CN1497781A - 双极化天线 - Google Patents

Abstract

一种双极化天线，其包括沿天线轴线设置的两个或更多个模块。每个模块包括一个发射元件，以及四个导电壁，这些导电壁一起形成了围绕发射元件的框架。每个壁包括一个远端边缘和一对侧边。这些壁的侧边在该框架的各拐角处相互会合但不接触。导电壁组件设置在一对发射组件之间。每个壁组件从沿天线轴线的横截面来看大致为U形。每个发射转接元件具有大致平行于天线轴线延伸的第一和第二相对侧边。轴向隔离元件设置在每对发射转接元件之间，并包括一个其长度方向大致平行于天线轴线的细长导电元件。横向隔离元件设置在各对发射转接元件之间并包括一个其长度方向大致垂直于天线轴线设置的细长导电元件。轴向和横向隔离元件互相不接触。每个侧壁具有一个从侧壁的上边缘伸出的突起部分。突起部分位置与相应发射元件的中心相对，而每个突起部分位于各自的侧壁的平面中。接地层和导电壁由单独的一张导电材料板构成。

Description

双极化天线

技术领域

本发明涉及一种双极化天线。

背景技术

US6023244描述了一种微带天线，其具有一个设置在接地层上的金属框架，以控制天线波瓣的大小和方向。形成金属框架的壁至少沿一边电相互连接，该边形成了一条沿着金属框架的线路。

US6028563描述了一种具有隔离装置的双极性天线。其中描述了各种不同类型的隔离装置，包括隔离树或隔离棒、隔离横条、细隔离杆或线，或隔离带。

WO98/36472描述了一种双极性天线，该天线具有各种可选结构的侧壁。

WO02/50953描述了一种双极性天线，其包括一对沿天线长度方向延伸的侧壁，以及天线元件之间的隔离装置(杆或壁)。矩形突起从侧壁的顶边缘向内朝天线元件突出。

US6072439描述了一种双极性天线，其具有一对C形的侧壁，该壁用螺钉紧固到背面。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的不足。

本发明的优选实施例提供了一种双极化天线，其包括两个或更多个沿天线轴线设置的模块，每个模块包括一个发射元件和四个一起构成围绕发射元件的框架的导电壁，每个壁包括一个远端边缘和一对侧边，其中该壁的侧边在各自框架的拐角处相互会合但不接触。

为最小化互调问题，重要的是在壁的各边之间或者完全接触，或者不接触。业已认识到，可重复的性能和简单的结构来自于壁的各边之间的不接触。

典型地，每个壁的一对边的至少一部分朝各自的远端边缘向内逐渐变细。在一个实施例中，壁沿其全长逐渐变细；在另一个实施例中，壁在其近端相互平行，而在远端逐渐变细。

典型地，每个壁具有一个近侧底板，这些底板一起构成外边界，其中壁的远端边缘一起构成内边界，而其中内边界之内的面积小于外边界之内的面积。

壁的侧边可以在框架拐角处被相应的气隙分开或可以设置绝缘填充物。

发射元件可以是一个转接元件(patch element)或者任何其它元件，例如偶极子。

本发明的优选实施例也提供了一种双极化天线，其包括两个或更多个沿天线轴线设置的发射元件；多个大致平行于天线轴线延伸的导电侧壁；以及一个或多个导电壁组件，每个壁组件设置在一对发射元件之间，其中该壁组件或每个壁组件从沿天线轴线的横截面来看大致为U形。

该U形壁组件可以通过把“U”的基座连接到天线托架，例如通过连接销，而很容易安装在天线托架上。

本发明的优选实施例也提供了一种双极化转接天线，其包括两个或更多个沿天线轴线设置的发射转接元件，每个发射转接元件具有与天线轴线大致平行延伸的第一和第二相对侧边；多个与天线轴线大致平行延伸的导电侧壁；以及一个或多个导电隔离元件(isolatingelement)；每个隔离元件设置于一对发射转接元件之间。

