CN101346855B - 带有增强型扫描的天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的天线阵、一种天线阵系统和一种利用改进的天线阵和天线阵系统的改进方法。这通过天线阵来实现，所述天线阵包括参考电势区域(例如，地平面)和空间上延伸的至少两个天线单元的集合，所述天线单元能够至少部分平衡地受到驱动以及至少部分不平衡地受到驱动。所述天线单元具有连接到第一端口的第一辐射单元和连接到第二端口的第二辐射单元。换言之，所述天线单元具有至少两个端口。所述辐射单元基本上彼此相邻且平行地布置，从而大致垂直地从所述参考电势区域延伸至少第一距离。天线单元还包括连接到所述第一和所述第二辐射单元的辐射装置，从而在所述地参考区域之上且大致平行于所述地参考区域延伸至少第二距离。

Description

带有增强型扫描的天线阵

技术领域

本发明涉及用于发射和接收电磁辐射的天线阵，更具体而言，涉及带有操控天线波瓣尤其是天线波瓣方向的增强能力的天线阵。

背景技术

天线阵尤其相控天线阵越来越具有吸引力，不仅用于军用，而且用于民用和商用。天线阵可以有利地用在雷达系统、射电望远镜或者所谓的无线电信网基站中等。天线阵尤其相控天线阵的一个最大有利属性是增大了动态地且十分快速地重新形成和/或重定向天线波瓣的能力。

特别是，可以利用此属性来避免向和从相邻发射机和/或接收机发射和/或接收干扰信号。多数情况下，可以形成和/或定向天线波瓣，以便避免接收和/或发射这种干扰。在雷达系统中，这种能力例如可以用于躲避敌方的干扰源。在蜂窝电信系统或类似的系统中，这种能力例如可以用于增强对可用频谱的利用，例如，GSM系统、CDMA系统、WCDMA系统或其他类似无线电通信系统中的频谱。这只是应用的示例。如众所周知的，还有范围巨大的不同应用。

动态地且十分快速地重新形成和/或重定向天线波瓣的能力，还利于可以定向天线波瓣来向和/或从小地理区发射和/或接收电磁辐射，这增大了天线系统的能效。天线阵尤其相控天线阵所提供的这些及其他优点，为本领域所公知，因此无需进一步加以阐述。

天线阵本质上是若干基本上类似的天线单元的空间上延伸的集合。措词“空间上延伸”意味着每个单元具有至少一个相邻的单元，其近距离放置，从而避免电磁辐射在不明确方向上的发射。措词“类似的”意味着优选地所有的单元具有相同的极化辐射方向图(polar radiationpattern)，其被定向于三维空间中的相同方向。然而，这些单元不必按规则的网格分开，它们也不必具有相同的端子电压，但假设它们全部用相同的频率馈送，以及一个单元可以定义用于每个单元驱动信号的固定幅度和相位角。

通过调节给天线阵中天线单元馈送的各自信号的相对相位，天线的有效辐射方向图(天线波瓣)可以在所需的方向上被加强，而在不想要的方向上受到抑制。各个天线单元所辐射的信号的相对振幅以及其间的相长干扰和破坏性干扰的影响，确定了天线阵的有效辐射方向图。普通的天线阵可用于完成固定的辐射方向图(固定的天线波瓣)，而更复杂的相控天线阵可用于按照方位角和/或仰角快速地扫描辐射方向图(天线波瓣)。

然而，取决于为所讨论的天线阵所选择的单个天线单元，形式上存在天线波瓣不易定向的至少一个方向，即存在至少一个零点。

天线阵中的单个天线单元例如可以是公知的偶极子10或类似的天线单元，如图1A～1D中所示意性示出的。图1A中的例示偶极子10包括两个相对的辐射单元11a、11b。辐射单元11a、11b优选作成拉长的螺纹、圆柱或矩形的形状，从而沿横轴DP1延长1/4所用波长(λ/4)。每个辐射单元11a、11b用公知的方式分别连接馈线12a、12b，用于向和从偶极子10传送高频信号。因此，偶极子10形式上包括两个端口。

通常将平衡(或差动模式)的电流I_diff＝(I₁-I₂)/2看作是激励偶极子的电流，其中，用I_diff表达的功率应该转换成已发射的电磁功率。在图1A中，用馈送给第一馈线12a(第一端口)的第一电流I₊和馈送给第二馈线12b(第二端口)的第二电流I-描述了差动模式。这两个电流I₊、I_-基本上等量，但是拥有相反的下标，以指示它们相位相差180°，即指示偶极子10以平衡或差动的模式按照公知的方式进行工作。与此类似的平衡式双端口偶极天线，已被广泛地研究，并可形成宽带并按照合理的程度来扫描的。

图1B示出了偶极子10沿轴线DP1剖开的示意辐射方向图的横截面，图1C示出了所述示意辐射方向图的顶视图，而图1D示出了图1B～1C中辐射方向图的示意透视图。如可以看到的，沿轴线DP1基本上没有辐射发出，即基本上不存在来自辐射单元11a、11b短端(short end)的辐射。这意味着包括空间上延伸的偶极子10集合的天线阵，将具有减少沿偶极子10的轴线DP1发射电磁辐射的能力，如下面进一步所述的。当然，此刻描述的辐射方向图同样对接收有效。

天线阵中的单个天线单元还可以是公知的单极子20或类似物的，如图2A～2D中所示意性示出的。图2A中的例示单极子20具有单个辐射单元21，其从基本上水平的地平面23且沿基本上垂直的轴线MP延长1/4所用波长(λ/4)。换言之，单极子20是1/4波长天线或所谓的马可尼(Marconi)天线。辐射单元21以公知的方式连接馈线(在图2a～2d中未示出)，用于向和从单极子20传送高频信号，并且给辐射单元21馈送单个不平衡电流I₊(在图2a～2d中未示出)，如本领域所公知的。与此类似的不平衡单端口的单极天线，也已被广泛研究。

图2B示出了单极子20沿轴线MP剖开的示意辐射方向图的横截面，图2C示出了所述示意辐射方向图的顶视图，而图2D说明了图2B～2C中辐射方向图的示意透视图。如可以看到的，沿轴线MP基本上没有辐射发出，即基本上不存在沿到地平面23的法线从辐射单元21发出的辐射。这意味着包括空间上延伸的单极子20集合的天线阵，将具有减少沿单极子的轴线MP发射电磁辐射的能力，如下面进一步所描述的。当然，此刻描述的辐射方向图同样对接收有效。

