CN1252174A - 在天线单元中的装置 - Google Patents

Abstract

双极化天线装置(500),使用彼此垂直极化的电磁信号用于无线传输信息,至少具有由第一电导层制成的一个天线单元(531)和至少一个接地平面(523),至少一个由第二电导层(519)制成的馈线网络(430,450),以及在所说接地平面(523)中的多个孔径(415,425,445),每个孔径由一个或几个孔径部分组成,在两个端点(427－428,447－448)之间延伸,孔径(415,425,445)被配置在至少一个孔径组内,每个孔径组相对由两个极化所限定的平面对称,每个孔径组至少包括一第一孔径(445),放置在该组的中心并使其成为第一极化,以及至少两个外孔径(415,425)使其成为第二极化并对称放置在该中心孔径(445)的每一侧,在沿至少沿平行于该孔径主方向的假想线(465,455)的孔径(415,425,445)之一个孔径的端点(427－428,447－448)之间的直线距离小于该孔径部分的长度的总和。

Description

在天线单元中的装置

发明的技术领域

本发明涉及使用两个不同极化的电磁信号无线传输信息的天线装置。

发明的技术背景

在使用电磁信号无线传输信息的***中，例如蜂窝技术应用***中，由***复盖的区域通常被分成称为网孔(cell)的较小的区域。在每个网孔中有一个中心定位的所谓基站，在该网孔中的***的每个用户与该基站通信。该基站的天线有必要安装在高于地面的位置，例如在脊顶，城墙等上面，这在城市中明显可见，当然为美观原因，将要求该基站尽可能地紧凑。

对基站的另一要求是使用尽可能小的能量。至此，在很大的程度上已使用基本上全向的基站，换言之在所有方向上它们发射同等的能量。然而，现代技术允许建立所谓“可控制的天线”，这意味着天线的波束或旁辫仅指向在该时刻存在用户的方向。然后波束能够加以控制以跟踪在该网孔中移动的这个用户。

现代技术同样能使同一个天线具有多个可控制的波束，该波束指向在该时刻存在用户的方向。如果实现能量仅仅在该时刻存在用户的方向发射，则这将使得节省能量成为可能。这个“能量增益”将被用来或者增加存在发射的那些方向上的距离，或者在保持同样距离的情况下降低该天线的输出功率。

建立可控制天线的普通方法是称谓的组合天线。如由名字所指示的那样，它们是天线的实际组合，通常用若干彼此邻近的列按列排列。在这样的一个列中的每个单独的天线能够由一个天线单元组成，该天线单元通常按所谓的微带技术进行设计，并由在接地平面中的多个孔径激励。对于在每个孔径组中具有一或若干个孔径的每个天线单元之一而言孔径是按组配置的，并由配置在另一平面中的馈线网络馈电。该馈线网络也用微带技术进行设计。该馈线网络仅在称为馈点的连接点可以交叉该孔径。这意味着馈线网络离开孔径组的中心的距离在很大的程度上取决于孔径的延伸。

不同列的馈线网络彼此当然可以不交叉。

为免除所谓光栅波瓣，即在非要求的方向上的波瓣，该组合天线的列彼此应尽可能靠近，特别是在一个或若干波瓣指向相对正常天线表面的一个大的角度的场合的***中。列间的中心距离应大大地小于一个波长λ；最好小于0.5λ。

有效设计组合天线，换言之，纳入紧凑天线设计要求，其中馈线网络能配置尽可能地靠近孔径组的中心。

为增加***的有效性，经常使用所谓极化分集，这意味着在该组合天线中的每个天线按两个极化方向使用。例如使它可能接收这样的信号，这些信号由于周围物体的反射使其具有偏移的极化，而这是在城市中特别困难的现象，为获得极化方向间良好的隔离，最为重要的是使用对称的天线。

US 4 903 033表示出一种具有馈线网络的双极化天线的设计，该网络据悉要求很大的空间，如果这样的两个或若干天线彼此相连接的话。

在会刊“proceeding of 16^th ESA workshop on dualpolarization antennas”87页上图13中设计的双极化天线在极化方向之间具有高的隔离度，然而如果连接两个或若干这种天线的列，则据悉馈线网络之间的距离将使这些列比理想的要离开的更远。

因此本发明的目的在于获得一种供组合天线部分用的双极化天线，用电磁信号无线传输信息，天线紧凑，高度对称，与现有技术相比馈线网络更靠近孔径组的中心配置。

发明概要

本发明的目的是通过在接地平面中的孔径结构达到，孔径由一个或若干孔径部分组成，并在两个端点间延长。孔径配置在孔径组中，一个用于每个天线单元，每个孔径组相对由供天线用的两种极化所限定的两个平面对称。每个孔径组至少由放置在该组中心的并供一种极化用的一个孔径以及至少两个供另一种极化用的外孔径所组成，两个孔径对称地位于与其垂直的每个中心孔径的一边。

