten Reflektors der Mehrstrahllinsenantenne von 7A, die drei daran angebrachte Hochbandstrahlerelemente umfasst.
8A ist eine perspektivische Teilansicht einer Mehrstrahllinsenantenne gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Mehrstrahllinsenantenne von 8A, die zwei der Hochbandstrahlerelemente davon veranschaulicht.
9 ist eine perspektivische Teilansicht der Mehrstrahllinsenantenne gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Kreuzdipolniedrigbandstrahlerelemente umfasst.
10A ist eine grafische Darstellung, welche die Niedrigbandstrahlungsdiagramme für die Antennen der 7A bis 7E, 8A bis 8B und 9 veranschaulicht.
10B ist eine grafische Darstellung, welche die Hochbandstrahlungsdiagramme für die Antennen der 7A bis 7E, 8A bis 8B und 9 veranschaulicht, wenn die Antennen zwei Hochbandgruppen aufweisen.
10C ist eine grafische Darstellung, welche die Hochbandstrahlungsdiagramme für die Antennen der 7A bis 7E, 8A bis 8B und 9 veranschaulicht, wenn die Antennen drei Hochbandgruppen aufweisen.
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Verbunddielektrikums, das verwendet werden kann, um die RF-Linsen zu bilden, die in den Antennen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
12A ist eine Querschnittansicht eines Blocks aus einem anderen Verbunddielektrikum, das verwendet werden kann, um die RF-Linsen zu bilden, die in den Antennen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
12B ist eine schematische perspektivische Ansicht von mehreren der Blöcke aus Verbunddielektrikum von 12A, die in einen Behälter gefüllt sind, um eine RF-Linse zu bilden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Viele Basisstationsantennen nach dem Stand der Technik umfassen mittlerweile mehrere vertikale Spalten von Strahlerelementen, um mehrere verschiedene Arten von Mobilfunkdiensten zu unterstützen. Eine sehr übliche Basisstationsantennenkonfiguration umfasst eine erste lineare Gruppe von Strahlerelementen, die Signale in einem ersten Frequenzband (dem „Niedrigband“) sendet und empfängt, und eine oder mehrere lineare Gruppen von Strahlerelementen, die Signale in einem zweiten Frequenzband (dem „Hochband“) senden und empfangen, das sich in höheren Frequenzen als das erste Frequenzband befindet. Eine solche Antenne wird als „Zweiband“-Antenne bezeichnet, da sie den Betrieb in zwei verschiedenen Frequenzbändern unter Verwendung von zwei verschiedenen Sätzen von Strahlerelementen unterstützt. Typischerweise umfasst das Niedrigband ein oder mehrere spezifische Frequenzbänder, die unter ungefähr 1 GHz liegen, und das Hochband umfasst ein oder mehrere spezifische Frequenzbänder, die über 1 GHz (und typischerweise über 1,6 GHz) liegen, obwohl andere Definitionen des Niedrigbandes und des Hochbandes verwendet werden können. Die spezifischen Frequenzbänder können bestimmten Arten von Mobilfunkdiensten entsprechen, wie beispielsweise der Dienst Global System for Mobile Communications (GSM), Universal Mobile Telecommunications System (UTMS), Long Term Evolution (LTE), CDMA usw.
Es versteht sich, dass die Niedrigbandstrahlerelemente „Breitband“-Strahlerelemente sein können, die mehrere verschiedene Arten von Mobilfunkdiensten unterstützen, die innerhalb des Niedrigbandfrequenzbereichs liegen. Ebenso können die Hochbandstrahlerelemente „Breitband“-Strahlerelemente sein, die mehrere verschiedene Arten von Mobilfunkdiensten unterstützen, die im Hochbandfrequenzbereich liegen. Daher kann eine Zweibandantenne mehr als zwei verschiedene Arten von Mobilfunkdiensten unterstützen, indem sie solche Breitbandstrahlerelemente und Diplexer verwendet, um die Signale in den zwei verschiedenen Mobilfunkdiensten, die von den Breitbandstrahlerelementen empfangen werden, aufzuteilen und die Signale in den zwei verschiedenen Mobilfunkdiensten, die den Breitbandstrahlerelementen eingespeist werden, zu kombinieren. Es versteht sich ebenfalls, dass, während sich die vorliegende Offenbarung hauptsächlich auf Zweibandantennen konzentriert, die den Dienst in zwei verschiedenen Frequenzbändern unter Verwendung von zwei verschiedenen Sätzen von Strahlerelementen unterstützen, die hierin offenbarten Techniken auf eine beliebige Mehrbandantenne einschließlich beispielsweise Dreibandantennen angewandt werden können.
Um die Kommunikationskapazität zu erhöhen, verwenden die Betreiber häufig eine Split-Sektor-Technik, indem sie Mehrstrahlantennen einsetzen, die mehr als einen Antennenstrahl innerhalb eines gegebenen Frequenzbandes erzeugen. Es sind beispielsweise Mehrband-Mehrstrahl-Basisstationsantennen bekannt, die eine erste lineare Gruppe von Niedrigbandstrahlerelementen und zweite und dritte lineare Gruppen von Hochbandstrahlerelementen umfassen. Bei diesen Antennen können die Strahlerelemente in der Niedrigbandgruppe mit einer HPBW-Strahlbreite in der Azimutrichtung von ungefähr 65 Grad ausgelegt sein, sodass eine Basisstation mit drei dieser Antennen eine volle 360-Grad-Abdeckung für das Niedrigband bereitstellen kann. Die zweite und dritte lineare Gruppe von Hochbandstrahlerelementen kann durch ein Einspeisenetzwerk eingespeist werden, das eine Butler-Matrix umfasst, um ein Paar von benachbarten Antennenstrahlen im Hochband zu erzeugen, die eine HPBW-Strahlbreite in der Azimutrichtung von ungefähr 33 Grad aufweisen. Daher kann eine Basisstation mit drei solchen Antennen auch eine volle 360-Grad-Abdeckung für das Hochband unter Verwendung von sechs Hochbandantennenstrahlen bereitstellen, die jeweils eine HPBW-Strahlbreite in der Azimutrichtung von ungefähr 33 Grad aufweisen.
In aller Regel erfordern Mobilnetzbetreiber mehr Hochbandantennenstrahlen als Niedrigbandantennenstrahlen. Da dieser Fall am häufigsten ist, weisen die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mehr Hochbandgruppen als Niedrigbandgruppen auf. Bei Mehrband-Mehrstrahl-Basisstationsantennenanwendungen ist gegenwärtig eine einzige Niedrigbandgruppe, die mit zwei oder mehr Hochbandgruppen gekoppelt ist, das am häufigsten verwendete Antennendesign, obwohl andere Designs verwendet werden. Bei Spezialanwendungen, wie beispielsweise Antennen für große Örtlichkeiten, kann eine größere Anzahl an Niedrigband- und Hochbandantennenstrahlen vorgesehen werden.
Es werden gegenwärtig unterschiedliche Verfahren verwendet, um zu Zwecken der Sektoraufteilung mehrere Strahlen innerhalb des gleichen Bandes zu erzeugen. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Herangehensweise eine Butler-Matrix verwendet, um mehrere Antennenstrahlen zu erzeugen. Unglücklicherweise weist die Butler-Matrix-Herangehensweise mehrere potenzielle Nachteile einschließlich einer relativ geringen Bandbreite, weniger symmetrischer Antennenstrahlen, einer verschlechterten Nebenkeulenunterdrückung, hoher Kosten und dergleichen auf. Eine weitere mögliche Methode der Sektoraufteilung besteht darin, eine RF-Linse in eine Basisstationsantenne aufzunehmen, die mehrere lineare Gruppen umfasst. Eine Basisstationsantenne kann beispielsweise mehrere lineare Hochbandgruppen aufweisen, die in verschiedene Richtungen zeigen, um mehrere benachbarte Hochbandantennenstrahlen bereitzustellen, und die RF-Linse kann verwendet werden, um jeden dieser Hochbandantennenstrahlen auf beispielsweise eine geeignete Azimutstrahlbreite zu verengen.
Als Beispiel wurden zylindrische RF-Linsen mit vertikalen linearen Gruppen in Basisstationsantennenanwendungen kombiniert. Eine solche Antenne ist in US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0070230 offenbart, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Bei Basisstationsantennen, die eine zylindrische RF-Linse umfassen, ist die Längsachse der Linse ungefähr parallel zu den Längsachsen der linearen Gruppen ausgerichtet (d. h., sowohl die Linse als auch die linearen Gruppen verlaufen senkrecht zu der durch den Horizont definierten Ebene). Die Eigenschaften der linearen Gruppen definieren die Elevationsstrahlbreite der resultierenden Strahlmuster (d. h., die zylindrische Linse verändert die Elevationsstrahlbreite nicht generell). Daher können die Anzahl der Strahlerelemente in jeder linearen Gruppe und der Abstand zwischen diesen Strahlerelementen zusammen mit dem Design der Strahlerelemente und der Betriebsfrequenz primäre Faktoren sein, die sich auf die Elevationsstrahlbreite der linearen Gruppe auswirken. Die zylindrische RF-Linse bewirkt jedoch eine Verengung der Strahlbreite des Azimutdiagramms von jeder linearen Gruppe. Bei einem Beispiel, das in der vorstehend genannten US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0070230 bereitgestellt wird, wird eine zylindrische RF-Linse verwendet, um das Azimut-HPBW einer vertikalen linearen Gruppe von ungefähr 65 Grad auf ungefähr 33 Grad zu verengen. Ein Vorteil einer linearen Gruppe mit einer zylindrischen Linse besteht daher daraus, dass sie die Leistung (im Sinne einer Antennenstrahlverengung in der Azimutebene) einer Mehrspalten-Phased-Array-Antenne mit nur einer einzigen Spalte von Strahlerelementen erreichen kann. In der vorstehend genannten US-Patentschrift 2015/0070230 sind zwei lineare Gruppen, die in verschiedene Richtungen zeigen, hinter der zylindrischen RF-Linse positioniert, um ein Paar benachbarter Antennenstrahlen zu bilden, die jeweils eine Azimut-HPBW von ungefähr 33 Grad aufweisen.
Während sie im Allgemeinen vorteilhaft sind, können zylindrische RF-Linsen bestimmte Nachteile aufweisen. In einigen Fällen können zylindrische RF-Linsen beispielsweise eine Kreuzpolarisationsverzerrung erzeugen. Einem Fachmann ist bekannt, dass sich die Kreuzpolarisationsverzerrung auf die Energiemenge bezieht, die von einer kreuzpolarisierten Antenne mit Elementen emittiert wird, die ausgelegt sind, Energie bei einer ersten Polarisation (z. B. einer horizontalen Polarisation) zu emittieren, die bei einer orthogonalen Polarisation (z. B. einer vertikalen Polarisation) emittiert wird. Zylindrische RF-Linsen weisen zudem ein relativ hohes Volumen auf, das die Größe, das Gewicht der Antenne und deren Kosten erhöhen kann, insbesondere, da die zur Bildung der Linse verwendeten Materialien teuer sein können. Wie vorstehend beschrieben, verengen zylindrische Linsen außerdem die Elevationsstrahlbreite nicht und daher kann die Länge der linearen Gruppe der primäre Faktor sein, der verwendet wird, um die Elevationsstrahlbreite zu reduzieren. Da die Strahlerelemente in einer linearen Gruppe oft nicht um mehr als ungefähr 0,6 bis 0,9 Wellenlängen der durch sie hindurch gesendeten und empfangenen RF-Signale beabstandet werden können, ohne signifikante Gitterkeulen zu erzeugen, resultiert die erhöhte Längenanforderung zum Reduzieren der Elevationsstrahlbreite in einer entsprechenden Erhöhung der Anzahl an in der linearen Gruppe umfassten Strahlerelemente. Die Verwendung einer zylindrischen RF-Linse adressiert dieses Problem nicht.