现将注意力转向图3A和3B所示的第一例示天线阵布置。

图3A是例示天线阵30的示意顶视图，天线阵30包括三个偶极子30a、30b、30c的阵列，例如图1A～1D所示的偶极子10。图3A中的偶极子30a～30c沿轴线DP2在基本上平的基底33的表面上共线布置。如众所周知的，第一偶极子30a具有两个辐射单元31aa、31ab，每个辐射单元都连接馈线32aa、32ab，而第二偶极子30b具有两个辐射单元过31ba、31bb，每个辐射单元都连接馈线32ba、32bb，第三偶极子30c具有两个辐射单元31ca、31cb，每个辐射单元都连接馈线32ca、32cb。

图3B是图3A中例示天线阵30的示意侧视图。如可以看到的，共线的辐射单元31aa～31cb和馈线32aa～32cb布置在基底33的表面上，从而在相同或相邻的平面中延伸。如众所周知的，天线的最大辐射(主瓣)方向象图3A～3B中的天线阵30一样，垂直于辐射单元31aa～31cb在其中延伸的水平面。这已经用从基底33向上垂直延伸的第一箭头35和从基底33的表面向下垂直延伸的第二箭头35′，在图3B中指示出。第二箭头35′已经用虚线画出，指示辐射在这个方向可能被基底33衰减、阻塞或反射，这取决于基底33中的材料成分。

图3A～3B中示意性说明的天线阵的类型，泛指“边射阵(broad sidearray)”天线，因为辐射主要从阵的侧边而非从端部发生。通过在扫描方向Ф中指定天线单元30a、30b、30c之间某个相位增量ψ以公知的方式来实现扫描边射天线30的主瓣35。因此，具有第一相位角θ的第一信号I₊、I_-被馈送给第一天线单元30a；具有第二相位角θ+ψ的第二信号I₊、I_-被馈送给第二天线单元30b，而具有第三相位角θ+2ψ的第三信号I₊、I_-被馈送给第三天线单元30c。扫描本身通过改变相位增量ψ来实现，如在相控天线阵的现有技术中众所周知的。上述信号I₊、I_-拥有相反的下标，以指示它们相位相差180°，即指示偶极子30a～30c以平衡模式或差动模式按照公知的方式来工作。

然而，由于相位增量ψ增大从而主瓣35的扫描方向Ф接近0°，即接近辐射单元31aa～31cb在其中延伸的水平方向，所以天线阵30中偶极子30a～30c的阻抗以匹配恶化的这种方式进行改变。这意味着包括空间上延伸的偶极子30a～30c的集合或类似物的天线阵30，具有减少在接近辐射单元31aa～31cb在其中延伸的方向的方向中发射电磁辐射的能力。换言之，沿轴线DP2基本上没有辐射，即基本上不存在来自辐射单元31aa～31cb的短端的辐射，这与结合上述的单个偶极子10得出的结论相一致。当然，此刻描述的辐射方向图同样对接收有效。

现将注意力转向图4A和4B所示的第二例示天线阵布置。

图4A是例示天线阵40的示意顶视图，天线阵40包括六个单极子40a、40b、40c、40d、40e、40f的阵列，例如图2A～2D所述的单极子20。每个单极子40a～40f具有辐射单元41a～41f。辐射单元41a～41f沿平的地平面43表面上的直线L1布置。每个辐射单元41a～41f此外以公知的方式连接馈线41a～41f。

图4B是图4A中例示天线阵40的示意侧视图。辐射单元41a～41f沿垂直轴线MPa～MPf从地平面43的表面延伸，而馈线42a～42f布置在地平面43中或靠近地平面43布置。正如众所周知的，天线的最大辐射(主瓣)可能方向象天线阵40一样，沿着线L1延伸(即，沿着辐射单元41a～41f的线)，且平行于地平面43。这在图4B中用向右的第一箭头45和向左的第二箭头45′指示。

图4A～4B中示意性说明的天线阵40的类型，泛指“端射阵(end-firearray)”天线，因为辐射主要从阵的末端发生，而不像图3A～3B中的边射天线阵30，主要从阵的侧边发生。通过在扫描方向Ф中指定天线单元40a～40f之间某个相位增量ψ以公知的方式来实现端射天线阵40的主瓣45、45′的一些扫描。因此，具有第一相位角θ的第一信号I₊可以被馈送给第一天线单元40a；具有第二相位角θ+ψ的第二信号I₊可以被馈送给第二天线单元40b；具有第三相位角θ+2ψ的第三信号I₊可以被馈送给第三天线单元40c，诸如此类，而第六信号I₊具有第六相位角θ+5ψ其被馈送给第六天线单元40f。扫描然后通过改变相位增量ψ来实现，如在相控天线阵的现有技术中众所周知的。信号I₊拥有正下标，指示馈送给单极子的信号具有相同的初始相位θ，即指示单极子40a～40f以不平衡或总和的模式按照公知的方式工作。

然而，由于相位增量ψ增大从而主瓣45或45′的扫描方向Ф接近90°，即接近辐射单元41a～41f在其中延伸的垂直方向，所以天线阵40中天线单元40a～40f的阻抗以匹配恶化的这种方式进行改变。这意味着包括空间上延伸的单极子40a～40f集合或类似的天线阵40，具有减少在接近辐射单元41a～41f在其中延伸的垂直方向的方向中发射电磁辐射的能力。换言之，沿辐射单元41a～41f的轴线MPa～MPf即到地平面的法线基本上不存在辐射，这与结合上述的单个单极子20得出的结论相一致。当然，此刻描述的辐射方向图同样对接收有效。

总之，公知的偶极子10和公知的单极子20及其变异，经常用作天线阵中的单个天线单元，例如用作图3A～3B中边射天线30的单个天线单元，以及用作图4A～4B中端射天线40的单个天线单元。然而，几乎毫无例外地，这些单个天线单元的天线波瓣形状上具有至少一个零点，即天线单元在其中无法容易地发送与接收电磁辐射的至少一个方向。由此得出结论，包括空间上延伸的若干这种天线单元的集合的天线阵，一般显示天线阵的天线波瓣在其中无法容易定向的至少一个方向，即在包括这种天线单元的天线阵的天线方向图(antenna diagram)中存在至少一个零点。

因此，需要一种改进的天线阵，尤其是具有定向天线波瓣的改进能力的天线阵，特别是为了减少了可能的零点。

发明内容

本发明提供一种改进的天线阵、一种天线阵系统和一种利用改进的天线阵和天线阵系统的改进方法。

这通过天线阵来实现，所述天线阵包括参考电势区域(例如，地平面)和空间上延伸的至少两个天线单元的集合，所述天线单元能够至少部分平衡地受到驱动以及至少部分不平衡地受到驱动。天线单元具有连接到第一端口的第一辐射单元和连接到第二端口的第二辐射单元。换言之，所述天线单元具有至少两个端口。辐射单元基本上彼此相邻且平行地布置，从而大致垂直地从所述参考电势区域延伸至少第一距离。天线单元还包括连接到所述第一和所述第二辐射单元的辐射装置，从而在所述地参考区域之上且大致平行于所述地参考区域延伸至少第二距离。

