集成式基站天线的制作方法

1.本公开涉及通信系统，更具体地，涉及一种集成式基站天线，所述集成式基站天线包括无源天线装置和有源天线装置。


背景技术：

2.随着无线通信技术的发展，出现了包括无源天线装置和有源天线装置的集成式基站天线。无源天线装置可以包括辐射元件的一个或多个阵列，所述阵列被配置为生成相对静态的天线波束，例如被配置为覆盖集成式基站天线的120度扇区(在方位平面中)的天线波束。阵列可以包括例如在第二代(2g)、第三代(3g)或第四代(4g)蜂窝网络标准下操作的阵列。这些阵列不被配置为执行有源波束形成操作，尽管它们通常具有远程电子倾斜(ret)功能，该远程电子倾斜功能允许通过机电装置改变天线波束的形状，以便改变天线波束的覆盖区域。有源天线装置可以包括在第五代(5g或更高版本)蜂窝网络标准下操作的辐射元件的一个或多个阵列。在第五代移动通信中，通信的频率范围包括主用频段(为450mhz～6ghz范围的特定部分)和扩展频段(24ghz～73ghz，即毫米波频段，以28ghz、39ghz、60ghz和73ghz为主)。将在第五代移动通信中使用的频率范围包括比之前几代的移动通信中使用的频率更高的频带。这些阵列通常对其中的辐射元件的子集具有单独的幅度和相位控制并执行有源波束形成。
3.如图1所示，集成式基站天线10可以包括无源天线装置11以及安装在无源天线装置11的背部或者说后方的有源天线装置12。无源天线装置11包括辐射元件的一个或多个阵列，所述阵列安装成从无源天线装置11的反射板向前延伸。反射板用于反射由在向前方向上的辐射元件向后发射的电磁波，并且所述反射板还用作阵列的辐射元件的接地平面。
4.有源天线装置12可以发射高频电磁波(比如，处于2.3-4.2ghz频段或其一部分的高频电磁波)。有源天线装置12的至少一部分通常安装在无源天线装置11的后方。为了不阻碍有源天线装置12所发射的高频电磁波，无源天线装置11内的反射板通常设置有很大的开口14。有源天线装置12安装在对应于开口的位置，以便于有源天线装置12发射的高频电磁波从开口14中通过。
5.除了反射板之外，无源天线装置11的后罩和前罩也可能会阻碍、例如反射有源天线装置12所发射的高频电磁波。这种反射是不期望的。当前的应对措施通常包括降低无源天线装置11的后罩和/或前罩的介电常数，然而该应对措施会增加成本并且降低罩自身的强度，这是不期望的。
6.此外，提高无源天线装置11内的可利用空间也是值得期望的。
7.公开内容
8.本公开的目的在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的集成式基站天线。
9.根据本公开的第一方面，提供了一种集成式基站天线，其特征在于，所述集成式基站天线包括无源天线装置和有源天线装置，所述无源天线装置包括前罩、匹配电介质层和
后罩，有源天线装置安装到无源天线装置的后罩的后方，其中，在有源天线装置所对应的范围内，无源天线装置的后罩距离匹配电介质层达第一距离，并且有源天线装置距离无源天线装置的后罩达第二距离，其中，所述第一距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为正整数，并且所述第二距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为自然数，其中，所述等效波长处于在有源天线装置内的辐射元件的操作频带的中心频率所对应的波长的0.8至1.2倍的范围内。由此，能有利地改善集成式基站天线的性能。
10.在一些实施例中，匹配电介质层距离无源天线装置的前罩距离达第三距离，所述第三距离被选择为等效波长的0.25 m/2倍，m为自然数，其中，匹配电介质层的介电常数大于空气的介电常数。
11.在一些实施例中，所述等效波长处于中心频率所对应的波长的0.9至1.1倍的范围内。
12.在一些实施例中，所述等效波长等于中心频率所对应的波长。
13.在一些实施例中，所述无源天线装置包括4g天线装置。
14.在一些实施例中，所述有源天线装置包括5g天线装置。
15.在一些实施例中，无源天线装置的辐射元件安装在匹配电介质层之后。
16.在一些实施例中，在所述匹配电介质层之后安装有反射条，所述反射条布置在无源天线装置的水平方向的侧旁，在所述反射条上安装有所述辐射元件。
17.在一些实施例中，所述反射条安装在所述有源天线装置所对应的范围之外。
18.在一些实施例中，无源天线装置的辐射元件构成为低频带辐射元件，其被配置为能在617至960mhz操作频带的至少部分频带中提供服务。
19.在一些实施例中，在所述无源天线装置的后罩和匹配电介质层之间的空间内安装有用于有源天线装置的调谐元件，所述调谐元件处于有源天线装置的正前方。
