減少rf電纜的增強移相電路的制作方法
【專利摘要】一種多頻帶天線系統(tǒng)包括寬頻帶輻射元件的陣列和多頻帶電傾斜電路。多頻帶電傾斜電路包括實施在常見媒介中的第一RF頻帶可變移相器、第二RF頻帶可變移相器和多個合成器。所述常見媒介可包括PCB、帶狀線電路、等。每一個合成器包括合成端口、第一RF頻帶端口、和第二RF頻帶端口。合成端口聯(lián)接至輻射元件。第一RF頻帶移相器具有多個第一可變移相端口(其經(jīng)由傳輸線連接至合成器的第一RF頻帶端口)，并且第二RF頻帶移相器具有多個第二可變移相端口(其經(jīng)由傳輸線連接至合成器的第二RF頻帶端口)。移相器獨立地可配置。
【專利說明】減少RF電纜的増強移相電路
[0001]相關(guān)申請
[0002 ]本申請涉及申請?zhí)枮?1 /925，903的臨時申請，其公開通過引用并入。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明大體涉及無線通信天線。特別地，本發(fā)明涉及改進的饋電網(wǎng)絡(luò)用于使用輻射元件的陣列用于多于一個通信頻率帶。
[0004]用于無線的聲音和數(shù)據(jù)通信的雙頻帶天線是已知的。例如，用于GSM服務(wù)的常見頻率帶包括 GSM900 和 GSMlSOOASMgOO 操作在 880-960ΜΗζΑ5Μ1800 操作在 1710-1880MHz 的頻率范圍。用于以這些頻率帶通信的天線包括由饋電網(wǎng)絡(luò)連接的輻射元件陣列。為了有效傳輸和接收射頻(RF)信號，輻射元件的大小通常匹配至操作的意圖頻帶的波長。因為900MHz頻帶的波長比1800MHz頻帶的波長長，用于一個頻帶的輻射元件通常不用于其他頻帶。就這一點而言，雙頻帶天線已被開發(fā)，其包括用于所述兩個頻帶的不同輻射元件。參見，例如，專利號為6，295，028的美國專利、專利號為6，333，720的美國專利、專利號為7，238，101的美國專利和專利號為7，405，710的美國專利，其公開內(nèi)容通過引用并入。
[0005]在一些雙頻帶系統(tǒng)中，寬頻帶輻射元件正在被開發(fā)。在這樣的系統(tǒng)中，具有至少兩個輻射元件陣列，包括用于低操作頻率帶(例如，在790-862MHZ處的數(shù)字紅利(DigitalDividend；^P/SGSM900 )的一個或多個低頻帶元件陣列，以及用于高操作頻率帶(在1920MHz-2170MHz處的UTMS和/或GSM1800)的一個或多個高頻帶輻射元件的陣列。
[0006]已知的雙頻帶天線盡管是有用的，但是可能不足以容納未來的傳輸需求。在各個全球市場中無線數(shù)據(jù)傳輸正引人注目地增長。數(shù)據(jù)服務(wù)用戶數(shù)量不斷增長并且每個用戶的傳輸量增加。這至少部分地歸因于越來越普及的“智能電話”，諸如iPhone、基于安卓的設(shè)備、以及無線調(diào)制解調(diào)器。無線數(shù)據(jù)的增長的需求正超過傳統(tǒng)雙頻帶無線通信網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，有附加的頻率帶用于無線通信。例如，LTE2.6操作在2.5-2.7GHz且WiMax操作在3.4-3.8GHz ο
[0007]—個解決方案是增加附加的天線至塔，以操作在LTE和更高的頻率。然而，簡單地增加天線造成塔載荷和站點許可/分區(qū)規(guī)則(site permitting/zoning regulat1ns)的問題。另一解決方案是提供多頻帶天線，其對于每一個頻率帶包括至少一個輻射元件陣列。參見，例如，公開號為2012/0280878的美國專利，其公開通過引用并入。然而，多頻帶天線可導(dǎo)致天線寬度的增加，以容納增加數(shù)量的輻射元件陣列。更寬的天線可能不適應(yīng)現(xiàn)有的位置，或者，如果其可以物理地安裝至現(xiàn)有的塔，所述塔可能未被設(shè)計以容納更寬的天線的額外風(fēng)載荷。替換塔結(jié)構(gòu)是當(dāng)從單頻帶天線升級至雙頻帶天線時移動通信網(wǎng)絡(luò)操作者希望避免的開支。另外，分區(qū)規(guī)則可能阻止在一些區(qū)域使用更大的天線。
