CN100342587C - 双频带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种包括一个由一些用于第一频带的第一天线元(14)构成的第一直线型周期性阵列和一个由一些用于第二频带的第二天线元(15，16)构成的第二直线型周期性阵列的双频带天线(10)。第一直线型周期性阵列的周期基本上是第二直线型周期性阵列的周期的两倍。第二天线元(15，16)交替地配置在第一天线元(14)之间和之上。第一天线元(14)和第二天线元(15，16)都体现为贴片辐射器。本发明的双频带天线是一种辐射和接收性能得到改善的结构紧凑的装置，因为第一和第二天线元(14，15，16)各自都包括一个配置在一个矩形的敞顶导电盒(17，21，26)内的印刷电路板(18，22，27)，在印刷电路板(18，22，27)之上与印刷电路板(18，22，27)平行配置有若干相互上下隔开一段距离的贴片板(19，20；23，24，25；28，29，30)。

Description

双频带天线
技术领域
本发明与天线技术有关，具体地说，与一种双频带天线有关。
这种双频带天线例如可从公开文件US-A-6,239,750中看到。
现有技术
随着要在移动无线电通信区域内发送数据的需求的增大，已经制订了UMTS(通用移动通信系统)标准。遵从这个标准的应用需要新的移动无线电网。这种网的也必须新开发的一个部件是天线，因为UMTS标准是以在新的频段内进行发送和接收为基础的。以前的按照传统的GSM 900/1800标准设计的移动无线电网和一些遵从其他标准的其他网将与新创的UMTS标准并行继续运行一段还不能预测的时间。为了获得尽可能快的UMTS网的结构，网络运营商关心将现有的天线场地供现有的网用和合入新的UMTS网。开发覆盖现有网的频段和UMTS频段的天线使网络运营商可以缩短批准手续的时间，甚至可以完全节约这段时间。此外，可以设想与对于每个标准用不同的天线相比公众将更愿意接受一个天线覆盖所有的本地所用的移动无线电标准。
用于基站的双极化天线是早已知道的，这种天线包括一个由一些双极化独立辐射元(独立天线元)构成的阵列。同样，双极化宽频带天线也是已知的，这种天线包括一个由一些调谐到频率为1710-2170MHz的宽带上的完全相同的双极化辐射元构成的阵列，从而可以覆盖GSM 1800频带和UMTS频带。从本专利申请人的WO-A1-01/76010中可以看到这种类型中的一种特别有效的辐射元已经在实践中获得成功。此外，已知有一些双极化天线覆盖GSM 900频带和GSM 1800频带或者GSM 1800/UMTS频带，这些天线包括一个由相应调谐的双极化独立辐射元构成的阵列。
在US-B1-6,211,841中提出了一种用于移动无线电基站的多频带天线，通过将两个具有两种呈现为交叉偶极子(低频带偶极子，高频带偶极子)的辐射元的阵列组合在一起以覆盖GSM 900、GSM 1800和UMTS频带。
在WO-A2-99/59223中，揭示了一种双频带天线，将第一个用于GSM频带(860-970MHz)的贴片辐射元(patch radiator)直线型阵列与第二个用于PCN频带(1710-1880MHz)的交叉偶极子直线型阵列组合在一起，在第一实施例中交叉偶极子配置在贴片辐射元之间，而在第二实施例中交叉偶极子直接配置在贴片辐射元之上。
最后，在最初提到的公开文件US-B1-6,239,750中，提出了一种工作于多频带的天线装置(图4)，将两个不同的直线型贴片辐射元阵列相互组合在一起，第一贴片辐射元调谐到1800-1900MHz的频带上，而第二贴片辐射元调谐到800-900MHz的频带上，第一贴片辐射元交替地配置在第二贴片辐射元之间和直接配置在第二贴片辐射元之上。
为了一方面能使基站处的现有天线空间同样用于以前的频带和新的UMTS频带，另一方面能应用本专利的申请人按照WO-A1-01/76010开发的辐射元的优点，所希望的是在双频带天线内使用这种辐射元。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种宽带的双频带天线，这种双频带天线对GSM 900频带和GSM 1800和UMTS频带都适用，而且是以如在WO-A1-01/76010中所揭示的辐射元类型为基础的。
这个目的是本发明所述特征的全体达到的。本发明的核心在于：将多个第一和第二天线元配置成一个直线型周期性阵列；第二天线元交替地配置在第一天线元之间和之上；以及第一和第二天线元都构成为贴片辐射器，每个贴片辐射器包括一个配置在一个矩形的敞顶导电盒内的印刷电路板，在印刷电路板之上与印刷电路板平行配置有多个相互上下隔开一段距离的贴片板。这种配置的特别特征是在这种情况下在阵列内使用的不是一些用于不同频带的配置在相互之上的贴片板和相互相邻配置的贴片板，而是一些各带有配置在各自盒内的印刷电路板的贴片辐射器。
在这种配置中可取的是，所述贴片板在所有情况下都用一些电绝缘的间隔件保持成相互和与印刷电路板上下隔开一段距离
