具有成角度馈电柄的辐射元件和包括该辐射元件的基站天线的制作方法

具有成角度馈电柄的辐射元件和包括该辐射元件的基站天线
1.本技术是名称为“具有成角度馈电柄的辐射元件和包括该辐射元件的基站天线”、申请日为2021年3月18日、国际申请号为pct/us2021/022890、国家申请号为202180003044.8的发明专利申请的分案申请。
2.相关申请
3.本技术要求2020年3月24日提交的美国临时专利申请序列号62/993,925和2020年10月5日提交的美国临时专利申请序列号63/087,451的权益和优先权，所述美国临时专利申请的内容以引用的方式并入本文中，如同在本文中全文叙述一样。


背景技术：

4.本发明大体上涉及无线电通信，且更具体地涉及用于蜂窝通信系统的基站天线。
5.蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，一个地理区域被划分成称作“小区”的一系列区域，每个小区由基站提供服务。基站可包括基带设备、无线电和基站天线，该基站天线被配置成提供与位于整个小区中的用户的双向射频(“rf”)通信。在许多情况下，小区可被划分成多个“扇区”，并且单独的基站天线提供对每个扇区的覆盖。天线通常安装在塔架上，其中由每个天线生成的辐射束(“天线束”)向外指向从而为相应扇区提供服务。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵列，其中，当天线被安装使用时，辐射元件以一个或多个竖直列布置。本文中“竖直”是指垂直于由地平线限定的水平面的方向。还将参考将基站天线二等分的水平平面的方位平面，以及高程平面，该平面是沿着天线的视轴指向方向延伸的，垂直于方位平面的平面。
6.常见基站配置是“三扇区”配置，其中小区在方位平面中分成三个120
°
扇区。为每个扇区提供基站天线。在三扇区配置中，由每个基站天线生成的天线束通常在约65
°
的方位平面中具有半功率波束宽度(“hpbw”)，使得每个天线束提供对整个120
°
扇区的良好覆盖。三个这样的基站天线在方位平面中提供完整的360
°
覆盖度。通常，每个基站天线将包括辐射元件的一个或多个所谓的“线性阵列”，所述辐射元件包括布置成大体竖直延伸的列的多个辐射元件。每个辐射元件可具有大约65
°
的方位hpbw，使得线性阵列产生的天线束在方位平面中具有大约65
°
的hpbw。通过提供沿着高程平面延伸的辐射元件的相控列，可以使高程平面中的天线束的hpbw变窄为明显小于65
°
，其中变窄的量随着列在竖直方向上的长度而增加。
7.随着蜂窝流量的增长，蜂窝运营商已经在各种新的频带中添加了新的蜂窝服务。当引入这些新服务时，通常必须维护现有的“旧版”服务以支持旧版移动装置。在某些情况下，可以使用所谓的“宽带”辐射元件的线性阵列来支持新频带中的服务。然而，在其它情况下，可能需要部署辐射元件的附加线性阵列(或多列阵列)以支持新频带中的服务。由于本地分区条例和/或重量和风负载的限制，通常存在关于可在给定基站上部署的基站天线的数量的限制。因此，为了减少天线的数量，许多运营商部署所谓的“多频带”基站天线，所述“多频带”基站天线包括多个线性阵列的辐射元件，所述辐射元件以不同频带通信以支持多个不同的蜂窝服务。另外，随着第五代(5g)蜂窝服务的引入，辐射元件的多列阵列正添加到
基站天线中，其可以支持波束成形和/或大规模多输入多输出(“mimo”)5g服务。
8.目前感兴趣的一个多频带基站天线包括用于提供617-960mhz频带中的一些或全部服务的两个“低频带”辐射元件线性阵列，以及以例如2.5-2.7ghz频带、3.4-3.8ghz频带或5.1-5.8ghz频带中的一些或全部中操作的“高频带”辐射元件的大规模mimo阵列。大规模mimo阵列通常具有至少四列辐射元件，以及多达三十二列辐射元件。大多数提出的实施方式包括八列辐射元件(或八列阵列的垂直堆叠集合以获得十六或三十二列阵列)。这样的基站天线10的一个实例在图1中示意性示出。
9.参看图1，基站天线10包括低频带辐射元件22的第一线性阵列20-1和第二线性阵列20-2，以及高频带辐射元件42的多列阵列40，这里以八列示出。高频带辐射元件42的多列阵列40可以是大规模mimo高频带阵列。辐射元件22、42可安装成从反射器12向前延伸，反射器可充当辐射元件22、42的接地平面。如图1中所示，低频带线性阵列20通常延伸基站天线10的全长。注意，在本文中，类似元件可以分配两部分附图标记。这些元件可以由它们的完整参考数字(例如，低频带线性阵列20-2)单独地指代，并且可以由它们的参考数字的第一部分(例如，低频带线性阵列20)共同地指代。
10.参考图2，基站天线10还包括具有天线罩11的前部10f和后部10r和反射器12。辐射元件22、42在基站天线10的前部10f处面向天线罩11。第一线性阵列20-1的辐射元件22布置在第一列中，并且第二线性阵列20-2的辐射元件22布置在第二横向间隔开的列中。大规模mimo阵列40的辐射元件42的各列可以彼此竖直偏移，以增加相邻列中的辐射元件42之间的距离。
11.对于不同类型的基站天线，蜂窝运营商通常对可允许的宽度有严格的限制。例如，在一些实施例中，基站天线10可以具有约500mm的最大宽度，以满足商业上可接受的配置。基站天线10可能以商业上可接受的方式来实现是有挑战的，因为在低频带中实现65
°
方位hpbw天线束通常需要例如约200mm(或更大)宽的低频带辐射元件。


技术实现要素：

12.本发明的实施例提供具有耦合到辐射元件的成角度馈电柄的基站天线。
13.本发明的实施例涉及一种用于基站天线的辐射元件，所述基站天线具有多个偶极子臂和耦合到偶极子臂的馈电柄。所述馈电柄具有纵向间隔开的相对的第一端部部分和第二端部部分。第二端部部分邻近偶极子臂，第一端部部分在第二端部部分后方。所述第二端部部分位于第一横向位置处，并且被配置成比所述第一端部部分更靠近所述基站天线的前部就位。所述第一端部部分从所述第一横向位置横向偏移，并且被配置成更靠近所述基站天线的右侧或左侧就位。
