CN1281590A - 双带天线 - Google Patents

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Abstract

一种小孔耦合的天线,包括至少一个天线元件,该天线元件包括许多基本平的、相互平行的传播搭板(1－3),这些搭板通过地平面层(4)上的小孔(5a、5b)由供给网络(6)供给微波动力。供给网络(6)供给至少两个独立频带上的微波动力,这两个独立频带包括相对较低的第一频带和相对较高的第二频带。第一搭板(2)在所述第一频带上进行微波动力的传播,并且设置有小孔(9a,9b)从而把所述第二频带上的微波动力耦合到第二搭板(1)中,所述第二频带上的该微波动力从供给网络(6)通过所述地平面层(4)和所述第一搭板(2)上的小孔(5a,5b;9a,9b)而供给到所述第二搭板(1)上。

Description

双带天线
本发明涉及双带天线，它包括至少一个天线元件，该天线元件包括许多基本平的、相互平行的传播搭板，这些搭板通过耦合装置由供给网络供给微波动力，而该耦合装置位于由导电材料制成的平面层上。
一些类似天线只有一个传播搭板，这些类似天线一般以各种形式为人们所公知。例如，可以看美国专利说明书5030961(Tsao)、5241321(Tsao)、5355143(Zurcher等)、欧洲专利说明书公开号为No．520908(Alcatel Espace)和公开的国际中请PCT／SE97／00776(Allgon)。
最近，对移动无线应用的天线的需要显著增加，因此现在有许多无线通信的、以地面和卫星为基础的***使用了大范围的频带。相应地，还需要具有搭板的传播元件的单个天线元件，这些搭板可以工作在两个或者多个独立的频带中。
本发明的主要目的是提供这种带有天线元件的天线，这些天线元件至少可以工作在两个独立频带上，每个频带最好相当宽。
另一个目的是提供一种带有天线元件的天线，天线元件与双极化一起工作，从而实现从天线所输送的微波传播的理想变化，或者实现天线接受的微波传播的理想变化。这种变化特别有利于基站天线。双极化载波应当相互垂直，并且在它们之间带有较好的隔声，最好超过30dB的隔声。
实现上述的主要目的在于：供给网络适合于供给至少两个独立频带上的微波动力，这两个独立频带包括相对较低的第一频带和相对较高的第二频带，所述搭板中的第一个适合于在所述第一频带上进行微波动力的传播，并且设置有小孔从而把所述第二频带上的微波动力耦合到所述搭板的第二个中，所述第一频带上的该微波动力从所述供给网络通过所述地平面层上的所述耦合装置供给到所述第一搭板上，所述第二频带上的该微波动力从所述供给网络通过所述地平面层上的所述耦合装置并通过所述第一搭板上的小孔而供给到所述第二搭板上。
因此，第一搭板具有双重工作功能，即它将用作传播元件，而且还用作耦合元件从而通过它的小孔把微波动力从供给网络和地平面层上的小孔耦合到第二搭板上。
为了得到有效耦合，最好在地平面层和第一搭板之间布置第三搭板，第三搭板用来耦合第二频带上的微波动力。第三搭板应该基本上与第二搭板的尺寸大小相同，但是比第一搭板小。
在每个频带上实现双极化。有利的是，地平面层上的耦合装置包括小孔，而每个小孔是带有两个交叉狭槽的十字形，这两个交叉狭槽相互垂直。第一和第二搭板应当相对于地平面层的十字形小孔的中心点进行对中。
这些优选特征和其它特征表述在附加的权利要求中，并在下面的详细描述中表示出来。
参照附图进一步解释本发明，这些附图图解了本发明的优选实施例。
图1是天线元件的透视分解图，该天线元件具有：许多基本平的搭板，这些搭板设置在具有十字形小孔的地平面层的顶部上；供给网络；和底部或者后部的屏蔽罩；及
图2是从图1所示的天线元件的底部看去的视图。
图3与图1相对应、是天线元件的第二实施例的透视图。
在图1中只是示意性地示出的天线元件包括搭板结构，该搭板结构带有三个基本平的搭板层1、2和3，这三个搭板层1、2和3以一个位于另一个的顶上方式进行设置，并且在用作反射器的地平面层4的上方进行对中。
地平面层4由导电材料如铝制成，并且设置有中心设置的十字形小孔，该十字形小孔带有两个相互垂直的狭槽5a、5b。该十字形小孔5a、5b由微带供给网络6来触发，而该微带供给网络6蚀刻在基体层7上，而基体层7设置在地平面层4的下面。
在底部，即在基体7的下面或者在基体7的后侧上，有一个屏蔽罩8，它用来防止微波以平行于地平面层4所限定出的平面的方向向后或者向侧边传播。屏蔽罩8同样由导电材料如铝制成，并且最好设置有向上突出的舌片或者尖销8a，这些尖销延伸通过基体7上的相应孔，并且，例如通过焊接，在地平面层4的相应孔内连接到地平面层4上(未示出)。