由于沿至少每组的孔径之一的端点之间的一条直线的距离小于该孔径包括的部分的长度的总和，由一个孔径组包封的区域通过本发明而缩减，该组是沿平行于该孔径的主方向的一条线观察的。由于包封的区域的缩减，馈线网络可以纳入更靠近该孔径中心的位置。

附图的简要说明

以下将参照附图，借助实施例来描述本发明，其中：

图1为按现有技术的具有相应馈线网络的一个孔径组的示意平面图，

图2表示配置成一组合天线部分的图1的装置的平面图，

图3在一平面图中表示现有技术和本发明之间的比较，

图4表示按本发明具有配置成一组合天线部分的一孔径组的天线的平面图，

图5示意地表示按本发明优选实施例的天线的端面图，

图6表示按本发明的具有孔径组的组合天线的平面图。

优选实施例

图1和图2表示据悉了解的设计例子，孔径110，120和140按一种孔径组配置。孔径110，120用作第一极化，并使用馈线网络130在馈电点170和180供电，孔径140用作第二极化，垂直于第一极化。该孔径140由第二馈线网络150在馈电点190供电。

图2表示按图1的一种孔径组，并配置一个组合天线的部分。如上所示，孔径的取向确定了极化。当使用双极化时，如果两个极化相对一条想像垂直线成±45°，则它通常结果是有益的，由此在该例子中的孔径按这种方式取向。若与图1的馈线网络相比，馈线网络230，250的形状有所不同，这是因为它们将用来连接多个孔径组。

图2的园260用来表示馈线网络如何能接近孔径组中心的限制因素。该馈线网络只在馈电点270，280和290与孔径交叉，对于馈线网络230，250两者当然将呈现出相同的问题。

图3b用来说明如何达到本发明的目的。按以前了解的技术设计的图3A的左孔径组301确定有总的包封面积A已经借助按本发明设计的图3b的孔径组302而缩减到包封面积B。这是由于孔径组302的孔径315，325，345由多个孔径部分所组成而获得的。这些孔径315，325，345是按这样的方式由孔径部分组成，即沿平行于每个孔径主方向的设想的直线355，365，在每个孔径315，325，345端点之间的距离小于每个孔径包括的孔径部分的长度的总和。术语“端点”在这里系指每个孔径在所说线355，365上彼此离得更远的那些点，换言之分别在图3中的点327-328以及347-348。

在此应指出的是，虽然一个孔径的长度确定了该孔径工作的频率范围，但每个孔径315，325，345包括的孔径部分长度的总和不必与按现有技术中310，320和340的相应孔径的长度相同。已经指出，两个孔径工作在基本相同的频率范围，其中之一个孔径由直的部分组成，而另一个由彼此形成不同角度的多个部分组成，“非直的”孔径部分的长度之和不必等于直径孔的长度。

图4表示如何将按本发明的一个孔径组配置为一个组合天线的部分。圆460用于借助本发明表示至少用于一种极化的馈线网络430可以比过去配置得更接近该孔径组的中心。

如在图3和4中所看到的那样，按本发明的一个孔径组具有减缩的包封面积和在由两个极化方向确定的那些平面内完全对称。应指出对于对称性的要求在应用到馈电点470，480和490，换言之，即它们需要沿两个极化方向对称地定位。

此外应强调对于对称性的要求仅应用到天线的用于辐射的部分，换言之即图4中孔径组和馈电点以及未在图4中指示的天线单元。

图5表示按本发明优选实施例的天线装置500的侧视图。整个天线装置500配置在导电材料制成的一个U形支持结构511中。在该结构中存在多个***支持板521的槽517。由于该支持结构511是U形的，在后部方向取得隔离效应。壁513隔离特别重要的小路径(sideways)，如果想设计具有彼此相邻的若干列天线的组合天线的话。这种组合天线原则上是用类似于图5中的支持结构，和一个公共后部分以及隔离壁形成的，该隔离壁在机械和电气上使天线列彼此隔离。

在此表示的该例中，一个天线平面533由一个天线单元531组成。此外，如上所述，支持板521是用介电材料设计的。馈线网络是由导电层519做成的，该导电层519配置在那个背向天线平面533的方向上的板521的侧面上。按本发明的孔径组是在接地平面523中形成的，而该接地平面523配置在那个面向天线平面533的板521的侧面上。

天线单元531和接地平面523是由介电材料形成的距离525，527彼此分开。

使用介电间距的理由在于，在任何情况中，空气是优选作为隔离介电材料的。例如在空气中的功耗比多数其他介电材料的更小。

最后，图6中示意表示按本发明的具有孔径组的一个组合天线600的平面图。在该例中所示的组合天线600由彼此靠近配置的两个天线列698，699组成。如上所述，这样一种组合天线的支持结构原则上类似于图5中所示的，即由导电材料，和公共后部组成，而列698，699彼此分隔并由壁613在外部分界。在该说明中，无线单元始终通过一个馈线网络馈电。按本发明的天线当然完全是可逆的，即在发射和接收期间它同样地工作，术语“馈给”由此例如既包括“向天线单元馈电”，也包括“由天线单元馈电”。