本发明的实施例包括一种天线阵，其中所述辐射装置包括基本上连续的辐射单元，所述辐射装置连接所述第一辐射单元以及连接所述第二辐射单元。连续的辐射单元例如可以是环形单元。

本发明的另一实施例包括一种天线阵，其中所述辐射装置包括第三辐射单元和第四辐射单元，所述第三辐射单元连接所述第一辐射单元，所述第四辐射单元连接所述第二辐射单元。

本发明的又一实施例包括一种天线阵，其中所述第三和第四辐射单元选自包括以下单元的一组单元：基本上直螺纹形状或圆柱形状的单元；弯曲的基本上环形的单元；基本上平板的单元。措词“平板单元”还意欲包括略微弯曲的板单元。

本发明还通过包括根据上述内容的天线阵的天线系统来完成，其中，天线单元的第一和第二端口都连接馈送装置(feeding arrangement)。馈送装置这样布置，从而改变第一信号I₁与第二信号I₂之间的相位差φ，其中：第一信号I₁在第一端口和馈送装置之间进行传输；而第二信号I₂在第二端口和馈送装置之间进行传输。

本发明的实施例包括馈送装置，所述馈送装置包括诸如平衡-不平衡转换器(balun)之类的设备。设备这样布置，即与设备的第一端子SUM进行通信的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)，被用馈送装置与天线单元之间传输的第一信号I₁和第二信号I₂之间的第一基本固定的相位差φ₁(例如，基本上0°)分开。设备还这样布置，即与所述设备的第二端子DIFF进行通信的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)，被用馈送装置与天线单元之间传输的第一信号I₁和第二信号I₂之间的第二基本固定的相位差φ₂(例如，基本上180°)分开。

所述设备在另一实施例中可以具有连接到交换机的第一设备端子SUM和第二设备端子DIFF，而交换机在第一位置使信号I₀能够与第一设备端子SUM进行通信，在第二位置使信号I₀能够与第二设备端子DIFF进行通信。

本发明的另一实施例包括包含分配装置(例如，组合器/分配器)的馈送装置，所述分配装置连接所述第一和所述第二端口以及连接馈线。分配装置这样布置，从将从所述端口接收的信号I₁、I₂组合到所述馈线中，并在所述端口之间拆分从所述馈线接收的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)。馈送装置还包括在所述端口中至少一个端口与所述分配装置之间连接的至少一个移相器，从而改变在那个端口与分配装置之间传输的信号的相位φ。

本发明还通过利用天线阵进行发射或接收的方法来实现，所述天线阵包括：参考电势区域和空间上延伸的至少两个天线单元的集合，所述天线单元能够至少部分平衡地受到驱动以及至少部分不平衡地受到驱动。天线单元具有连接到第一端口的第一辐射单元和连接到第二端口的第二辐射单元。换言之，所述天线单元具有至少两个端口。辐射单元基本上彼此相邻且平行地布置，从而大致垂直地从所述参考电势区域延伸至少第一距离。天线单元还包括连接到所述第一和所述第二辐射单元的辐射装置，从而在所述地参考区域之上且大致平行于所述地参考区域延伸至少第二距离。该方法包括如下步骤：用天线单元在可变的方向上通过改变第一信号I₁和第二信号I₂之间的相位差φ(其中，第一信号I₁与天线单元的第一端口进行通信，而第二信号I₂与第二端口进行通信)发射或接收电磁辐射。

根据本发明实施例的方法通过使用连接到每个天线单元的第一和第二端口的馈送装置来实现相位差φ。馈送装置被安排成改变第一信号I₁和第二信号I₂之间的相位差φ，其中：第一信号I₁在所述第一端口和所述馈送装置之间进行传输；而第二信号I₂在所述第二端口和所述馈送装置之间进行传输。

该方法的实施例使用了包括这样布置的设备的馈送装置，即，与设备第一端子SUM进行通信的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)，用所述第一信号I₁和所述第二信号I₂之间的第一基本上固定的相位差φ(例如，基本上0°)分开。馈送设备还这样布置，即，与设备的第二端子DIFF进行通信的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)，被用所述第一信号I1和所述第二信号I₂之间的第二基本上固定的相位差φ(例如，基本上180°)分开。

所述设备在另一实施例中可以具有连接到交换机的第一设备端子SUM和第二设备端子DIFF，而这样操作交换机，即其在第一位置使信号I₀能够与第一设备端子SUM进行通信，在第二位置使信号I₀能够与第二设备端子DIFF进行通信。

本发明的另一实施例使用包括分配装置(例如，组合器/分配器)的馈送装置，所述分配装置连接所述第一和第二端口以及连接馈线；并被布置成将从所述端口接收的信号I₁、I₂组合到所述馈线中，并在所述端口之间拆分从所述馈线接收的信号I₀(例如，I₀e^i(ψ _n ⁾)。馈送装置还包括在所述端口中至少一个端口与所述分配装置之间连接的至少一个移相器，从而改变在那个端口与分配装置之间传输的信号的相位φ。

本发明的这些及其他方面，将从对本发明的一个(或多个)实施例的下列描述中显现出来。

附图说明

图1a是公知的偶极子10的侧视图的示意图。

图1b是来自图1a中偶极子10的辐射方向图的横截面示意图。

图1c是图1b中辐射方向图的顶视图的示意图。

图1d是图1b～1c中辐射方向图的透视图的示意图。

图2a是公知的单极子20的侧视图的示意图。

图2b是来自图2a中单极子20的辐射方向图的横截面示意图。

图2c是图2b中辐射方向图的顶视图的示意图。

图2d是图2b～2c中辐射方向图的透视图的示意图。

图3a是例示边射天线阵30的顶视图的示意图。

图3b是图3a中天线阵30的侧视图的示意图。

图4a是例示端射天线阵40的顶视图的示意图。

图4b是图4a中天线阵40的侧视图的示意图。

图5a是根据本发明优选实施例的天线阵50的顶视图的示意图。

图5b是图5a中天线阵50的侧视图的示意图。

图6a是根据第一实施例的装备有馈送装置的图5a～5b中天线阵50的示意图。

图6b是根据第二实施例的装备有馈送装置的图5a中天线阵50的示意图。

图7a是环形天线单元的示意图。

图7b是具有寄生单元或谐振器单元的偶极子的示意图。

图7c是具有翘起式偶极子臂的偶极子的示意图。

图7d是双探头馈送兔耳(bunny-ear)天线单元的示意图。

图7e是具有寄生单元或谐振器单元的双探头馈送贴片天线(patchantenna)单元的示意图。

图7f是偶极天线单元的双极化实施例的示意图。

图7g是称为四方形(four-square)天线单元的偶极天线单元的双极化实施例的示意图。

图7h是具有拐角馈送装置的贴片单元天线阵的示意图。

具体实施方式

现将参照本发明的例示实施例，更详细地描述本发明。本发明的其他实施例显然是想得到的，并且本发明决不限于下述的例示天线阵和馈送装置。还应该补充的是，本文所用的相同或类似的附图标记，贯传全文指示相同或类似的对象和/或功能。

