CN105706298B - 天线放射元件及多频带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多频带天线，包括：反射板，用于形成接地平面；第一频带用第一放射模块，设置于反射板上；以及第二频带用第二放射模块，以层叠的方式设置于第一放射模块上，第一放射模块以第一放射元件至第四放射元件而构成，上述第一放射元件至第四放射元件整体性地，在平面上以四周对称的方式组合而成，第一放射元件至第四放射元件分别包括杯子形态的放射臂(arm)和支架，上述支架以使放射臂固定于反射板的方式进行支撑，第二放射模块设置于第一放射元件至第四放射元件的各放射臂，第一放射元件至第四放射元件的各放射臂的杯子形态的底面被设计成具有预先设定的面积，用于向设置于上侧的第二放射模块提供接地平面。

Description

天线放射元件及多频带天线
技术领域
本发明涉及一种适合使用于移动通信(PCS，Cellular，IMT-2000等)基站或中继器的天线相关技术，尤其涉及一种适合体现双极化天线的天线放射元件及利用其的多频带天线。
背景技术
当前，随着移动通信的普及化和无线宽带数据通信的活性化，为了充分确保不足的频带而对多种频带实施可用频带化。主要使用的频带为低频带(698～960MHz)和高频带(1.71～2.17GHz或2.3～2.7GHz)。并且，基于多重天线的MIMO(Multiple Input MultipleOutput)技术作为用于提高数据传输速度的必要技术，正适用于LTE(Long TermEvolution)、Mobile WiMAX等最近的移动通信网络***。
然而，若为了在多种频带中支持MIMO而设置多个天线，则不仅增加设置费用，而且在实际的外部环境中对需要设置天线的塔空间产生限制。因此，必须要设置双频天线或三频天线等多频带天线。多频带天线具有在低频带的天线设置空间中以使高频带的天线尽可能减少元件之间的干涉影响的方式进行***的结构，因而能够尽可能有效地设计天线面积，尤其是天线的宽度。作为这种多频带天线的例，可以例举出由本申请人在先申请的韩国国内专利公开编号第10-2010-0033888号(名称：“移动通信基站用双频双极化天线”，发明人：Mun Yeongchan、Choe Oseok，公开日期：2010年03月31日)。
如上述专利公开编号第10-2010-0033888号所示的多频带天线通常具有由多个低频带的第一放射模块和多个高频带的第二放射模块和/或第三放射模块适当地配置于向长度方向直立的至少一个反射板上的结构。例如，可以被配置成由多个第一放射模块向垂直方向排列成一列，多个第二放射模块和/或第三放射模块分别以垂直方式在多个第一放射元件的左右侧排列成一列的结构。此时，多个第一放射模块及多个第二放射模块、第三放射模块通常分别在四个放射元件的四个方向进行组合，从而具有在整体上发生向垂直(或水平)方向以+45度和-45度排列的相互正交的两个线形极化(即，X极化)的结构。
另一方面，随着最近需要具有宽带特性的放射元件及放射模块，正在提供包括分数带宽(fractional band width)为约45％左右的频带的放射元件。这种放射元件可以具有例如1710～2690MHz频带的工作特性。像这样，在利用宽带放射元件来体现多频带天线的情况下，可导致各频带的元件之间的干涉问题变得更加严重，而这种问题在有效地设计多频带天线时会成为难以克服的部分。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供天线放射元件及多频带天线，上述天线放射元件及多频带天线具有进一步优化的结构，并能够实现天线尺寸的最优化，从而能够带来天线设计的容易性，能够具有更加稳定的特性。
本发明的另一目的在于，提供天线放射元件及多频带天线，上述天线放射元件及多频带天线能够减少放射元件之间的干涉，并能够进一步缩小天线的宽度，或者能够在局限的宽度内容易地体现多频带天线。
为了实现上述目的，根据本发明一实施方式，本发明的特征在于，包括：反射板，用于形成接地平面；第一频带用第一放射模块，设置于上述反射板上；以及第二频带用第二放射模块，以层叠的方式设置于上述第一放射模块上，上述第一放射模块以第一放射元件至第四放射元件而构成，上述第一放射元件至第四放射元件整体性地，在平面上以四周对称的方式组合而成，上述第一放射元件至第四放射元件分别包括杯子形态的放射臂(arm)和支架，上述支架以使所述放射臂固定于上述反射板的方式进行支撑，上述第二放射模块设置于上述第一放射元件至第四放射元件的各放射臂，上述第一放射元件至第四放射元件的上述各放射臂的杯子形态的底面被设计成具有预先设定的面积，用于在设置于上侧的上述第二放射模块提供接地平面。