当然该装置并不局限于上述实施例，可能有许多改型，主要涉及孔径形状，基本原则在于孔径组相对两个极化方向保持对称。

例如中心孔径445在图中按贯例表示成指向两个方向的箭头。然而例如其形状是可以改变的，使得始于中心部分两端以及形成该箭头顶端的部分相对该中心孔径部分具有不同的角度。始于中心部分两端的部分的数量无必限制在二，但记住方向对称，而且始于两端的部分的数量相等。

外部孔径415，425在图中按贯例表示成基本由垂直于中心孔径主方向的三部分和平行于该中心孔径主方向的两部分组成。另一个解决方案的例子是让该外部孔径包括垂直于中心孔径445主方向的第一部分，以及相对该第一部分处于另一角度的两部分。

对于上述外部孔径实施例的一个变型在于一个另外的部分从相对该第一部分某一角度的两部分的每个部分延伸，且这部分相对其从其延伸的那个部分处某一角度。

此外在该例中已表示出介电间距525，527，它们将天线单元531和接地平面523分开，而接地平面523和用于馈线网络的层519由介质板521分开。期待得到的是天线单元531，接地平面523，以及用于馈线网络的层519彼此电分开。至此有可能组合介电板和介电间距而得到大量变更的实施例。

在另一变更的实施例中，用于馈线网络的层519可放置在接地平面523和天一单元531之间，因为已表示出这将提供一个功能良好的装置。

Claims (12)

1.用于使用第一和第二极化的电磁信号无线传输信息的双极化天线装置(500)，极化彼此垂直，包括至少一个天线平面(533)和至少一个天线单元(531)和至少一个由第一导电层制作的接地平面(523)，至少一个由第二导电层(519)制作的馈线网络(430，450)，和多个在所说接地平面(523)内形成的孔径(415，425，445)，和每个孔径由一个或若干孔径部分组成，孔径在两个端点(427-428，447-448)间延伸，孔径(415，425，445)按孔径组配置，每个孔径组相对由上述两个极化所确定的那些平面对称，每个孔径组由至少一个被中心地设置在该组内并用作所说第一极化的第一孔径(445)以及至少两个用于所说第二极化的，对称地配置在所说中心孔径(445)所说每侧上的外部孔径(415，425)组成，其特征在于沿在孔径(415，425，445)的至少一个的端点(427-428，447-448)之间的一条直线的和沿平行于该孔径的主方向的假想线(465，455)的距离小于在该孔径中所说部分的长度的总和，

2.按权利要求1的装置，其特征在于所说中心孔径(445)由一起形成两个顶部箭头的多个孔径部分组成。

3.按权利要求1的装置，其特征在于所说中心孔径(445)由一中心孔径部分和附加的偶数孔径部分组成，主孔径部分的主方向垂直于外部孔径(415，425)的主方向，附加的偶数孔径部分以相对该中心孔径部分某个角度由该中心孔径部分的每端等量地延伸，所说角度不为直角。

4.按权利要求1-3任一权利要求的装置，其特征在于所说两个外部孔径(415，425)由多个孔径部分组成，至少一第一部分垂直于所说中心孔径(445)的主方向延伸，而至少两部分处于相对所说第一部分于一斜角。

5.按权利要求4的装置，其特征在于一另外部分在相对于所说至少两个其从其延伸的斜交部分的某角度从所说至少两个斜交部分之一延伸。

6.按权利要求1-5任一权利要求的装置，其特征在于接地平面(523)和用于馈线网络的层(519)由至少一个用一种介电材料制成的支持结构(521)彼此分开。

7.按权利要求1-5任一权利要求的装置，其特征在于接地平面(523)和用于馈线网络的层(519)由至少一个用一种介电材料制成的间距彼此分开。

8.按权利要求6-7任一权利要求的装置，其特征在于用于馈线网络的层(519)被配置在接地平面(523)的背向天线平面(533)方向的那侧上。

9.按权利要求6-7任一权利要求的装置，其特征在于用于馈线网络的层(519)被配置在接地平面(523)的朝向天线平面(533)方向的那侧上。

10.按权利要求8或9的装置，其特征在于天线平面(533)包括至少一个天线单元(531)并由至少一个用一种介电材料制成的间距(525，527)分开接地平面(523)和用于馈线网络的层(519)。

11.按权利要求8或9的装置，其特征在于天线平面(533)包括至少一个天线单元(531)，并由一个支持结构支持，该支持结构整个地或部分地向下充满腔体直到最接近底平面。

12.按权利要求1-11任一权利要求的装置，其特征在于用于所说孔径(415，425，445)的馈电点(470，480，490)对称放置在孔径组的对称平面的周围。

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