天线阵

图5A和5B是根据本发明优选实施例的天线阵50的示意图。

图5a是天线阵50的示意顶视图，而天线阵50包括三个偶极子50a、50b、50c的阵列，其基本上沿轴线DP3共线布置。

特别地：

-第一偶极子50a具有两个相对且分开的辐射单元51aa、51ab，每个辐射单元直接或至少间接地连接馈线52aa、52ab；

-第二偶极子50b具有两个相对且分开的辐射单元51ba、51bb，每个辐射单元直接或至少间接地连接馈线52bab、52bb；

-第三偶极子50c具有两个相对且分开的辐射单元51ca、51cb，每个辐射单元直接或至少间接地连接馈线52ca、52cb。

偶极子50a～50c的辐射单元51aa～51cb优选作成拉长的螺纹、圆柱或矩形的形状，沿轴线DP3延长大致1/4所用波长(λ/4)的距离E1。换言之，偶极子50a～50c以类似于上面参照图3A～3B描述的天线阵30中偶极子30a～30c的方式布置。然而，假定可以基本上保持边射天线阵中辐射单元的功能，则辐射单元51aa～51cb的其他长度和形式显然是想得到的。长度例如可以假设是所用波长的其他倍数，或者甚至略微背离所用波长的倍数，而辐射单元的形状例如可以是弯曲的和/或以各种角度延伸等。

图5B是图5A中天线阵50的侧视图，示出了每个辐射单元51aa～51cb基本上水平地布置在垂直单元54aa～54cb上，从而在地平面53之上延伸某个距离。水平辐射单元51aa～51cb和垂直单元54aa～54cb形成L形结构(L倒置且可能旋转)，而每个都具有水平的辐射单元51aa～51cb的两个相邻的垂直单元54aa～54cb，形成T形结构。

优选地，上述的地平面53基本上是平的，且水平单元51aa～51cb基本上平行于地平面53延伸，即，优选，地平面53基本上平行于轴线DP3，而水平单元51aa～51cb沿轴线DP3延伸。然而，本发明的其他实施例可以具有地平面53或大地电势区域，其是弯曲的或假设全部或部分偏离平面形状的其他形状。在一些实施例中，地平面53或大地电势区域可以例如由导线栅格或类似物形成，或者甚至由点状的大地区域栅格形成。

关于图5B所示的垂直单元54aa～54cb，优选它们被这样电布置，即：

-垂直单元54aa的上部分配端56aa连接水平单元51aa的右端；

-垂直单元54ab的上部分配端56ab连接水平单元51ab的左端；

-垂直单元54ba的上部分配端56ba连接水平单元51ba的右端；

-垂直单元54bb的上部分配端56bb连接水平单元51bb的左端；

-垂直单元54ca的上部分配端56ca连接水平单元51ca的右端；

-垂直单元54cb的上部分配端56cb连接水平单元51cb的左端；

-垂直单元54aa的下部馈送端57aa连接馈线52aa；

-单元54ab的下部馈送端57ab连接馈线52ab；

-单元54ba的下部馈送端57ba连接馈线52ba；

-单元54bb的下部馈送端57bb连接馈线52bb；

-单元54ca的下部馈送端57ca连接馈线52ca；

-单元54cb的下部馈送端57cb连接馈线52ca。

连接馈送端57aa、57ab的馈线52aa、52ab分别形成两个端口，而连接馈送端57ba、57bb的馈线52ba、52bb分别形成另外的两个端口，连接馈送端57ca、57cb的馈线52ca、52cb分别形成其他的两个端口。

此外，图5B中的垂直单元54aa～54cb优选从水平的地平面53，沿着垂直且基本上平行的轴线MPaa～MPcb延伸大约1/4所用波长(λ/4)的距离E2，即，在图5B中，垂直单元54aa～54cb基本上垂直于轴线DP3和地平面53。然而，假定可以基本上保持端射天线阵中辐射单元的功能，则垂直单元54aa～54cb的其他长度和形状显然是想得到的，如下面进一步阐述的。长度例如可以假设是所用波长的其他倍数，或者甚至略微背离所用波长的倍数，而辐射单元的形状例如可以是弯曲的和/或以各种角度延伸的等。

如在图5A～5B中可以看到的，垂直单元54aa～54cb在地平面53的表面上且沿基本上直的线L2成对(54aa，54ab；54ba，54bb；54ca，54cb)布置，而线L2优选平行于或基本上平行于轴线DP3。换言之，图5A～5B中的垂直单元54aa～54cb以类似于图4A～4B中单极子40a～40f的方式布置，除了图4A～4B中单极子40a～40f是均匀相隔的个体，而图5A～5B中的垂直单元54aa～54cb基本上成对均匀相隔地相邻布置。

优选在图5A～5B中示意性描述的馈线52aa～52cb被布置以便在临近优选地平面53的平面中延伸，即在地平面53之上或之下延伸。馈线52aa～52cb的布置意味着图5A～5B中水平单元51aa～51cb不直接连接馈线52aa～52cb，而是经由垂直单元54aa～54cb连接。因此，水平单元51aa～51cb可以认为是间接连接馈线52aa～52cb。另一方面，还可以将垂直单元54aa～54cb看作馈线52aa～52cb的扩展部分，即看作馈线52aa～52cb的一部分。

从上述可得出结论：图5A～5B中天线阵50的基本上水平的辐射单元51aa～51cb类似于图3A～3B中边射天线阵30的水平辐射单元31aa～31cb。由此得出结论：可以以与边射天线阵30的辐射单元31aa～31cb相同的方法或者至少相类似的方法利用辐射单元51aa～51cb。

还可以从上述可得出结论：图5A～5B中天线阵50的基本上垂直的单元54aa～54cb类似于图4A～4B中端射天线阵40的垂直辐射单元41a～41f。此类似并不意外。实际上，可以以与端射天线阵40的垂直单元41aa～41cb相同的方法或者至少相类似的方法，利用天线阵50的垂直单元54aa～54cb，如下面进一步所述的。