14.所述馈电柄可具有位于所述第一端部部分与所述第二端部部分之间的至少一个成角度节段，并且所述至少一个成角度节段可以角度β延伸，所述角度β在所述至少一个成角度节段与反射器之间测量，在约30-60度的范围内。
15.至少一个成角度节段可以是以所述角度β在第一端部部分与第二端部部分之间以恒定角度延伸的单个成角度节段。
16.多个偶极子臂可以由印刷电路板提供，所述印刷电路板可选地在其内侧位置处耦合到馈电柄的第二端部部分。馈电柄的第一端部部分和第二端部部分可以具有垂直于印刷
电路板的至少端部节段。
17.所述馈电柄可以包括作为位于所述第一端部部分与所述第二端部部分之间并且彼此呈不同角度的至少一个节段的第一节段和第二节段。
18.所述馈电柄可包括rf传输线，所述rf传输线在馈电柄的第一端部部分处耦合到导电馈电构件。
19.所述馈电柄可以具有至少一个金属片支腿，并且可以具有耦合到所述至少一个金属片支腿的第一印刷电路板。
20.所述馈电柄可具有耦合到一对间隔开的配合金属片支腿的第一印刷电路板。
21.所述馈电柄还可包括与所述第一印刷电路板正交的第二印刷电路板。
22.所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板可各自包括相应钩式平衡-不平衡变换器(hook balun)。
23.至少一个金属片支腿可以布置为多个配合金属片支腿。多个配合金属片支腿中的第一支腿和第二支腿可包括耦合到其上的rf传输线。
24.所述馈电柄可具有可在所述第一端部部分与所述第二端部部分之间延伸所述馈电柄的至少主要长度的至少两个细长金属片支腿。可选地，至少两个支腿可延伸其整个长度以还限定第一端部部分和第二端部部分的至少一部分。
25.所述馈电柄可具有第一配合金属片支腿和第二配合金属片支腿以及包括rf传输线的印刷电路板，所述rf传输线可以与所述第一金属片支腿和第二金属片支腿的子长度保持适形。所述印刷电路板可具有交叉段，所述交叉段可以在比所述馈电柄的第一端部部分更靠近所述馈电柄的第二端部部分并且在所述第二端部部分下方的位置处跨越所述第一支腿与所述第二支腿之间的间隙空间。
26.所述至少两个细长金属片支腿可以设置为布置在第一对和第二对细长金属片支腿中的四个细长金属片支腿。第一对金属片支腿可以耦合到第一印刷电路板，第二对细长金属片支腿可以耦合到第二印刷电路板。第一印刷电路板可以正交于第二印刷电路板。
27.所述印刷电路板可以是第一印刷电路板。所述馈电柄还可包括具有刚性或半刚性和自支撑形状的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板与至少两个金属片支腿间隔开且包括rf传输线。第二印刷电路板可正交于第一印刷电路板。
28.所述第二印刷电路板可以耦合到所述第一金属片支腿和第二金属片支腿，并且可以包括槽。第一印刷电路板的交叉段可延伸穿过第二印刷电路板的槽。
29.辐射元件可以设置为第一偶极子辐射器和第二偶极子辐射器。第一偶极子辐射器可包括在第一方向上延伸的第一偶极子臂和在第二方向上延伸的第二偶极子臂。第二偶极子辐射器可包括在第三方向上延伸的第三偶极子臂和在第四方向上延伸的第四偶极子臂。可选地，第一偶极子辐射器被配置成发射具有倾斜-45
°
极化的rf辐射，第二偶极子辐射器被配置成发射具有倾斜 45
°
极化的rf辐射。
30.其它实施例涉及一种基站天线，其包括：反射器；第一阵列，所述第一阵列包括辐射元件的第一竖直延伸列并安装在反射器前方；第二阵列，所述第二阵列包括辐射元件的第二竖直延伸列并安装在反射器前方；以及辐射元件的多列阵列。所述第一阵列和所述第二阵列的辐射元件中的至少一些各自包括在所述基站天线的前后方向上延伸的馈电柄。所述馈电柄具有间隔开的相对的第一端部部分和第二端部部分。第一端部部分位于第二端部
部分的后方，并且被配置成耦合到馈电网络。所述第二端部部分比所述第一端部部分更靠近所述基站天线的前部。所述第一端部部分位于横向位置处，所述横向位置从所述第二端部部分的横向位置横向偏移，以比所述第一端部部分更靠近所述基站天线的右侧或左侧就位。
31.多列阵列可以在基站天线的上部部分处横向地定位在辐射元件的第一阵列与第二阵列之间。
32.第一阵列和第二阵列的辐射元件可以是低频带辐射元件。多列阵列的辐射元件可以是比低频带辐射元件更高频带的辐射元件。
33.所述馈电柄可具有位于所述第一端部部分与所述第二端部部分之间的至少一个成角度节段。至少一个成角度节段可以角度β延伸，所述角度β在至少一个成角度节段与反射器之间测量，可以在约30-60度的范围内。
34.至少一个成角度节段可以是以所述角度β在第一端部部分与第二端部部分之间以恒定角度延伸的单个成角度节段。
35.第一阵列和第二阵列的辐射元件的偶极子臂可以由相应的印刷电路板提供。馈电柄的第一端部部分和第二端部部分可以具有垂直于印刷电路板的端部节段。
36.所述馈电柄可具有位于所述第一端部部分与第二端部部分之间且可彼此成不同角度的第一节段和第二节段。
37.所述馈电柄可具有耦合到第一印刷电路板的至少一个金属片支腿。
38.馈电柄可具有可耦合到一对间隔开的配合金属片支腿的第一印刷电路板。
39.所述馈电柄还可具有与所述第一印刷电路板正交的第二印刷电路板。
40.所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板可各自包括相应钩式平衡-不平衡变换器。
41.所述馈电柄可具有多个配合金属片支腿，其中至少一些可包括耦合到其上的rf传输迹线。
42.所述馈电柄可具有第一配合金属片支腿和第二配合金属片支腿以及包括rf传输线的印刷电路板，所述rf传输线可以与所述第一金属片支腿和第二金属片支腿的子长度保持适形。所述印刷电路板可具有交叉段，所述交叉段可以在比所述馈电柄的第一端部部分更靠近所述馈电柄的第二端部部分并且在所述第二端部部分下方的位置处跨越所述第一支腿与所述第二支腿之间的间隙空间。
43.所述馈电柄可包括被布置为第一对和第二对细长金属片支腿的四个细长金属片支腿。第一对金属片支腿可以耦合到第一印刷电路板，第二对细长金属片支腿可以耦合到第二印刷电路板。所述第一印刷电路板可正交于所述第二印刷电路板且位于提供所述第一阵列和所述第二阵列的相应辐射元件的印刷电路板下方。