该隔离元件可以为任何形式，例如大致垂直于天线轴线的导电壁，轴向带和/或横向带。

一种双极化天线，其包括两个或更多个沿天线轴线设置的发射转接元件；一个或多个轴向隔离元件，每个轴向隔离元件设置在一对发射转接元件之间，并包括一个其长度方向大致地平行于天线轴线设置的细长导电元件；以及一个或多个横向隔离元件，每个横向隔离元件设置在一对发射转接元件之间并包括一个其长度方向大致地垂直于天线轴线设置的细长导电元件，其中轴向和横向隔离元件并不相互接触。

本发明的优选实施例还提供一种双极性天线，其包括两个或更多个沿天线轴线设置的发射元件；以及多个与天线轴线大致平行延伸的平面的导电侧壁，其中每个侧壁具有一个从该侧壁的上边缘伸出的突起部分，各突起部分的位置与各发射元件的中心相对，而其中每个突起部分位于其各自侧壁的平面中。

本发明的优选实施例还提供一种双极性天线，其包括一发射元件；一接地层；以及一对设置在发射元件对侧的导电壁，每个壁与接地层成一个锐角，并且接地层和导电壁由单独的一张导电材料板形成。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出了本发明的实施例，并且，与下面给出的对于本发明的概括描述一起用来解释本发明的原理。

图1a和图1b一起示出了板式天线的等轴测分解视图；

图2为该天线的侧视图；

图3为该天线的顶视图；

图4为图2中天线圆圈部分的局部放大侧视图；

图5a为PCB(印刷电路板)的顶视图；

图5b为PCB的底视图；

图6为另一种板式天线的透视图；

图7为图6中天线的顶视图；而

图8为图6中天线的侧视图。

具体实施方式

图1到图3示出了板式天线1(双向倾斜，±45°极化)。为清楚起见，成品中的某些元件(例如天线罩)被从图中省略。而且，尽管在使用中天线通常处于垂直的方向而连接片(patch)朝外，但图1a和图1b以水平的方向示出了该天线。术语“上部”、“下部”等的使用应参照图1中的方向。图1a以等轴测分解形式示出了天线的上部元件，而图1b以等轴测分解形式示出了天线其余的下部元件。在图1a和图1b中都示出了转接托架(patch tray)10以提供两个图之间的连接。

四个上部转接元件2通过隔离分隔件4安装在下部转接元件3上。上部转接片2由切去四角的正方形板组成，以提供如图所示的八边形结构。下部转接元件3具有圆形中心孔5，并且通过隔离分隔件11安装在转接托架10上。转接托架10的底板作为接地层。

一对端壁12安装在转接托架10的相对端，并且设有三个双层壁组件13，每个位于各自的一对转接组件之间。双层壁组件13的横截面通常为U形并具有一个底板14，以及垂直于天线轴线的一对向外成角度的壁16。壁12、16具有成一个角度的侧边(其中一个在图3和图4标号为25)，并从一个相对较宽的底板逐渐变细到一个相对较窄的远端上边缘26。

转接托架10由单独的一张平面的铝板形成，该铝板在其边沿处折叠，以形成具有突起部分32的侧壁30。在转接托架10的底板上冲压出四组孔31，各组孔与各转接片相对齐。在侧壁30之间提供有切口，以提供成一个角度的侧边(其中一个在图3和图4中标号为27)。这样，侧壁30从一个相对较宽的底板逐渐变细到一个相对较窄的远端上边缘28。矩形突起部分32从上边缘28伸出，并与侧壁30位于同一平面。