Typischerweise werden Corporate-Einspeisenetzwerke (engl. „corporate feed networks“) mit den vorstehend beschriebenen Phased-Array-Basisstationsantennen verwendet. Um die Kosten zu reduzieren, weisen diese Corporate-Einspeisenetzwerke häufig eine 1:4- oder 1:5-Geometrie auf (d. h., das Einspeisenetzwerk besitzt einen einzigen Eingang und 4 oder 5 Ausgänge für sich in Senderichtung ausbreitende RF-Signale). Da die linearen Gruppen typischerweise 8 bis 15 Strahlerelemente aufweisen, werden die Strahlerelemente zu Untergruppen von Strahlerelementen gruppiert, wobei jede Untergruppe von einem einzigen Ausgang des Corporate-Einspeisenetzwerks eingespeist wird (und daher empfängt jedes Strahlerelement, das in einer bestimmten Untergruppe enthalten ist, das gleiche Signal mit einer gleichen Phase und Amplitude). Ein 1:5-Corporate-Einspeisenetzwerk kann beispielsweise mit fünf Untergruppen gekoppelt sein, wobei jede Untergruppe ein bis drei Strahlerelemente umfasst. Das Erhöhen der Anzahl an Strahlerelementen und/oder Untergruppenbaugruppen erhöht die Kosten und Komplexität der Antenne. Dazu kommt, dass wenn der Elementabstand auf annähernd eine Wellenlänge vergrößert wird, um die Öffnung zu verbreitern und die Elevationsstrahlbreite zu verkleinern, während eine geringere Anzahl an Strahlerelementen verwendet wird, Gitterkeulen aufzutreten beginnen, da das Strahlenbündel aus der mechanischen Mittelachse elektronisch herausgelenkt wird, wie es der Fall wäre, wenn eine elektronische Fernneigung verwendet wird, um das Elevationsdiagramm der Antenne elektronisch nach unten zu neigen. Daher kann es schwierig sein, beim Verwenden einer zylindrischen RF-Linse eine Hochleistungsbasisstationsantenne bei gleichzeitiger Reduzierung der Antennengröße und -kosten zu erreichen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden kompakte Basisstationsantennen bereitgestellt, die sowohl einen Niedrigband- als auch einen Hochbanddienst unterstützen können, wobei die Antenne einen Antennenstrahl bildet, der den Niedrigbanddienst unterstützt, und zwei oder mehr Antennenstrahlen, die den Hochbanddienst unterstützen. Diese Antennen können ungefähr die gleiche Azimutstrahlbreite für den Niedrigband- und Hochbanddienst aufweisen, wobei die Azimutstrahlbreite für den Hochbanddienst die Azimutstrahlbreite der Kombination der zwei oder mehr Hochbandantennenstrahlen ist. Die Niedrigband- und Hochbandantennenstrahlen können die gleichen oder unterschiedliche Elevationsstrahlbreiten aufweisen. Sowohl das Niedrigband als auch das Hochband kann Ultrabreitbandleistung aufweisen und daher kann die Basisstationsantenne zur Unterstützung von mehreren verschiedenen Arten von Niedrigbanddiensten und mehreren verschiedenen Arten von Hochbanddiensten verwendet werden.
Die Basisstation und andere Antennen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung einer oder mehrerer RF-Linsen gebildet werden, die verwendet werden, um die Strahlbreiten der Gruppen von Hochbandstrahlerelementen zu verengen. Bei einigen Ausführungsformen kann eine einzelne zylindrische RF-Linse vorgesehen sein, die in Verbindung mit zwei oder mehr vertikalen Gruppen von Hochbandstrahlerelementen und einem oder mehreren vertikalen Gruppen von Niedrigbandstrahlerelementen arbeitet. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere zylindrische RF-Linsen verwendet werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen können lineare Gruppen von sphärischen oder elliptischen RF-Linsen verwendet werden.
Die Antennen können bei einigen Ausführungsformen derart ausgelegt sein, dass die RF-Linsen wenig Einfluss auf die Niedrigbandsignale haben. Bei einigen Ausführungsformen können die Niedrigbandstrahlerelemente beispielsweise zwischen den RF-Linsen und einer Rückwandplatine der Antenne positioniert sein, und die RF-Linsen können derart ausgelegt sein, dass sie für die Niedrigbandstrahlerelemente im Wesentlichen transparent sind. Bei anderen Ausführungsformen können die Niedrigbandstrahlerelemente zwischen und nicht hinter den RF-Linsen positioniert sein, um den Einfluss der RF-Linsen auf die Niedrigbandsignale zu reduzieren. Bei einigen Ausführungsformen können künstliche magnetische Leiter- (engl. artificial magnetic conductor, „AMC“) -Materialien verwendet werden, um zu ermöglichen, dass die Niedrigbandstrahlerelemente näher an der Rückwandplatine platziert werden können, um die Kompaktheit der Antenne zu erhöhen. Die Niedrigband- und Hochbandstrahlerelemente können bei einigen Ausführungsformen Ultrabreitbandstrahlerelemente umfassen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben.
1 ist eine schematische Draufsicht, welche die Antennenstrahlen veranschaulicht, die durch eine Zweibandbasisstationsantenne 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Wie in 1 gezeigt, erzeugt die Basisstationsantenne 10 einen Niedrigbandantennenstrahl 20 und zwei Hochbandantennenstrahlen 30, 40. Bei einigen Ausführungsformen kann der Niedrigbandantennenstrahl 20 eine Azimuthalbwertsbreite von ungefähr 65 Grad aufweisen und die Kombination der zwei Hochbandantennenstrahlen 30, 40 kann zusammen eine Azimuthalbwertsbreite von ungefähr 65 Grad aufweisen. Daher können drei Basisstationsantennen 10 sowohl für das Niedrigband als auch das Hochband eine volle 360-Grad-Abdeckung bereitstellen.
2 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne 100, die verwendet werden kann, um die Antennenstrahlen 20, 30, 40 zu erzeugen, die in 1 veranschaulicht sind. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Basisstationsantenne 100 drei vertikal ausgerichtete lineare Gruppen von Strahlerelementen, und zwar eine Niedrigbandgruppe 120, die mehrere Niedrigbandstrahlerelemente 122 umfasst, und eine erste und zweite Hochbandgruppe 130-1, 130-2, die jeweils mehrere Hochbandstrahlerelemente 132 umfassen. Wenn mehrere gleichartige Elemente vorhanden sind, können sie hierin mit einem zweiteiligen Bezugszeichen nummeriert sein und können einzeln mit dem vollständigen Bezugszeichen (z. B. die Hochbandgruppe 130-2) und gemeinsam mit dem ersten Teil des Bezugszeichens (z. B. die Hochbandgruppen 130) bezeichnet sein. Da 2 eine schematische Draufsicht ist, ist in 2 nur das oberste Strahlerelement 122, 132 in jeder linearen Gruppe 120, 130 sichtbar, es versteht sich jedoch, dass mehrere Strahlerelemente 122, 132 in den entsprechenden linearen Gruppen 120, 130 vorgesehen sind, wobei häufig zwischen ungefähr 8 und 15 Strahlerelemente 122, 132 pro lineare Gruppe 120, 130 vorgesehen sind. Eine zylindrische RF-Linse 140 ist vor den Strahlerelementen 122, 132 angebracht. Eine Längsachse der zylindrischen Linse 140 kann sich in der vertikalen Richtung erstrecken. Die Strahlerelemente 122, 132 sind auf einer Rückwandplatine 110 angebracht. Die Rückwandplatine 110 kann eine einheitliche Struktur oder mehrere Strukturen umfassen, die aneinander befestigt sind. Die Rückwandplatine 110 kann beispielsweise einen Reflektor umfassen, der als Masseebene für die Strahlerelemente 122, 132 dient. Die Rückwandplatine 110 kann wie gezeigt nicht planar sein.
Jedes Niedrigbandstrahlerelement 122 kann einen Schaft 124 und einen Strahler 126 umfassen. Der Strahler 126 kann beispielsweise einen Dipol- oder Patchstrahler umfassen. Wenn die Basisstationsantenne 100 eine dual-polarisierte Antenne ist, kann jeder Strahler 126 beispielsweise eine Kreuzdipolstruktur umfassen. Jeder Strahler 126 kann in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des entsprechenden Schafts 124 des Strahlerelements 122 ist. Die Längsachse jedes Schafts 124 kann zur Längsachse der zylindrischen Linse 140 gerichtet sein.
Ähnlich kann jedes Hochbandstrahlerelement 132 einen Schaft 134 und einen Strahler 136 umfassen. Der Strahler 136 kann beispielsweise einen Dipol- oder Patchstrahler umfassen. Wenn die Basisstationsantenne 100 eine dual-polarisierte Antenne ist, kann jeder Strahler 136 beispielsweise eine Kreuzdipolstruktur umfassen. Jeder Strahler 136 kann in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des entsprechenden Schafts 134 des Strahlerelements 132 ist. Die Längsachse jedes Schafts 134 kann zur Längsachse der zylindrischen Linse 140 gerichtet sein.
Typischerweise sind die Strahlerelemente einer Basisstationsantenne ungefähr eine Viertelwellenlänge über einem darunterliegenden Reflektor beabstandet, wobei die Wellenlänge die Wellenlänge ist, die der Mittenfrequenz der RF-Signale entspricht, die über das Strahlerelement gesendet/empfangen werden. Für die Niedrigbandsignale, die typischerweise im Bereich von 690 bis 960 MHz liegen, ist eine Viertelwellenlänge ein relativ großer Abstand, sodass es schwierig sein kann, eine kompakte Basisstationsantenne bereitzustellen. Beispielsweise ist unter Bezugnahme auf 2 ersichtlich, dass die zylindrische Linse 140 vor der Niedrigbandgruppe 120 positioniert ist. Da die Mittenfrequenz des Hochbandes typischerweise zwei- oder sogar dreimal größer ist als die Mittenfrequenz des Niedrigbandes, würden sich bei Verwendung konventioneller Niedrigbandstrahlerelemente (in 2 nicht gezeigt) diese herkömmlichen Niedrigbandstrahlerelemente 2- bis 3-mal weiter vor der Rückwandplatine 110 erstrecken als die Hochbandstrahlerelemente 132. Da die RF-Linse 140 auch relativ groß sein kann, ist die Tiefe der Basisstationsantenne 100 recht groß, wenn konventionelle Niedrigbandstrahlerelemente verwendet werden. Zusätzlich sollten die Hochbandstrahlerelemente 132 typischerweise in unmittelbarer Nähe der zylindrischen RF-Linse 140 angeordnet sein. Um dies zu erreichen, müssten die Hochbandstrahlerelemente 132 weiter vorne angeordnet sein, als in 2 gezeigt. Werden jedoch die Hochbandstrahlerelemente auf diese Weise bewegt, können die Hochbandstrahlerelemente 132 die Niedrigbandstrahlerelemente 122 mindestens teilweise blockieren, was sowohl im Niedrigband als auch im Hochband die Leistung verschlechtern kann.
Um dieses Problem abzuschwächen, kann die Basisstationsantenne 100 wie in 2 gezeigt ferner ein Material 150 umfassen, das einen künstlichen magnetischen Leiter (engl. artificial magnetic conductor) oder eine „AMC“-Fläche aufweist. AMC-Materialflächen werden auch als Meta-Flächen, reaktive Impedanz-Flächen und Meta-Materialflächen bezeichnet. Die Verwendung eines AMC-Materials 150 kann ermöglichen, dass die Niedrigbandstrahlerelemente 122 viel näher an der darunterliegenden Rückwandplatine 110 positioniert werden. Dadurch kann die Antenne 100 kompakter gemacht werden und das Problem, dass die Hochbandstrahlerelemente 132 die Niedrigbandstrahlerelemente 122 blockieren und/oder stören, kann reduziert werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das AMC-Material eine metallische Masseschicht, ein geerdetes dielektrisches Substrat auf der metallischen Masseschicht und periodische Patches auf dem geerdeten dielektrischen Substrat umfassen, wobei die Periodizität der Patches viel kleiner ist als die Wellenlänge. Das Einbeziehen des AMC-Materials 150 kann es ermöglichen, dass die Niedrigbandstrahlerelemente 122 wesentlich kürzere Schäfte 124 aufweisen, und daher können die Strahler 126 der Niedrigbandstrahlerelemente 122 viel näher an der Rückwandplatine 110 der Antenne 100 positioniert sein.
Während die RF-Linse 140 als eine zylindrische RF-Linse 140 beschrieben wird, die sich beispielsweise über die Länge der Niedrigbandgruppe 120 und/oder der Hochbandgruppe 130-1, 130-2 erstreckt, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen die RF-Linse 140 mehrere sphärische RF-Linsen 140 umfassen kann, die in einer vertikalen Spalte angeordnet sind. Bei solchen Ausführungsformen können ein Niedrigbandstrahlerelement 122 und zwei Hochbandstrahlerelemente 132 zwischen jeder solchen sphärischen RF-Linse 140 und der Rückwandplatine 110 positioniert sein. Bei anderen Ausführungsformen könnten elliptische RF-Linsen verwendet werden.
