CN100373691C - 双极化偶极天线阵 - Google Patents

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Abstract

一种改进型天线的特征是，与一个偶极子正方形(3，5)的各自两个对置平行的偶极子(113，115)有关地这样来馈电，即电源电缆(27)通向一在一个偶极子(13”，15”)上的馈电位置(33)；从馈电位置(33)起，通向在偶极子正方形(3，5)的各对置平行的偶极子(13’，15’)上的馈电位置(35)地铺设连接电缆(37)并在那里与偶极子正方形(3，5)的半偶极子(13”，15”)电连接。

Description

双极化偶极天线阵
技术领域
本发明涉及一种双极化偶极天线。
背景技术
从DE19823749A1中知道了一种双极化偶极天线，这种偶极天线尤其适用于全球使用的移动无线电通信网，尤其是在900MHz或1800MHz频段内进行传输的GSM900网(GSM：全球移动通信系统)或GSM1800网。
此外，在这种已知的双极化天线中使用了±45°的极化取向。在这里，在一个反射器的共用天线外壳里，通常在垂直方向上设有多个这种在某个频段内传输的偶极子正方形并且例如在各两个这种垂直重叠的偶极子正方形之间布置另一个用于在其它频段内进行传输的不同的偶极子正方形。
天线的最常使用的水平半值宽度为65°。为了使这些天线做得尽可能紧凑，将两个同相位的单个偶极子联接起来，以实现65°的半值宽度/极化。在这里，偶极子的取向为+45°或-45°。由此形成一所谓的偶极子正方形。
此外，这两个+45°和-45°极化的水平辐射方向图应该尽可能重叠地取向，而偏差被称为统调(tracking)。
为获得较窄的垂直半值宽度并提高天线增益，多个偶极子正方形在垂直方向上被联接起来。若这是同相进行的，那么这两个以+45°和-45°被极化的天线就没有电气降低。在这样的尺寸适当的天线里，也不会出现统调，或者它被认为是最小的。交叉极化的辐射方向图部分同样也是最小的。
目前，主要是±60°的扇形区对移动无线电通信领域很重要。近几年里，由于移动无线电通信的巨大成功而出现了越来越强的网络密集。因而，必须更经济地使用现有频率并以越来越短的空间间隔来使用它们。若分布过密，则会产生所谓的频率干扰。补救方法可以是使用有较强电气降低的天线，例如降低角高达15°。不过，这会有令人不快的副作用，即随着降低角增大，双极化天线的两个水平辐射方向图就漂移分开，也就是说，+45°极化的水平方向图向正方向漂移，-45°极化的水平方向图向负方向漂移。在大降低角的情况下，这导致可观的统调。此外，统调与频率有关。交叉极化的辐射方向图部分也随着水平方向图移动，这在±60°扇形区里导致了极化参差性能明显恶化。
发明内容
因而，本发明的任务是克服现有技术缺陷并且提供一种改善的双极化天线。
根据本发明，通过一种成一个或多个偶极子正方形形式的双极化偶极天线来完成该任务，所述偶极子正方形相对垂直线或水平线转动45°地定向，其中，与所述偶极子正方形的两个相互平行对置的第一平行偶极子和两个相互平行对置的第二平行偶极子有关的馈电是这样进行的，其中所述第二平行偶极子相对所述第一平行偶极子错开90°地设置，即馈电电缆通向一个在一偶极子上的馈电点，从该馈电点起，通向在所述偶极子正方形的各自对置平行的偶极子上的馈电点地铺设一条连接电缆，并且所述连接电缆在那里与所述偶极子正方形的半偶极子电连接，所述馈电电缆和所述连接电缆是同轴电缆，所述连接电缆的电有效长度按照以下方式选择，即各自平行的偶极子被同相激励。肯定被认为是完全出人意料的是，从现在起，可以在这种双极化偶极天线中通过比较简单的手段来确保，即便有较强的电气降低，水平方向图也不会漂移分开，或者与现有技术相比，至少明显缩小并因而改善了这种漂移。另一方面，本发明的解决方案也为以下情况提供了可行性，即例如在辐射方向图没有降低时(如果这应是必要的话)，仍然要实现某种统调。同样出人意料的是，由此实现了根据频率来改善统调的补偿。