20.在一些实施例中，所述无源天线装置的后罩的对应于有源天线装置的部分构成为平坦的。
21.根据本公开的第二方面，提供了一种集成式基站天线，其特征在于，所述集成式基站天线包括无源天线装置和有源天线装置，所述无源天线装置包括前罩和后罩，所述有源天线装置安装到无源天线装置的后罩的后方，其中，在所述有源天线装置所对应的范围内，无源天线装置的后罩距离无源天线装置的前罩达第一距离，并且有源天线装置距离无源天线装置的后罩达第二距离，其中，所述第一距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为正整数，并且所述第二距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为自然数，其中，所述等效波长处于在所述有源天线装置内的辐射元件的操作频带的中心频率所对应的波长的0.8至1.2倍的范围内。
22.在一些实施例中，所述等效波长处于中心频率所对应的波长的0.9至1.1倍的范围内。
23.在一些实施例中，所述等效波长等于中心频率所对应的波长。
24.在一些实施例中，在所述无源天线装置内安装有反射条，所述反射条布置在无源天线装置的水平方向的侧旁，在所述反射条上安装有无源天线装置的辐射元件。
25.在一些实施例中，所述反射条安装在所述有源天线装置所对应的范围之外。
26.在一些实施例中，无源天线装置的辐射元件构成为低频带辐射元件，其被配置为
能在617至960mhz操作频带的至少部分频带中提供服务。
27.在一些实施例中，在所述无源天线装置内安装有用于有源天线装置的调谐元件，所述调谐元件处于有源天线装置的正前方。
28.在一些实施例中，所述无源天线装置的后罩是平坦的
29.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
30.构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
31.图1示出一种集成式基站天线的示意性立体图；
32.图2示出根据本公开一些实施例的集成式基站天线的示意性仰视图；
33.图3示出在图2的集成式基站天线的布局设计可基于的设计原理图；
34.图4示出图2的集成式基站天线的局部透视图。
35.注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
37.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
38.应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开的范围。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
39.在本文中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在本文中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
40.在本文中，可能提及了被“连接”在一起的元件或节点或特征。除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机
械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“连接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
41.在本文中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用语可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用语除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
42.在本文中，用语“a或b”包括“a和b”以及“a或b”，而不是排他地仅包括“a”或者仅包括“b”，除非另有特别说明。
43.在本文中，用语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、公开内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
44.在本文中，用语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。用语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
45.另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