[0008]另一試圖的解決方案可在Hofmann等的申請?zhí)枮镻CT EP2011/063191的申請中找至丨」。!10伽&1111建議使用雙信器以將在2.66取的1^頻率帶與在1.9-206取的30^頻率帶組合，并且應(yīng)用全部兩個頻帶至共同的輻射元件。這有助于減小天線寬度，但是以增加天線中的同軸傳輸線的數(shù)目為代價。在Hofmann的圖2的例子中，每列例示了八個雙極化輻射元件。對于每一列，對于兩個極化中的每一個可以有八個LTE同軸線和八個SCDMA同軸線，得到每列總共32個同軸線。如果例示四列，則Hofmann的解決方案可僅在移相器和雙信器之間就需要128根同軸線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]多頻帶天線系統(tǒng)可包括寬頻帶輻射元件陣列和多頻帶電傾斜電路。多頻帶電傾斜電路可包括實施在常見媒介中的第一 RF頻帶可變移相器、第二 RF頻帶可變移相器和多個合成器。所述常見媒介可包括PCB、帶狀線電路(stripline circuit)、等。所述多個合成器中的每一個合成器可包括合成端口(combined port)、第一RF頻帶端口、和第二RF頻帶端口。合成器的合成端口聯(lián)接至寬頻帶輻射元件陣列。第一 RF頻帶可變移相器具有多個第一可變移相端口(其經(jīng)由傳輸線連接至所述多個合成器的第一RF頻帶端口)，并且第二RF頻帶可變移相器具有多個第二可變移相端口(其經(jīng)由傳輸線連接至所述多個合成器的第二RF頻帶端口)。第一RF頻帶可變移相器與第二RF頻帶可變移相器獨立地可配置。
[0010]當(dāng)常見媒介包括單個的印刷電路板時，所述多個合成器、第一RF頻帶移相器的至少固定的部分和第二 RF頻帶移相器的至少固定的部分被制造為所述單個印刷電路板的部分。
[0011]多頻帶電傾斜電路可通過包括相應(yīng)數(shù)目的附加頻帶移相器和合成器上的附加端口進一步包括第三頻帶、第四頻帶、或更多頻帶。合成器的數(shù)目可等于寬頻帶輻射元件的數(shù)目。合成器可使用PCB上的階梯阻抗微帶實施。合成器可包括雙信器(diplexer)和/或雙工器(duplexer)。
[0012]如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)可被實施為雙極化天線系統(tǒng)。在此例中，寬頻帶福射元件包括雙極化寬頻帶福射元件，且多頻帶電傾斜電路包括第一極化多頻帶電傾斜電路，其聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第一極化元件，所述多頻帶天線系統(tǒng)進一步包括第二極化多頻帶電傾斜電路，其聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第二極化元件。在另一雙極化例子中，可以有第一多頻帶電傾斜電路(其實施在聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第一極化饋電的常見媒介中)和第二多頻帶電傾斜電路(其實施在聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第二極化饋電的另一常見媒介中)。
【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個例子的雙頻帶電傾斜電路板的示意圖。
[0014]圖2是在天線系統(tǒng)情況下的雙頻帶電傾斜電路板的示意圖。
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明用于雙頻帶電傾斜電路板的印刷電路板布局的一個例子。
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明的印刷電路板布局的第二例子，其包括直接安裝在電路板上的多個雙信器。
[0017]圖5是圖4的例子的另一視圖，其中空腔殼體被移除以顯示更多細(xì)節(jié)。
[0018]圖6是可被用在圖4和5的印刷電路板布局中的雙信器的詳細(xì)視圖。
【具體實施方式】
[0019]多頻帶電傾斜電路板10在圖1中以示意性的形式例示。如本文所使用的，“多頻帶”指兩個或更多的頻帶。多頻帶電傾斜電路板10包括用于第一 RF頻帶的傳輸線終端12、用于第二RF頻帶的傳輸線終端14、第一RF頻帶可變移相器16、以及第二RF頻帶可變移相器18。傳輸線終端12是用于端接來自操作在第一 RF頻帶的無線電(rad1)的傳輸線，諸如同軸電纜，并且傳輸線終端14是用于端接來自操作在第二 RF頻帶的無線電的傳輸線。在天線系統(tǒng)的背部或底部上可也有傳輸線終端，在終端和多頻帶電傾斜電路板10之間具有中間電纜。傳輸線終端12、14可包括焊接盤(solder pads)或電容親合(capacitive coupling)。此多頻帶電傾斜電路板10可適合于具有單極化的天線。在另一例子中，兩個多頻帶電傾斜電路板10被采用，對于雙極化天線的每一個極化有一個。