根据本发明的另一实施方式，本发明的特征在于，包括：杯子形态的放射臂；以及支架，以使上述放射臂固定于上述天线的反射板上的方式进行支撑。
在上述内容中，放射元件的各个放射臂的杯子形态为以使上部变宽，使下部变窄的方式具有高度差的杯子形态，且在整体上呈四边形的杯子形态。
如上所述，本发明的放射元件及多频带天线具有进一步优化的结构，并能够实现天线尺寸的最优化，从而能够为天线设计带来容易性，并能够具有更加稳定的特性。尤其，能够减少放射元件之间的干涉，并能够进一步缩小天线之间的宽度，或者能够在局限的宽度内容易地体现多频带天线。
附图说明
图1为本发明的一实施例的天线放射元件及多频带天线的平面结构图。
图2为图1的一侧视图。
图3为图1中的第一放射模块中的一个放射元件的立体图。
图4为图1中的第一放射模块的A-A'部分剖面图。
图5为表示在图1中发生第一放射模块的X极化的状态的简图。
图6为本发明的另一实施例的多频带天线的平面结构图。
具体实施方式
以下，参照所附的附图对本发明的优选的实施例进行详细说明。在以下的说明中，表示出例如具体结构元件等多个特定事项，而只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以明确理解这些特定事项仅为了有助于对本发明的整体理解而提供，而且这些多个特定事项可以在本发明的范围内实现预定的变形或变更。
图1为本发明的一实施例的天线放射元件及多频带天线的平面结构图，图2为图1的一侧视图，图3为图1中的第一放射模块中的一个放射元件(例如，第三放射元件)的立体图，图4为图1中的第一放射模块的A-A'部分剖面图，图5为表示在图1中发生第一放射模块的X极化的状态的简图，在图1至图5中，例示出在一个反射板5上设置有一个第一放射模块10(11、12、13、14)的结构和在第一放射模块10上设置有四个第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4的结构的多模天线。
参照图1至图5，本发明的一实施例的多模天线基本具有第一频带(例如，698～960MHz频带)用第一放射模块10，上述第一频带用第一放射模块10设置于行使着接地平面作用的反射板5上。在第一放射模块10中，第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14整体性地，在平面上以四周对称的方式组合而成，各个第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14包括：杯子形态的放射臂(arm)110、120、130等；以及支架112、122、132等，用于支撑相应的放射臂。上述第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14可以只在配置方向及位置方面有所不同，均可以具有相同的结构。
进行进一步的详细说明如下：第一放射元件11的放射臂110(110a、110b)可以具有以使上部110a变宽，使下部110b变窄的方式具有高度差的杯子形态，而杯子形态在整体上可以为四边形。将第一放射元件11隔开设置在反射板5上，使得对其进行支撑的支架112在整个第一放射模块10的设置部位中，在与中央侧相对应的位置与放射臂110以一体的方式延伸，并在反射板5得到固定。此时，支架112能够通过螺丝结合方式或焊接方式等以固定方式附着于反射板5。
第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14的放射臂120、130等和支架122、132等也以同样的方式构成。这种第一放射臂11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14,例如，在整体上，在第一放射模块10的整个形态中分别依次形成与右侧上部、右侧下部、左侧下部、左侧上部相对应的部分结构。
另一方面，如图4明确所示，观察以这种方式构成的第一放射模块10的供电结构如下：带状线结构的第一供电线31设置成被第一放射元件11及第三放射元件13的支架112、132支撑，以便以非接触耦合方式与第一放射元件11及第三放射元件13的放射臂110、130传输信号，第二供电线32设置成被第二放射元件12及第四放射元件14的支架122等支撑，以便以非接触耦合方式与第二放射元件12及第四放射元件14的放射臂120等传输信号。各支架112、122、132等以电方式对带状线行使着接地端的作用，因此，根据相应处理信号的波长的λ/4设计各支架的长度，从而成为开启状态(接地状态)。