这样，侧壁30以及横向壁12、16大致地将转接组件封闭在一个逐渐变细的盒状框架中，如图3的顶视图所最清楚地所示。然而，该壁并没有完全封闭转接组件。具体说，该壁的侧边25、27在正方形框架的拐角处不相接触。如图3和图4所示，边25、27之间的气隙42轻微地逐渐变细。可选地，边25、27可以是平行的。不过，重要的是边25、27之间没有接触。如果需要，隔离分隔件可以安装在气隙42中，尽管气隙42优选地保持开放。

板在侧壁30之间没有被完全切除。而是下侧壁29被保留在侧壁30之间。侧壁29为连接托架10提供了机械加强以使挠曲最小化。

孔31排列成十字状，各孔的取向与天线轴线成±45°。这使得转接片发射和接收与天线轴线成±45°的电场的主要分量的该方向的辐射。

四块印刷电路板40安装在转接托架10的后部。四个护罩50安装在印刷电路板40的底侧。护罩从孔31把辐射引向转接组件。

移相电路支撑件60通过夹持元件71安装在后托架70上。移相电路组件61安装在移相电路支撑件60的后部。

隔离组件被设置在各转接组件之间，每个隔离组件包括一个横向条状件20和一个轴向条状件21。该隔离组件通过图4详细示出的绝缘短柱33、34安装。为清晰起见，在图1到图3中省略了短柱。轴向条状件21具有向下弯曲的臂22，该臂通过绝缘短柱33安装在壁16上，该短柱穿过臂22和壁16的孔。横向条状件20具有臂23(如图3中的顶视图所示)，该臂安装在双层壁组件13的底板14上。一个附加的绝缘短柱34把纵向条状件21安装在横向条状件23上。短柱34穿过条状件21、23中的孔。隔离组件改善了天线+45°和-45°端口之间的隔离。

横向壁12和16的内表面与托架10的底板之间的角度大约为56°。侧壁30与托架10的底板之间的角度大约为58°。横向壁16的上边缘26比侧壁30的上边缘28更高于接地层10。

由图3中的顶视图可以看出，壁的远端边缘25、28形成一个围绕转接组件的矩形内边界。壁的底板(壁与接地层的连接处)形成一个矩形外边界。在矩形内边界以内的面积小于在外边界以内的面积。通过减小在内边界之内的面积(例如通过改变壁的角度或尺寸)和增加孔5的尺寸，3dB的波束宽度可以增加到120°。

图5a和图5b详细示出了一块印刷电路板40。图5b示出了印刷电路板的下表面(即转接片的对侧)而图5a示出了印刷电路板的上表面(即转接片的同侧)。印刷电路板包括一个两面具有铜层的Taconic^基底。下表面的铜被蚀刻掉以留出图5b所示的微带馈线网。馈线45通过连接点48与馈线46、47相连接。馈线52通过连接点55与馈线53、54相连接。上表面的铜被蚀刻掉四个区域以形成图5a所示的“哑铃”形的槽56。上表面具有一个胶粘电介质薄层，该层把印刷电路板40粘贴在转接托架10的底板上，在印刷电路板上表面的铜和铝质转接托架10之间提供一种电容性的连接。槽56与转接托架10的底板中的孔31共线。馈线46、47、53、54穿过“哑铃”形的槽56的中间杆状部分。这样，馈线将能量耦合到槽56，该槽又将能量耦合到孔31，该孔接下来将能量耦合到上部和下部转接元件2、3。槽56(并因此转接元件2、3)沿与天线轴线成45度的两个极化方向发射能量。

除了印刷电路板之外，天线的所有零件都由铝制成。

侧壁30之间的切口改善了隔离。具体说，切口使能量能够向外发射，这样就防止了来自一组孔31的辐射与相邻的转接组件相耦合。切口也使U形组件13能够容易地插入。

转接组件之间的壁16改善了隔离。

应当注意到，转接片2、3具有侧边，其平行于侧壁30。这与现有的天线相比具有两个优点，在现有的天线中，方形的转接片定向成其对角线与天线轴线对齐(见WO02/50953)。首先，天线具有一个较大的波束宽度，因为发射元件的尺寸在水平面(垂直于天线轴线)较小。其次，转接片的侧边和侧壁之间相对固定的间隙导致改善了天线电性能的可重复性。

