多扇區(qū)天線結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各實(shí)施例涉及一種多扇區(qū)天線、多頻帶多扇區(qū)天線，以及包括它們的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線電信系統(tǒng)中，由無線電信系統(tǒng)服務(wù)的地理區(qū)域被劃分成空間上相異的區(qū)域，稱之為“小區(qū)”。小區(qū)通常被進(jìn)一步劃分成多個(gè)“扇區(qū)”。例如，這些小區(qū)中的每個(gè)小區(qū)經(jīng)常被劃分成三個(gè)相等面積的扇區(qū)。通常，每個(gè)小區(qū)包含使用收發(fā)機(jī)(TRX)和天線以促進(jìn)用戶設(shè)備(UE)與網(wǎng)絡(luò)之間的無線通信的基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)。收發(fā)機(jī)可以包括一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，并且可以被封裝在遠(yuǎn)程無線電頭端(RRH)中。RRH —般包含每個(gè)都被連接到雙工濾波器的兩個(gè)或更多收發(fā)機(jī)，從而使得每個(gè)收發(fā)機(jī)能夠經(jīng)由單個(gè)天線而支持同時(shí)的下行鏈路發(fā)射和上行鏈路接收。
[0003]BTS也可以被稱為無線電基站(RBS)、節(jié)點(diǎn)B (在3G網(wǎng)絡(luò)中)、或者簡單地被稱為基站(BS)。UE的示例包括如移動(dòng)電話的設(shè)備、具有無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)、以及其他設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)能夠是任何無線通信網(wǎng)絡(luò)(例如，GSM、CDMA等)。
[0004]天線可以被容納在外殼中，外殼保護(hù)天線不受環(huán)境條件影響或者從公共視野隱藏天線的電子裝備。外殼可以被稱為“天線罩”。外殼經(jīng)常由對無線電波透明并且抑制覆冰堆積在其表面上的材料構(gòu)造而成。例如，外殼可以由玻璃纖維材料制成。
[0005]基本天線
[0006]最簡單的天線技術(shù)是單輸入單輸出(SISO)天線，它指的是其中一個(gè)天線用于發(fā)射(例如，單個(gè)“輸入”進(jìn)入到傳輸信道)并且一個(gè)天線用于接收(例如，單個(gè)“輸出”離開傳輸信道)的無線通信系統(tǒng)。傳輸信道可以是下行鏈路信道(從BTS的(多個(gè))發(fā)射機(jī)到UE的(多個(gè))接收機(jī))或者上行鏈路信道(從UE的(多個(gè))發(fā)射機(jī)到BTS的(多個(gè))接收機(jī))。雖然設(shè)計(jì)相對簡單，但是SISO系統(tǒng)易于受到由多徑衰落效應(yīng)所引起的問題的影響。
[0007]當(dāng)電磁場(EM場)遇到障礙物，諸如丘陵、峽谷、建筑物和公用事業(yè)電線時(shí)將產(chǎn)生多徑衰落效應(yīng)，這導(dǎo)致了 EM場散射(反射)，并且因此而采取多個(gè)路徑以到達(dá)其目的地，這導(dǎo)致了該多個(gè)信號(hào)路徑之間的隨機(jī)相移。當(dāng)源發(fā)送遭遇散射的射頻(RF)信號(hào)時(shí)，多個(gè)RF路徑的具有各種相位的信號(hào)的重新組合引起瑞利(Rayleigh)衰落效應(yīng)。當(dāng)這些信號(hào)在接收天線處組合成一個(gè)信號(hào)時(shí)，因?yàn)檫@些信號(hào)不是同相的，所以有效的信號(hào)被衰減。當(dāng)衰減嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)可能在接收機(jī)的最小可辨別信號(hào)電平以下，并且接收機(jī)可能不能成功地接收和解碼原始信號(hào)。在無線電信系統(tǒng)中，這樣的多徑衰落可能引起覆蓋區(qū)域上的減小、可實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)速度上的減小、以及在處理信號(hào)中的錯(cuò)誤的數(shù)目上的增加。