44.所述馈电柄还可包括具有刚性或半刚性和自支撑形状的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板可以与至少两个金属片支腿间隔开且可包括rf传输线。第二印刷电路板可任选地与第一印刷电路板正交。
45.所述第二印刷电路板可以耦合到所述第一金属片支腿和第二金属片支腿，并且可以包括槽。第一印刷电路板的交叉段可以延伸穿过槽。
46.第一阵列和第二阵列的馈电柄还可各自包括：包括rf传输线的第一印刷电路板，
所述rf传输线可以与所述至少两细长金属片支腿中的第一支腿和第二支腿保持适形；和第二印刷电路板，所述第二印刷电路板可具有刚性或半刚性和自支撑形状，并且可包括rf传输线。第二印刷电路板可正交于第一印刷电路板。所述第一阵列和所述第二阵列的辐射元件的偶极子臂可以由位于所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板前方的相应第三印刷电路板提供。
47.第一阵列和第二阵列的每个辐射元件可以由限定第一偶极子辐射器和第二偶极子辐射器的印刷电路板提供。第一偶极子辐射器可包括在第一方向上延伸的第一偶极子臂和在第二方向上延伸的第二偶极子臂。第二偶极子辐射器可包括在第三方向上延伸的第三偶极子臂和在第四方向上延伸的第四偶极子臂。可选地，第一偶极子辐射器被配置成发射具有倾斜-45
°
极化的rf辐射，第二偶极子辐射器被配置成发射具有倾斜 45
°
极化的rf辐射。
48.与第二端部部分相比，馈电柄的第一端部部分可以更靠近基站天线的侧壁就位。
49.馈电柄的第一端部部分可以耦合到和/或可以邻近于基站天线的外壳的侧壁就位，并且可以相对于侧壁横向向内延伸。
50.反射器可包括正交于反射器主表面的反射器侧壁。馈电柄的第一端部部分可以从反射器侧壁横向向内突出。
51.其它实施例涉及一种基站天线，其包括：第一反射器；第二反射器；以及多个辐射元件。相应辐射元件的第一节段位于第一反射器前方，相应辐射元件的第二节段位于第二反射器前方。
52.第一反射器和第二反射器可以电容耦合。
53.所述基站天线还可包括所述第一反射器和所述第二反射器的相邻节段之间的天线罩。
附图说明
54.图1为包括辐射元件的两个线性阵列和较高频带辐射元件的大规模mimo阵列的基站天线(没有示出天线罩)的简化示意性前视图。
55.图2为图1的基站天线的简化示意性截面图。
56.图3为根据本发明的实施例的包括大规模mimo阵列和具有成角度馈电柄的辐射元件的两个较低频带线性阵列的基站天线的简化示意性截面图。
57.图4a、4b、4c和4d为根据本发明的实施例的包括大规模mimo阵列和具有成角度馈电柄的其它示例性配置的辐射元件的两个较低频带线性阵列的基站天线的简化示意性截面图。
58.图5为根据本发明的实施例的包括成角度馈电柄的基站天线的前部透视图。
59.图6a为根据本发明的实施例的包括具有成角度馈电柄的较低频带辐射元件的基站天线(没有示出天线罩)的部分简化前视图。
60.图6b为图6a中所示的基站天线的简化截面图(示出了天线罩)。
61.图6c为如由计算模型生成的图6a和6b中所示的基站天线中包括的较低频带线性阵列中的一个的有效史密斯图。
62.图6d为如由计算模型生成的图6a和6b的基站天线中包括的较低频带线性阵列中
的一个生成的天线束的方位角方向图的图形。
63.图7a为包括较低频带辐射元件的基站天线(没有示出天线罩)的部分简化前视图，较低频带辐射元件具有竖直馈电柄。
64.图7b为图7a中所示的基站天线的简化截面图(示出了天线罩)。
65.图7c为如由计算模型生成的图7a和7b的基站天线中包括的较低频带线性阵列中的一个的有效史密斯图。
66.图7d为如由计算模型生成的图7a和7b的基站天线中包括的较低频带线性阵列中的一个生成的天线束的方位角方向图的图形。
67.图8a为包括较低频带辐射元件的基站天线(没有示出天线罩)的部分简化前视图，较低频带辐射元件具有竖直馈电柄和不平衡偶极子臂。
68.图8b为图8a中所示的基站天线的简化截面图(示出了天线罩)。
69.图8c为如由计算模型生成的图8a和8b的基站天线中包括的较低频带线性阵列中的一个的有效史密斯图。
70.图8d为如由计算模型生成的图8a和8b的基站天线中包括的较低频带线性阵列中的一个生成的天线束的方位角方向图的图形。
71.图9a为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的示例辐射元件的放大前部侧视透视图。
72.图9b为图9a中所示的馈电柄的节段的侧视透视图。
73.图9c为图9b中所示的馈电柄的大幅放大的下端视图。
74.图10为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的辐射元件的另一示例性实施例的前透视图。
75.图11为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的辐射元件的另一示例性实施例的侧视透视图。
76.图12为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的辐射元件的部分仰视透视图。
77.图13为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的辐射元件的另一实施例的顶部透视图。
78.图14为具有图13中所示的成角度馈电柄的辐射元件的顶部的大幅放大局部视图。
79.图15a为根据本发明的实施例的具有成角度馈电柄的辐射元件的俯视图。
80.图15b为图15a中所示的具有成角度馈电柄的辐射元件的侧视透视图。
81.图16a为具有图15a中所示的成角度馈电柄的辐射元件的放大侧视图。
82.图16b为从图16a中所示的视图以90度截取的具有成角度馈电柄的辐射元件的放大侧视图。
83.图16c为具有成角度馈电柄的辐射元件的与图16a中所示一侧相对的放大侧视图。
84.图16d为具有成角度馈电柄的辐射元件的与图16b所示一侧相对的放大侧视图。