天线被设计成用于880到960MHz的频段，尽管其可以被设计成工作在其它频段。对于从1°到10°的电俯角，极化方向之间的隔离大于30dB。天线高出转接托架10底板的高度为60mm。这是一种较任何其它现有的具有90°3dB波束宽度的发射天线都低的结构。

图6到图8示出了另一种天线。与图1到图4中相同的部件具有重复的标号。侧壁具有折叠得与接地层成直角并具有平行侧边81的垂直的近端部分80。侧壁也具有折叠得平行于接地层并具有侧边83的远端部分82，其朝向远端边缘84逐渐变细。横向壁具有类似的结构，其具有垂直的近端部分90，该部分折叠得与接地层成直角并具有平行的侧边91，而远端部分92折叠得平行于接地层，并具有朝向远端边缘94逐渐变细的侧边93。在边81、91和边83、93之间留有一个较小的边缘平行的气隙。

图6到图8中的壁比图1到图6中成一个角度的壁更容易构造。然而缺点是对于一个给定的波束宽度需要更多的材料。

图1到图6中的轴向条状件21由具有向下弯曲的臂101的轴向条状件100代替。臂101通过绝缘短柱(未示出)安装在横向壁的近端部分90，该短柱穿过臂101和壁部分90中的孔。

在另一个实施例(未示出)中，臂101可以被省略，而轴向条状件100安装在远端壁部分92。

附图中提到一种具有四个发射元件的天线。然而，可以使用任何数量的元件，例如八个。

虽然本发明已通过对其实施例的描述被说明，而且该实施例已被详细地描述，申请人的目的不是把所附权利要求的范围约束或以任何方式限制到这些细节。其它的优点和改动会容易地为本领域技术人员所了解。因此，在其更广泛的范围内的本发明不被限制于具体细节、典型装置和方法以及所示出和描述的说明性例子。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下可以改变这些细节。

Claims (33)

1.一种双极化天线，其包括沿天线轴线设置的两个或更多个模块，每个模块包括一个发射元件，和四个导电壁，这些导电壁一起构成一个围绕该发射元件的框架，每个壁包括一个远端边缘和一对侧边，其中该壁的侧边在该框架相应拐角处相互会合但并不接触。

2.根据权利要求1所述的天线，其中所述的各导电壁的一对侧边的至少一部分朝相应的远端边缘向内逐渐变细。

3.根据权利要求1所述的天线，其中所述的每个导电壁具有一个近端底板，这些底板一起形成外边界，其中所述导电壁的远端边缘一起形成内边界，并且其中内边界之内的面积小于外边界之内的面积。

4.根据权利要求1所述的天线，其中所述的每个导电壁具有近端部分和与近端部分成一个角度的远端部分。

5.根据权利要求1所述的天线，其包括一个接地层，其中所述各壁的至少一部分与所述接地层成一个锐角。

6.根据权利要求1所述的天线，其中所述壁的侧边在所述框架的拐角处被相应的气隙隔开。

7.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述天线具有大于70度的3dB波束宽度。

8.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述天线具有大于85度的3dB波束宽度。

9.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述天线具有大于110度的3dB波束宽度。

10.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述发射元件为转接元件。

11.根据权利要求10所述的双极化天线，其中所述转接元件具有一个形成在其中心区域的孔。

12.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述发射元件为具有四边的转接元件，并且其中每个导电壁大致平行于所述转接元件相应的边延伸。

13.根据权利要求1所述的双极化天线，其包括一个接地层，其中所述接地层和所述导电壁中的两个由单独的一块导电材料板构成。

14.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述围绕各元件的四个壁包括一对平行于所述天线轴线延伸的侧壁，以及一对垂直于所述天线轴线延伸的壁。