46.还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
47.基站天线是沿纵轴线延伸的细长结构。基站天线可以具有大致矩形横截面的管状形状。基站天线可以包括前罩、后罩、顶端盖和底端盖，底端盖包括安装在其中的多个连接器。基站天线通常以基本上竖直的方式安装(即，当基站天线处于正常运行中时，纵轴线可大致垂直于由地平线限定的平面)。
48.参照图2，示出了根据本公开一些实施例的集成式基站天线100的示意性仰视图。所述集成式基站天线100可以包括无源天线装置110以及安装到无源天线装置110的后罩的后方的有源天线装置120。
49.无源天线装置110可以包括前罩111、后罩112和处于前罩和后罩之间的辐射元件的一个或多个阵列(在图2中未示出)，这些阵列安装成从无源天线装置110的反射板向前延伸，并且这些阵列可以包括在第二代(2g)、第三代(3g)或第四代(4g)蜂窝网络标准下操作的阵列。无源天线装置110的前罩111和后罩112可以构成为一体式的天线罩或者所述前罩和后罩可以构成为分离式的天线罩部件。
50.有源天线装置120可以包括自身的前罩121和处于前罩后方的辐射元件的一个或多个阵列123，这些阵列安装成从有源天线装置120的反射板122向前延伸，并且这些阵列可以包括在第五代或更高代(5g或6g)蜂窝网络标准下操作的阵列。在第五代移动通信中，通
信的频率范围包括主用频段(为450mhz～6ghz范围的特定部分)和扩展频段(24ghz～73ghz，即毫米波频段，以28ghz、39ghz、60ghz和73ghz为主)。
51.形成无源天线装置110的天线罩(例如前罩和/或后罩)的电介质材料通常对电磁波具有频率选择性。电磁波的频率越高，电介质材料对之的影响越大，例如，透射率越差、反射率越大。透射率变差可能导致电磁波信号的强度降低，因此导致基站天线的增益降低。反射率越大导致被天线罩反射回来的电磁波越多，这些反射波与辐射元件辐射的电磁波叠加，会对方向图造成抖动和波纹。这些都是不被期望的影响。
52.为了补偿由无源天线装置110的天线罩、例如前罩111对来自有源天线装置120的电磁波的不良影响，在无源天线装置110内可以设置有匹配电介质层113，所述匹配电介质层113可以被布置在无源天线装置的辐射元件阵列与前罩之间。匹配电介质层113可以具有一定的厚度和介电常数，匹配电介质层113的介电常数大于空气的介电常数。设计人员可以通过设计匹配电介质层113的厚度和介电常数，来调整对来自有源天线装置120的电磁波的反射，使得这些反射波异相叠加甚至反相叠加以降低整个天线罩的反射率，从而使得整个天线罩的反射率和透射率满足设计目标。在此，不对匹配电介质层113的具体设计参数进行限制。应理解的是，在一些实施例中，也可以不设置匹配电介质层113。
53.尽管如此，由有源天线装置120发射出去的高频电磁波需要至少经过四层介质层，分别为有源天线装置120的前罩121、无源天线装置110的后罩112、匹配电介质层113和无源天线装置110的前罩111。为了进一步降低由无源天线装置110引起的对来自有源天线装置120的电磁波的不良影响、例如反射，本公开对无源天线装置110以及有源天线装置120的布局进行了新设计。
54.参照图2，区别于将有源天线装置120嵌入到无源天线装置110内的传统设计形式，在一些实施例中，无源天线装置110的后罩不再具有用于接纳有源天线装置120的凹入形状而是构成为基本上平坦的。在有源天线装置120所对应的范围内，无源天线装置110的后罩距离匹配电介质层113达第一距离d1，并且有源天线装置120、例如其前罩距离无源天线装置110的后罩达第二距离d2。所述第一距离可以被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为正整数(例如1、2、3、4、
……
)，并且所述第二距离可以被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为自然数(例如0、1、2、
……
)。等效波长关联于在所述有源天线装置120内的辐射元件的操作频带的中心频率所对应的波长、例如在空气介质下或真空情况下的理论波长。也就是说，在无源天线装置110内的上述第一距离d1和第二距离d2的选择与有源天线装置120内的辐射元件的操作频带有关。通过选择合适的距离可以有效地降低由无源天线装置110对有源天线装置120的电磁波的反射。
55.有利的是，匹配电介质层113距离无源天线装置110的前罩距离可以达第三距离d3，所述第三距离可以被选择为等效波长的0.25 m/2倍，m为自然数(例如0、1、2、
……
)。