85.图16e为具有图15a中所示的成角度馈电柄的辐射元件的仰视图。
86.图17a为本发明的实施例的包括带成角度馈电柄的辐射元件的示例基站天线的后部部分分解图。
87.图17b为图17a中所示的装置的组装图。
88.图18a为图17a、17b中所示的基站天线的部分前视透视图(没有天线罩)。
89.图18b为根据本发明的实施例的说明分割配合反射器的图18a中所示的基站天线的简化截面图。
具体实施方式
90.参考图3，根据本发明的实施例的基站天线100可包括辐射元件122的第一线性阵列120-1、辐射元件122的第二线性阵列120-2和辐射元件145的大规模mimo阵列140。基站天线100具有带天线罩111的前部100f、后部100r和反射器112。辐射元件122、145在基站天线100的前部100f处面向天线罩111。第一线性阵列120-1的辐射元件122布置在第一列中，并且第二线性阵列120-2的辐射元件122布置在与第一列横向间隔开的第二列中。大规模mimo阵列140的辐射元件145可以布置在本领域技术人员众所周知的竖直偏移列中。
91.大规模mimo阵列140可以是大规模mimo高频带阵列。第一线性阵列120-1和第二线性阵列120-2可以是低频带线性阵列。在一些实施例中(图5)，基站天线10可以具有约500mm的最大宽度，以满足商业上可接受的配置。然而，可以使用其它宽度。参考图3和图18，大规模mimo阵列140可邻近于基站天线100的上部部分节段100t在反射器112上的第一线性阵列120-1和第二线性阵列120-2和/或邻近且配合的反射器112a和/或212之间横向定位。
92.根据本发明的实施例，线性阵列120-1、120-2可包括低频带辐射元件122。低频带辐射元件122可包括交叉偶极子辐射元件，该交叉偶极子辐射元件包括总共四个偶极子臂122a。低频带辐射元件122可以是遮蔽式(cloaked)低频带辐射元件，其被配置成对大规模mimo阵列的操作频带中的rf能量基本透明。关于示例线性阵列和具有偶极子臂的辐射元件的进一步论述，参见2020年3月26日提交的共同待决美国临时申请序列号62/994,962，其内容以引用方式并入本文中，如同在本文全文叙述一样。
93.基站天线100可包括与图1和图2的常规基站天线10相同的一般类型的辐射元件的阵列。如图2中所示，常规基站天线10包括辐射元件22，该辐射元件具有竖直的馈电柄21(在图2所示的取向中，在使用取向中从反射器12向外突出)。换句话说，馈电柄21垂直于基站天线10的反射器12和天线罩11。如图所示，由于间距限制，馈电柄21横向向大规模mimo阵列40的辐射元件42的一个或多个列内定位，以避免辐射元件22的偶极子臂22a与天线罩11的侧表面之间的干扰。虽然不平衡的偶极子臂22a可用于将馈电柄21定位成远离基站天线10的横向延伸中心线(图8b)，这可能不期望地降低基站天线的前后比(fbr)性能和/或在辐射元件的相邻列之间的隔离。例如，对于690-960mhz的带宽范围，存在全频带的fbr曲线。x轴是频率，y轴是fbr值。
94.此外，可能难以在高频带辐射元件45之间提供足够的空间以用于安装低频带辐射元件22的馈电柄21，以及用于提供低频带辐射元件22的馈电柄21与馈电网络之间的连接。为了克服此类空间限制，可能有必要通过移除其所选择的辐射元件42来“变瘦”大规模mimo阵列，从而为低频带辐射元件22的馈电柄21腾出空间。
95.如图3中所示，根据本发明的实施例，提供低频带辐射元件122，其包括“倾斜”或“成角度”的馈电柄310，该馈电柄可具有从反射器112以倾斜角度延伸的至少一个节段。每个低频带辐射元件122的馈电柄310的第一端311可以与大规模mimo阵列140的最外面辐射元件145横向间隔开定位，并且可以位于反射器112的右侧112r或左侧112l处。每个馈电柄310可以被配置成向外延伸并将其相对的第二端部部分312定位在从第一端部部分311横向
向内的位置处。馈电柄310上的馈电电路315包括rf传输线，该rf传输线用于在交叉偶极子辐射元件122的偶极子臂122a与基站天线100的馈电网络之间传递rf信号。馈电柄310还可以用于将偶极子臂122a安装在基站天线100的反射器112前方的适当距离处，其通常为操作波长的大约3/16至1/4。“操作波长”是指对应于辐射元件122的操作频带的中心频率的波长。低频带辐射元件122可以(但不需要)安装在多个馈电板112b印刷电路板上。每个馈电板112b可包括馈电网络112n，并且安装成平行于反射器112延伸，可具有安装在其上的一个或多个辐射元件122。
96.如图3中所示，偶极子辐射器臂122a在基本上平行于由下面的反射器112限定的平面的平面中延伸。第一阵列120-1和第二阵列120-2的辐射元件122可以例如设计成在一些或全部617-960mhz频带中操作。馈电电路315通常包括设置在馈电柄310上的钩式平衡-不平衡变换器315b。
97.馈电柄310可具有至少一个成角度节段313，该成角度节段始于反射器112上方的位置(在图3的取向上)，并且在馈电柄310的内部(下部)端部部分311横向向内。在一些实施例中，馈电柄可具有至少一个成角度节段，该成角度节段可以相对于反射器112成角度β，其中β处于约30至约120度的范围内。
98.馈电柄310上的rf传输线用于在馈电板112b(或馈电网络的一些其它rf传输线)与偶极子臂122a之间传递rf信号。为了减少返回损失，具有钩式平衡-不平衡变换器315b的馈电柄310的位置、配置和/或区域可以被配置成提供所需的阻抗，以便使馈电柄310上的rf传输线的阻抗与馈电网络的rf传输线和偶极子臂122a的阻抗匹配。
99.馈电柄310可具有的总长度大于在偶极子臂122a的中心122c与反射器112之间获取的直线距离。