Die 3A bis 3E veranschaulichen ein Beispiel einer Zweiband-Mehrstrahl-Basisstationslinsenantenne 200, welche die allgemeine Struktur der Basisstationsantenne 100 von 2 aufweist. Insbesondere ist 3A eine perspektivische Ansicht der Zweiband-Mehrstrahl-Basisstationslinsenantenne 200 und 3B ist eine Querschnittansicht der Antenne 200 entlang der Linie 3B-3B von 3A. 3C ist eine perspektivische Ansicht einer linearen Gruppe, die in der Antenne 200 umfasst ist, und die 3D und 3E sind entsprechend eine Draufsicht und eine Seitenansicht von einem der dual-polarisierten Hochbandstrahlerelemente, die in der linearen Gruppe von 3C umfasst sind. 3F ist eine perspektivische Ansicht von einem der dual-polarisierten Niedrigbandstrahlerelemente. Die dual-polarisierte Mehrstrahlbasisstationslinsenantenne 200 erzeugt einen Niedrigbandantennenstrahl und zwei Hochbandantennenstrahlen. Bei zur Verwendung angebrachter Antenne 200 ist die Azimutebene senkrecht zur Längsachse der Antenne 200 und die Elevationsebene parallel zur Längsachse der Antenne 200.
Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B umfasst die Basisstationsantenne 200 eine lineare Gruppe 220 von Niedrigbandstrahlerelementen 222 und erste und zweite lineare Gruppen 230-1, 230-2 von Hochbandstrahlerelementen 232. Die Strahlerelemente 222, 232 sind auf einer Rückwandplatine 210 angebracht. Die Rückwandplatine 210 kann beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien umfassen, die sowohl als Reflektor für die Antenne als auch als Masseebene für die Strahlerelemente 222, 232 dienen. Die Antenne 200 umfasst ferner eine zylindrische RF-Linse 240. Bei einigen Ausführungsformen kann jede lineare Hochbandgruppe 230 ungefähr die gleiche Länge wie die zylindrische RF-Linse 240 aufweisen. Die Mehrstrahlbasisstationsantenne 200 kann auch eines oder mehrere von einem Radom 260, Endkappen 270, einer Wanne 280 und Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 290 umfassen.
Die zylindrische RF-Linse 240 wird verwendet, um die Strahlungsabdeckungsmuster oder „Antennenstrahlen“ der entsprechenden linearen Hochbandgruppen 230 in der Azimutrichtung zu fokussieren. Die zylindrische RF-Linse 240 kann beispielsweise die 3-dB-Strahlbreiten der entsprechenden Antennenstrahlen, die von den linearen Hochbandgruppen 230 ausgegeben werden, von ungefähr 65 Grad auf ungefähr 33 Grad in der Azimutebene schrumpfen lassen. Während die Antenne 200 zwei lineare Hochbandgruppen 230 umfasst, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen unterschiedliche Anzahlen an linearen Hochbandgruppen 230 verwendet werden können.
Die Antenne 200 kann derart ausgelegt sein, dass die zylindrische RF-Linse 240 die Strahlbreite der linearen Niedrigbandgruppe 220 nicht signifikant verengt. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, einen Durchmesser für die zylindrische RF-Linse 240 zu wählen, der ausreichend ist, um die notwendige Verengung der Azimutstrahlbreite der linearen Hochbandgruppen 230 bereitzustellen, aber klein genug ist, dass die zylindrische RF-Linse 240 die Azimutstrahlbreite der linearen Niedrigbandgruppe 220 nicht wesentlich verengt. Die Azimutstrahlbreite der einzelnen Strahlerelemente 222 in der linearen Niedrigbandgruppe 220 kann beispielsweise derart gewählt werden, dass die Niedrigbandgruppe 220 bei einigen Ausführungsformen eine Halbleistungsstrahlbreite von ungefähr 65 Grad aufweist. Bei anderen Ausführungsformen erbringt die zylindrische RF-Linse 240 mindestens eine gewisse Verengung der Azimutstrahlbreite der linearen Niedrigbandgruppe 220. Bei solchen Ausführungsformen kann die Niedrigbandgruppe 220 derart ausgelegt sein, dass sie eine Azimuthalbwertsbreite von beispielsweise ungefähr 90 Grad aufweist, welche die zylindrische RF-Linse 240 auf ungefähr 65 Grad verengt.
Die Niedrigbandstrahlerelemente 222, welche die lineare Niedrigbandgruppe 220 bilden, können beispielsweise Dipol-, Patch- oder andere geeignete Strahlerelemente umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können die Niedrigbandstrahlerelemente 222 Patchstrahlerelemente umfassen, da diese ein relativ niedriges Profil aufweisen können. Wie am besten in 3F gezeigt, ist in der dargestellten Ausführungsform jedes Niedrigbandstrahlerelement 222 als ein kreuzpolarisiertes Strahlerelement 222 implementiert, das ein Paar Schäfte 224 und ein Paar Strahler 226 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform strahlt ein Strahler 226 des Paars RF-Energie mit einer Polarisation von +45 Grad und der andere Strahler 226 des Paars RF-Energie mit einer Polarisation von -45 Grad ab.
Die Hochbandstrahlerelemente 232, welche die linearen Hochbandgruppen 230-1, 230-2 bilden, können beispielsweise auch Dipol-, Patch- oder andere geeignete Hochbandstrahlerelemente umfassen. Wie in den 3D bis 3E gezeigt, kann jedes Hochbandstrahlerelement 232 als ein kreuzpolarisiertes Strahlerelement implementiert sein, das ein Paar Schäfte 234 und ein Paar Strahler 236 umfasst.
Die zylindrische RF-Linse 240 verengt die Halbwertsbreite der Antennenstrahlen, die von jeder der linearen Hochbandgruppen 230 gebildet werden, während sie die Verstärkung der Hochbandantennenstrahlen um beispielsweise ungefähr 2 bis 2,5 dB erhöht. Beide linearen Hochbandgruppen 230 teilen sich die gleiche zylindrische RF-Linse 240, sodass jede lineare Hochbandgruppe 230 seine HPBW in gleicher Weise verändert bekommt.
Die Hochbandstrahlerelemente 232 können in unmittelbarer Nähe der zylindrischen RF-Linse 240 angebracht sein. Wie jedoch vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, sind die Niedrigbandstrahlerelemente 222 typischerweise größer als die Hochbandstrahlerelemente 232, da die Niedrigbandstrahlerelemente 222 zum Senden und Empfangen bei niedrigeren Frequenzen ausgelegt sind. Als Folge davon kann es möglicherweise nicht ausreichend Raum geben, um die Niedrigbandstrahlerelemente 222 zwischen der Rückwandplatine 210 und der zylindrischen RF-Linse 240 anzubringen. Um den zur Verfügung stehenden Raum zu vergrößern, kann ein AMC-Material 250 zwischen den Strahlern 226 der Niedrigbandstrahlerelemente 222 und dem Reflektor 210 angebracht sein.
Wie vorstehend erwähnt, ist ein Strahlerelement für eine Basisstationsantenne typischerweise bei ungefähr einer Viertelwellenlänge von einer darunterliegenden Rückwandplatine/einem Reflektor angebracht, sodass die Strahlung, die von dem Strahlerelement nach hinten emittiert wird, nach vorne reflektiert wird und sich zu der von dem Strahlerelement in der Vorwärtsrichtung emittierten Strahlung addiert. Durch Anbringen der Niedrigbandstrahlerelemente 222 auf einem AMC-Material 250 kann es möglich sein, die Niedrigbandstrahlerelemente 222 viel näher an der Rückwandplatine 210 anzubringen, wie es vorstehend beschrieben wurde. Dies kann die Größe der Antenne 200 erheblich reduzieren und dabei unterstützen, sicherzustellen, dass die Niedrigband- und Hochbandstrahlerelemente 222, 232 durch die zylindrische RF-Linse 240 in die richtige Richtung zeigen, ohne einander zu überlappen.
Die Zweiband-Mehrstrahl-Basisstationslinsenantenne 200 kann zum Vergrößern einer Systemkapazität verwendet werden. Beispielsweise könnte eine herkömmliche Zweiband-65-Grad-Azimut-HPBW-Antenne durch die Mehrstrahlbasisstationslinsenantenne 200 ersetzt werden, wie es vorstehend beschrieben wird. Dies würde die Verkehrsabwicklungskapazität für das Hochband vergrößern, da jeder Hochbandantennenstrahl eine um 2 bis 2,5 dB höhere Verstärkung aufweisen würde und daher höhere Datenraten bei der gleichen Dienstqualität unterstützen könnte. Die Azimutwinkel für die zwei Antennenstrahlen, die von den linearen Hochbandgruppen 230 erzeugt werden, können annähernd senkrecht zu den entsprechenden Abschnitten der Rückwandplatine sein, auf denen jede lineare Hochbandgruppe 230 angebracht ist. Die Hochbandantennenstrahlen können nebeneinander positioniert und jeweils derart ausgelegt sein, dass sie eine Azimuthalbwertsbreite von ungefähr 33 Grad aufweisen, sodass die Antenne 200 eine Abdeckung für einen 120-Grad-Sektor bereitstellen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann die zylindrische RF-Linse 240 aus einem Verbunddielektrikum 242 gebildet sein, das über die gesamte Linsenstruktur eine im Allgemeinen homogene Dielektrizitätskonstante aufweist. Die zylindrische RF-Linse 240 kann bei einigen Ausführungsformen auch eine Hülle wie eine hohle leichte Struktur umfassen, die das Dielektrikum 242 hält. Dies steht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Luneburg-Linse, die aus mehreren Schichten von Dielektrika mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten gebildet ist. Die zylindrische RF-Linse 240 kann im Vergleich zu einer Luneburg-Linse einfacher, kostengünstiger hergestellt und auch kompakter sein. Bei einer Ausführungsform kann die zylindrische RF-Linse 240 aus einem Verbunddielektrikum mit einer im Allgemeinen einheitlichen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 1,5 bis 3,0 und einem Durchmesser von ungefähr 2 Wellenlängen (λ) der Mittenfrequenz der Signale, die durch die Hochbandstrahlerelemente 232 übertragen werden sollen, gebildet sein.
Die Antenne 200 der 3A bis 3B weist eine zylindrische RF-Linse 240 auf, die eine flache Oberseite und eine flache Unterseite aufweist, was für die Herstellung und/oder den Zusammenbau günstig sein kann. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausführungsformen auch eine RF-Linse verwendet werden kann, die abgerundete (halbkugelförmige) Enden aufweist. Die halbkugelförmigen Endabschnitte können eine zusätzliche Fokussierung in der Elevationsebene für die Strahlerelemente 232 an den entsprechenden Enden der linearen Hochbandgruppen 230 und/oder eine Reduzierung der Nebenkeulen des Zentralstrahls bereitstellen. Dies kann die Gesamtverstärkung der linearen Hochbandgruppen 230 verbessern. Es können auch andere Formen verwendet werden.
Die zylindrische RF-Linse 240 kann unter Verwendung von einem beliebigen von einer Vielzahl von Verbunddielektrika gebildet werden. Beispielhafte Verbunddielektrika, die zum Bilden der RF-Linse geeignet sind, die in Basisstationsantennen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden im Folgenden ausführlicher beschrieben. Jedes der nachstehend beschriebenen Verbunddielektrika kann verwendet werden, um die zylindrische RF-Linse 240 zu bilden, wie auch jedes andere geeignete Dielektrikum.
3C ist eine schematische perspektivische Ansicht von einer der linearen Hochbandgruppen 230, die in der Zweiband-Mehrstrahl-Basisstationslinsenantenne 200 der 3A bis 3B umfasst ist. Die lineare Gruppe 230 umfasst mehrere Strahlerelemente 232, einen Reflektor 210-1 und zwei Eingangsanschlüsse 290. Die lineare Gruppe 230 kann auch Phasenschieber (nicht gezeigt) umfassen, die zur Strahlabtastung (Strahlneigung) in der Elevationsebene verwendet werden.
Die 3D bis 3E veranschaulichen eines der Hochbandstrahlerelemente 232 ausführlicher. Insbesondere ist 3D eine Draufsicht von einem der dual-polarisierten Strahlerelemente 232 und 3E eine Seitenansicht des dual-polarisierten Strahlerelements 232. Wie in 3D gezeigt, umfasst jedes Strahlerelement 232 vier Dipolsegmente, die in einer quadratischen oder „Kasten“-Anordnung angeordnet sind, um ein Paar von Strahlern 236 zu bilden. Die vier Dipolsegmente werden von den Einspeiseschäften 234 getragen, wie es in 3E veranschaulicht ist. Jedes Strahlerelement 232 kann zwei lineare Kreuzpolarisationen (Neigung +45°/-45 Grad) umfassen. Es versteht sich, dass alle geeigneten Strahlerelemente 232 verwendet werden können.