通过根据本发明来消除统调或至少使其最小化，也大大改善了交叉极化的辐射方向图部分。因而，也改善了极化参差性能。
此外，另一个优点在于，与普通天线装置相比，可以降低总的电缆成本。
令人惊奇的本发明解决方案是在以下基础上得到的，即一个偶极子正方形的各对置平行的两个偶极子以相同极化进行辐射或接收，它们不是并列或用对称电缆或用单独电缆来馈电的，而是只与一个偶极子有关地进行馈电并随后为在其中这个偶极子上的馈电位置设置一条连接连缆，以便给对置的第二平行偶极子馈电。
由于极化取向定为+/-45°，因而通过按本发明地进行馈电，就造成偶极子正方形根据频率偏斜并由此也引起方向图在水平方向和垂直方向上漂移。从此刻起，肯定被认为是出人意料的是，这造成由此在宽带方面改善了统调并且还减少了交叉极化部分，但并没有使电气降低恶化。更出人意料的是，从技术人员的角度出发，通过按照本发明地联接偶极子，得到了最不希望的天线窄带性并且还预计会出现降低角不利地依赖于频率。
本发明的一个优选实施形式规定了，连接电缆的电长度与要传输的中频有关地等于一个波长λ或其整数倍。
由于通常这样的天线不是只有一个偶极子正方形，而是有多个一般在垂直悬挂方向上重叠设置的且与垂直线成45°角地定向的偶极子正方形，因而就可以按照要求来不同地预调整统调。这可以在本发明的一个优选实施形式中如此实现，即例如馈电电缆的馈电分别只在具有根据极化而定向的偶极子的相同侧上进行，并且对所有偶极子来说，连接电缆以相同的方式从那里开始通往各自对置的偶极子。
不过，统调大小的改变可如此实现，即例如对四个重叠布置的偶极子正方形来说，三个偶极子正方形的相互平行布置的偶极子的馈电分别与左边的偶极子有关地进行；只是一个偶极子正方形的馈电是与与之平行的右边偶极子有关地进行的。
例如与四个偶极子正方形有关地，对两个偶极子来说，馈电只在左侧的偶极子上进行，而另一半的馈电只在右边的偶极子上进行(其中各自第二平行偶极子的馈电是通过连接导线进行的)，从而得到一个不同的统调值。
换句话说，可以通过这样的不同部分来相应地精密调节和补偿用于以+45°和-45°极化的水平方向图部分漂移分开的补偿值的程度和大小，即在所述部分上，对各自两个个相互平行取向的偶极子进行第一馈电并且其偶极子通过一条源于此的连接导线来馈电。
在所述双极化或交叉极化的天线范围内，也可以将或许可不同地选择的系列馈电用来补偿辐射方向图的频率依赖性和补偿统调，这完全是出人意料的并且不是容易理解的。
但是，本发明的解决方案也提供了其它优点，即分别给两个错开90°的偶极子设置一条具有尺寸相应大的横截面的馈电电缆，从这两个偶极子起，分别只有一条具有较小电缆横截面的连接电缆必须通往一个偶极子正方形的各对置偶极子。由此一来，总电缆成本明显降低。
附图说明
本发明的其它优点和细节见以下根据附图所述的例子.其中：
图1表示具有多个偶极子正方形的双极化偶极天线；
图2是一沿图1箭头方向A的按照现有技术接线的偶极子正方形的侧视示意图；
图3是图2所示的具有现有技术的偶极子正方形的俯视图；
图4是根据本发明解决方案的与图2的相对应的示意图；
图5是图4所示实施例的俯视图；
图6是八个垂直重叠布置的且成45°转动的偶极子正方形的示意图，这些偶极子正方形具有不同布置的馈电位置；
图7表示一略有变动的实施例，它有六个重叠布置的且有不同设置的馈电位置的偶极子正方形。
具体实施方式