[0020]移相器16、18可包括如專利號為7，907，096的美國專利(其通過引用并入)所例示的可變差分、弧形移相器(arcuate phase shifters)。在這樣的可變移相器中，可旋轉(zhuǎn)的接帶臂(wiper arm)將RF信號可變地聯(lián)接至固定的弧形傳輸線。在所例示的例子中，移相器執(zhí)行沿?zé)o線電傳輸方向的1:7功率分割(其可以是錐形變化的(tapered)或者不是錐形變化的)，以及沿?zé)o線電接收方向的7:1合成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到其他類型的移相器，諸如具有更多或更少端口的移相器，可以被使用而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。在本文中，術(shù)語“輸入”和“輸出”指當(dāng)從基站無線電傳輸?shù)教炀€的輻射元件時RF信號的方向。然而，本文的設(shè)備也沿接收方向操作，并且如果考慮從輻射元件到基站無線電的RF信號流，術(shù)語“輸入”和“輸出”可以反過來。以第一 RF頻帶可變移相器為例，輸入聯(lián)接至傳輸線終端12。移相器具有七個輸出端口，其中的六個差分可變地移相。還有一個維持固定相位的輸出，然而，具有與輸入成固定相位關(guān)系的輸出是可選的。
[0021]移相器16、18的七個輸出分別地聯(lián)接至七個合成器20。每一個合成器具有三個端口: I)聯(lián)接至移相器16的輸出的第一RF頻帶端口； 2)聯(lián)接至移相器18的輸出的第二RF頻帶端口 ；以及3)合成端口。合成器20的第一和第二RF頻帶端口聯(lián)接至移相器16、18上的相應(yīng)輸出。例如，第一合成器20的第一 RF頻帶端口聯(lián)接至第一 RF頻帶移相器16的第一輸出，并且第一合成器20的第二RF頻帶端口聯(lián)接至第二RF頻帶移相器18的第一輸出。在此例中，每一個合成器20的第一RF頻帶端口配置為傳遞對應(yīng)于第一RF頻帶的信號，且每一個合成器20的第二 RF頻帶端口配置為傳遞對應(yīng)于第二 RF片段的信號。每一個合成器20的合成端口聯(lián)接至電纜終端22 ο合成端口配置為傳遞第一 RF頻帶和第二 RF頻帶二者。
[0022]包括移相器16、18和合成器20的多頻帶電傾斜電路板10，可以在常見媒介中實施。常見媒介可包括印刷電路板、氣浮條線構(gòu)造(air suspended stripline construct1n)、或其他合適的媒介。在另一個例子中，移相器16、18可以在常見媒介上實施，且合成器20可被單獨地制造并安裝在所述常見媒介上。例如，合成器可被實施為微帶饋電空腔濾波器(microstrip-fed cavity filter)，其焊接到包括移相器 16、18的PCB上。
[0023]盡管圖1的多頻帶電傾斜電路板10被例示為服務(wù)兩個RF頻帶，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，此結(jié)構(gòu)可被擴展到三個或更多RF頻帶。在這樣的情況下，移相器的數(shù)目，以及合成器上的端口的數(shù)目，可隨著每個附加的頻帶而增加。附加地，多頻帶電傾斜電路板10可被配置用于高頻帶或低頻帶操作。在涉及低頻帶頻率的一個例子中，第一RF頻帶可包括880-960MHz且第二RF頻帶可包括790-862MHZ。在涉及高頻帶頻率的另一個例子中，第一RF頻帶可包括1710-1880MHz且第二 RF頻帶可包括1920MHz-2170MHz。關(guān)于這個例子可替代地，可包括在2.5-2.7GHz的第三RF頻帶。在另一個替代實施例中，第一RF頻帶可以是1710-2170MHZ且第二 RF頻帶可以是2.5-2.7GHz。附加的頻帶的組合是可以預(yù)期的。
[0024]參考圖2，來自圖1的多頻帶電傾斜電路板10的示意性例示圖被例示為同軸連接至其他部件。每個天線元件34通過同軸傳輸線32和電纜終端22聯(lián)接至合成器20。在一些實施例中，每個輻射元件可以與電路板或板關(guān)聯(lián)用于端接同軸傳輸線36并用于提供平衡-不平衡變換器、用于將RF信號從不平衡變換至平衡并變換回去。傳輸線終端12端接來自操作在第一 RF頻帶的無線電的同軸傳輸線36，并且傳輸線終端14端接來自操作在第二 RF頻帶的無線電的同軸傳輸線38。