Die Verwendung einer zylindrischen RF-Linse wie der Linse 240 kann Gitterkeulen (und andere ferne Nebenkeulen) in der Elevationsebene reduzieren. Die Reduzierung der Gitterkeulen erfolgt dadurch, dass die zylindrische RF-Linse 240 nur den Hauptstrahl fokussiert und die fernen Nebenkeulen defokussiert. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Abstands zwischen den Antennenelementen 232 in den linearen Hochbandgruppen 230 und daher kann im Vergleich zu einer Nicht-Linsenantenne eine gewünschte Elevationsstrahlbreite mit weniger Strahlerelementen 232 pro linearer Hochbandgruppe 230 erreicht werden. Bei Nicht-Linsenantennen kann der Abstand zwischen Strahlerelementen in der Gruppe derart ausgewählt werden, dass Gitterkeulen gesteuert werden, indem das Kriterium dmax/λ<1/(sinθ₀+1) verwendet wird, wobei dmax der maximal zulässige Abstand ist, λ die Wellenlänge ist und θ₀ der Abtastwinkel ist. In der Linsenantenne 200 kann der Abstand dmax vergrößert werden: dma_x/λ =1,2∼1,3[1/(sinθ₀+1)]. Die zylindrische RF-Linse 240 ermöglicht es also, den Abstand zwischen den Hochbandstrahlerelementen 232 für die Mehrstrahlbasisstationsantenne 200 zu vergrößern, während die Anzahl der Strahlerelemente um 20 bis 30 % reduziert wird. Dies resultiert in zusätzlichen Kostenvorteilen für die Mehrstrahlbasisstationslinsenantenne 200.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 3A und 3B, schützen das Radom 260, die Endkappen 270 und die Wanne 280 die Antenne 200. Das Radom 260 und die Wanne 280 können beispielsweise aus extrudiertem Kunststoff gebildet und mehrteilig sein oder als monolithische Struktur implementiert sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Wanne 280 aus Metall hergestellt sein und als zusätzlicher Reflektor agieren, um die Rückdämpfung für die Antenne 200 zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen kann zugunsten einer zusätzlichen Rückkeulenleistungsverbesserung ein RF-Absorber (nicht gezeigt) zwischen der Wanne 280 und den linearen Gruppen 220, 230 platziert werden. Die zylindrische RF-Linse 240 ist derart beabstandet, dass die Öffnungen der linearen Hochbandgruppen 230 auf eine zentrale Achse (Längsachse) der zylindrischen RF-Linse 240 zeigen.
Daher ist die Mehrstrahllinsenantenne 200 eine Zweibandantenne, die Zwillingsantennenstrahlen im Hochband und einen einzelnen Antennenstrahl im Niedrigband bereitstellt. Die Antenne 200 kann sehr kompakt sein, da der Durchmesser der zylindrischen RF-Linse 240 auf der Frequenz der linearen Hochbandgruppen 230 basiert und daher eine kleinere zylindrische RF-Linse 240 verwendet werden kann. Bei Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser D der zylindrischen RF-Linse ungefähr D = 1,5 - 6 λ betragen (wobei λ die Wellenlänge im freien Raum der Mittenfrequenz des gesendeten Signals ist). Da das AMC-Material 250 ermöglicht, dass die Niedrigbandstrahlerelemente 222 sehr nahe an der Rückwandplatine 210 positioniert werden können, können die Niedrigbandstrahlerelemente 222 zudem zwischen der zylindrischen RF-Linse 240 und der Rückwandplatine 210 positioniert werden und daher wenig oder keinen zusätzlichen Raum beanspruchen. Das AMC-Material 250 ermöglicht es auch, dass die Niedrigbandstrahlerelemente 222 von den Hochbandstrahlerelementen 232 weiter beabstandet sind, was den Betrag reduzieren kann, den die Niedrigbandstrahlerelemente 222 die gesendete oder empfangene Hochband-RF-Energie streuen.
4 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne 300 gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt, kann die Basisstationsantenne 300 den Basisstationsantennen 100, 200, die vorstehend beschrieben wurden, sehr ähnlich sein. Dementsprechend wurden in 4 gleiche Elemente wie bei der Basisstationsantenne 100 mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine weitere Beschreibung dieser Elemente wird ausgelassen.
Wie in 4 gezeigt, unterscheidet sich die Zweiband-Mehrstrahl- Basisstationslinsenantenne 300 von der Basisstationsantenne 100 dadurch, dass sie ferner ein Paar Sekundärlinsen 338 umfasst. Eine Sekundärlinse 338 kann zwischen jeder linearen Hochbandgruppe 130-1, 130-2 und der RF-Linse 140 angeordnet sein. Die Sekundärlinsen 338 können die Hochband-RF-Energie weiter fokussieren. Die Sekundärlinsen 338 können auch dabei unterstützen, die Strahlbreite des Hochbandantennendiagramms in der Azimutebene zu stabilisieren. Die Sekundärlinsen 338 können auch die Wirkung der Haupt-RF-Linse 140 auf das Diagramm der linearen Niedrigbandgruppe 120 kompensieren. Die Sekundärlinsen 338 können aus Dielektrika gebildet und beispielsweise als Stäbe, Zylinder oder Würfel geformt sein. Es können auch andere Formen verwendet werden. Die Querschnittsbreite oder der Querschnittsdurchmesser von jeder Sekundärlinse 338 kann wesentlich kleiner sein als der Durchmesser der Haupt-RF-Linse 140.
Wenn die Sekundärlinsen 338 in der Antenne enthalten sind, kann die zylindrische Haupt-RF-Linse 140 in einem größeren Abstand von der Rückwandplatine 110 positioniert sein. Als Resultat kann mehr Platz für die Niedrigbandstrahlerelemente 122 vorgesehen werden. In einigen Fällen kann daher das AMC-Material 150 ausgelassen werden.
Der Betrag der von den Sekundärlinsen 338 ausgeführten Fokussierung kann stark von der Frequenz der RF-Signale abhängig sein. Bei einer Ausführungsform kann der von jeder Sekundärlinse 338 ausgegebene Antennenstrahl beispielsweise eine Halbwertsbreite von beispielsweise 60 Grad bei 1,7 GHz und eine Halbwertsbreite von 40 Grad bei 2,7 GHz aufweisen. Insbesondere kann die zylindrische Haupt-RF-Linse 140 ausgelegt sein, in umgekehrter Weise zu arbeiten. Insbesondere können der Durchmesser, die Dielektrizitätskonstante und andere Parameter der zylindrischen Haupt-RF-Linse 140 derart gewählt werden, dass ein Signal von 1,7 GHz durch den größten Teil oder die gesamte zylindrische RF-Hauptlinse 140 hindurchgeht, während ein RF-Signal von 2,7 GHz nur durch einen zentralen Teil der zylindrischen RF-Hauptlinse 140 hindurchgeht. Als Resultat wird die zylindrische Haupt-RF-Linse 140 das 1,7-GHz-RF-Signal stärker fokussieren als das 2,7-GHz-RF-Signal. Daher kann die Kombination aus der zylindrischen Haupt-RF-Linse 140 und der sekundären RF-Linsen 338 verwendet werden, um Hochband-Antennenstrahlen mit einer Strahlbreite von beispielsweise 33 Grad über den gesamten 1-GHz-Frequenzbereich des Hochbandes hinweg (d. h., von 1,7 GHz bis 2,7 GHz) zu bilden.
5 ist eine schematische Draufsicht einer Basisstationsantenne 400 gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 gezeigt, ist die Basisstationsantenne 400 den Basisstationsantennen 100, 200, die vorstehend beschrieben wurden, ähnlich. Dementsprechend wurden in 5 gleiche Elemente wie bei der Basisstationsantenne 100 mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine weitere Beschreibung dieser Elemente wird ausgelassen.
Wie in 5 gezeigt, unterscheidet sich die Zweiband-Mehrstrahl-Basisstationslinsenantenne 400 von der Basisstationsantenne 100 dadurch, dass die Basisstationsantenne 400 ein Paar zylindrische Haupt-RF-Linsen 140-1, 140-2 umfasst im Gegensatz zu der einzelnen zylindrischen RF-Linse 140, die in der Basisstationsantenne 100 umfasst ist. Ein möglicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass es möglich ist, jede zylindrische Linse 140-1, 140-2 näher an den Strahlerelementen 132 der entsprechenden linearen Hochbandgruppen 130-1, 130-2 anzuordnen. Die Basisstationsantenne 400 kann auch mehr Platz für die Niedrigbandstrahlerelemente 122 aufweisen, was die Verwendung eines breiteren Bereichs von Niedrigbandstrahlerelementen 122 ermöglichen kann und/oder das Maß an Wechselwirkung zwischen den Niedrigband- und Hochbandsignalen reduzieren kann. Die Basisstationsantenne 400 kann aufgrund des Vorsehens der zweiten zylindrischen RF-Linse 140 teurer sein als die vorstehend beschriebenen Basisstationsantennen 100, 200, 300 und muss vielleicht auch breiter und möglicherweise tiefer sein, was im Allgemeinen unerwünscht ist. Es versteht sich, dass bei weiteren Ausführungsformen die Sekundärlinsen 338 der Basisstationsantenne 300 zu der Basisstationsantenne 400 hinzugefügt werden könnten.
Die 6A und 6B sind eine schematische Vorderansicht und Seitenansicht einer Basisstationsantenne 500 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in den 6A bis 6B gezeigt, umfasst die Basisstationsantenne 500 eine Rückwandplatine 510, eine lineare Niedrigbandgruppe 520, die mehrere Niedrigbandstrahlerelemente 522 umfasst, eine erste und eine zweite lineare Hochbandgruppe 530-1, 530-2, die jeweils mehrere Hochbandstrahlerelemente 532 und mehrere sphärische RF-Linsen 540 umfassen, die in einer vertikalen Spalte vor der Rückwandplatine 510 angebracht sind. Die Rückwandplatine 510 kann in einer vertikalen Ausrichtung angebracht sein. Die Rückwandplatine 510 kann als Reflektor für die Niedrigbandstrahlerelemente 522 agieren. Separate Reflektoren (nicht gezeigt) können bei einigen Ausführungsformen für die Hochbandstrahlerelemente 532 vorgesehen sein.
Wie in den 6A bis 6B gezeigt, umfasst die Zweiband-MehrstrahlAntenne 500 zwei Hochbandstrahlerelemente 532 für jede sphärische RF-Linse 540. Die sphärischen RF-Linsen 540 sind vor und in der Mitte zwischen den zwei Spalten der Hochbandstrahlerelemente 532 positioniert. In der in den 6A bis 6B dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind insgesamt acht Hochbandstrahlerelemente 532 (vier pro Spalte) und insgesamt vier sphärische RF-Linsen 540 vorgesehen. Jede lineare Hochbandgruppe 530 kann seine eigene Quelle (eine Funkvorrichtung) umfassen. Die erste lineare Hochbandgruppe 530-1 kann beispielsweise von einem entsprechenden ersten und zweiten Corporate-Einspeisenetzwerk (nicht gezeigt) eingespeist werden, die mit einem entsprechenden ersten und zweiten Anschluss einer ersten Funkvorrichtung verbunden sind, die RF-Signale bei jeder der zwei orthogonalen Polarisationen an die Strahlerelemente 532 in der ersten linearen Hochbandgruppe 530-1 liefern, und die zweite lineare Hochbandgruppe 530-2 kann von einem dritten und vierten Corporate-Einspeisenetzwerk (nicht gezeigt) eingespeist werden, die mit einem dritten und vierten Anschluss einer zweiten Funkvorrichtung verbunden sind, die RF-Signale bei jeder der zwei orthogonalen Polarisationen an die Strahlerelemente 532 in der zweiten linearen Hochbandgruppe 530-2 liefern. Es können zusätzliche Funkvorrichtungen vorgesehen werden, wenn die Hochbandstrahlerelemente 532 Breitbandstrahlerelemente sind, die mehrere Mobilfunkdienste innerhalb des Hochbandes unterstützen. Wenn solche zusätzlichen Funkvorrichtungen vorgesehen sind, können auch Diplexer vorgesehen sein, um mehrere Funkvorrichtungen mit jedem Strahlerelement 532 zu verbinden.