100.在图3所示的实施例中，馈电柄310的至少一个成角度节段313的角度β在约30-60度的范围内，并且馈电柄310以该角度β延伸大于馈电柄310的总长度的一半。在合并到第一端部部分311和第二端部部分312中之前，此角度β在馈电柄310的整个长度上可以是恒定的。第一端部部分311和第二端部部分312都可以垂直于反射器112。第二端部部分312可以在内侧位置处耦合到辐射元件122的偶极子臂122a以关于具有偶极子臂122a的辐射元件122平衡或居中。第二端部部分312可限定平衡臂(限定臂122a的偶极子辐射器具有累积横向延伸宽度，第二端部部分312具有对称配置且关于形成其的辐射元件/印刷电路板1122的中心122c居中)。换句话说，术语“平衡”臂是指具有相同结构的四个侧的对称臂结构。馈电柄310优选地在水平侧和竖直侧具有至少对称结构或在-45方向和 45方向上具有对称结构。
101.图4a示意性地示出了根据本发明的其他实施例的馈电柄310’。馈电柄310’包括竖直段310v，该竖直段从反射器112延伸或在其下方延伸，并与反射器112垂直(β1＝90度)。竖直节段310v合并到都位于反射器112上方的第一成角度节段3131和第二成角度节段3132，以相对于馈电柄310’的第一端部部分311横向向内定位馈电柄310’的第二端部部分312。在此实施例中，第一成角度节段3131具有与竖直节段310v成约90度的角度β2，以与反射器112基本平行。第二成角度节段3132可以从第一成角度节段3131以约90度的角度β3延伸，以垂直于反射器112并且基本上平行于竖直节段310v。
102.关于本文所述的角度，“约”是指其 /-10度，并且术语“基本上平行”是指与平行有
/-10度。
103.图4b示意性地示出了根据本发明的另外实施例的馈电柄310”。如图所示，第一成角度节段3131在并入到第二成角度节段3132中之前，在并入到中间节段313i(基本上平行于反射器112)中之前，对于馈电柄310”的子距离，以角度β1就位。第二成角度节段3132可以与反射器112或中间节段313i成角度β3就位，该角度在80-120度之间。中间段313i可以与第一成角度节段3131成角度β2就位。在一些实施例中，β2可大于β1和β3。
104.图4c说明馈电柄310
”’
可以被配置成使第一端部部分311相对于基站天线100的侧壁100s向内突出。馈电柄310
”’
可具有正交于反射器112的节段。馈电柄310
”’
可以具有成角度的向内配置以将辐射元件122定位在反射器112前方的期望位置处。第一端部部分311可以从可平行于基站天线100的侧壁100s的馈电板112b横向向内突出。第一端部部分311可以耦合到反射器112的侧壁112s，该侧壁垂直于反射器的主表面。
105.图4d说明馈电柄310
””
可以被配置成具有类似于图4c，但位于反射器侧壁112s的下部以允许较短的反射器侧壁112s和/或外壳侧壁100s的第一端部部分311。馈电柄310
””
相对于基站天线100的侧壁100s向内突出。馈电柄310
””
可具有正交于反射器112的节段。馈电柄310
””
的第一端部部分311可以直接或间接耦合到侧壁100s。馈电柄310
””
的第一端部部分311可以耦合到邻近外壳/外侧壁100s的反射器侧壁112s。
106.图5示出了包括根据本文中公开的本发明的任何实施例的馈电柄的示例基站天线100，其可以包括大规模mimo阵列140以及辐射元件122的第一阵列120-1和第二阵列120-2。在一些实施例中，大规模mimo阵列140定位成比底部100b更靠近基站天线100的顶部100t。大规模mimo阵列140可包括高频带辐射元件。
107.图6a和6b是具有辐射元件122的线性阵列120-1、120-2的基站天线100的简化部分前视图和简化截面图，所述辐射元件具有上文参考图3论述的成角度馈电柄310。
108.图6b示出了第一阵列120-1和第二阵列120-2中的馈电柄310的对应第一端部部分311的中心之间的416mm间隔。图6c示出由计算模型计算的此实施例的有效史密斯图。图6d示出了如由计算模型计算的天线束的方位角方向图，其具有所得性能参数的附加摘要。具体地，低频带线性阵列表现出12.6db的方向性或增益，1.3
°
/-5.3的偏斜；在工作频带的中心频率处70
°
的3db方位角束宽和在全操作频带上约65
°
到80
°
；20db的前后比；不从视轴扫描的天线束的20db的交叉极化率；从视轴扫描60
°
的天线束的10db的交叉极化率；ele self iso：30；ele col iso：18。术语“ele self iso”是指元件之间的交叉极化隔离。术语“ele col iso”是指不同列中的元件之间的隔离。
109.图7a和7b是常规基站天线10的简化部分前视图和简化截面视图，包括具有如图2中所示的垂直馈电柄21的辐射元件22的线性阵列20-1、20-2。图7b示出了在第一阵列120-1和第二阵列120-2中的馈电柄21的对应第一端部部分的中心之间270mm的间隔(比图6b更紧密)。图7c示出由计算模型计算的此实施例的有效史密斯图。图7d示出了如由计算模型计算的天线束的方位角方向图，其具有所得性能参数的附加摘要。具有竖直馈电柄21的常规辐射元件22的低频带线性阵列表现出12.6db的方向性(增益)，2.8
°
/-3.5
°
的偏斜；在工作频带的中心频率处71
°
的3db方位角束宽和在全操作频带上约66
°
到83
°
；20db的前后比；不从视轴扫描的天线束的28db的交叉极化率；从视轴扫描60
°
的天线束的12db的交叉极化率；ele self iso：30；ele col iso：15。因此，ele co.iso小于图6b中所示的馈电柄。馈电柄
310提供相邻列之间的改进隔离。
110.图8a和图8b是具有竖直柄210和不平衡偶极子臂122a的辐射元件122的线性阵列120-1、120-2的基站天线10的简化部分前视图和简化截面视图。图8b示出了在第一阵列120-1和第二阵列120-2中的对应馈电柄210的第一端部部分的中心之间361mm的间隔(比图6b更紧密但比图7b更远)。图8c示出由计算模型计算的此实施例的有效史密斯图。图8d为如由计算模型计算的天线束的方位角方向图，其中所得性能参数的附加摘要。具有竖直馈电柄210和不平衡偶极子臂122a的辐射元件122的低频带线性阵列表现出12.2db的方向性(增益)，5.2