然而，在我们继续下去之前，应该强调的是，本发明不以任何方式限于如图5A～5B所示的一行三个共线偶极子50a～50c。相反，根据本发明的天线阵可以包括在一行或多行中布置两个天线单元到多个天线单元的任何情况。此外，天线单元不必必须是偶极子，并且天线单元不必必须被设置成一排或一行。相反，天线单元或至少天线单元的子集可以以不同的高度并且根据行以外的其他图案进行布置，例如略微偏低一行以便形成Z字形图案或类似的图案，或者，被布置在若干天线单元组中，其中，这些天线单元组(然而并非必须组中的单个天线单元)基本上成行或类似地进行布置。还应该强调的是，对水平辐射单元51aa～51cb和垂直单元54aa～54cb的说明不应被理解为局限于电磁辐射的发射。相反，该说明同样对电磁辐射的接收有效。

扫描主瓣

正如先前结合图1A～1B中单个偶极子10所述，通常将平衡或差动模式的电流I_diff＝(I₁-I₂)/2看作是激励偶极子的电流，用I_diff表达的功率应该转换成辐射的电磁功率。

与之一致，天线阵30的三个偶极天线单元30a、30b、30c(如上面参照图3A～3B所述)的差动模式，已经用馈送给偶极子30a、30b、30c的第一馈线32aa、32ba、32ca的第一电流I₊和馈送给偶极子30a、30b、30c的第二馈线32ba、32bb、32cb的第二电流I_-加以说明。电流I₊、I_-拥有相反的下标，以指示它们相位相差180°，即指示偶极子30a、30b、30c根据差动模式以公知的方式工作。

如先前确定的，图3A～3B中天线阵30的三个偶极子30a、30b、30c类似于图5A～5B中天线阵50的三个偶极子50a、50b、50c。天线阵50的偶极子50a～50c因此可以以与偶极子30a～30c相同或者至少相类似的方法，或者在这方面以与图1A～1D中偶极子10相同或者至少相类似的方法，以差动或平衡模式激励。

因此，偶极子50a～50c可以通过给偶极子50a、50b、50c提供以下电流来激励：

-去往第一馈线52aa的电流I₊，去往第二馈线52ab的电流I_-；

-去往第一馈线52ba的电流I₊，去往第二馈线52bb的电流I_-；

-去往第一馈线52ca的电流I₊，去往第二馈线52cb的电流I_-。

偶极子50a～50c的最大辐射(主瓣)方向在差动或平衡模式下，基本上垂直于轴线DP3，而辐射单元51aa～51cb沿轴线DP3延伸。因此，如上所述，该主瓣因而基本上垂直于地平面53。主瓣已经在图5B中用从地平面53向上垂直且基本上垂线延伸的箭头55指示。如可以看到的，源于图5A～5B中天线阵50的偶极子50a～50c的主瓣55，本质上与源于图3A～3B中边射天线阵30的偶极子30a～30c的主瓣35相同。

如先前结合天线阵30所述的，可以通过指定天线50的天线单元50a～50c之间的相位增量ψ扫描天线50的主瓣55。然而，如果相位增量ψ增大从而主瓣的方向Ф接近图5A～5B中水平辐射单元51aa～51cb在其中延伸的方向，则天线单元50a～50c的阻抗以匹配恶化的这种方式进行改变。天线阵50中偶极子50a～50c的辐射单元51aa～51cb，因此将表现出减少在水平方向上(即，沿线DP3，或换言之，基本上垂直于图5A～5B中地平面53的法线)发射电磁辐射的能力。因此，沿着轴线DP3，基本上能够不存在来自天线阵50的偶极子50a～50c的辐射，辐射单元51aa～51cb沿轴线DP3延伸且该轴线DP3基本上平行于图5B中的水平地平面53。

作为对照，上面参照图4A～4B描述的端射天线阵40，使其一个(或多个)主瓣45、45′沿着线L1并沿着图4A～4B中水平地平面43延伸。然而，端射天线阵40具有减少在接近垂直方向的方向上发射电磁辐射的能力，而图4B中的辐射单元41a～41f在该方向上延伸，即基本上垂直于地平面43的方向。

因此，如果边射天线阵30在垂直面中发射电磁辐射的能力(如上面参照图3A～3B所述)，可以与端射天线40在水平面中发射电磁辐射的能力(如上面参照图4A～4B所述)相结合，则这是有利的。这将对定向天线阵的天线波瓣尤其在另外达不到的方向上(即，在所谓零点的方向上)的可能性，提供相当可观的改进。

为此，可以在天线阵50中实现与上述端射天线阵40中单极子之一相类似的功能。特别地，这可以通过利用基本上沿着线L2布置且在与地平面53基本垂直的方向上延伸的成组的单元对54aa、54ab；54ba、54bb；54ca、54cb来实现。

因此，图5A～5B中偶极子50a～50c的垂直单元54aa～54cb，通过给偶极子50a、50b、50c提供以下电流，以总和模式(图5a～5b中未示出)激励：

-去往第一馈线52aa的电流I₊，去往第二馈线52ab的电流I₊；

-去往第一馈线52ba的电流I₊，去往第二馈线52bb的电流I₊；

-去往第一馈线52ca的电流I₊，去往第二馈线52cb的电流I₊。

在总和模式下，来自相对的水平单元双51aa、51ab；51ba、51bb；51ca、51cb的辐射将基本上互相抵消，而每对相邻布置的垂直单元54aa、54ab；54ba、54bb；54ca、54cb将基本上起单个四分之一波长单极子的作用，即，在总和模式下，单元51aa、51ab将起第一单极子的作用，单元51ba、51bb将起第二单极子的作用，而单元51ca、51cb将起第三单极子的作用。当然，这预示着成对的垂直单元54aa、54ab；54ba、54bb；54ca、54cb靠近布置，近得足以能够协力作为单个单极子或类似的单元，并允许成对的水平单元51aa、51ab；51ba、51bb；51ca、51cb协力作为偶极子或类似的单元。

此外，当偶极子50a～50c以差动模式激励时，来自成对的垂直单元54aa、54ab；54ba、54bb；54ca、54cb的辐射基本上互相抵消，因为成对的单元中的电流在差动模式下具有相反的方向。

从上述可得出结论：在总和模式下天线单元50a～50c的垂直单元52aa～52cb的激励，使天线阵50的主天线波瓣55能够定向于方向Ф，而方向Ф接近水平方向或者甚至与水平方向重合，其中偶极子50a～50c的辐射单元51aa～51cb在该水平方向延伸，即基本上如同上述参照图3A～3B的端射天线40。这在图5B中用两个相反的箭头55′和55″说明，表示天线阵50的天线波瓣55的可能端射方向。