Die Antenne 500 kann zwei unabhängige Hochbandantennenstrahlen erzeugen (wobei jeder Strahl zwei Polarisationen unterstützt), die auf unterschiedliche Azimutwinkel ausgerichtet sind. Als Resultat kann die Antenne 500 verwendet werden, um eine Mobilfunkbasisstation weiter zu sektorieren. Die Antenne 500 kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass sie zwei nebeneinanderliegende Strahlen in der Azimutebene erzeugt, die jeweils eine Azimuthalbwertsbreite von ungefähr 33 Grad aufweisen. Es könnten drei solcher Antennen 500 verwendet werden, um eine Sechs-Sektor-Zelle zu bilden.
Die lineare Niedrigbandgruppe 520 umfasst vier Niedrigbandstrahlerelemente 522. Jedes Niedrigbandstrahlerelement 522 ist als ein Paar von „Dreipol“-Elementen 524 implementiert, die beispielsweise verwendet werden, um einen Niedrigbandantennenstrahl mit einer Azimuthalbwertsbreite von 40 bis 50 Grad zu erzeugen. Die Dreipolelemente 524 sind in vertikalen Spalten entlang jeder Seite der Rückwandplatine 510 angeordnet. Jedes Paar von Dreipolelementen 524 ist zwischen benachbarten der sphärischen RF-Linsen 540 angeordnet. Die Dreipolelemente 524 können in einem relativ großen Abstand von der Rückwandplatine 510 angebracht sein, sodass die Strahler der Dreipolelemente 524 in Höhen ähnlich den Höhen der sphärischen RF-Linsen 540 über der Rückwandplatine 510 angeordnet sind. Als Resultat der Höhe und Anordnung der Dreipolelemente 524 wird wenig oder keine der nach vom gerichteten RF-Energie, die von den Niedrigbandstrahlerelementen 522 emittiert wird, durch die sphärischen RF-Linsen 540 hindurchgehen, obwohl ein Teil der nach hinten emittierten Niedrigband-RF-Signale durch die sphärischen RF-Linsen 540 hindurchgehen kann. Als Resultat werden die sphärischen RF-Linsen 540 nur einen relativ geringen Einfluss auf das Niedrigbandantennendiagramm haben, während die sphärischen RF-Linsen 540 verwendet werden können, um die Hochbandantennendiagramme signifikant zu verengen.
Die erste und die zweite lineare Hochbandgruppe 530-1, 530-2 können sich in einer entsprechenden ersten und zweiten vertikalen Spalte erstrecken, die im Allgemeinen senkrecht zu der horizontalen Ebene sein können, die durch den Horizont definiert ist, wenn die Basisstationsantenne 500 zur Verwendung angebracht ist. Die sphärischen RF-Linsen 540 können ebenfalls in einer vertikalen Spalte angebracht sein. Die Hochbandstrahlerelemente 532 können zwischen der Rückwandplatine 510 und der Spalte von sphärischen RF-Linsen 540 angebracht sein. Wie am besten in 6A gezeigt, kann ein Hochbandstrahlerelement 532 von jeder linearen Hochbandgruppe 530 hinter jeder sphärischen RF-Linse 540 positioniert sein, sodass insgesamt zwei Hochbandstrahlerelemente 532 hinter jeder sphärischen RF-Linse 540 positioniert sind. Jedes Strahlerelement 532 kann in dem gleichen Abstand von seiner zugehörigen sphärischen RF-Linse 540 positioniert sein, wie es die anderen Strahlerelemente 532 in Bezug auf ihre zugehörigen sphärischen RF-Linsen 540 sind. Jedes Strahlerelement 532 kann entlang des „Äquators“ seiner zugehörigen sphärischen RF-Linse 540 angeordnet sein (d. h., die Linse 540, hinter der das Strahlerelement 532 positioniert ist), wobei sich der „Äquator“ auf den horizontalen Querschnitt der sphärischen RF-Linse 540 bezieht, der den größten Durchmesser aufweist.
Die Hochbandstrahlerelemente 532 sind schematisch in den 6A bis 6B veranschaulicht. Jedes Hochbandstrahlerelement 532 kann beispielsweise ein Dipol-, ein Patch- oder ein anderes geeignetes Strahlerelement umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die Strahlerelemente 532 als die Strahlerelemente 232 implementiert sein, die in den 3D bis 3E dargestellt sind.
Jede sphärische RF-Linse 540 wird verwendet, um den Antennenstrahl, der durch seine zugehörigen Hochbandstrahlerelemente 532 gebildet wird, sowohl in der Azimutals auch der Elevationsebene zu fokussieren (zu verengen). Die sphärische RF-Linse 540 kann bei einigen Ausführungsformen ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 1 bis ungefähr 3 umfassen (z. B. damit gefüllt sein oder daraus bestehen). Das Dielektrikum der sphärischen RF-Linse 540 fokussiert die RF-Energie, die von den zugehörigen Hochbandstrahlerelementen 532 abgestrahlt und davon empfangen wird. Eine Vielzahl geeigneter Verbunddielektrika, die zum Bilden der sphärischen RF-Linsen 540 verwendet werden können, werden nachstehend beschrieben.
Die Verwendung der sphärischen RF-Linsen 540, die in der Antenne 500 umfasst sind, kann im Vergleich zu den zylindrischen RF-Linsen, die in den vorstehend beschriebenen Antennen 100, 200, 300, 400 verwendet werden, mehrere Vorteile bereitstellen. Erstens kann eine Gruppe von sphärischen RF-Linsen 540 deutlich kleiner als eine äquivalente zylindrische RF-Linse sein. Dementsprechend kann die Verwendung der sphärischen RF-Linsen 540 die Größe, die Kosten und das Gewicht der Antenne 500 reduzieren. Zweitens können die sphärischen RF-Linsen 540 verwendet werden, um den Strahl sowohl in der Azimut- als auch der Elevationsrichtung zu verengen, was bei vielen Anwendungen wünschenswert sein kann. Drittens können die sphärischen RF-Linsen 540 die Strahlmusterform beibehalten, wenn sie zum Zweck des Änderns des Abdeckungsbereichs der Antenne 500 elektronisch geneigt werden. Viertens können die sphärischen RF-Linsen 540 eine geringere Wirkung auf die Niedrigbandstrahlerelemente 522 aufweisen als eine zylindrische RF-Linse, da jede sphärische RF-Linse 540 in Bezug auf ein einzelnes Niedrigbandstrahlerelement 522 abgestimmt sein kann (unter der Annahme, dass es eine Niedrigbandgruppe 520 gibt).
Die 7A bis 7E veranschaulichen eine Zweiband-MehrstrahlLinsenantenne 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist 7A eine Vorderansicht der Antenne 600, 7B ist eine perspektivische Ansicht von einer der in der Antenne 600 umfassten sphärischen RF-Linsen und 7C ist eine perspektivische Ansicht von einer der sphärischen RF-Linsen, die veranschaulicht, wie die sphärische RF-Linse in ihrer Position gehalten wird. 7D ist eine perspektivische Ansicht eines in der Antenne 600 umfassten Niedrigbandstrahlerelements und 7E ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines gekrümmten Reflektors der Antenne 600, der drei daran angebrachte Hochbandstrahlerelemente umfasst.
Wie in den 7A bis 7E gezeigt, umfasst die Antenne 600 eine Rückwandplatine 610, eine Niedrigbandgruppe 620 von Niedrigbandstrahlerelementen 622, erste bis dritte Hochbandgruppen 630-1, 630-2, 630-3 von Hochbandstrahlerelementen (Gruppe 630-2 ist in den Zeichnungen nicht sichtbar, obwohl ein Strahlerelement 632 davon in 7E sichtbar ist) und fünf sphärische RF-Linsen 640. Die Niedrigbandstrahlerelemente 622 umfassen Paare von sogenannten „Dreipol“-Strahlern 624. Wie am besten aus 7A ersichtlich, ist jedes der Niedrigbandstrahlerelemente 622 zwischen zwei benachbarten sphärischen RF-Linsen 640 positioniert. Die Positionierung der Niedrigbandstrahlerelemente 622 zwischen den sphärischen RF-Linsen 640 kann den Einfluss reduzieren, den die sphärischen RF-Linsen 640 auf den Niedrigbandantennenstrahl haben können. Wie in 7B gezeigt, können bei einigen Ausführungsformen die sphärischen RF-Linsen 640 zusätzlich ein Drahtnetz oder eine andere frequenzselektive Struktur 642 umfassen. Die frequenzselektive Struktur 642 kann derart ausgelegt sein, dass sie im Allgemeinen für RF-Energie im Niedrigband reflektierend und im Allgemeinen für RF-Energie im Hochband transparent ist. Die Positionierung der Niedrigbandstrahlerelemente 622 in Bezug auf die sphärischen RF-Linsen 640 und/oder die Einbeziehung der frequenzselektiven Strukturen 642 in oder an den sphärischen RF-Linsen 640 kann die sphärischen RF-Linsen 640 reduzieren oder eliminieren, was die Strahlbreite der Niedrigband-RF-Signale signifikant verengt. Bei einigen Ausführungsformen können die Niedrigbandstrahlerelemente 622 daher eine Azimuthalbwertsbreite von beispielsweise ungefähr 40 bis 50 Grad, aufweisen. Die Anzahl der in der Niedrigbandgruppe 620 umfassten Niedrigbandstrahlerelemente 622 kann derart ausgewählt werden, dass eine gewünschte Elevationshalbwertsbreite erhalten wird. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausführungsformen die Antenne 600 derart ausgelegt sein kann, dass sie eine andere Azimuthalbwertsbreite aufweist.
7D veranschaulicht eines der Niedrigbandstrahlerelemente 622 ausführlicher. Wie in 7D gezeigt, umfasst jedes Niedrigbandstrahlerelement 622 ein Paar von sogenannten „Dreipol“-Strahlem 624. Die Niedrigbandstrahlerelemente 622, die unter Verwendung von Dreipolstrahlern, wie beispielsweise den Strahlern 624, gebildet sind, sind beispielsweise in US-Patent Nr. 9,077,070 , vom 7. Juli 2015, beschrieben, dessen gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Dementsprechend wird die Struktur und der Betrieb der Dreipolstrahler 624 hierin nicht im Detail beschrieben. Das Paar von Dreipolstrahlern 624 kann auf einer gemeinsamen reflektierenden Masseebene 626 angebracht sein. Wie in 7A gezeigt, kann die gemeinsame reflektierende Masseebene 626 zwischen zwei der sphärischen RF-Linsen 640 positioniert sein. Die gemeinsame reflektierende Masseebene 626 kann die Höhe der Niedrigbandstrahlerelemente 622 relativ zu den sphärischen RF-Linsen 640 erhöhen, um den Einfluss, den die sphärischen RF-Linsen 640 auf die Niedrigband-RF-Signale haben können, weiter zu reduzieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die gemeinsame reflektierende Masseebene 626 mit den frequenzselektiven Strukturen 642 in den benachbarten sphärischen RF-Linsen 640 kapazitiv gekoppelt sein.
Wie am besten in den 7C und 7E gezeigt, können die Hochbandstrahlerelemente 632 bei einigen Ausführungsformen als Kreuzdipolstrahlerelemente implementiert sein. Da die Antenne 600 drei Hochbandgruppen 630 umfasst, können insgesamt drei Kreuzdipolhochbandstrahlerelemente 632 für jede sphärische RF-Linse 640 vorgesehen sein. Die drei Kreuzdipolhochbandstrahlerelemente 632, die jeder sphärischen RF-Linse 640 zugeordnet sind, können auf einem gemeinsamen Reflektor 634 angebracht sein. Der gemeinsame Reflektor 634 kann eine gekrümmte Struktur sein, sodass die von jedem Hochbandstrahlerelement 632 emittierte Strahlung, die in einer Richtung senkrecht zu der durch die Kreuzdipole definierten Ebene emittiert wird, in die Mitte der sphärischen RF-Linse 640, die jedem Hochbandstrahlerelement 632 zugeordnet ist, gerichtet ist. Während dies in den 7C und 7E nicht gezeigt ist, umfasst jedes Hochbandstrahlerelement 632 ein Paar von Einspeiseschäften, welche die orthogonal polarisierten Signale in die entsprechenden Dipolstrahlerelemente einspeisen, die in jedem Hochbandstrahlerelement 632 umfasst sind.