搭板1、2和3通过泡沫材料相互分开(未示出)，如这种泡沫材料指的是ROHACELL，它具有接近1．05的介电常数。最好，基体层7由特氟隆材料如DICLAD527来制成，该DICLAD527有0．762mm厚并且具有2．55的介电常数。
本质上如所公知的一样，供给网络6设置有叉状的供给元件6a、6b，这些叉状的供给元件相互垂直并且垂直于地平面层4上的一个狭槽5a、5b，狭槽5a、5b用作微波动力的耦合装置。还可看图2。
根据本发明，供给网络6适合于以两个独立的频带供给微波动力，这两个独立频带包括：相对较低的第一个频带，如880-960MHz GSM带；及相对较高的第二频带，如1710-1880MHzDCS频带。
在低频带上，供给元件6a、6b通过狭槽5a、5b(一个垂直方向上极化的通道和一个水平方向上极化的通道)把微波动力供给到相对较大的传播搭板2，该搭板2以限制好的模式传播微波动力(在图1中向上)。
而且，供给元件6a、6b还在相对较高的第二频带上通过地平面层4上的狭槽5a、5b来供给微波动力，并且通过搭板层2上的十字形小孔9a、9b把微波动力供给到上部的、相对较小的传播搭板1中。
为了实现有效耦接，十字形小孔9a、9b组成了垂直狭槽9a和9b，这些垂直狭槽平行于狭槽5a、5b中的相应的一个，尽管它们的长度较短。此外，设置在地平面层4和搭板2之间的搭板3用来提高在相对较高的第二频带上的耦接效果。搭板3应该稍稍地比传播搭板1大或者基本上与传播搭板1的大小相同，但是应该比传播搭板2的小。
在图解的实施例中，供给元件6a、6b设置在基体层7的底部上的同一平面上。因此，在两个供给元件6a、6b的十字点上需要具有空运线。每个供给元件分成两个50Ω的分支，这两个分支终止于开路短线上。在两个频带上，通过较短的部分6aa、6bb设置小量的对称电容调谐，而较短部分6aa、6bb在各自的小孔狭槽5a、5b的前面稍微宽大约30mm。
为得到较好的性能可以在较低频带上选择相对较大的传播搭板2的大小和位置，搭板2的长度和宽度基本上与狭槽5a和5b的长度相对应。显然，搭板1、2、3不必是正方形或者矩形，而可以是一些其它形状，如圆形或者rombic形状。在使用双极化的情况下，它们应该相对于90°旋转而对称或者是多路***。
传播搭板2上的狭槽9a、9b应该比狭槽5a、5b短。最好，这些狭槽9a、9b的各自长度应该与相对较小的传播搭板1的尺寸大小相一致。如上面所述，耦接搭板3应该稍稍地比传播搭板1大或者基本上与传播搭板1的大小相同。
而且，狭槽9a、9b相对于较长的狭槽5a、5b而以一个角度如45°进行旋转。
应当注意到，相对较大的传播搭板2起着相对较小的顶部搭板1的地平面的作用。在实验中已经证实了这个。事实上，已经发现搭板1和2的传播模式非常相似。还有，搭板2和地平面层4的尺寸大小之间的比率接近等于小搭板1和大搭板2之间的比率。
还发现，通过改变各自的搭板1、2的宽度来调整所传播的微波束的宽度是可能的。
实验还证实，屏蔽罩或者盒子8把向后的传播实际上减少到0。这里，把罩或者盒子8直接连接到地平面层4上是重要的。作为比较方案，借助于导电螺钉来实现。
实验还证实了：对两个通道而言，在较低带(GSM)上实现至少15dB的回程损耗是可能的。在上部带(DCS)中，回程损耗比10dB大。而且，比10dB大的、回程损耗的带宽是大约920Mhz的14．3％和大约1795MHz的14．7％。最后，在每个频带上的两个通道之间的隔声证实为大于32dB。
图3表示一个稍稍不同的实施例，供给网络由共轴线的电缆6’a和6’b来组成，每个极化为一个。在地面层4’上，这些电缆各自连接到探极5’a和5’b上。因此，每个电缆6’a、6’b的中心导体连接到各自的探极5’a、5’b上，而探极本身连接到耦合搭板3’上，而每个共轴线电缆的外部管状导体连接到地平面层4’上。如果需要的话，那么将有超过一对共轴线电缆和探极。还有，原则上，结合探极供给和小孔耦合是可能的，一个极化一个。
在附加权利要求的范围内可以改进本发明天线。天线可以包括在矩形布置中的一行或者许多行上的两个或者许多个天线元件。而且，每个天线元件可以包括两个以上的传播搭板，每个搭板在专门的频带上进行传播。最好，一般通过邻近频带之间的倍频程把频带相互之间大大分离。而且如上面所表示的一样，双极化可以是如所示出的线性或者圆形。当然，本发明的原理还可以在没有双极化的情况下进行应用。在这种情况下，地平面层4上的小孔和搭板2上的小孔不必是十字形，而可以是任何理想的形状。