换言之，天线阵50的基本上水平的单元51aa～51cb，可以以差动模式进行馈送，并用于以类似于边射偶极天线阵(例如，图3A～3B中的边射天线阵30)的方式辐射电磁辐射，而天线阵50的基本上垂直的单元54aa～54cb，可以以总和模式进行馈送，并用于以类似于端射天线(例如，图4A～4B中的端射天线阵40)的方式辐射电磁辐射。

在差动模式与总和模式之间的最佳切换点，取决于针对单个极化天线单元剖开的E平面方向图。

切换可以基本上是连续的，例如，连续降低在以差动模式馈送给偶极子50a～50c的两个电流I₊、I_-之间的相位差180°，从而接近和/或达到以总和模式馈送给偶极子50a～50c的电流I₊、I_-之间0°的相位差，然后再次返面。

切换还可以或多或少是双向切换，例如，仅仅在以差动模式馈送给偶极子50a～50c的电流I₊、I_-之间180°的相位差与以总和模式馈送给偶极子50a～50c的电流I₊、I_-之间0°的相位差之间触发(toggle)或切换。

特别地，在差动馈送(I₊，I_-)与总和馈送(I₊，I₊)之间基本上连续或较小步长(step-less)的切换，使天线阵50能够基本上在沿半圆基本上垂直地从地平面53延伸的任何方向Ф发射电磁辐射，即沿图5A～5B中箭头55的方向，而地平面53在轴DP3和线L2所定义的平面中。

在差动模式与总和模式之间的最佳切换点，或者，差动模式与总和模式的最佳混合-即馈送给偶极子50a～50c的两个电流之间的最佳相位差，例如可以通过测量天线方向图凭经验确定，如本领域所公知的。测量例如可以通过以下步骤来实现：如上所述，激励偶极子50a～50c，以及指定两个馈电电流之间的相位差φ，即以从0°到180°的多个小步长进行分步式变化(即，通过若干小步长将激励从总和模式的0°变成差动模式的180°)，然后连续测量天线阵50在不同方向上发射的电磁辐射。

当然，现在所述的辐射(发射)能力同样对接收有效，即在差动接收(I₊，I_-)与总和接收(I₊，I₊)之间的适当切换，使天线阵50能够基本上在沿半圆基本上垂直地从地平面53延伸的任何方向Ф中接收电磁辐射，即沿图5A～5B中箭头55的方向，而地平面53在轴DP3和线L2所定义的平面中。在差动模式与总和模式之间的最佳切换点，或者甚至差动模式与总和模式的最佳混合，因此可替换地，可以通过从一个方向接一个方向地朝着天线阵50发射电磁辐射，以及以公知的方式连续测量从每个偶极子50a～50c接收的两个电流的相位和幅度来测量。

为了实现差动模式(I₊，I_-)与总和模式(I₊，I₊)之间的适宜切换，优选天线阵50的偶极子50a～50c连接到一种设备，所述设备给偶极天线单元50a～50c按比例馈送I_diff＝(I₁-I₂)/2和I_sum＝(I₁+I₂)/2，所述比例增强或最大化去往和来自天线阵50的偶极子天线单元50a～50c的功率转换。现将参照图6A～6C描述这种馈送设备的优选实施例。

图6A～6B包括图5A～5B中天线阵50的示意图。如可以看到的，只例示了第一偶极子50a和第三偶极子50c。现将参照图6A～6B，描述单个偶极天线单元50a的连接和馈送。应该强调的是，对天线阵50中另外的偶极子单元50b和50c以及根据本发明的各种实施例在天线阵中进行布置的其他的偶极子单元50n，加以必要的修改后同样有效。

偶极子50a与图5A～5B所示的偶极子相同。因此，图6A～6C中的偶极子50a具有水平单元51aa、51ab，垂直单元54aa、54ab和馈线52aa、52ab，如同先前参照图5A～5B描述的一样。

如可以在图6A中看到的，馈送装置600a包括馈送设备60a和双向开关64a。馈送设备60a连接偶极天线单元50a的馈线52aa、52ab，以便进行发射与接收；去往和来自第一馈线52aa的第一电流I₁，以及去往和来自第二馈线52ab的第二电流I₂。所述馈送设备60a具有第一端子SUM和第二端子DIFF，这些端子被安排成经由双向开关64a可交替地连接第三馈线62a。馈送装置600a第三馈线62a接着连接移相器66a或类似的装置，用于给天线单元50a添加可能的增量φ，其如上简述，能够以公知的方式对天线波瓣进行常规扫描。

馈送装置600a的馈送设备60a优选借助于平衡-不平衡转换器或类似的设备来实现。平衡-不平衡转换器是特别被设计成在平衡(差动模式)的信号和不平衡(总和模式)的信号之间进行转换的设备，如本领域所公知的。平衡-不平衡转换器60a一般借助于小的隔离变压器来实现，而接地或底盘接地以公知的方式保持在平衡的侧面上不固定或不连接。平衡-不平衡转换器60a还可以借助于例如所谓的魔T(Magic-T)或T形接头(T-Junction)来实现，其是本领域普通且公知的构件。然而，本发明不限于平衡-不平衡转换器60a借助于隔离变压器、魔T或T形接头来实现。相反，平衡-不平衡转换器可以借助于具有与所述变压器、魔T或T形接头相同或相类似的功能的任何其他适宜的设备来实现。

图6A中平衡-不平衡转换器馈送设备60a的功能是这样的，即，提供给设备60a的第一端子SUM的电流基本上等同地分成两个电流I₁=I_sum∠0°/2和I₂＝I_sum∠0°/2，这些电流从设备60a向天线单元50a提供，其中，相位差为0°，即两个电流I₁和I₂同相，因此天线单元50a以总和模式被激励，c.f.上述的电流I₊、I₊。类似地，提供给设备60a的第二端子DIFF的电流，被等同地分成两个电流I₁＝I_diff∠180°/2和I₂＝I_diff∠180°/2。然而，这两个电流从设备60a向天线单元50a提供，其中，相位差为180°，即两个电流I₁和I₂此刻异相，天线单元50a因此以差动模式被激励，c.f.上述的电流I₊、I_-。

由此可得出的结论：通过根据天线阵50的天线波瓣55意欲于在其中辐射的方向Ф来触发双向开关64aa，天线单元50a可以根据需要以总和模式(不平衡或端射模式)或以差动模式(平衡或边射模式)发射电磁辐射。

下面的表述可以阐明馈送设备(60a，60b，60c...60n)的功能。

如果到DIFF端子的输入信号为零，而到SUM端子的输入信号为 $I_{\mathrm{SUM}}=I_0{e}^{i\left({\mathrm{\ψ}}_n\right)},$ 其中ψ_n表示所讨论的天线单元的相位增量，则：