56.在一些实施例中，等效波长可以处于中心频率所对应的波长的0.8至1.2倍的范围内。在一些实施例中，等效波长可以处于中心频率所对应的波长的0.9至1.1倍的范围内。在一些实施例中，等效波长可以等于中心频率所对应的波长。
57.作为示例，有源天线装置120内的辐射元件的操作频带例如为2.2-4.2ghz，那么中心频率可以被选择为3.2ghz。所述中心频率对应的波长可以约为90mm。当等效波长等于中心频率所对应的波长时，那么第一距离d1可以为67.5mm(n＝1)、112.5mm(n＝2)、157.5mm(n
＝3)
……
67.5 (n-1)*45mm，具体尺寸可以根据实际需要而确定。同时，第二距离d2可以选择为22.5 n*45mm，并且第三距离d3可以选择为22.5 m*45mm。通常情况下，为了降低基站天线的尺寸，n、m可以选择为0。
58.应理解的是，由于前罩111、121、后罩112、和匹配电介质层113可能并非是始终平坦的，为此可以仅考虑局部区域(例如有源天线装置120所对应的范围)内的距离、例如平均距离。
59.应理解的是，上述提及的匹配电介质层113并非是必须设置的。在一些实施例中，集成式基站天线100包括不包括匹配电介质层113，此时的布局参数可以设定如下：在所述有源天线装置120所对应的范围内，无源天线装置110的后罩111距离无源天线装置110的前罩112达第一距离，并且有源天线装置120、例如其前罩121距离无源天线装置110的后罩112达第二距离，其中，所述第一距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为正整数，并且所述第二距离被选择为等效波长的0.25 n/2倍，n为自然数。
60.参照图3来阐述图2中集成式基站天线100的布局设计的理论分析。图3示出了射频信号1分别以不同入射角在两个介质层之间的传输过程，其中，两个介质层之间的距离被选择为四分之一等效波长，即，1/4λ。当射频信号1以相位0deg在特定角度下传输经过第一介质层时，子射频信号2会透射第一介质层，而子射频信号6则会被第一介质层l1反射(此时子射频信号6的相位仍为0deg)；当射频信号2传输经过1/4λ之后以相位-90deg传输经过第二介质层l2时，子射频信号3会透射第一介质层l1，而子射频信号4则会被第二介质层l2反射(此时子射频信号4的相位仍为-90deg)；当被反射回来的子射频信号4传输经过1/4λ之后以相位-180deg传输经过第一介质层时，子射频信号5会透射第一介质层，而子射频信号7则会被第一介质层反射。最终，基于纯理论分析，这些反射的子射频信号5和子射频信号6可以具有180deg的相位差，使得这些反射信号异相叠加甚至反相叠加以降低反射率。
61.应理解的是，当两个介质层之间的距离被选择为0.25 n/2倍的等效波长时，上述效果同样可以适用。为此，设计人员可以通过调整相邻两个介质层之间的距离同时考虑对基站天线尺寸的要求，使得这些反射波异相叠加甚至反相叠加以降低整个传输过程中的反射率，从而使得对于高频电磁波的反射率和透射率满足设计目标。
62.参照图4，示出了根据本公开一些实施例的集成式基站天线100的局部透视图。在无源天线装置110内可以安装有不同的射频元件。这些射频元件可以例如安装在无源天线装置110的后罩112到匹配电介质层113之间的空间内。这些不同的射频元件可以被配置为用于无源天线装置110，也可以被配置为用于有源天线装置120。
63.在一些实施例中，无源天线装置内的反射板设有很大的开口(参见图1)。有源天线装置安装在对应于开口的位置，以便于有源天线装置发射的高频电磁波从开口中通过。尽管如此，在所述有源天线装置120所对应的范围之外，即在开口之外还可以安装有反射条115，所述反射条115布置在无源天线装置110的水平方向的侧旁，在所述反射条115上安装有用于无源天线装置110的辐射元件。如图4所示，在无源天线装置110侧旁的两个反射条115上分别安装有相应的低频带辐射元件116，低频带辐射元件116，其例如可以被配置为能在617至960mhz操作频带的至少部分频带中提供服务。
64.在一些实施例中，受到有源天线装置120的尺寸限制，用于有源天线装置120的调谐元件125还可以被安装到无源天线装置110内。基于对无源天线装置110内布局设计，其内
部空间得到较大提升，为此可以设置多个调谐元件125阵列，以调谐高频电磁波的辐射性能。如图4所示，在无源天线装置110内，在有源天线装置120的正前方的区域中安装有多列用于有源天线装置120的调谐元件125。
65.应理解的是，还可以设想其他类型、其他作用的射频元件，以提高集成式基站天线的空间利用率。
66.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。