图1用俯视示意图表示一个具有多个第一偶极子正方形3和多个第二偶极子正方形5的双极化偶极天线1。第一偶极子正方形3例如用于在900MHz频段内的传输。而尺寸较小的两个偶极子正方形3例如被指定用于1800MHz频段内的传输。所有偶极子正方形3、5都相对垂直线和水平线倾斜45°地取向并沿着一个垂直悬挂方向7重叠地设置在一个反射器9的前面并与反射器板9’间隔适当的距离。
关于基本结构和作用方式，可以参见根据DE19823749A1的早期公开的现有技术，完整地参照其内容并使之属于本发明的内容。
这种原则上已知的偶极子正方形具有如图2、3所示的本发明构造和馈电方式。
另外，偶极子正方形分别包括两对平行的偶极子13、15，它们按图4所示的俯视图被布置成偶极子正方形的形式。这两对偶极子13’、13”以及这两对偶极子15’、15”都通过一个平衡装置113’和113”或115’和115”来支承和保持固定，这些平衡装置在所示实施例中从一个在具有一垂直的且分别指向外的元件的反射器9上的底部固定区21起延伸向有距离地位于反射器9前的半偶极子。通常，经过反射器9中的一个孔23地，第一连接电缆31(同轴电缆)从一条位于反射器9后面的馈电电缆27起地在底部区内或固定区21区域内经过一个分支点29而沿平衡装置113的一个支承臂被引向馈电位置33，在该馈电位置上，外导线31a例如被电连接在支承臂113’上，内导线31b与之分开地在轴向纵向上略微加长，以便在那里被电连接到一个与第二半偶极子连接的连接点上或弯头35上。
对对置偶极子进行相同的接头连接。通过一单独的第二馈电电缆和另外两个单独的连接线，给两个错开90°地布置的偶极子对馈电，为清楚起见，这些偶极子对并未在图2、3中示出。
相反地，从现在起根据本发明地按照图4、5来馈电，其中馈电电缆27(同轴电缆)被直接引到在一个偶极子上的馈电点33。在那里，馈电电缆27又以其内导线被电连接在馈电点33’上(它与一半偶极子相连)，其外导线31b在馈电点33’处与另一半偶极子电连接。
随后，一连接电缆37从馈电点33中引出，它通向在对置半偶极子上的馈电点35。内导线又通过连接点35’与一个半偶极子电连接，外导线则在35”处与第二半偶极子电连接。
实际上，在这里，馈电电缆也经过在一个平衡装置113’或113”的其中一个支臂上或支臂中的(当这个支臂如成空心导线或者空心支架时)孔23地布设在内部并被引至馈电点33，在那里，外导线与其中一个半偶极子电连接，内导线被接在第二半偶极子的连接点上。同轴连接电缆37同样在相应的平衡装置113的第二支臂113’或113”之上或如之内从一个偶极子上的馈电点33被回引向反射器板9’并在对置偶极子13’的对置平衡装置113的或许是空心的支臂中被引至其在上的馈电点35。但是，它也可以布设在平衡装置上或者以其它合适的方式布置。根据图1、4和5，只示出了电路连接原理，因此在这里示出了似乎从外面被引到馈电点的各馈电电缆27，尽管它实际上是经过中央孔23而沿平衡装置被引到馈电点33上的。
此外，连接电缆的长度应该与传输频段且尤其是中频段有关地等于入或其整数倍。
相应地，通过一根单独的馈电电缆或一根相应的单独连接电缆，给在图4、5所示实施例中错开90°地布置的偶极子15、115馈电。在那里，在一个成形于那里的馈电点上，通过一个单独的馈电电缆首先给其中一个偶极子15’馈电，其中一条单独的连接电缆从那里被引到一个对置偶极子15”上并被连接在一个相应的馈电点上。
例如如图1所示，在那里通过两个独立的馈电电缆27并在一个相应的馈电点35上给分别靠左的半偶极子13’和15”馈电，连接电缆31从那里通向分别对置的偶极子13”或15”和设置在那里的馈电点。
这样，例如所有图1所示的大偶极子正方形3和小偶极子正方形5都可用相同的方式馈电。