$I_n^1=I_0^{\′}{e}^{i\left({\mathrm{\ψ}}_n\right)}---\left[1\right]$

$I_n^2=I_0^{\′}{e}^{i\left({\mathrm{\ψ}}_n\right)}---\left[2\right]$

其中，I₀′是针对所讨论的馈送设备(60a，60b，60c...60n)中可能的损失等而调节的电流I₀，并且其中I_n ¹是所讨论的天线单元的电流I₁，I_n ²是所讨论的天线单元的电流I₂。

如果到SUM端子的输入信号为零并且到DIFF端子的输入信号为 $I_{\mathrm{DIFF}}=I_0{e}^{i\left({\mathrm{\ψ}}_n\right)},$ 其中，ψ_n表示所讨论的天线单元的相位增量，因此：

$I_n^1=I_0^{\′}{e}^{i({\mathrm{\ψ}}_n+\mathrm{\π}/2)}---\left[3\right]$

$I_n^2=I_0^{\′}{e}^{i({\mathrm{\ψ}}_n-\mathrm{\π}/2)}---\left[4\right]$

其中，I₀′是针对所讨论的馈送设备(60a，60b，60c...60n)中可能的损失等而调节的电流I₀，并且其中I_n ¹是所讨论的天线单元的电流I₁，I_n ²是所讨论的天线单元的电流I₂。

当然，此刻所述的辐射(发射)能力同样对接收有效，即，天线单元50a可以根据需要以总和模式(不平衡或端射模式)或以差动模式(平衡或边射模式)接收电磁辐射，取决于天线阵50的天线波瓣55意欲进行接收的方向Ф。

然而，上述的平衡-不平衡转换器馈送设备60a或类似的设备，在根据本发明的馈送装置的某些实施例中不是必需的。在图6B中例示了这种情况，其中，平衡-不平衡转换器馈送设备60a被省略。作为替代，偶极子50a的馈线52ab已经连接到功率分配器/组合器67a，即，不连接图6A中馈送装置600a中的平衡-不平衡转换器60a或类似的设备。类似地，偶极子50a的馈线52aa不连接馈送装置600a中的平衡-不平衡转换器60a或类似的设备，而是连接到移相器65a，移相器65a接着连接所述功率分配器/组合器67a。分配器/组合器67a例如可以借助于本领域公知的波导管或类似的设备来实现。

如果到图6B中功率分配器/组合器67a的该输入信号是 $I_{\mathrm{div}/\mathrm{comb}}=I_0{e}^{i\left({\mathrm{\ψ}}_n\right)},$ 其中ψ_n表示所讨论的天线单元的相位增量，则：

其中，I₀′是针对分配器/组合器67a中可能的损失等调节的电流I₀，并且其中φ表示通过移相器65a增加的相移，其中，I_n ¹是所讨论的天线单元的电流I₁，I_n ²是所讨论的天线单元的电流I₂。

从公式5和6清楚看出，图6B中馈送装置620a中的移相器65a，能够基本上连续改变两个电流I₁、I₂之间的相位，例如从两个电流I₁、I₂之间0°相位差到180°相位差的基本上连续的改变。这使得能够实现总和模式和差动模式的混合，即，不平衡模式和平衡模式的混合。换言之，移相器65a能够同时利用水平单元51aa、51ab和垂直单元52aa、52ab以不同的量进行发射和/或接收，即水平单元51aa、51ab可以以某个量进行发射，同时垂直单元52aa。52ab可以以某个量进行发射，这也适用于接收。

现在已经借助于例示实施例描述了本发明。然而，应该强调的是，本发明决不局限于此刻描述的实施例。相反，本发明意欲包括通过所附权利要求的范围覆盖的所有实施例。例如，本发明决不局限于如图5A～5B和6A～6B所示的一行三个共线偶极子50a～50c。相反，根据本发明的天线阵可以包括在一行或多行中布置的从两个天线单元到多个天线单元的任何情况。此外，天线单元决不必必须布置在一行或一排中。相反，天线单元或至少天线单元的子集可以根据行列以外的其他图案进行布置。还应该强调的是，对基本上水平的单元51aa～51cb和基本上垂直的单元54aa～54cb的说明，加以必要的修改后都适用于发射和接收。

此外，天线单元不必必须是常规的偶极子。

在一个实施例中，天线单元可以例如是环形天线，如图7A中所示意性例的。环形天线包括具有一匝或多匝的环，并且基本上平行于地平面(未示出)延伸第一距离E1A，且基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2A。

本发明的另一实施例可以利用具有寄生单元或谐振器单元的偶极天线单元，其平行于水平辐射单元延伸，如图7b中示意性例示的。图7B中的偶极天线单元基本上平行于地平面(未示出)延伸至少第一距离E1B，并基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2B，而寄生单元基本上平行于所述地平面延伸第三距离E1B′，并基本上垂直于所述地平面延伸至少第四距离E2B′。

此外，本发明实施例中的天线单元可以是具有翘起式辐射单元的偶极子，例如图7C中示意性例示的V字形天线单元。图7C中的V字形偶极天线，基本上平行于地平面(未示出)延伸至少第一距离E1C，且基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2C。

此外，本发明实施例中的天线单元可以是所谓的兔耳天线，例如图7D中示意性例示的兔耳天线。图7D中的兔耳天线，基本上平行于地平面(未示出)延伸至少第一距离E1D，且基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2D。

此外，本发明的一些实施例可以利用贴片天线形式的天线单元，如图7E中示意性例示的。图7E中的例示贴片天线，包括形成天线单元的第一基本上平的板，以公知的方式布置在具有第一介电常数ε₁的第一基底上，而基底接着布置在地平面(未示出)上。贴片天线单元在所述地平面之上且基本上平行于所述地平面延长至少第一距离E1E，它通过两个基本上平行的馈线进行馈送，而这两个馈线基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2E。与图7B所示寄生单元类似的，图7E中的贴片天线还可以将寄生单元布置在具有第二介电常数ε₂的第二基底上。寄生单元可以例如是基本上平的板，基本上平行于所述地平面地延伸第三距离E1E′，以及基本上垂直于所述地平面延伸至少第四距离E2E′。

本发明实施例中的天线单元还可以是双极化天线单元，例如图7F中所示的双极化天线单元，包括彼此成90°置换的两个偶极子，如关于双极化天线单元所众所周知的。偶极天线例如可以基于偶极天线单元，例如图5A～5B所示的偶极子50a～50c。因此，图7F中的双极化天线单元，在地平面(未示出)之上且基本上平行于上所述地平面延伸至少第一距离E1F，然后基本上垂直于所述地平面延伸至少第二距离E2F。