[0025]參考圖3，例示了多頻帶電傾斜電路板110的物理實施的一個例子。在這個例子中，雙信器120a-120g、第二頻帶移相器118和第一頻帶移相器116的固定部分使用印刷電路板(PCB)制造技術(shù)實施。還例示了同軸終端112和114。用于移相器116、118的可旋轉(zhuǎn)接帶臂未被例示，以增強移相器116、118的固定部分的清晰度。最優(yōu)選地，雙信器120a-120g和移相器116、118的固定部分被制造在常見的PCB上，微帶傳輸線提供部件之間的連接。這允許顯著減少所需要的電纜。
[0026]參考圖4和5，例示了多頻帶電傾斜電路板210的物理實施的第二例子。在此例中，多個雙信器220的每個被實施為包括空腔殼體240的微帶饋電空腔濾波器。雙信器220的微帶部分可以被制造在相同的PCB上作為第二頻帶移相器218和第一頻帶移相器216固定部分。在另一個例子中，雙信器220是單獨制造的PCB和空腔殼體組合，并且被直接焊接至包括第一頻帶移相器216和第二頻帶移相器218的PCB。
[0027]雙信器可包括兩個系列陷波濾波器(見，例如，圖5和6)，其具有在中間的共同的端口 222、在一端的第一頻帶輸入224和在另一端的第二頻帶輸入226?？涨粴んw240可被機械制造以提供封閉雙信器220的每個陷波濾波器的空腔。調(diào)諧桿242可也被包括以進一步調(diào)諧陷波濾波器的頻率響應(yīng)。圖5例示了多頻帶電傾斜電路板210，其中空腔殼體240被移除。
[0028]參考圖6，圖5的雙信器220中的一個被詳細(xì)例示。雙信器220每一個具有共同的端口 22、第一頻帶輸入224、和第二頻帶輸入226。所例示的實施例包括在第一頻帶輸入224和共同的端口 222之間的三個陷波濾波器228a、和第二頻帶端口 226和共同的端口 222之間的三個陷波濾波器228b。陷波濾波器228a、22b被配置為分別通過第一和第二頻帶，并且阻止其他頻率。替代地，雙信器可以是許多共振短截線(resonant stub)，其用作帶阻濾波器，阻止特定頻帶中的能量。共振頻率最嚴(yán)重地取決于短截線的長度以及短截線如何被端接。例如，開路短截線將阻止頻率使得短截線是四分之一波長長，而短路短截線將阻止頻率使得短截線是半波長長。短截線的阻抗也影響其性能，且在許多情況下在按dB計的抑制(reject1n)的量或按頻率計的頻帶寬度方面的性能通過將短截線剖分為分段而改善，所述分段每一個具有其單獨的阻抗。
[0029]同軸終端212和214也例示在圖4和5中。用于移相器216、218的可旋轉(zhuǎn)接帶臂未被例示，以增強移相器216、218的固定部分的清晰度。優(yōu)選地，雙信器220和移相器216、218的固定部分被制造在共同的PCB上，微帶傳輸線在部件之間提供連接。這允許顯著減少所需要的電纜。
[0030]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)允許對于每一個頻帶獨立調(diào)整下傾。另外，本發(fā)明相對于已知解決方案減少了重量和布線復(fù)雜性。
[0031]盡管本發(fā)明已參考各種實施例在以上描述，應(yīng)理解，可做出許多改動和修改而不偏離本發(fā)明的范圍。因此旨在，前述詳細(xì)描述被認(rèn)為是例示性的而不是限制性的，并且應(yīng)理解，權(quán)利要求，包括所有的等同物，才是旨在限定本發(fā)明的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多頻帶天線系統(tǒng)，包括: a.寬頻帶福射元件的陣列； b.多頻帶電傾斜電路，實施在常見媒介中，包括: 1.多個合成器，每一個合成器具有合成端口、第一RF頻帶端口、和第二RF頻帶端口，合成器的合成端口聯(lián)接至寬頻帶福射元件的陣列；2.第一RF頻帶可變移相器，具有多個第一可變移相端口，所述多個第一可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個合成器的第一 RF頻帶端口；3.第二RF頻帶可變移相器，具有多個第二可變移相端口，所述多個第二可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個合成器的第二 RF頻帶端口； 其中所述第一 RF頻帶可變移相器可與所述第二 RF頻帶可變移相器獨立地配置。 2.