此时，可以在各支架112、122、132等的中心纵轴形成有一边与第供电线31、第二供电线32的带状线相向，一边维持预先设定的隔开距离的平行的面，而在各支架112、122、132等的上述平行的面和第一供电线31、第二供电线32的带状线之间的预先设定的位置中可以设置有一边支撑相应供电线，一边恒定维持相应供电线和相应支架的间隔的适当结构的多个间隔物(spacer)41、42、43、44。
由于具有这种供电结构，因此，如图5所示，第一放射元件11的放射臂110及第三放射元件13的放射臂130在整个第一放射元件模块10的“X”字极化中形成相对于垂直轴的+45度极化，而第二放射元件12、第四放射元件14的放射臂120等形成-45度极化。
如上所述，在由第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14构成的第一放射模块10中，根据本发明的一实施例，在第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14的各个放射臂110、120、130等分别设置有用于发生第一频带(例如，1710～2690MHz频带的宽带)用X极化的第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4。第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4能够分别直接采用以偶极方式等多种结构设置的通常的放射元件。
图3示出了例如在第二放射元件13的杯子形态的放射臂130的底面的中央部位设置有第二放射模块20-3的例，此时，在放射臂130的底面中，通过螺丝结合方式设置并固定所设置的相应的第二放射模块20-3，并且，还示出了形成有用于设置第二放射模块20-3的供电线的多个螺丝孔134。
此时，上述第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14的各个放射臂110、120、130等具有杯子形态属于非常重要的特征。进行进一步的详细说明如下：一次性地，向杯子形态的宽面积的底面设置在上侧的第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4提供充分的接地平面。在可以考虑为了减少天线的总尺寸而将如上所述的第二放射模块层叠于第一放射模块的上部的情况下，实际难以体现的问题在于，无法向第二放射模块给予充分的接地特性。放射元件的接地平面的对称性在放射图案特性中属于非常重要的因素，而在本发明中，通过如上所述的第一放射模块的各个杯子形态的放射元件来解决这种问题。
并且，第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14的各个放射臂110、120、130等的杯子形态的侧面起到去除(或减少)针对设置于各个放射臂110、120、130等的第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4的第一放射模块10的影响的作用，从而使第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4的放射特定变得稳定，有助于使放射图案的波束宽度变得对称。
并且，第一放射元件11、第二放射元件12、第三放射元件13、第四放射元件14的各个放射臂110、120、130等的杯子形态可以具有单纯的形态，而在本实施例中可以看出具有以使上部110a、120a、130a等变宽，使下部110b、120b、130b等变窄的方式具有高度差的杯子形态。这是为了根据第一放射模块10及第二放射模块20的放射特性来形成最优化的放射图案而体现，例如，杯子形态的下部110b、120b、130b等能够以使设置于内部的第二放射模块20-1、20-2、20-3、20-4的放射特性最优化的方式考虑与第二放射模块20之间的间隔来进行设计，杯子形态的上部110a、120a、130a等，则考虑与设置于周围的其他第一放射模块(的放射臂)之间的间隔来进行设计。
像这样，本发明可以具有在第一放射模块10层叠有第二放射模块20的结构，通过观察这种层叠结构可以看出，较低频带的第一放射模块的多个放射元件行使着第一频带的放射元件的作用的同时，而且可知还行使着第二放射模块的接地作用。即，第一放射模块的多个放射元件行使着第二放射模块的反射板作用。
通过具有如上所述的结构，能够减少作为现有技术的问题的频带之间的相互影响。