Wie in 7C gezeigt, können die sphärischen RF-Linsen 640 vor den Hochbandstrahlerelementen 632 durch eine Stützstruktur 644 an Ort und Stelle gehalten werden. Die Stützstruktur 644 kann an der Rückwandplatine 610 angebracht sein. Jedes Hochbandstrahlerelement 632 kann im gleichen Abstand von seiner zugehörigen sphärischen RF-Linse 640 angeordnet sein. Wie in 7C gezeigt, kann der Abstand zwischen den Hochbandstrahlerelementen 632 und ihren zugehörigen sphärischen RF-Linsen 640 bei einigen Ausführungsformen sehr klein sein.
Während die Ausführungsform der 7A bis 7E drei lineare Hochbandgruppen 630 umfasst, die drei unabhängige Antennenstrahlen bilden, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Hochbandgruppen 630 vorgesehen werden können. In einigen Fällen können beispielsweise nur zwei Hochbandgruppen 630 vorgesehen sein, wobei in diesem Fall jeder Reflektor 634 nur zwei Hochbandstrahlerelemente 632 umfassen würde, die in den Räumen angeordnet wären, die sich zwischen dem in 7E gezeigten Hochbandstrahlerelement 632 befinden. Bei anderen Ausführungsformen kann eine größere Anzahl an Hochbandgruppen 630 (z. B. vier) in der Antenne 600 umfasst sein.
Die 8A bis 8B veranschaulichen eine Zweiband-MehrstrahlLinsenantenne 700 gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist 8A eine teilweise perspektivische Ansicht der Antenne 700 und 8B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Antenne 700, die zwei der Hochbandstrahlerelemente davon veranschaulicht.
Wie aus den 8A bis 8B ersichtlich, ist die Antenne 700 der vorstehenden Antenne 600 ähnlich. Insbesondere umfasst die Antenne 700 eine Rückwandplatine 710, eine Niedrigbandgruppe 720 von Niedrigbandstrahlerelementen 722, drei Hochbandgruppen 730 von Hochbandstrahlerelementen 732 (die Hochbandstrahlerelemente 732 von nur zwei der Hochbandgruppen 730 sind in 8B ersichtlich) und mehrere sphärische RF-Linsen 740. Jedes Niedrigbandstrahlerelement 722 umfasst ein Paar von Dreipolstrahlern 724, die entlang der Außenkanten der Rückwandplatine 710 zusammen mit einem dritten Dreipolstrahler 726, der auf der gegenüberliegenden Seite von einer der sphärischen RF-Linsen 740 angeordnet und entlang der Längsachse der Rückwandplatine 710 positioniert ist, einander gegenüberliegend angebracht sind. Bei einigen Ausführungsformen kann der Mittelarm des dritten Dreipolstrahlers 726 die sphärische RF-Linse 740 berühren oder sogar durchdringen, um die Größe der Antenne 700 zu reduzieren. Die drei Dreipolstrahler 724, 726, die jedes Niedrigbandstrahlerelement 722 bilden, können ein Dreieck 728 bilden, wobei eine der sphärischen RF-Linsen 740 in der Mitte des Dreiecks positioniert ist.
Während dies in den Figuren nicht gezeigt ist, können die sphärischen RF-Linsen 740 eine frequenzselektive Struktur, wie beispielsweise die frequenzselektive Struktur 642, die vorstehend unter Bezugnahme auf 7B beschrieben ist, umfassen. Das Hinzufügen des dritten Dreipolstrahlers 726 kann die Azimuthalbwertsbreite der Niedrigbandgruppe 720 auf beispielsweise ungefähr 50 bis 60 Grad erhöhen.
Wie in 8B gezeigt, können die Hochbandstrahlerelemente 732 bei einigen Ausführungsformen als Kreuzdipolstrahlerelemente implementiert sein. Da die Antenne 700 drei Hochbandgruppen 730 umfasst, können insgesamt drei Kreuzdipolhochbandstrahlerelemente 732 für jede sphärische RF-Linse 740 vorgesehen sein (nur zwei sind in 8B ersichtlich). Die drei Kreuzdipolhochbandstrahlerelemente 732, die jeder sphärischen RF-Linse 740 zugeordnet sind, können auf einem gemeinsamen Reflektor 734 angebracht sein, der dem vorstehend beschrieben Reflektor 634 ähnlich ist.
9 ist eine perspektivische Teilansicht einer Zweiband-MehrstrahlLinsenantenne 800 gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Antenne 800 kann den vorstehend beschriebenen Antennen 600 und 700 ähnlich sein, mit der Ausnahme, dass (1) die Niedrigbandgruppe 820, die in der Antenne 800 umfasst ist, eine Spalte von Kreuzdipolniedrigbandstrahlerelementen 822 im Gegensatz zu den dreipolbasierten Strahlerelementen 622, 722 umfasst, die in den Antennen 600, 700 umfasst sind, und (2) die Niedrigbandgruppe sich entlang einer zentralen Längsachse der Antenne 800 erstreckt. Es ist zu beachten, dass 9 nur eine Teilansicht der Antenne 800 ist, die eines der Niedrigbandkreuzdipolstrahlerelemente 822 und zwei der sphärischen RF-Linsen 840 zeigt. Es versteht sich, dass zusätzliche Niedrigbandstrahlerelemente 822 und sphärische RF-Linsen 840 umfasst wären, um die in 9 gezeigte Struktur entlang der vertikalen Richtung mehrfach zu wiederholen. Bei einigen Ausführungsformen können die Niedrigbandkreuzdipolstrahlerelemente 822 das in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0214617 offenbarte Design aufweisen, bei dem die Dipole als eine Reihe von Dipolsegmenten und RF-Drosseln gebildet sind. Die RF-Drosseln können induzierte Ströme von den Hochbandsignalen in den Niedrigbandstrahlerelementen 822 reduzieren. Die Kreuzdipolstrahlerelemente 822 können eine Azimuthalbwertsbreite von beispielsweise ungefähr 60 bis 65 Grad aufweisen. Daher können drei Basisstationsantennen 800 eine vollständige 360-Grad-Abdeckung für das Niedrigband bereitstellen. Abgesehen von der Verwendung eines Niedrigbandkreuzdipolstrahlerelements 822 kann die Antenne 800 mit der vorstehend beschriebenen Antenne 700 identisch sein und daher wird eine weitere Beschreibung der Antenne 800 ausgelassen.
10A ist eine grafische Darstellung, welche die Niedrigbandstrahlungsdiagramme für die Antennen 600, 700, 800 der 7A bis 7E, 8A bis 8B und 9 veranschaulicht. Wie in 10A gezeigt, kann jede der Antennen 600, 700, 800 derart ausgelegt sein, dass sie im Wesentlichen das gleiche Elevationsmuster 930 aufweist. Das Elevationsmuster 930 weist eine größere Unterdrückung für die oberen Nebenkeulen im Vergleich zu den unteren Nebenkeulen auf, wie es für Basisstationsantennen typisch ist. Die Kurven 900, 910 und 920 veranschaulichen die Azimutstrahldiagramme für die entsprechenden Antennen 600, 700, 800. Wie aus 10A ersichtlich, sind die Azimutdiagramme mit Ausnahme der Strahlbreite ähnlich, wobei die Antenne 600 die kleinste Azimutstrahlbreite und die Antenne 800 die größte Azimutstrahlbreite aufweist.
Die 10B und 10C sind Diagramme, welche die Hochbandstrahlungsdiagramme für die Antennen 600, 700, 800 der 7A bis 7E, 8A bis 8B und 9 veranschaulichen, wenn die Antennen zwei Hochbandgruppen aufweisen ( 10B) gegenüber drei Hochbandgruppen (10C). Wie in diesen Figuren dargestellt, kann die Kombination der zwei oder drei Hochbandantennenstrahlen jeweils eine Azimuth-Halbwertsbreite von ungefähr 50 bis 60 Grad aufweisen.
Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen an den hierin offenbarten Zweiband-Mehrstrahl-Antennen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl verschiedene der hierin offenbarten Antennen beispielsweise sphärische RF-Linsen verwenden, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen auch elliptische oder andere RF-Linsen verwendet werden könnten. Ebenso versteht es sich, dass die Anzahl der Strahlerelemente gegenüber dem gezeigten verändert kann wie auch die Anzahl an Niedrigband- und/oder Hochbandstrahlerelementen pro RF-Linse.
Obwohl jede der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eine einzelne Niedrigbandgruppe umfasst, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen zwei oder mehr Niedrigbandgruppen umfasst sein können. Die Anzahl der Hochbandgruppen kann ebenfalls variiert werden.
Als weiteres Beispiel können die Niedrigbandstrahlerelemente in den vorstehend beschriebenen Antennen derart ausgelegt sein, dass die RF-Linsen höchstens eine begrenzte Wirkung auf die Niedrigbandsignale aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen können Niedrigbandstrahlerelemente mit weiter Strahlbreite wie Patchstrahlerelemente oder dielektrisch belastete Patchstrahlerelemente verwendet werden und die RF-Linse kann verwendet werden, um die Strahlbreiten der Niedrigband- und Hochbandstrahlerelemente zu verengen. Die Niedrigbandstrahlerelemente können beispielsweise mit einer Azimutstrahlbreite von ungefähr 90 Grad ausgelegt sein und die RF-Linse kann verwendet werden, um die Strahlbreite auf ungefähr 65 Grad schrumpfen zu lassen.
Obwohl bei einigen Ausführungsformen AMC-Materialien verwendet werden können, um die Niedrigbandstrahlerelemente näher an einer darunterliegenden Masseebene/einem Reflektor zu positionieren, versteht es sich, dass bei anderen Ausführungsformen ein Dielektrikum anstelle des AMC-Materials verwendet werden kann. Die Wellenlänge der RF-Energie ändert sich im Dielektrikum (effektiv kleiner werdend), wodurch die Niedrigbandstrahlerelemente näher an dem Reflektor/der Masseebene positioniert werden können.
Die Basisstationsantennen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, verwenden RF-Linsen, um die RF-Energie zu fokussieren, die von mindestens einigen der linearen Gruppen abgestrahlt und davon empfangen wird, um die Strahlbreite der Antennenstrahlen, die durch diese linearen Gruppen gebildet werden, zu reduzieren. Diese RF-Linse kann bei einigen Ausführungsformen unter Verwendung von Verbunddielektrika gebildet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das in den hierin offenbarten RF-Linsen enthaltene Verbunddielektrikum ein dielektrisches Verbundmaterial 1000 sein, das unter Verwendung von expandierbaren dielektrischen Mikrokügelchen 1010 (oder anderen geformten expandierbaren Materialien) gebildet ist, die mit leitfähigen Materialien 1020 (z. B. leitfähiges Folienmaterial) gemischt sind, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen. Dieses Verbunddielektrikum 1000 kann ferner ein Bindemittel wie beispielsweise ein inertes Öl enthalten. Die kleinen Stücke aus leitfähigem Folienmaterial 1020, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen, können beispielsweise Flitter oder Glitzermaterial umfassen. Flitter kann zum Beispiel eine dünne Metallfolie (z. B. 6 bis 50 Mikrometer dick) umfassen, die eine dünne isolierende Beschichtung (z. B. 0,5 bis 15 Mikrometer) auf einer oder beiden Seiten davon aufweist, die in kleine Stücke geschnitten ist (z. B. kleine Quadrate von 200 bis 800 Mikrometer oder andere Formen mit einem ähnlichen Hauptflächenbereich). Glitzermaterial kann ähnlich wie Flitter sein, aber jedes Glitzermaterialstück kann auf einer Seite des Metallblechs eine dickere Isolierschicht und auf der anderen Seite eine dünnere Isolierschicht aufweisen.
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verbunddielektrikums 1000, das expandierbare Mikrokügelchen 1010 und Flitterflocken 1020 umfasst, die mit einem Bindemittel (nicht gezeigt) gemischt sind. Die expandierbaren Mikrokügelchen 1010 können sehr kleine (z. B. 1 bis 10 Mikrometer im Durchmesser) Kugeln umfassen, die sich als Reaktion auf einen Katalysator (z. B. Wärme) zu größeren luftgefüllten Kugeln (z. B. 12 bis 100 Mikrometer im Durchmesser) ausdehnen. Diese expandierten Mikrokügelchen 1010 können eine sehr geringe Wandstärke aufweisen und daher sehr leicht sein. Die Flitterflocken 1020 können beispielsweise gebildet werden, indem jede Seite einer dünnen (z. B. 18 Mikrometer) Aluminium- oder Kupferfolie mit einer sehr dünnen isolierenden Beschichtung (z. B. 2 Mikrometer dick) beschichtet wird und dann die Verbundfolie zum Beispiel in Flocken von 375 x 375 Mikrometer geschnitten wird. Es können auch andere Flitterflocken 1020 verwendet werden (es können z. B. Seiten der Flocken im Bereich von 100 Mikrometer bis 1000 Mikrometer liegen und die Flitterflocken 1020 müssen nicht quadratisch sein). Es können auch Flitterflocken 1020 verwendet werden, die aus dünneren Metallfolien gebildet sind und/oder dickere Isolierschichten aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform können die Flitterflocken 1020 beispielsweise aus einer Basismaterialfolie geschnitten werden, die eine 6 Mikrometer dicke Folie aus Aluminiumfolie mit 6 Mikrometer dicken Polyethylenfolien, die an jeder Seite davon haften, aufweist.