Claims (10)

1．一种双带天线，包括至少一个天线元件，该天线元件包括许多基本平的、相互平行的传播搭板(1-3)，所述搭板通过耦合装置(5a、5b；5’a、5’b)由供给网络(6)供给微波动力，而该耦合装置位于由导电材料制成的平面层(4)上，其特征在于：所述供给网络适合于供给至少两个独立频带上的微波动力，这两个独立频带包括相对较低的第一频带和相对较高的第二频带，
所述搭板(2)中的第一个适合于在所述第一频带上进行微波动力的传播，并且设置有小孔(9a，9b)从而把所述第二频带上的微波动力耦合到所述搭板的第二个搭板(1)中，
所述第一频带上的该微波动力从所述供给网络(6)通过所述地平面层上的所述耦合装置供给到所述第一搭板(2)上，所述第二频带上的该微波动力从所述供给网络(6)通过所述地平面层(4)上的所述耦合装置并通过所述第一搭板(2)上的小孔(9a，9b)而供给到所述第二搭板(1)上。
2．如权利要求1所述的双带天线，其特征在于：在所述地平面层(4)和所述第一搭板(2)之间设置用作耦合装置的第三搭板(3；3’)。
3．如权利要求2所述的双带天线，其特征在于：所述第三搭板(3；3’)基本上与所述第二搭板(1)的尺寸大小相同，但是比所述第一搭板(2)小。
4．如前面权利要求1-3的任一项所述的双带天线，其特征在于：
所述供给网络(6a，6b)适合于供给带有每个所述频带上的双极化的微波动力，
所述地平面层(4)上的所述耦合装置至少包括一对探极(5’a，5’b)，每对中每个极化有一个探极。
5．如前面权利要求1-3的任一项所述的双带天线，其特征在于：
所述供给网络(6)适合于供给带有每个所述频带上的双极化的微波动力，
所述地平面层(4)上的所述耦合装置包括小孔(5a，5b)，及
每个所述小孔是带有两个交叉狭槽(5a，5b；9a，9b)的十字形，这两个交叉狭槽相互垂直，及
所述第一和第二搭板(2，1)相对于所述地平面层(4)的所述十字形小孔(5a，5b)的中心点进行对中。
6．如权利要求5所述的双带天线，其特征在于：地平面层(4)上的十字形小孔的狭槽(5a，5b)的长度大于第一搭板(2)上的十字形小孔的狭槽(9a，9b)。
7．如权利要求5或者6所述的双带天线，其特征在于：所述供给网络由平的微带网络(6)组成，该平的微带网络具有两个分开的供给元件(6a，6b)，这两个独立的供给元件适合于供给所述地平面层(4)上的十字形小孔的两个狭槽(5a，5b)中的相关的一个。
8．如前面权利要求5-7中的任一项所述的双带天线，其特征在于：盒状的屏蔽金属结构(8)设置在所述地平面层(4)的一侧上，该侧朝向远离所述第一搭板(2)的方向，所述盒状屏蔽金属结构(8)相对于所述地平面层(4)上的十字形小孔(5a，5b)进行对中。
9．如前面权利要求1-8中的任一项所述的双带天线，其特征在于：第二频带的中心频率接近比所述第一频带的中心频率高的倍频程。
10．如权利要求9所述的双带天线，其特征在于：所述第一频带的所述中心频率处于800-900MHz范围内，而所述第二频带的所述中心频率处于1800-1900MHz范围内。
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