本发明的一个优选实施例的特征是：在第二天线元上方设置有三个贴片板，在第一天线元上方设置有两个贴片板。优选地，在第二天线元的情况下每个第二天线元的三个贴片板都配置成相互上下隔开一段距离；在第一天线元的情况下，每个第一天线元的两个贴片板都配置成相互上下隔开一段距离；以及在第一天线元的情况下，每个第一天线元的两个贴片板中的上面一个贴片板之上隔开一段距离配置有一个第二天线元和它的盒子而不是第三个贴片板。因此，第二天线元在配置在第一天线元之上的情况下都同时是所配置的第一天线元的一个固定组件。
可取的是，第一和第二天线元都配置在一块细长的底板之上。底板可以是非金属的。然而，底板也可以构成一个(金属的)反射器。
具体地说，第一天线元设计成覆盖806-960MHZ的频段，而第二天线元设计成覆盖1710-2170MHz的频段。
在一般情况下，如果在双频带天线内配置有总共N个第一天线元和2N-1个第二天线元，其中N为大于0的整数，就可以得到一个平衡双频带天线。一个成功的实施例是N＝7。
附图说明
以下将结合附图参考典型实施例对本发明进行详细说明，在这些附图中：
图1示出了按照本发明的一个优选典型实施例设计的双频带天线卸去了顶盖后的顶视图；
图2示出了图1所示双频带天线的沿图1中A-A切剖的两个相邻的第一和第二天线元的剖视图；
图3示出了图1或2中第一天线元的印制电路板的顶面；
图4示出了图1或2中第一天线元的印制电路板的底面；
图5示出了图1或2中第二天线元的印制电路板的顶面；以及
图6示出了图1或2中第二天线元的印制电路板的底面。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的一个优选典型实施例设计的双频带天线卸去了顶盖后的顶视图。双频带天线10在细长形的机壳11内含有一个由一些第一单个天线元(辐射元)14和第二单个天线元(辐射元)15、16在一个充斥整个机壳11的细长底板12之上沿直线周期性排成的阵列。然而，基板的宽度也可以缩小到等于天线元的宽度。基板12可以是非金属的。然而，它也可以是金属的，从而可以起到反射器的作用。将天线元14、15、16排列在一个反射器之上优化了前/后比。
第一天线元14和第二天线元的一部分15在直线型阵列内交替配置。此外，第二天线元的剩余部分16配置在第一天线元14之上(参见图2)。这样，第二天线元15、16之间的距离是第一天线元14之间的距离的一半。对于第二和第一辐射元的最小尺寸来说，第一和第二天线元之间距离为0.78倍或0.87倍波长，分别与频带中心有关。
从图2这个剖视图中可以清楚地看到第一和第二天线元14、15和16的基本配置。第二天线元15和16的形状基本上是相同的。在这些天线的情况下，印刷电路板22和27在所有情况下分别配置在由金属片构成的敞顶方盒21、26内，与盒21、26的底平行，离底有一段距离。图5和6示出了印刷电路板的双面导电印刷线或导电区域的形状。在印刷电路板22、27之上，与印刷电路板22、27平行配置有三个相互隔开不同距离的贴片板23、24、25和28、29、30，由印刷电路板22、27激励，连接成可以进行电磁辐射。第二天线元15、16用于1710-2170MHz(GSM 1800、UMTS)的频带、调谐到这个频带上(UMTS辐射元)。它们的外形尺寸和贴片板距离因此小于第一天线元14的情况。UMTS辐射元15、16都配置在高于底板12的高度上(图2)。
第一天线元14用于806-960MHz(GSM 900等)的频带，调谐到这个频带上(900MHz辐射元)，与第二天线元15、16类似配置。在这些天线元中，都有导电印刷线或导电区域形状如图3和4所示的一个双面印刷电路板18配置在一个较大的由金属片构成的敞顶方盒17内，与方盒17的底平行、离底有一段距离。在印刷电路板18之上与印刷电路板18平行地配置有两个相互隔开不同距离的贴片板19和20，由印刷电路板18激励，连接成可以进行电磁辐射。在这两个贴片板19、20之上一段距离处配置的不是第三个贴片板，而是一个第二天线元16和它的盒21。
第一天线元14的印刷电路板18和第二天线元16和15的印刷电路板22和27分别在它们的顶面上具有如图3和5所示的导电印刷线31、32和34、35，而在底面上分别设置了接地区33和36，在所有情况下其中形成了交叉配置的槽形导电图案37、38和39、40。天线元14、15、16都可用任何类型的网络馈电。
图1和2中所示的天线元14、15和16与WO-A1-01/76010的贴片辐射元不同，盒17、21、26的四个侧面上没有任何用来增大带宽的突耳。必要的带宽是用第三(最上面的)贴片板25、30来获得的。900MHZ辐射元(天线元14)上的UMTS辐射元(天线元16)的盒21具有可与第三贴片板相比拟的作用，即这个UMTS辐射元也增大了带宽(由于UMTS盒21与900MHz盒的两个贴片板19、20之间的电容耦合和印刷电路板18的槽形结构(导电图案37、38)，激励了一些附加的共振频率，导致带宽增大)。
对于底板12的功能来说，还必须提到的是在现有技术中已知的将各个贴片辐射元配置在一个金属底板之上的功能。在这种已知的结构中，板具有反射器的功能，因此可以预先确定辐射的方向。在本配置中，这个任务已经由包围天线元的盒17、26完成。反射器一方面用作安装盒17、26的底板12，而另一方面用盒在这种反射器之上的间隔优化前/后比。
