CN101218761B - 无源中继器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中继器天线(130，200)，它包括设置在第一导电层或平面中的多个辐射单元(210-260)。中继器天线还包括通过电介质材料层(310)与辐射单元分隔开的地平面(320)，并且辐射单元各被给予这样的延伸(L₁，L₂，L₃)和与邻近辐射单元这样的距离(D₁₂，D₂₃)以使入射电磁波(110)将以比电磁波的入射角(α₂)大或小预定量的角度(α₂)从中继器天线反射。中继器天线是平面的，并且可以是弯曲或平坦的。

Description

无源中继器天线

技术领域

本发明公开一种具有设置在第一层或平面的多个辐射单元的无源中继器天线，其还包括通过电介质材料与辐射单元间隔开的地平面。

背景技术

无线系统例如蜂窝电话系统的运营商往往希望增加某些区域中的系统容量。在蜂窝电话的情况中，运营商可能希望增加小区的某些区域中的系统容量。

增加小区的某区域中的系统容量可通过安装附加基站以覆盖那个区域来实现。这样一种附加基站通常是所谓的“微”或“微微”基站，即，与普通基站相比具有减小的容量，预计用于增强普通基站的容量。当然，也可使用普通基站来实现相同的效果。

将这样一种附加基站与系统中下一较高级、通常是小区的“普通”基站相连接的最简单方式通常是使用“点对点”类型的无线电链路连接。这表示在附加基站和系统中下一较高级各安装一个无线电链路。为了使连接进行工作，在两个无线电链路之间需要视线(LOS)。但是，希望进行这类安装的运营商往往发现，应当安装附加基站的地点不在系统中较高级的视线内。

对于具有需要LOS但没有LOS的两个无线电链路的问题的一个解决方案是安装中继器天线，以将两个无线电链路彼此连接。用于蜂窝电话的频率范围、即微波范围上的中继器天线通常使用通过波导连接的两个抛物面反射器来设计，其中反射器指向不同的方向。

由两个抛物面反射器组成的中继器天线先天笨重，因而特别是在城市地区很难找到适当的安装地点，并且还可能很昂贵。

一种已知的备选中继器天线包括一块反射材料、如金属。在这种中继器天线中，入射角和反射角相等，这将限制反射器的实用性。

发明内容

如上所述，需要一种中继器天线，它可用于微波范围的应用中，并且它克服了已知中继器天线的缺点。

这种中继器天线由本发明提供，因为它公开了一种包括设置在第一层或平面中的多个辐射单元的中继器天线。

中继器天线还包括通过电介质材料与辐射单元分隔开的地平面，并且辐射单元各被给予这样的延伸并且它们之间具有这样的距离以使入射电磁波将以比电磁波的入射角大或小预定量的角度从中继器天线反射。

在一个优选实施例中，由于导电平面、地平面和电介质材料层的形状，中继器天线是基本上平面的。在另一个优选实施例中，由于导电平面、地平面和电介质材料层的形状，中继器天线除了是基本上平面的，还是基本上平坦的。

通过本发明，获得一种中继器天线，它可安装在先前可能不能由具有高度方向性和低损耗的中继器天线使用的位置。本发明的天线的生产也没有先前的中继器天线那么昂贵。

附图说明

在以下描述中，参照附图更详细地描述本发明，附图包括：

图1说明其中使用中继器天线的系统，

图2和图3说明中继器天线的实施例，以及

图4说明中继器天线背后的原理。

具体实施方式

在图1中，示意说明使用本发明的系统100。无线电基站(RBS)105预计覆盖移动电话系统中的小区。在小区中，存在RBS 105无法覆盖的区域，这是由于那个区域中的高密集度用户使得RBS的容量不够，或者是由于从RBS到该区域的视线(LOS)例如被高耸的建筑物遮掩的事实。在图1中，该区域表示为RBS被建筑物111遮掩。

当然，这两个因素也可能结合出现，具有高密集度用户的区域可能被建筑物或其它障碍物遮掩。

如图1所示，有一个附加RBS 140安装在结构111如建筑物上，以便帮助RBS 105覆盖所述的区域。这个附加RBS 140可能是所谓的“微”或“微微”基站，即，与普通RBS相比具有减小的容量的基站，预计用于增强普通RBS的容量。当然，将普通RBS用作附加RBS 140也可实现相同的效果。因此，附加RBS 140预计增强RBS 105的容量，且两个RBS经由具有微波无线电链路107-141的点对点连接而连接。