15.根据权利要求14所述的双极化天线，其包括一个接地层，其中所述侧壁的远端边缘比所述横向壁的远端边缘更靠近所述接地层。

16.根据权利要求1所述的双极化天线，其中所述的一对相对的导电壁各自具有分别从其远端边缘伸出的突起部分，每个突起部分的位置与相应的发射元件中心相对。

17.根据权利要求16所述的天线，其中所述的各突起部分从所述天线轴线侧面来看大致为矩形。

18.根据权利要求17所述的天线，其中在各模块之间设置有大致平行于所述天线轴线延伸的加强壁。

19.一种双极化天线，其包括沿天线轴线设置的两个或更多个发射元件；多个大致平行于所述天线轴线延伸的导电侧壁；以及一个或多个导电壁组件，每个壁组件设置在一对发射元件之间，其中这些壁组件或每个壁组件从沿所述天线轴线截取的横截面来看大致为U形。

20.根据权利要求19所述的天线，其中所述的这些壁组件或每个壁组件包括一底板和一对壁，每个壁与底板成一个钝角。

21.根据权利要求19所述的天线，其中所述的这些壁组件或每个壁组件大致地关于垂直于所述天线轴线的平面对称。

22.根据权利要求19所述的双极化天线，其包括一个接地层，其中所述的侧壁的远端边缘比所述横向壁的远端边缘更靠近所述接地层。

23.一种双极化转接天线，包括沿天线轴线设置的两个或更多个发射转接元件，每个发射转接元件具有大致平行于所述天线轴线延伸的第一和第二相对侧边；多个大致平行于所述天线轴线延伸的导电侧壁；以及一个或多个导电隔离元件，每个隔离元件设置在一对发射转接元件之间。

24.根据权利要求23所述的天线，其中所述的这些或每个隔离元件包括大致垂直于所述天线轴线延伸的导电壁。

25.一种双极化天线，其包括沿天线轴线设置的两个或更多个发射转接元件；一个或多个轴向隔离元件，每个轴向隔离元件设置在一对发射转接元件之间并包括一个其长度方向大致平行于所述天线轴线设置的细长导电元件；以及一个或多个横向隔离元件，每个横向隔离元件设置在一对发射转接元件之间并包括一个其长度方向大致垂直于所述天线轴线设置的细长导电元件，其中所述轴向隔离元件和横向隔离元件不相互接触。

26.根据权利要求25所述的天线，其中所述的轴向隔离元件和横向隔离元件为条形件，该条形件从垂直于其长度方向截取的横截面来看大致为矩形。

27.根据权利要求25所述的天线，其包括在所述轴向和横向隔离元件之间的隔离分隔件。

28.根据权利要求25所述的天线，其包括两个和更多个大致地垂直于所述天线轴线延伸的导电壁，每个壁设置在发射元件和轴向隔离元件之间。

29.根据权利要求28所述的天线，其中所述的每个轴向隔离元件在各端由一个所述横向导电壁支撑。

30.根据权利要求29所述的天线，其中所述的每个轴向隔离元件在各端用一个隔离分隔件与所述导电壁之一相连接。

31.一种双极化天线，其包括沿天线轴线设置的两个或更多个发射元件；以及多个大致平行于所述天线轴线延伸的平面导电侧壁，其中每个侧壁具有一个从所述侧壁的上边缘伸出的突起部分，每个突起部分的位置对着相应的发射元件的中心，并且其中每个突起部分位于其各自侧壁的平面。

32.根据权利要求31所述的天线，其中所述的每个突起部分从所述天线轴线的侧面来看大致为矩形。

33.一种双极化天线，其包括一个发射元件；一个接地层；以及设置在所述发射元件相对侧的一对导电壁；每个壁与所述接地层成一个锐角，其中所述的接地层和导电壁由单独的一块导电材料板构成。

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