但是，例如也可以对单个偶极子正方形，或在有多个垂直重叠设置的偶极子正方形的情况下，对偶极子正方形的一半或其它任意组合形式不同地馈电。这样一来，例如在图1中，与最下面的偶极子正方形3有关地示出了，在那里通过两条独立的馈电电缆给偶极子正方形的右边的偶极子馈电，也就是给偶极子13”和偶极子15”馈电，即在所述馈电点上馈电。随后，通过两条独立的连接电缆31，分别从第一馈电点起给对置的平行偶极子馈电。
与以下因素有关地得到不同程度的统调，即分别先在何处进行第一馈电以及一个偶极子正方形的分别成对布置的平行偶极子中的哪一个通过连接电缆而从第一偶极子起地进行电气连接。
图6、7示出了一次重叠布置八个的且是45°定向的偶极子正方形的两个例子，它们示出了一次与左侧或与右侧的偶极子有关的不同的馈电，以便获得完全确定的统调值。这同样适用于图7所示的实施例，该实施例示出了六个重叠的且成45°定向的偶极子正方形。在这里，分别从一主馈电电缆27起地经过随后的配电盘和抽头来实施对各种不同的双极化偶极子正方形的馈电。此外，在图6、7中没有同时示出反射器板。

Claims (7)

1.成一个或多个偶极子正方形(3，5)形式的双极化偶极天线，所述偶极子正方形(3，5)相对垂直线或水平线转动45°地定向，其特征在于，与所述偶极子正方形(3，5)的两个相互平行对置的第一平行偶极子(13；13’，13”)和两个相互平行对置的第二平行偶极子(15；15’，15”)有关的馈电(33，35)是这样进行的，其中所述第二平行偶极子相对所述第一平行偶极子错开90°地设置，即馈电电缆(27)通向一个在一偶极子(13”，15”)上的馈电点(33)，从该馈电点(33)起，通向在所述偶极子正方形(3，5)的各自对置平行的偶极子(13’，15’)上的馈电点(35)地铺设一条连接电缆(37)，并且所述连接电缆在那里与所述偶极子正方形(3，5)的半偶极子(13’，15’)电连接，所述馈电电缆(27)和所述连接电缆(37)是同轴电缆，所述连接电缆(37)的电有效长度按照以下方式选择，即各自平行的偶极子(13；13’；13”；15；15’；15”)被同相激励。
2.按权利要求1所述的天线，其特征在于，该连接电缆或连接导线(31)的电有效长度与要传输频段有关地至少等于λ或其整数倍。
3.按权利要求2所述的天线，其特征在于，要传输频段是中频段。
4.按权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在沿一个悬挂方向(7)上下叠置地和/或并列地设有多个偶极子正方形(3，5)的情况下，与该馈电电缆(27)相连的所有偶极子正方形(3，5)上的馈电点(33)都处于相应一样的位置或方向上。
5.按权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在沿一个悬挂方向(7)上下叠置地和/或并列地设有多个偶极子正方形(3，5)的情况下，在至少其中一个偶极子正方形(3，5)中的或者在所有偶极子正方形(3，5)一部分中，与该馈电电缆(27)相连的馈电点(33)是在所述偶极子正方形(3，5)的各自成对且相互平行的偶极子(13，15)的各自另一个上实现的。
6.按权利要求1或2所述的天线，其特征在于，该连接电缆(37)分别从在一偶极子(13”，15”)上的第一馈电点(33)起延伸向在与之平行的偶极子(13’，15’)上的各自馈电点(35)地铺设在该偶极子(13，15)的平衡装置(113，115)的成空心状的支臂之上或之内。
7.按权利要求1或2所述的天线，其特征在于，该连接电缆(37)具有与通向第一馈电点(33)的馈电导线(27)不同的内导线和/或外导线的导线横截面。
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