如图1所示，有一个建筑物112，其具有到RBS 105的LOS。由于系统的几何条件，具有其无线电链路141的附加RBS 140无法放置在建筑物112上，但需要放置在建筑物111上，在那里没有到RBS 105或者其无线电链路107的LOS。然而，中继器天线可安装在建筑物112上，使得它具有到两个无线电链路107和141的LOS。

在图1中还可以看到，该几何条件使得通过无线电链路连接从RBS105发射到中继器天线130的电信号需要以不同于入射角的角度向附加RBS 140反射。这通常可仅通过使用分别指向RBS 105、130的两个独立的中继器天线来实现，其中两个中继器天线彼此连接。这种中继器设计通常将包括彼此连接的两个抛物面反射器，它们给中继器天线具有笨重的形状，因而使其难以安装。

为了克服已知中继器设计中的这种及其它缺点，本发明公开一种中继器天线，其中入射电磁波将以不同于入射角的角度从中继器天线反射，即，反射角将比电磁波的入射角大或小预定量。

为了使本发明的中继器天线130的安装地点的选择尽可能容易，由于本文稍后更详细说明的多个因素，中继器天线是基本上平面的。

词“平面”在这个上下文中表示中继器天线的厚度明显小于其宽度或幅度的事实。因此，在这里使用该词的意义上，中继器天线可能是弯曲的同时仍然是平面的，非常像一张纸或一片金属可能是弯曲的同时仍然是平面的那样。这进一步便于天线的安装，但在一个实施例中，中继器天线也可能是基本上平坦的，即，是平面但不弯曲。

在图2中，以正透视图示出了本发明的中继器天线200。可以看到，中继器天线200包括多个辐射单元210-260，它们具有不同的长度L₁、L₂、L₃，并且与邻近辐射单元间隔各个距离D₁₂、D₂₃。

在图2所示的天线200中，辐射单元设置成列和行的二维阵列，其中一行的单元在第一方向上具有第一延伸L₁，且邻近行的单元在所述第一方向上具有第二延伸L₂。在这种情况中，第一方向是设置列的方向，即，与行的延伸的方向垂直。

在这种情况中，辐射单元之间的所述距离是邻近行的辐射单元210、220、230之间的预定中心距离D₁₂、D₂₃。

可以看到，在中继器天线从左至右的行中，第一方向上的延伸逐渐减小，并且在第二组行240、250、260中重复该图案，这些行与第一组中的行210、220、230相同。

邻近行单元之间的距离和延伸差异是这样的以使反射束的相位及由此的反射角控制为被给予与入射角的期望差异。因此，在天线的表面上、在这种情况中从左至右引起反射束的逐渐相移，该相移又使电磁波的反射角与所述波的入射角不同。

这也是在某个数量的行之后、在这种情况下为三行之后重复行的图案的原因：当相移超过360度、即以弧度来看为2π时，图案将再一次开始。

在图3中，以沿图2所示的线III-III的截面示出图2的中继器天线200。

在这个截面图中可以看到，中继器天线包括导电地平面320，并且设置了电介质材料层310，其中的第一表面朝向地平面320。

辐射单元210-260设置在电介质材料层310的第二表面，所述第二表面朝向离开地平面320的方向，使得电介质层将具有分隔开地平面320和辐射单元210-260的功能。

通过蚀刻沉积在电介质层第二表面上的导电材料层，在电介质层上适当地形成辐射单元。这样，在电介质层上形成导电材料层，所述导电层是辐射单元层。

如果需要，通过对导电平面、地平面和电介质材料层成形，可为如图2和图3所示的中继器天线提供弯曲形状。例如，可能这样做，以便影响入射角或反射角，或者更好地适合特定地点上的机械安装。在这样一种实施例中，虽然是弯曲的，但中继器天线将仍然保持它的基本上平面形式。

然而，中继器天线除了是基本上平面的，还可以是基本上平坦的，这也由于导电平面、地平面和电介质材料层的形状而实现的。

在图4中，说明本发明的中继器天线200背后的原理：天线200的机械表面由“M”表示，而入射电磁波由“B”表示，在图4中还示出了波束的反射。

可以看到，电波束相对于天线表面的入射角α₁不同于波束相对于同一表面的反射角α₂，这正是所需的效果。通过调整辐射单元的延伸以及它们之间的距离，两个角度α₁和α₂之间的差异可根据应用的需要定制得更大或更小。