°
/-6.5
°
的偏斜；在工作频带的中心频率处73
°
的3db方位角束宽和在全操作频带上约67
°
到83
°
；16.2db的前后比；不从视轴扫描的天线束的27db的交叉极化率；从视轴扫描60
°
的天线束的8db的交叉极化率；ele self iso：23；ele col iso：18。因此，ele self iso较少，且方向性、偏斜和前后比要比图6b中所示的馈电柄的更差。
111.参考图9a-9c中，示出了具有成角度馈电柄310的示例性辐射元件122。在此示例实施例中，成角度馈电柄310包括多个配合成形金属片支腿1310，每个支腿具有自支撑形状。每个金属片支腿1310可以具有主体节段1310b，该主体节段对于其长度的大部分分别在相对的第一端部部分1311、第二端部部分1312之间延伸角度β，角度β在约30-75度的范围内。第一端部部分1311可以共同地限定馈电柄310的第一端部部分311。第二端部部分1312可以耦合到印刷电路板1122(图10)，从而提供辐射元件122的偶极子臂122a。金属片部件1310的第二端部部分1312可以共同限定馈电柄310的第二端部部分312。第一端部部分1311可以全部正交于反射器112，并且可以耦合到反射器112和/或馈电板112b，并且可以电连接到低频带线性阵列120的馈电网络。
112.金属片支腿1310的第一端部部分1311可以固定成位于反射器112上、向下延伸到所述反射器中或在所述反射器下方延伸。在一些实施例中，在不使用通过馈电板112b的插槽的情况下，可以将馈电柄310的第一端部部分1311焊接到馈电板112b。
113.相比单独地使用印刷电路板，金属片支腿1310可以提供用于提供馈电柄310的成形形状的经济高效的制造，并且可以提供用于所需公差的更简单组装。
114.当使用用于电路315的pcb微带(ms)线时，馈电柄310可以具有较窄范围。
115.如图所示，馈电柄310具有四个配合的金属片支腿1310
1-13104。至少一些金属片支腿1310可以提供形成平衡-不平衡变换器315b的馈电电路315的一部分。
116.馈电电路315包括用于在馈电网络与偶极子臂122a之间传递rf信号的一对rf传输线或迹线315t。在所描绘的实施例中，rf传输线315t使用印刷电路板1315形成，所述印刷电路板耦合到形成的金属片支腿1310中的一个或多个。每个印刷电路板1315包括介电衬底，该介电衬底包括金属迹线315t，该金属迹线与印刷电路板1315安装在其上的金属片支腿相对。每个印刷电路板1315可以是平面的和/或与金属片支腿1310的主表面适形。馈电电路315的迹线315t可以是直线的、蛇形的和/或曲线的。印刷电路板1315可具有任何外周边形状，例如正方形、矩形、三角形或椭圆形。印刷电路板1315可具有维持于接地电位的金属化后表面，或可不具有金属化后表面，使用金属片支腿1310作为微条带传输线的接地平面。
117.印刷电路板1315可以是柔性、刚性或半刚性印刷电路板。术语“半刚性”意指印刷电路板具有足够的刚度以限定自支撑形状。
118.参考图9a和图10，馈电柄310可包括第一印刷电路板13151和第二印刷电路板
13152，它们各自耦合到至少一个金属片支腿1310。第一印刷电路板13151和第二印刷电路板13152被布置成彼此正交，其中一个在另一个上交叉。
119.参考图10和图12，第一印刷电路板13151和第二印刷电路板13152中的每一个可以包括具有导电迹线315t的延续部的交叉段1315c，该交叉段沿着两对1310p金属片支腿1310延伸，并且跨越各对1310p金属片支腿1310之间的开放间隙空间。
120.参考图9b和图9c，第一印刷电路板13151和第二印刷电路板13152中的一个或两个可终止于反射器112上方。第一印刷电路板13151和第二印刷电路板13152的端部部分1315e中的一个或两个可以耦合到导电(例如，金属)馈电构件1317，该馈电构件可以用来将馈电电路315的迹线315t连接到反射器/馈电板112b上的rf传输线或连接到不同的馈线(例如，连接到同轴电缆馈线的中心导体)。可以使用同轴电缆，和/或导电馈电构件1317可以延伸以连接馈电板电路。同轴电缆可用于连接到移相器电路的功分器。连接配置/类型可能因网络设计而异。
121.导电馈电构件1317可以具有“l”形状，并且具有垂直于反射器112的端部部分1317e。可以如图所示为矩形并且可以不导电的垫圈1319可以定位在相应的金属片支腿1310的下端部部分1311与用于引导/支撑馈电构件1317的下端的印刷电路板1315的端部部分1315e之间。印刷电路板1315和导电馈电构件1317可以耦合在一起，例如电容式耦合或焊接或以其它方式。
122.参考图11，示出了辐射元件122的另一实施例。在此实施例中，第二印刷电路板2315直接提供馈电柄310的至少一个支腿，而不耦合到下面的金属片支腿。第二印刷电路板2315的端部部分2315e可以垂直于反射器112。第二印刷电路板2315可以与至少一个间隔开的配合金属片支腿1310配合。第二印刷电路板2315可以比耦合到至少一个金属片支腿1310的第一印刷电路板1315厚。第二印刷电路板2315可包括馈电电路315的迹线315t，且该迹线315t可以是直线的、蛇形的和/或曲线的。第二印刷电路板2315可具有任何外周边形状，例如正方形、矩形、三角形或椭圆形。第一印刷电路板1315可以位于两个间隔开的金属片支腿1310上，并且可以包括具有导电迹线315t的延续部的交叉段1315c，该交叉段沿着两个金属片支腿1310延伸并且跨越一对配合金属片支腿1310之间的开放间隙空间。第二印刷电路板2315可具有一个或多个槽2315s，其接收金属片支腿1310的相应交叉段1313。交叉段1313可用于将第二印刷电路板2315安装在期望位置。
123.第一印刷电路板1315和第二印刷电路板2315可以各自具有相应的钩式平衡-不平衡变换器315b，每个极化一个。