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中常見媒介包括單個的印刷電路板，并且所述多個合成器、第一 RF頻帶移相器的至少固定的部分和第二 RF頻帶移相器的至少固定的部分被制造為所述單個印刷電路板的部分。 3.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，進一步包括具有多個第三可變移相端口的第三RF頻帶移相器，并且其中每一個合成器進一步包括聯(lián)接至所述多個第三可變移相端口的第三RF頻帶端口。4.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，進一步包括多個寬頻帶輻射元件的陣列。5.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中合成器的數(shù)目等于寬頻帶輻射元件的數(shù)目。6.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中所述寬頻帶輻射元件包括雙極化寬頻帶輻射元件，且多頻帶電傾斜電路包括第一極化多頻帶電傾斜電路，其聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第一極化元件，所述多頻帶天線系統(tǒng)進一步包括第二極化多頻帶電傾斜電路，其聯(lián)接至雙極化寬頻帶輻射元件的第二極化元件。7.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中所述合成器使用PCB上的階梯阻抗微帶實施。8.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中每個合成器進一步包括雙信器。9.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中每個合成器進一步包括雙工器。10.如權(quán)利要求1所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中常見媒介包括帶狀線組件，并且所述多個合成器、第一 RF頻帶移相器的固定的部分和第二 RF頻帶移相器的固定的部分都被制造為所述帶狀線組件的部分。11.一種多頻帶天線系統(tǒng)，包括: a.雙極化寬頻帶福射元件的陣列，所述雙極化寬頻帶福射元件包括第一極化饋電和第三極化饋電； b.第一極化多頻帶電傾斜電路，實施在第一常見媒介中，包括: 1.多個第一極化合成器，每一個合成器具有合成端口、第一RF頻帶端口、和第二RF頻帶端口，合成器的合成端口聯(lián)接至寬頻帶福射元件的陣列的第一極化饋電； 2.第一RF頻帶第一極化可變移相器，具有多個第一可變移相端口，所述多個第一可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個第一極化合成器的第一 RF頻帶端口； 3.第二RF頻帶相第一極化可變移相器，具有多個第二可變移相端口，所述多個第二可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個第一極化合成器的第二 RF頻帶端口；以及 c.第二極化多頻帶電傾斜電路，實施在第二常見媒介中，包括: 1.多個第二極化合成器，每一個合成器具有合成端口、第一RF頻帶端口、和第二RF頻帶端口，所述第二極化合成器的合成端口聯(lián)接至寬頻帶輻射元件的陣列的第二極化饋電； 2.第一RF頻帶第二極化可變移相器，具有多個第一可變移相端口，所述多個第一可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個第二極化合成器的第一 RF頻帶端口； 3.第二RF頻帶第二極化可變移相器，具有多個第二可變移相端口，所述多個第二可變移相端口經(jīng)由傳輸線連接至所述多個第二極化合成器的第二 RF頻帶端口； 其中所述第一 RF頻帶可變移相器可與所述第二 RF頻帶可變移相器獨立地配置。12.如權(quán)利要求11所述的多頻帶天線系統(tǒng)，其中所述第一和第二常見媒質(zhì)中的每一個包括單個的印刷電路板，并且所述多個合成器、第一 RF頻帶移相器的至少固定的部分和第二 RF頻帶移相器的至少固定的部分被制造為所述單個印刷電路板的部分。
【文檔編號】H01Q21/30GK105849971SQ201480071320
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月4日
【發(fā)明人】M.C.庫克, M.L.齊默爾曼
【申請人】康普科技有限責(zé)任公司