图6为本发明的另一实施例的多频带天线的平面结构图。首先，观察图6的(a)所示的结构如下：图6的(a)示出能够具有与上述图1至图5所示的结构相同的结构的，层叠有多个第二放射模块的多个第一放射模块10-1、10-2、10-3、10-4、10-5等以垂直方式相互之间留有适当间隔来配置于反射板5上的结构。在这种情况下，能够整体性地考虑相应的第一放射模块的放射特性及第二放射模块的放射特性来适当地设定第一放射模块之间的间隔。
观察图6的(b)所示的结构如下：图6的(b)示出能够具有与上述图1至图5所示的结构相同的结构的，层叠有多个第二放射模块的多个第一放射模块10-1、10-2、10-3、10-4、10-5等以垂直方式相互之间留有适当间隔来配置于反射板5上的结构，与此同时，示出在至少一部分的多个第一放射模块10-1、10-2、10-3、10-4、10-5之间还设置有直接设置于反射板5的第二放射模块20-5、20-6、20-7、20-8、20-9、20-10的结构。当然，在这种情况下，能够考虑多个第一放射模块及多个第二放射模块的整体放射特性来适当地设定多个第一放射模块之间的间隔。
如上所述，可以实现本发明的一实施例的天线放射元件及利用其的多频带天线的结构及工作，另一方面，在上述的本发明的说明中，虽然对具体的实施例进行了说明，但可以在不超出本发明的范围的情况下实施多种变形。
例如，在上述说明中，虽然示出了本发明实施例的多个第一放射模块在一个反射板上以垂直方式排列成一列，但除此之外，在本发明的另一实施例中，还可以具有由多个第一放射模块以垂直方式排列成两列以上的结构。当然，在这种情况下，可以设置成在整个第一放射模块或至少一部分第一放射模块层叠有第二放射模块。
并且，在上述说明中，虽然以在第一放射模块始终层叠有第二放射模块的形态进行了举例说明了，但如图6的(a)的附图标记10-6及图6的(b)的附图标记10-5所示，还可以无需层叠第二放射模块而单独设置第一放射模块。
像这样，本发明可以实施多种变形及变更，因此，本发明的范围不应由所述的实施例而所限定，而是应通过权利要求书和权利要求书的等同物来定。

Claims (4)

1.一种多频带天线，其中，包括：
反射板，用于形成第一接地平面；
用于产生双极化的或者第一频带用的第一放射模块，设置于上述反射板上；以及
用于产生第二频带的双极化的多个第二放射模块，以层叠的方式设置于上述第一放射模块上，
上述第一放射模块以第一放射元件、第二放射元件、第三放射元件和第四放射元件而构成，第一放射元件、第二放射元件、第三放射元件和第四放射元件在四个方向上对称地组合，
上述第一放射元件至第四放射元件分别包括杯子形态的放射臂和支架，上述支架以使所述放射臂固定于上述反射板的方式进行支撑，上述第一放射元件至第四放射元件的各个放射臂的杯子形态的放射臂为以使上部变宽，使下部变窄的方式具有高度差的杯子形态；
其中基于放射臂的具有高度差的区域，放射臂被分成上部区域和下部区域，放射臂的上部区域具有第一面积的矩形形状，放射臂的下部区域具有第二面积的矩形形状，第二面积小于第一面积；
上述多个第二放射模块分别设置于第一放射元件至第四放射元件的各放射臂，
上述第一放射元件至第四放射元件的各放射臂的杯子形态的宽面积的底面被设计成具有预先设定的面积，用于向上述多个第二放射模块中的每个提供第二接地平面；
其中第一放射元件和第三放射元件的放射臂彼此组合以产生第一放射模块的双极化的第一极化波，而且第二放射元件和第四放射元件的放射臂彼此组合以产生第一放射模块的双极化的第二极化波；
其中第一放射元件至第四放射元件的所述杯子形态的放射臂中的每个包括底面以及完全围绕所述宽面积的底面的侧面；而且
第一放射元件及第三放射元件的放射臂由第一供电线以非接触耦合方式进行供电，其中第一供电线具有带状线结构并且被设置成被第一放射元件及第三放射元件的支架支撑，而且
第二放射元件及第四放射元件的放射臂由第二供电线以非接触耦合方式进行供电，其中第二供电线具有带状线结构并且被设置成被第二放射元件及第四放射元件的支架支撑。
2.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，每个杯子形态的放射臂是在整体上呈四边形的杯子。
3.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，层叠有上述多个第二放射模块的上述第一放射模块以垂直排列的方式在上述反射板上配置有多个。
4.根据权利要求3所述的多频带天线，其中，在配置有多个的上述第一放射模块之间，上述第二频带用的第二放射模块还设置于上述反射板上。
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