124.包括相应印刷电路板1315的金属片支腿1310的配合对可以作为一个整体或单独部件提供。
125.参考图11和图13，第二印刷电路板2315的外端2317可以在辐射元件122的中心122c的相对侧(偶极子臂122a之间的中心)上提供两个间隔开的端部节段23171、23172。一对配合的金属片支腿1310p中的每个金属片支腿1310的第二端部部分1312可以被配置成位于中心122c的相对侧上，从印刷电路板2315的端部节段23171、23172偏移90度。
126.具有耦合到金属片支腿1310的迹线315t的印刷电路板1315可以包括或可以不包括与迹线315t相对的电接地层。在一些实施例中，电接地可以施加到印刷电路板1315和/或金属片支腿1310的后表面，并且可以用作电接地层。
127.参考图10和图12，金属片支腿1310的第二端部部分1312可以附接到提供偶极子臂122a的辐射元件1122的印刷电路板1122的内侧部分。如图所示，有四对对准的孔1123、1323，一对在印刷电路板1122中，一对由金属片支腿1310中的每一个支腿中的一个限定，所述金属片支腿接收固定构件，诸如用于将金属片支腿1310的第二端部部分1312附接到印刷电路板1122的底表面的介电铆钉、销或螺钉。馈电柄310上的rf传输线315t可以电容耦合到辐射元件122的偶极子臂122a。
128.参考图13和图14，在其它实施例中，一对1310配合金属片支腿1310的第二端部部分1312和第二印刷电路板2315的第一端23171和第二端23172可附接到提供偶极子臂122a的辐射元件122的印刷电路板1122的内侧部分。如图所示，在印刷电路板1122中存在开放的细长孔1128通道，该通道接收金属片支腿1310的第二端部部分1312p的突出边缘1312p和印刷电路板2315的第一端23171和第二端23172的突出边缘2317p。孔1128被布置成使得两个间隔开的端部节段23171、23172对准，但在辐射元件122的中心122c(在偶极子臂122a之间的中心)的相对侧上。配合金属片支腿1310p的第二端部部分1312的突出外端1312p也对准且位于中心122c的相对侧上，从第二印刷电路板2315的端部节段23171、23172偏移90度。在此实施例中，突出边缘2317p、1312p可焊接到提供偶极子臂122a的辐射元件122，且提供电流馈电而非电容馈电。
129.参考图15a-15b和16a-16b，示出另一示例性实施例。辐射元件122包括耦合到印刷电路板1122的馈电柄310，从而提供辐射偶极子臂122a。馈电柄310包括第二印刷电路板2315和与第一印刷电路板1315配合的一对1310p金属片支腿1310。
130.馈电柄310还可包括将第一印刷电路板1315附接到金属片支腿1310的耦合构件1600。耦合构件1600可包括将第一印刷电路板1315固定到金属片支腿1310的铆钉。
131.突出(外)边缘1312p、1217p从印刷电路板1122向外延伸通过孔1128，并且可以焊接到印刷电路板1122。印刷电路板1122下方的交叉段1313可以耦合到金属片支腿1310(例如，突片)或由其限定，并且可以耦合到第二印刷电路板2135和/或延伸到第二印刷电路板或通过第二印刷电路板。
132.参考图17a、17b和18a，基站天线100包括第一线性阵列120-1和第二线性阵列120-2，且可以被配置成可密封地接收包括大规模mimo天线阵列140的有源天线模块110。基站天线100具有接收有源天线模块110的前向段的腔155。有源天线模块110可以在基站天线100的顶部部分处延伸，比底部100b更靠近顶部。有源天线模块110可包括具有散热器115的后部110r，所述散热器具有外部翅片115f和托架118。术语“有源天线模块”是指集成蜂窝通信单元，其包括远程无线电单元(rru)和相关联的天线元件，所述远程无线电单元能够以电子方式调整输出到不同天线元件或其分组的rf信号的子分量的振幅和/或相位。有源天线模块110包括rru和天线，但可包括其它部件，例如滤波器、校准网络、控制器等。有源天线模块110可具有带面向内的密封接口的外周边110p。
133.如图18a和18b中所示，例如，反射器112可设置为分割反射器配置，分别包括第一电容耦合反射器112f和第二电容耦合反射器112a。第一反射器112f是位于基站天线外壳100h中的固定反射器，包括低频辐射元件120-1、120-2的馈电柄310、310’、310”以下/后面的节段。第二反射器112a耦合到多列阵列140并且位于可移除有源天线模块110中。基站天线100中的无源天线组件的反射器112f通常包括金属片或频率选择性表面，并且保持在电
接地处。参见例如美国临时专利申请序列号63/136,757，其内容在此以引用的方式并入本文，如同在本文中全文叙述一样。因此，例如第一反射器112f或第二反射器112a的反射器112可分别包括频率选择性表面，可位于至少一些天线元件后方，可通过包括频率选择性表面和/或衬底以作为“空间滤波器”的类型操作，选择性地拒绝一些频带且允许其它频带通过其中。参见例如，ben a.munk，频率选择性表面：理论和设计，isbn：978-0-471-37047-5；doi：10.1002/0471723770；2000年4月，版权所有2000john wiley&sons，inc.，其内容在此以引用方式并入本文，如同在本文中全文叙述一样。
134.反射器112f可用于重新引导由辐射元件在前向方向上向后发射的rf辐射，并且还充当辐射元件的接地参考。当有源天线被配置为单独的有源天线模块110时，有源天线模块110的反射器112a在组装到基站天线外壳100h时耦合到反射器112f，使得反射器112a、112f处于共同的电接地基准处。在一些实施例中，有源天线反射器112a可围绕通常在约3mm-约10mm的范围内的小间隙空间与反射器112f间隔开(在前后方向上)。如图18b中所示，基站天线100还可包括位于多列阵列140上且是有源天线模块110的一部分的至少一个内部天线罩119。基站天线还可任选地包括位于外部天线罩111与内部天线罩119之间的中间天线罩1129。关于示例有源天线模块110和用于基站天线100的配合(例如，分割)反射器的进一步论述，参见2020年9月23日提交的共同待决、共同转让的美国临时申请序列号63/082,265，其内容在此以引用的方式并入本文，如同在本文中全文叙述一样。