[0008]
[0009]為了避免多徑衰落效應(yīng)，系統(tǒng)可用于通過使用多個(gè)天線結(jié)合分集技術(shù)來改善信號(hào)質(zhì)量。分集技術(shù)能夠被用來組合從多個(gè)天線接收的信號(hào)，極大地減少了衰落的概率，這是因?yàn)閮蓚€(gè)天線可能將不會(huì)經(jīng)歷同時(shí)的嚴(yán)重衰落衰減。
[0010]分集技術(shù)能夠被用于從多個(gè)天線的接收和/或發(fā)射。各種術(shù)語被用來描述不同的分集技術(shù)。例如，單輸入多輸出(SMO)技術(shù)(上行鏈路或下行鏈路)指的是具有單個(gè)發(fā)射機(jī)天線(單輸入)以及利用任何數(shù)目的分離接收天線的多個(gè)接收天線(多輸出)(也稱為分集接收)的分集技術(shù)。多輸入多輸出MMO技術(shù)(上行鏈路或下行鏈路)指的是包括多個(gè)發(fā)射機(jī)天線(多重編碼的發(fā)射信號(hào))以及多個(gè)接收天線兩者的技術(shù)。
[0011]多個(gè)接收天線可以提供兩路分集或四路分集，這取決于從這些分離天線提供的獨(dú)立的(或去相關(guān)的)信號(hào)的數(shù)目。
[0012]被用來提供分離的分集信號(hào)的多個(gè)天線中的每個(gè)天線能夠包含多個(gè)天線元件(例如，偶極元件)。在偶極天線中，多個(gè)極化的偶極元件(通常是四至十個(gè)元件)等間距地分開并且垂直堆疊以實(shí)現(xiàn)方向性(天線增益)，從而每個(gè)天線實(shí)際上可以是天線元件的陣列。偶極子可以被布置而使得天線是線性偶極天線(一個(gè)元件)或者雙傾斜/交叉極化的偶極天線(定位在一起的成對元件)。
[0013]圖1圖示了不同的線性偶極天線陣列的布置。
[0014]如圖1中所圖示的，在偶極天線100的線性陣列中，偶極元件都具有相同的極化。這些偶極元件可以被布置在垂直極化的偶極元件110的陣列中?？商鎿Q地，偶極元件可以被布置在水平極化的偶極元件120的陣列中。在利用偶極元件的線性陣列的天線陣列中，所有的偶極元件接收相同的極化，并且因此具有相同的衰落行為(例如，相關(guān)的衰落統(tǒng)計(jì))。因此，為了實(shí)現(xiàn)足夠的分集(獨(dú)立的衰落統(tǒng)計(jì))，在被稱為空間分集(天線的水平空間分離)的技術(shù)中，多個(gè)離散的線性偶極天線陣列間隔開一個(gè)距離。
[0015]在空間分集中，天線被間隔開足夠的水平距離，以確保每個(gè)陣列經(jīng)歷的瑞利衰落將是獨(dú)立的(去相關(guān)的)。更詳細(xì)地說，因?yàn)殛嚵械牟煌奈锢砦恢茫员恢匦陆M合的行進(jìn)經(jīng)過不同路徑的信號(hào)的相位是足夠不同的，使得表觀衰落將是不同的。然而，為了確保獨(dú)立的衰落效應(yīng)而在天線陣列之間所要求的最小距離大約是七到十個(gè)lambda λ (其中λ是RF信號(hào)的波長)。天線陣列之間的這個(gè)最小距離使得使用單個(gè)集成的結(jié)構(gòu)(諸如天線罩)來容納兩個(gè)天線陣列是不切實(shí)際的，因?yàn)檫@種尺寸的結(jié)構(gòu)可能在視覺上是壯觀的、沉重的，并且可能產(chǎn)生容易受到風(fēng)荷載影響的大的表面積。因此，使用空間分集的多個(gè)天線陣列的安裝一般需要多個(gè)結(jié)構(gòu)外殼(例如，分離的天線罩)，導(dǎo)致了當(dāng)與單個(gè)外殼相比較時(shí)的增加的成本以及更復(fù)雜的安裝。
[0016]圖2Α和2Β圖示了利用空間分集的常規(guī)天線安裝。