Die Mischung aus den Mikrokügelchen 1010, den Flitterflocken 1020 und dem Bindemittel kann nach dem Erhitzen beispielsweise ein leichtes, halbfestes, halbflüssiges Material in Form einer fließfähigen Paste umfassen, die eine Konsistenz von ähnlich beispielsweise warmer Butter aufweisen kann. Das Material kann in eine Hülle gepumpt werden, um eine RF-Linse für eine Basisstationsantenne zu bilden. Das Verbunddielektrikum 1000 fokussiert die RF-Energie, die von den linearen Gruppen abgestrahlt und davon empfangen wird.
Wie in 11 gezeigt, können die expandierten Mikrokügelchen 1010 zusammen mit dem Bindemittel eine Matrix bilden, welche die Flitterflocken 1020 an Ort und Stelle hält, um das Verbunddielektrikum zu bilden. Die expandierten Mikrokügelchen 1010 können dazu neigen, benachbarte Flitterflocken 1020 zu trennen, sodass Seiten der Flitterflocken 1020, die freigelegtes Metall aufweisen können, weniger wahrscheinlich die Seiten anderer Flitterflocken 1020 berühren, da solche Metall-Metall-Kontakte eine Quelle für passive Intermodulations- („PIM“) -Verzerrung sein können. Wenn Kupfer verwendet wird, um die Flitterflocken 1020 zu bilden, können die Flitterflocken 1020 erhitzt werden, sodass die freiliegenden Kanten des Kupfers zu einem nicht-leitfähigen Material oxidieren, das reduzieren oder verhindern kann, dass irgendwelche Flitterflocken 1020, die miteinander in Kontakt kommen, elektrisch miteinander verbunden werden, was die PIM-Verzerrungsleistung weiter verbessern kann.
Obwohl in 11 nicht dargestellt, können der Mischung auch andere Dielektrika wie geschäumte Polystyrolmikrokügelchen oder andere geformte geschäumte Partikel hinzugefügt werden. Diese zusätzlichen Dielektrika können bei einigen Ausführungsformen größer sein als die expandierten Mikrokügelchen 1010 (sie können z. B. Durchmesser zwischen 0,5 und 3 mm aufweisen). Bei einigen Ausführungsformen können die expandierten Mikrokügelchen 1010 signifikant kleiner sein als die Flitterflocken 1020 (oder andere leitfähige Materialien). Ein mittlerer Flächenbereich der Flitterflocken 1020 kann beispielsweise einen mittleren Flächenbereich der expandierbaren Mikrokügelchen 1010 nach der Expansion übersteigen.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Verbunddielektrikum von der Art sein, die in US-Patent Nr. 8,518,537 (das „'537 Patent“) beschrieben ist, dessen gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind kleine Blöcke des Verbunddielektrikums vorgesehen, die jeweils mindestens eine darin eingebettete nadelartige leitfähige Faser umfassen. Die kleinen Blöcke können unter Verwendung eines Klebstoffs, der die Blöcke miteinander verklebt, zu einer viel größeren Struktur ausgebildet werden. Die Blöcke können eine beliebige Ausrichtung innerhalb der größeren Struktur aufweisen. Das zum Bilden der Blöcke verwendete Verbunddielektrikum kann ein leichtes Material mit einer Dichte im Bereich von beispielsweise 0,005 bis 0,1 g/cm³ sein. Durch Variieren der Anzahl und/oder der Ausrichtung der leitfähigen Faser(n), die innerhalb der kleinen Blöcke enthalten sind, kann die Dielektrizitätskonstante des Materials von 1 bis 3 variiert werden.
Bei noch weiteren Ausführungsformen können die hierin offenbarten RF-Linsen unter Verwendung von einem beliebigen der Dielektrika gebildet werden, die in der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der-Seriennnr. 62/313,406 (die „'406-Anmeldung“), eingereicht am 25. März 2016, offenbart sind, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Eines der Verbunddielektrika der '406-Anmeldung ist in den 12A und 12B der vorliegenden Anmeldung dargestellt. 12A ist eine Querschnittansicht eines Blocks 1080 eines Verbunddielektrikums 1050, während 12B eine schematische perspektivische Ansicht von mehreren der Blöcke 1080 des Verbunddielektrikums 1050 ist, das in einen Behälter (nicht gezeigt) gefüllt ist, um eine RF-Linse zu bilden.
Wie in den 12A bis 12B gezeigt, kann das Verbunddielektrikum 1050 gebildet werden, indem eine dünne Folie aus leitfähigem Material 1060 (z. B. 5 bis 40 Mikrometer dick) zwischen zwei dickere Folien 1070 aus geschäumtem Material (z. B. 500 bis 1500 Mikrometer dicke Folien aus geschäumtem Material) geklebt wird. In dem in 12A gezeigten Beispiel ist die leitfähige Folie 1060 eine 18 Mikrometer dicke Aluminiumfolie und die Schaumstofffolien 1070 können Polyethylen-Dielektrikum-Schaumstofffolien 1070 sein, die jeweils ungefähr 1000 Mikrometer dick sind. Auf jede Fläche der Metallfolie 1060 wird eine dünne Klebstoffschicht aufgesprüht oder auf andere Weise aufgebracht, um die drei Schichten zu einer Verbundfolie aus künstlichem Dielektrikum zusammenzukleben. Dieses Verbund-Schaumstoff/Folien-Folienmaterial wird in kleine Blöcke 1080 geschnitten, die beispielsweise zwischen 1 bis 4 mm pro Seite betragen und zum Füllen einer Hülle verwendet werden, um eine RF-Linse für eine Antenne zu bilden. Die Schaumstofffolien 1070 können ein stark geschäumtes, leichtes Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante umfassen. Die auf diese Weise gebildeten Blöcke 1080 aus Material können unter Verwendung eines Bindemittels oder Klebstoffs mit niedrigem dielektrischem Verlust zusammengehalten oder einfach in einen Behälter gefüllt werden, um die Linse zu bilden. Die Blöcke 1080 können vor dem Bilden der Linse erhitzt werden, um jegliches freiliegendes Metall zu oxidieren.
Wie auch in der '406-Anwendung offenbart, kann die RF-Linse bei anderen Ausführungsformen eine Hülle sein, die mit einem Verbunddielektrikum gefüllt ist, das eine Mischung aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante und einem Dielektrikum mit geringer Dielektrizitätskonstante umfasst. Das Verbunddielektrikum kann zum Beispiel einen großen Block aus geschäumtem Basismaterial umfassen, der Partikel (z. B. ein Pulver) aus einem darin eingebetteten Material mit hoher Dielektrizitätskonstante umfasst. Das leichte Basisdielektrikum mit niedriger Dielektrizitätskonstante kann beispielsweise ein geschäumtes Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyethylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen (PTEF), Polypropylen, Polyurethansilizium oder dergleichen, umfassen, in das mehrere Partikel eines Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante eingebettet ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das geschäumte leichte Basisdielektrikum mit niedriger Dielektrizitätskonstante einen Schaumstoffanteil von mindestens 50 % aufweisen. Das Material mit hoher Dielektrizitätskonstante kann beispielsweise kleine Partikel aus einem nicht-leitfähigen Material, wie beispielsweise eine Keramik (z. B. Mg₂TiO₄, MgTiO3, CaTiO₃, BaTi₄O₉, Bornitrid oder dergleichen) oder ein nicht-leitfähiges (oder niedrigleitfähiges) Metalloxid (z. B. Titanoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen) umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material mit hoher Dielektrizitätskonstante eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 10 aufweisen. Die Partikel aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante können im Allgemeinen gleichmäßig über das Basisdielektrikum verteilt sein und innerhalb des Basisdielektrikums zufällig ausgerichtet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verbunddielektrikum mehrere kleine Blöcke eines Basisdielektrikums umfassen, wobei jeder Block Partikel eines Dielektrikums mit hoher Dielektrizitätskonstante darin und/oder darauf eingebettet aufweist.
Bei anderen Ausführungsformen können die RF-Linsen aus einem netzartigen geschäumten Material gebildet sein, das leitfähige Partikel und/oder Partikel eines Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante aufweist, die durchgehend im Inneren des geschäumten Materials eingebettet sind. Bei solchen Ausführungsformen können mehrere kleine Blöcke aus diesem Material gebildet werden oder die Linse kann einen einzelnen Block aus diesem Material umfassen, der in die gewünschte Form für die Linse (z. B. eine sphärische Form, eine zylindrische Form usw.) geformt sein kann. Das geschäumte Material kann eine sehr offene Zellstruktur aufweisen, um sein Gewicht zu reduzieren, und die leitfähigen Partikel und/oder Partikel mit hoher Dielektrizitätskonstante können innerhalb der durch den Schaumstoff gebildeten Matrix unter Verwendung eines Bindemittels gebunden sein. Geeignete Partikel mit hoher Dielektrizitätskonstante umfassen Partikel aus leichten Leitern, Keramikmaterialien, leitfähigen Oxiden und/oder Ruß. Bei Ausführungsformen, bei denen kleine Blöcke aus diesem Material verwendet werden, können die Blöcke mit einem Bindemittel mit niedrigem Dielektrikumverlust oder einem Kleber zusammengehalten werden oder einfach in einen Behälter gefüllt werden, um die Linse zu bilden.
Bei noch weiteren Ausführungsformen können die RF-Linsen unter Verwendung eines oder mehrerer dünner Drähte gebildet werden, die mit einem isolierenden Material beschichtet und lose in eine blockartige Form zusammengedrückt sind. Da die Drähte starr sind, können sie zum Bilden eines Dielektrikums verwendet werden, ohne dass ein separates Material wie ein Schaumstoff erforderlich ist. Bei einigen Ausführungsformen können der bzw. die zusammengedrückten Drähte in Form einer Linse gestaltet sein. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere Blöcke aus zerkleinertem Draht bzw. zerkleinerten Drähten kombiniert werden, um die Linse zu bilden. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die RF-Linsen unter Verwendung von dünnen Folien aus einem Dielektrikum gebildet werden, die entweder zerdrückt oder zerkleinert und in einen Behälter mit der gewünschten Form für die Linse eingebracht werden. Wie bei der vorstehend beschriebenen Isolierdrahtausführungsform können die zerdrückten/zerkleinerten Folien aus einem Dielektrikum eine Steifigkeit aufweisen und daher ohne zusätzliches Matrixmaterial an Ort und Stelle gehalten werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Dielektrizitätskonstante des Linsenmaterials über die gesamte RF-Linse relativ konstant bleiben. Bei anderen Ausführungsformen kann die Dielektrizitätskonstante variieren. Die RF-Linsen können bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Dielektrizitätskonstante variiert, beispielsweise Luneburg-Linsen umfassen, die Mehrschichtlinsen sind, die typischerweise eine sphärische Form aufweisen, die Dielektrika mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten in jeder Schicht aufweisen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, sodass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Umfang an den Fachmann vollständig übermittelt. Gleiche Nummern verweisen überall auf gleiche Elemente.
Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe erste, zweite usw. hierin verwendet sein können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, die verschiedenen Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Diese Begriffe werden nur dazu verwendet, ein Element vom anderen zu unterscheiden. Es könnte beispielsweise ein erstes Element ein zweites Element genannt werden und ähnlich könnte ein zweites Element ein erstes Element genannt werden, ohne vom Umfang der der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen angegebenen Dinge.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als „an“ einem anderen Element bezeichnet wird, es sich direkt an dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn dagegen ein Element als „direkt an“ einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Es versteht sich auch, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegende Elemente vorhanden, wenn auf ein Element als „direkt verbunden“ mit oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element verwiesen wird. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschrieben, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (d. h. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
Relative Begriffe wie „darunter“ oder „darüber“ oder „obere“ oder „untere“ oder „horizontal“ oder „vertikal“ können hierin verwendet werden, um eine Beziehung eines Elements, einer Schicht oder Region zu einem anderen Element, einer anderen Schicht oder Region zu beschreiben, wie es in den Figuren veranschaulicht ist. Es versteht sich, dass diese Begriffe neben der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung umfassen sollen.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet sind die Singularformen „ein“ und „der/die/das“ dazu beabsichtigt, die Mehrzahlformen ebenfalls einzuschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil hervorgeht. Es sei weiter klargestellt, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthält“ und/oder „enthaltend“, sofern hierin verwendet, das Vorhandensein von angeführten Funktionen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von ein oder mehreren anderen Funktionen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Gruppen davon ausschließen.
Aspekte und Elemente von allen der vorstehend offenbarten Ausführungsformen können in beliebiger Weise und/oder Kombination mit Aspekten oder Elementen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, um eine Vielzahl von zusätzlichen Ausführungsformen bereitzustellen.
Einige wichtige Merkmale der Erfindung sind durch folgende Aspekte beschrieben:

Aspekt 1. Mehrband-Phased-Array-Antenne, umfassend:
- eine Rückwandplatine;
- eine erste Gruppe von ersten Strahlerelementen, die vor einer Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind, wobei die ersten Strahlerelemente in einer ersten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl zu bilden, der in eine erste Richtung zeigt,
- eine zweite Gruppe von zweiten Strahlerelementen, die vor der Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind, wobei die zweiten Strahlerelemente in einer zweiten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden, der in eine zweite Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet;
- eine dritte Gruppe von dritten Strahlerelementen, die vor der Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind, wobei die dritten Strahlerelemente in einer dritten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert sind, einen dritten Antennenstrahl zu bilden, der in eine dritte Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet; und
- mehrere Funkfrequenz(„RF“)-Linsen, die sich in einer vertikal angeordneten Spalte vor der Vorderfläche der Rückwandplatine befinden, und
- wobei ein entsprechendes der zweiten Strahlerelemente und ein entsprechendes der dritten Strahlerelemente zwischen der Rückwandplatine und jeder RF-Linse angeordnet sind, und wobei mindestens einige der ersten Strahlerelemente zwischen den RF-Linsen positioniert sind.
Aspekt 2. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 1, wobei die ersten Strahlerelemente Niedrigbandstrahlerelemente sind, die konfiguriert sind, in einem ersten Frequenzband zu arbeiten, und die zweiten und dritten Strahlerelemente Hochbandstrahlerelemente sind, die konfiguriert sind, in einem zweiten Frequenzband zu arbeiten, das höhere Frequenzen als das erste Frequenzband umfasst.
Aspekt 3. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 1 oder Aspekt 2, wobei jedes erste Strahlerelement ein Paar von Dreipolstrahlern umfasst.
Aspekt 4. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 1 oder Aspekt 2, wobei jedes erste Strahlerelement drei Dreipolstrahler umfasst, die in einem Dreieck angeordnet sind.
Aspekt 5. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 4, wobei eine erste der RF-Linsen innerhalb des Dreiecks angeordnet ist, das durch die drei Dreipolstrahler von einem der ersten Strahlerelemente definiert ist.
Aspekt 6. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 1 oder Aspekt 2, wobei jedes erste Strahlerelement ein Kreuzdipolstrahlerelement umfasst.
Aspekt 7. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei sich die erste vertikal angeordnete Spalte zwischen der zweiten und der dritten vertikal angeordneten Spalte befindet.
Aspekt 8. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, ferner umfassend eine vierte Gruppe von vierten Strahlerelementen, die vor der Vorderfläche der Rückwandplatine angebracht sind, wobei die vierten Strahlerelemente in einer vierten vertikal angeordneten Spalte angeordnet und konfiguriert sind, einen vierten Antennenstrahl zu bilden, der in eine vierte Richtung zeigt.
Aspekt 9. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 8, wobei die vierte Richtung im Wesentlichen die gleiche wie die erste Richtung ist.
Aspekt 10. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei eine Azimuthalbwertsbreite der ersten Gruppe von ersten Strahlerelementen im Wesentlichen die gleiche ist wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination aus der zweiten Gruppe von zweiten Strahlerelementen, der dritten Gruppe von dritten Strahlerelementen und der vierten Gruppe von vierten Strahlerelementen.
Aspekt 11. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei jede RF-Linse eine sphärische RF-Linse umfasst.
Aspekt 12. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei jede RF-Linse eine elliptische RF-Linse umfasst.
Aspekt 13. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei mindestens einige der RF-Linsen eine frequenzselektive Struktur umfassen, die konfiguriert ist, RF-Energie in dem ersten Frequenzband im Wesentlichen zu reflektieren und RF-Energie in dem zweiten Frequenzband im Wesentlichen durchzulassen.
Aspekt 14. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei eine Azimuthalbwertsbreite der ersten Gruppe von ersten Strahlerelementen im Wesentlichen die gleiche ist wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination aus der zweiten Gruppe von zweiten Strahlerelementen und der dritten Gruppe von dritten Strahlerelementen.
Aspekt 15. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die RF-Linsen jeweils ein Dielektrikum umfassen, das expandierbare Mikrokügelchen aufweist, die mit Stücken leitfähigen Folienmaterials gemischt sind, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen.
Aspekt 16. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die RF-Linsen jeweils ein Dielektrikum umfassen, das kleine Stücke aus einem geschäumten Dielektrikum umfasst, die mindestens eine darin eingebettete Folie aus leitfähigem Material aufweisen.
Aspekt 17. Mehrband-Phased-Array-Antenne, umfassend:
- eine Rückwandplatine;
- eine erste vertikal angeordnete Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl zu bilden, der in eine erste Richtung zeigt,
- eine zweite vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden, der in eine zweite Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet;
- eine dritte vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen dritten Antennenstrahl zu bilden, der in eine dritte Richtung zeigt, die sich von der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet; und
- mindestens eine Funkfrequenz-(„RF“)-Linse, die vor der ersten vertikal angeordneten Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen, der zweiten vertikal angeordneten Spalte von Hochbandstrahlerelementen und der dritten vertikal angeordneten Spalte von Hochbandstrahlerelementen angeordnet ist,
- wobei ein entsprechender künstlicher magnetischer Leiter zwischen einem Strahler von jedem der Niedrigbandstrahlerelemente und der Rückwandplatine angeordnet ist.
Aspekt 18. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 17, ferner umfassend eine erste sekundäre RF-Linse, die sich zwischen mindestens einem der Hochbandstrahlerelemente in der zweiten vertikal angeordneten Spalte und der mindestens einen RF-Linse befindet, und eine zweite sekundäre RF-Linse, die sich zwischen mindestens einem der Hochbandstrahlerelemente in der dritten vertikal angeordneten Spalte und der mindestens einen RF-Linse befindet.
Aspekt 19. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 17 oder Aspekt 18, wobei die mindestens eine RF-Linse eine zylindrische RF-Linse umfasst.
Aspekt 20. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 17 oder Aspekt 18, wobei die mindestens eine RF-Linse eine Spalte von sphärischen RF-Linsen umfasst.
Aspekt 21. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 17 oder Aspekt 18, wobei die mindestens eine RF-Linse eine Spalte von elliptischen RF-Linsen umfasst.
Aspekt 22. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 17 oder Aspekt 18, wobei die mindestens eine RF-Linse ein Paar von zylindrischen RF-Linsen umfasst.
Aspekt 23. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der Aspekte 17 bis 22, wobei eine Azimuthalbwertsbreite des ersten Antennenstrahls im Wesentlichen die gleiche ist wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination aus dem zweiten und dritten Antennenstrahl.
Aspekt 24. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der Aspekte 17 bis 23, ferner umfassend eine vierte vertikal angeordnete Spalte von Hochbandstrahlerelementen, die vor der Rückwandplatine angebracht und konfiguriert sind, einen vierten Antennenstrahl zu bilden.
Aspekt 25. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 24, wobei der vierte Antennenstrahl im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie die erste Richtung zeigt.
Aspekt 26. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach Aspekt 24, wobei eine Azimuthalbwertsbreite des ersten Antennenstrahls im Wesentlichen die gleiche ist wie die Azimuthalbwertsbreite der Kombination aus dem zweiten, dritten und vierten Antennenstrahl.
Aspekt 27. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der Aspekte 17 bis 26, wobei die mindestens eine RF-Linse ein Dielektrikum umfasst, das expandierbare Mikrokügelchen aufweist, die mit Stücken leitfähigen Folienmaterials gemischt sind, die auf jeder Hauptfläche ein Isoliermaterial aufweisen.
Aspekt 28. Mehrband-Phased-Array-Antenne nach einem der Aspekte 17 bis 26, wobei die mindestens eine RF-Linse ein Dielektrikum umfasst, das kleine Stücke aus einem geschäumten Dielektrikum umfasst, die mindestens eine darin eingebettete Folie aus leitfähigem Material aufweisen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/384280 [0001]
US 2011/0205119 [0004]
US 2015/0091767 [0004]
US 2015/0070230 [0037]
US 9077070 [0086]
US 2015/0214617 [0094]
US 8518537 [0107]

Claims

Basisstationsantenne (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800), umfassend: einen Reflektor (210, 634, 734); eine erste sich vertikal erstreckende Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen (122, 222, 522, 622, 722, 822), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl zu bilden; und eine zweite sich vertikal erstreckende Spalte von Hochbandstrahlerelementen (132, 232, 532, 632, 732), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden; wobei ein entsprechender künstlicher magnetischer Leiter (150, 250) hinter einem Strahler von mindestens einem der Niedrigbandstrahlerelemente angeordnet ist.
Basisstationsantenne nach Anspruch 1, wobei der entsprechende künstliche magnetische Leiter (150, 250) zwischen dem Strahler von jedem der Niedrigbandstrahlerelemente und der Reflektor angeordnet ist.
Basisstationsantenne nach Anspruch 1, wobei der Strahler des mindestens einen Niedrigbandstrahlerelements weniger als ein Viertel einer Wellenlänge von dem Reflektor entfernt angebracht ist, wobei die Wellenlänge die Wellenlänge ist, die einer Mittenfrequenz eines Betriebsfrequenzbandes der Niedrigbandstrahlerelemente entspricht.
Basisstationsantenne nach Anspruch 1, wobei der künstliche magnetische Leiter (150, 250) ein dielektrisches Substrat und periodische Patches auf dem dielektrischen Substrat umfasst.
Basisstationsantenne nach Anspruch 1, wobei der künstliche magnetische Leiter (150, 250) eine metallische Masseschicht, ein geerdetes dielektrisches Substrat auf der metallischen Masseschicht und periodische Patches auf dem geerdeten dielektrischen Substrat umfasst, wobei die Periodizität der Patches viel kleiner ist als die Wellenlänge.
Basisstationsantenne nach Anspruch 4, wobei eine Periodizität der Patches kleiner ist als eine Wellenlänge, die einer Mittenfrequenz eines Betriebsfrequenzbandes der Niedrigbandstrahlerelemente entspricht.
Basisstationsantenne (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800), umfassend: einen Reflektor (210, 634, 734); eine erste sich vertikal erstreckende Spalte von Niedrigbandstrahlerelementen (122, 222, 522, 622, 722, 822), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen ersten Antennenstrahl zu bilden; und eine zweite sich vertikal erstreckende Spalte von Hochbandstrahlerelementen (132, 232, 532, 632, 732), die vor dem Reflektor angebracht und konfiguriert sind, einen zweiten Antennenstrahl zu bilden; wobei ein dielektrisches Substrat, das mehrere Patches darauf umfasst, hinter einem Strahler von mindestens einem der Niedrigbandstrahlerelemente angeordnet ist.
Basisstationsantenne nach Anspruch 7, wobei die mehreren Patches periodische Patches umfassen.
Basisstationsantenne nach Anspruch 8, wobei eine Periodizität der Patches kleiner ist als eine Wellenlänge, die einer Mittenfrequenz eines Betriebsfrequenzbandes der Niedrigbandstrahlerelemente entspricht.
Basisstationsantenne nach Anspruch 7, wobei ein künstlicher magnetischer Leiter (150, 250) eine metallische Masseschicht, das dielektrische Substrat auf der metallischen Masseschicht und die mehreren Patches auf dem geerdeten dielektrischen Substrat umfasst, wobei die Periodizität der Patches viel kleiner ist als die Wellenlänge.