135.第一线性阵列120-1和第二线性阵列120-2的辐射元件122也可以可互换地称为“双极化辐射器”，其中第一偶极子辐射器和第二偶极子辐射器具有第一、第二、第三和第四偶极子臂122a。
136.参考图18a和18b，辐射元件122(例如，低频带辐射元件)可以位于两个反射器112f、112a的前面，并且可以与两个反射器一起操作，由于相应的辐射元件122的一部分可以位于第一反射器112f的前面，而相应的辐射元件122的另一部分可以位于另一个反射器112a的前面。两个不同的反射器可以是邻近定位，可选地横向间隔开且纵向延伸的反射器。
137.参考图18b，第一反射器112f和第二反射器112a的相邻节段可以由其间的天线罩119和/或1129分开。天线罩119和/或1129和/或由其提供的气隙空间可限定用于电容耦合反射器112f、112a的电介质。
138.第一偶极子辐射器和第二偶极子辐射器可以被配置成传输具有倾斜-45
°
极化和倾斜 45
°
极化的rf辐射。这些辐射元件可能特别适合用于具有辐射元件145的多列阵列140的基站天线，所述多列阵列在比根据本发明的实施例的辐射元件122更高的频带中操作。
139.低频带辐射元件122可以被配置成在如例如617-960mhz频率范围或其一部分的第一频带中发射和接收信号。高频带辐射元件145可以安装成列以形成高频带辐射元件的4-12个线性阵列。高频带辐射元件145的多列阵列140可以被配置成在如例如3300-4200mhz频率范围或其一部分或甚至更高频率(通常在3ghz-6 ghz范围中)的较高频带中发射和接收信号。
140.已经开发了所谓的“遮蔽式”低频带辐射元件，其设计为对附近较高频带辐射元件的操作频带中的rf信号“透明”。例如，参见已知遮蔽式双极化低频带辐射元件100的一个实例，其公开于2018年2月15日提交的美国专利公开号2018/0323513(
“‘
513公开”)中，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文。辐射元件100产生倾斜-45
°
和倾斜 45
°
辐射两者，并
且通常称为“交叉偶极子”辐射元件，因为当从前面观察时其包括形成十字形状的两个偶极子辐射器。
141.每个偶极子臂122a可以形成为印刷电路板1122上的金属图案。每个金属图案包括多个加宽的导电构件，该多个加宽的导电构件由变窄的迹线区段连接。变窄的迹线区段可以实施为蛇形导电迹线。这里，蛇形导电迹线是指遵循蛇形路径以增加其路径长度的非直线导电迹线。蛇形导电迹线区段可具有延伸的长度，但仍然具有小的物理覆盖区。
142.每个偶极子臂122a可包括环，所述环包括一系列交替的加宽导电构件和变窄的迹线区段。每一对邻近的加宽导电构件可以由变窄的迹线区段中的相应一个物理和电气连接。由于变窄的迹线区段具有小的物理覆盖区，因此邻近的加宽的导电构件可彼此紧密接近，使得加宽的导电构件一起在低频带辐射元件122的操作频率范围内的频率呈现为单个偶极子臂。应当认识到，在其它实施例中，偶极子臂不需要具有例如
‘
513公开中所解释的闭环设计(例如，形成环的两个节段的远端可以不彼此电连接)。
143.上文已经参考附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式体现，且不应解读为限制于本文陈述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是透彻和完整的，并且这些实施例将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿全文，相同的数字表示相同的元件。
144.将理解尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各个元件，但这些元件不应由这些术语限制。这些术语仅用以将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一元件可称作第二元件，并且类似地，第二元件可称作第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
145.将理解，当一个元件被描述为在另一个元件“上”时，该元件可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接在”另一个元件上时，则不存在任何中间元件。还将理解，当一个元件被描述为“连接”或“耦合”到另一个元件时，该元件可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被描述为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在任何中间元件。用来描述元件之间的关系的其它词语应以类似方式解读(即，“在
……
之间”相对“直接在
……
之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。
146.相对术语，例如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如附图中所示。要理解，这些术语旨在涵盖除附图中所描绘的取向之外装置的不同取向。
147.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，术语“包括”、“包含”和/或“具有”在本文中使用时，指存在所述的特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其分组。
148.上文公开的所有实施例的方面和元件可以任何方式组合和/或与其它实施例的方面或元件组合，以提供多个附加实施例。