[0017]如圖2Α中所圖示的，常規(guī)的天線結(jié)構(gòu)安裝在一個(gè)蜂窩桿(cellular boom)250上，以實(shí)現(xiàn)空間分集。圖2B是圖2A的常規(guī)天線結(jié)構(gòu)的三維視圖。在常規(guī)的天線結(jié)構(gòu)中，為了實(shí)現(xiàn)空間分集，第一天線陣列210a和第二天線陣列210b被安裝在蜂窩桿250的表面，并且相互間隔距離D，其中距離D是足以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)天線陣列210/210b之間的足夠的空間分集的距離。所要求的分離距離D (例如，七至十個(gè)lambda λ)可能使得使用單個(gè)集成結(jié)構(gòu)來容納第一天線陣列IlOa和第二天線陣列IlOb兩者是不切實(shí)際的。因此，在常規(guī)的天線結(jié)構(gòu)中，為了獲得空間分集，第一天線陣列210a由第一外殼230a保護(hù)，并且第二天線陣列210b由第二外殼230b保護(hù)。
[0018]為了消除利用線性偶極天線的分集方案所要求的對于兩個(gè)天線陣列之間的間隔以及因此對于分離外殼的需求，同時(shí)仍然實(shí)現(xiàn)足夠的去相關(guān)，可以使用交叉極化的偶極天線。
[0019]圖3圖示了不同的各種交叉極化天線陣列的布置。
[0020]如圖3中所圖示的，在交叉極化天線300中，構(gòu)成該天線陣列的元件在被稱為極化分集的方案中是正交極化的。在極化分集中，通過將兩個(gè)互補(bǔ)的極化天線元件配對在一起成為單個(gè)結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)了兩路分集。
[0021]在交叉極化天線陣列中，雙極化元件可以是雙傾斜的交叉極化天線310，其中極化元件相互傾斜地交叉(例如，+45度和-45度)?？商鎿Q地，雙極化元件的陣列可以是垂直/水平交叉極化天線320，其中極化元件在垂直地并且水平地彼此交叉。除了雙傾斜和垂直/水平的交叉極化天線之外，雙極化元件還可以被布置為提供圓極化(未示出)。圓極化可以是右旋圓極化(RHCP)或者左旋圓極化(LHCP)。交叉極化的元件堆疊中的每個(gè)極化元件具有一個(gè)端口，導(dǎo)致交叉極化天線陣列具有兩個(gè)端口(例如，連接)，用于一個(gè)極化的第一端口 340以及用于另一極化的第二端口 350。交叉極化天線配置提供兩路分集，而不要求空間分集中所要求的天線陣列的大的空間分離。因此，兩組天線元件可以一起被封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，消除了對于多個(gè)分離的天線結(jié)構(gòu)的需求。
[0022]因?yàn)閮H存在兩個(gè)正交極化，所以雙極化的天線僅提供兩路分集。如果期望四路分集，則可能要求一對交叉極化天線來實(shí)現(xiàn)空間分集和極化分集兩者。對于實(shí)現(xiàn)足夠的空間分集是必要的在該對交叉極化天線之間的最小水平間距可能再次要求具有多個(gè)結(jié)構(gòu)外殼的系統(tǒng)，以便于是實(shí)用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]至少一個(gè)示例實(shí)施例涉及一種多扇區(qū)小區(qū)站點(diǎn)天線。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，該多扇區(qū)小區(qū)站點(diǎn)天線包括:第一天線，被定向?yàn)榉?wù)于第一扇區(qū)，第一天線電連接到第一收發(fā)機(jī)組；第二天線，被定向?yàn)榉?wù)于鄰近第一扇區(qū)的第二扇區(qū)，并且第二天線電連接到第一收發(fā)機(jī)組；以及單個(gè)外殼，覆蓋第一天線和第二天線兩者。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，第一收發(fā)機(jī)組被集成在該單個(gè)外殼中。