双频带天线10内天线元14和15、16在阵列内的最佳间隔是各自频带的波长的0.7倍。由此可见，UMTS辐射元15、16之间的间隔必须大致为900MHZ辐射元14之间的间隔的一半。在本情况下，配置服从以下规则。结构以900MHZ辐射元14开始和结束。这样，可以容纳最多的900MHZ辐射元14和UMTS辐射元15、16。因此，可以用预先确定的天线长度使增益最大和辐射方向图最佳。在图1这个例子中，在阵列内总共有7个900MHz的辐射元14和13个UMTS辐射元15、16。在一般情况下，在双频带天线10内配置总共N个第一天线元14和2N-1个第二天线元15、16，其中N为大于0的整数。因此，可想象按照本发明设计的双频带天线的各种变型，例如5个第一天线元和9个第二天线元或者9个第一天线元和17个第二天线元组合在一起。
总的说来，所提出的解决方案具有以下特别特征：
天线元(辐射元)都是贴片辐射元，每个天线元都具有一个配置在各自盒内的印刷电路板，印刷电路板之上配置有一些贴片板。
有两种不同的天线元，即用于806-960MHz频带的天线元(900MHz辐射元)和用于1710-2170MHZ频带的天线元(UMTS辐射元)。
两种辐射元排列成一个直线型阵列，UMTS辐射元的周期是900MHz辐射元的周期的一半。
UMTS辐射元配置在900MHZ辐射元之间和之上。
UMTS辐射元配置在900MHZ辐射元之上导致一种辐射元的“层叠”配置，UMTS辐射元盒是900MHZ辐射元的一个固定组件，有助于它的匹配。
UMTS辐射元在高度上偏置配置，所出现的相位差由长度不同的馈线补偿。
贴片辐射元定位在反射器之上一段规定的距离从而改善前/后比。
标注标记表
10            双频带天线
11            机壳
12            底板(反射器)
13            连接侧面
14，15，16    天线元(贴片辐射器)
17，21，26    盒
18，22，27    印刷电路板
19，23，28    贴片板
20，24，29    贴片板
25，30        贴片板
31，32        导电印刷线
33            接地区
34，35        导电印刷线
36            接地区
37，38        导电图案
39，40        导体图案

Claims (9)

1.一种包括一个由多个用于第一频带的第一天线元(14)构成的第一直线型周期性阵列和一个由多个用于第二频带的第二天线元(15，16)构成的第二直线型周期性阵列的双频带天线(10)，第一直线型周期性阵列的周期是第二直线型周期性阵列的周期的两倍，第二天线元(15，16)交替地配置在第一天线元(14)之间和之上，而第一天线元(14)和第二天线元(15，16)被构成为贴片辐射器，所述双频带天线的特征在于：所述第一和第二天线元(14，15，16)每个都包括一个配置在一个矩形的敞顶导电盒(17，21，26)内的印刷电路板(18，22，27)，在印刷电路板(18，22，27)之上与印刷电路板(18，22，27)平行配置有多个相互上下隔开一段距离的贴片板(19，20；23，24，25；28，29，30)。
2.如权利要求1中所述的双频带天线，其特征在于：所述各贴片板(19，20；23，24，25；28，28，30)在所有情况下都用一些电绝缘的间隔件保持成上下相互隔开一段距离和与印刷电路板(18，22，27)隔开一段距离。
3.如在权利要求1所述的双频带天线，其特征在于：在第二天线元上方设置有三个贴片板(23，24，25；28，29，30)，在第一天线元上方设置有两个贴片板(19，20)。
4.如在权利要求3所述的双频带天线，其特征在于：在第二天线元(15，16)的情况下每个第二天线元的三个贴片板(23，24，25；28，29，30)都配置成相互上下隔开一段距离；在第一天线元(14)的情况下每个第一天线元的两个贴片板(19，20)都配置成相互上下隔开一段距离；以及在第一天线元(14)的情况下每个第一天线元的两个贴片板(19，20)中的上面一个贴片板之上配置有一个第二天线元(16)和它的盒子(21)而不是第三个贴片板。
5.如权利要求1所述的双频带天线，其特征在于：所述第一和第二天线元(14，15，16)都配置在一块细长的底板(12)之上。
6.如权利要求5所述的双频带天线，其特征在于：所述底板(12)构成一个反射器。
7.如权利要求1所述的双频带天线，其特征在于：所述第一天线元(14)设计成用于覆盖806-960MHz的频段，而第二天线元(15，16)设计成用于覆盖1710-2170MHz的频段。
8如权利要求1所述的双频带天线，其特征在于：所述双频带天线(10)内配置有总共N个第一天线元(14)和2N-1个第二天线元(15，16)，其中N为大于0的整数。
9.如权利要求8所述的双频带天线，其特征在于：N＝7。
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