在图4中，还示出通过天线的设计形成的电反射平面，用字母“E”表示。电反射平面是由入射电磁波“B”在反射时“感知”的平面，并且可看到，入射角和反射角相对于波束“B”的这个平面是相同的。

两个平面“M”和“B”之间的角度差异，在图4中表示为β，由此是两个角度α₁和α₂之间的差异背后的确定因素。

本发明可通过多种方式改变。例如，如果辐射单元设置成图2、图3所示的行和列，则在一行且同一行中的辐射单元不需要具有相等的长度，但是长度也可沿该行改变。在这样一种情况中，反射角可在两个方向改变，而不只是在结合图2所述的左右方向。

中继器天线还可按极化改变：给出与辐射单元210-260的极化垂直的第二极化的辐射单元的行可散置在单元210-260的行之间，如图5所示，两个极化方向在坐标系中示出，并且分别由数字“1”和“2”表示。在图5所示的实施例中，对于第一极化具有相似长度的单元的各行与第二极化的对应行垂直。在这种中继器天线中，入射角和反射角之间的差异在两个极化上是不同的，使得将存在两个反射天线束，它们相对彼此具有不同方向，每个极化上一个，即使它们重合也如此。

如果希望获得两个极化上的入射角与反射角之间的相同差异，则可改用图6的实施例：在这里，预计用于第二极化的相等长度的单元210’的行设置成与第一极化的单元210的对应行平行，第二极化的单元设置成它们的边缘彼此对着。

两个不同极化的辐射单元也可设置成它们之间具有第二电介质材料层，在这种情况中，它们可能彼此“交叉”。

作为一个备选方案，如果希望更细致并且在不止一个方向操纵天线束，则可设想使用图2和图3的天线，然后具有这样一种天线机械安装：在其中一个或多个微调螺钉将影响中继器天线的机械仰角。在这样一种应用中，将有可能制造一系列中继器天线类型，其中在反射角与入射角之间具有已知差异。将安装最匹配该应用的中继器天线，并且该机械安装的微调螺钉将用于使天线适应于特定的安装地点。

本发明不限于以上描述和说明的实施例实例，而是可在所附权利要求书的范围内自由改变。例如，虽然辐射单元表示为细长单元，但是它们也可通过其它许多形式来实施，例如圆形、椭圆形或者作为矩形贴片。它们也可实施为导电平面中的狭缝，而不是实施为围绕其导电平面的其余部分被去除的贴片。

如果邻近行在该行的主要方向上略微移位，则如图2所示的辐射单元的邻近行也可彼此交织。

当然，本发明的中继器天线可用于大量应用，并不是以任何方式限制于以上说明和描述的实施例实例所示的使用上。

Claims (3)

1.一种中继器天线(130,200)，包括设置在第一导电层或平面中的多个辐射单元(210-260)，所述中继器天线还包括通过电介质材料层(310)与所述辐射单元分隔开的地平面(320)，所述中继器天线其特征在于：所述辐射单元各被给予这样的延伸(L₁,L₂,L₃)和与邻近辐射单元这样的距离(D₁₂,D₂₃)以使入射电磁波(110)将以比所述电磁波的入射角(α₁)大或小预定量的角度(α₂)从所述中继器天线反射，

其中所述辐射单元(210-260)设置成列和行的二维阵列，其中一行的单元在第一方向具有第一延伸(L₁,L₂,L₃)，并且邻近行的单元在所述第一方向具有第二延伸(L₁,L₂,L₃)，所述第一方向是设置所述列的方向，在所述邻近行的辐射单元之间还存在预定中心距离(D₁₂,D₂₃)，所述第一方向上的延伸(L₁,L₂,L₃) 从第一行至第三行逐渐减小并且此后重复行的图案，并且邻近行所述单元之间的所述距离和延伸差异是这样的以使反射角被控制为被给予与所述入射角的期望差异，

其中在一行且同一行中的辐射单元的长度是不相等的并且能够沿所述行改变。

2.如权利要求1所述的中继器天线(130,200)，由于所述导电平面、所述地平面(320)和所述电介质材料层(310)的形状，其是基本上平面的。

3.如权利要求2所述的中继器天线(130,200)，由于所述导电平面、所述地平面(320)和所述电介质材料层(310)的形状，其除了是基本上平面的，还是基本上平坦的。