图7G是称为四方形天线单元的偶极天线单元的另一例示双极化实施例的示意图。四方形天线单元包括两个偶极子，每个偶极子包括两个基本上正方形的板。这四块板布置成正方形构造，从而偶极子彼此成90°置换。在每个正方形板最靠近正方形构造中心的拐角处装备馈送探头。这些板在地平面(非示出)之上且基本上平行于所述地平面布置至少第一距离，然后基本上垂直于所述地平面布置至少第二距离。

图7H是具有拐角馈送装置的贴片单元天线阵的示意图。贴片单元可以例如类似于图7E中示意性例示的贴片单元。图7H中的贴片单元布置成棋盘图案，其中，承载电流I₁、I₂的每对馈送探头连接两个相邻贴片的紧密间距的拐角。此实施例还可以装备能够进行双极化的附加探头。

上述的任何天线单元可以与单元之上和/或之下的一个或多个电介质层结合，从而修改SUM和DIFF模式的扫描方向图。

附图标记

10     偶极子           40f    单极子

11a    辐射单元         41a    辐射单元

11b    辐射单元         41b    辐射单元

12a    馈线             41c    辐射单元

12b    馈线             41d    辐射单元

20     单极子           41e    辐射单元

21     垂直辐射单元     41f    辐射单元

23     水平地平面       42a    馈线

30     边射天线阵       42b    馈线

30a    偶极子           42c    馈线

30b    偶极子           42d    馈线

30c    偶极子           42e    馈线

31aa   辐射单元         42f    馈线

31ab   辐射单元         43     地平面

31ba   辐射单元         45     端射阵的主瓣

31bb   辐射单元         45′   端射阵的主瓣

31ca   辐射单元         50     天线阵

31cb   辐射单元         50a    偶极子

32aa   馈线             50b    偶极子

32ab   馈线             50c    偶极子

32ba   馈线             51aa   水平辐射单元

32bb   馈线             51ab   水平辐射单元

32ca   馈线             51ba   水平辐射单元

32cb   馈线             51bb   水平辐射单元

33     基底             51ca   水平辐射单元

35     边射阵的主瓣     51cb   水平辐射单元

35′   边射阵的主瓣     52aa   馈线

40     端射天线阵       52ab   馈线

40a    单极子           52ba   馈线

40b    单极子           52bb   馈线

40c     单极子                52ca  馈线

40d     单极子                52cb  馈线

40e     单极子                53    地平面

54aa    垂直辐射单元          66a   移相器(主瓣扫描)

54ab    垂直辐射单元          66c   移相器(主瓣扫描)

54ba    垂直辐射单元          67a   功率分配器/组合器

54bb    垂直辐射单元          67c   功率分配器/组合器

54ca    垂直辐射单元          600a  馈送装置

54cb    垂直辐射单元          600c  馈送装置

55      边射阵的主瓣          620a  馈送装置

55′    端射阵的主瓣          620c  馈送装置

55″    端射阵的主瓣          E1    延伸部分，辐射单元

56aa    上部分配端            E2    延伸部分，辐射单元

56ab    上部分配端            DP1   水平偶极子轴

56ba    上部分配端            DP2   水平偶极子轴

56bb    上部分配端            DP3   水平偶极子轴

56ca    上部分配端            MP    垂直单极子轴

56cb    上部分配端            MPa   垂直单极子轴

57aa    下部馈送端            MPb   垂直单极子轴

57ab    下部馈送端            MPc   垂直单极子轴

57ba    下部馈送端            MPd   垂直单极子轴

57bb    下部馈送端            Mpe   垂直单极子轴

57ca    下部馈送端            MPf   垂直单极子轴

57cb    下部馈送端            MPaa  垂直“单极子”轴

60a     馈送设备(不平衡-平衡  MPab  垂直“单极子”轴

        转换器)

60c     馈送设备(不平衡-平衡  MPba  垂直“单极子”轴

        转换器)

62a     馈线                   MPbb  垂直“单极子”轴

62c     馈线                   MPca  垂直“单板子”轴

64a     双向开关               MPcb  垂直“单极子”轴

64c     向开关                 L1    单极子的行/排

65a    移相器(模式转换)           L2    单极子的排/行

65c    移相器(模式转换)

Claims (9)

1.一种天线系统，包括：

天线阵(50)，该天线阵(50)进一步包括：

参考电势区域(53)和空间上延伸的至少两个天线单元(50a，50b，50c)的集合，所述至少两个天线单元能够至少部分平衡地受到驱动以及至少部分不平衡地受到驱动，其中所述天线单元具有：

-连接到第一端口(52aa，52ba，52ca)的第一辐射单元(54aa，54ba，54ca)，和连接到第二端口(52ab，52bb，52cb)的第二辐射单元(54ab，54bb，54cb)，所述第一和第二辐射单元(54aa，54ab；54ba 54bb；54ca，54cb)基本上彼此相邻且平行地布置，从而大致垂直地从所述区域(53)延伸至少第一距离(E2)；以及

-辐射装置(51aa，51ab；51ba，51bb；51ca，51cb)，所述辐射装置(51aa，51ab；51ba，51bb；51ca，51cb)连接到所述第一和第二辐射单元(54aa，54ab；54ba，54bb；54ca，54cb)，从而在所述区域(53)之上且大致平行于所述区域(53)延伸至少第二距离(E1)，

其中，所述辐射装置包括连接到所述第一辐射单元(54aa，54ba，54ca)的第三辐射单元(51aa，51ba，51ca)以及连接到所述第二辐射单元(54ab，54bb，54cb)的第四辐射单元(51ab，51bb，51cb)，

其中，每个天线单元(50a，50c)的第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)连接馈送装置(600a，600c；620a，620c)，

其特征在于：

馈送装置(600a，600c；620a，620c)被安排成改变第一信号(I₁)与第二信号(I₂)之间的相位差(φ)，其中：第一信号(I₁)在第一端口(52aa，52ca)与馈送装置(600a，600c，620a，620c)之间进行传输；而第二信号(I₂)在第二端口(52ab，52cb)与馈送装置(600a，600c；620a，620c)之间进行传输。

2.根据权利要求1中所述的天线系统，其中：

所述第三和第四辐射单元选自一组单元，所述一组单元包括：基本上直螺纹形或圆柱形的单元(51aa，51ab；51ba，51bb；51ca，51cb)、基本上环形的单元和基本上平板的单元。

3.根据权利要求1所述的天线系统，

其特征在于：

馈送装置(600a，600c)包括设备(60a，60c)，所述设备(60a，60c)被布置，从而使得：

-用所述设备(60a，60c)的第一端子(SUM)进行传输的第三信号(I₀)被用所述第一信号(I₁)和所述第二信号(I₂)之间的第一基本上固定的相位差(φ₁)分开；以及

-用所述设备(60a，60c)的第二端子(DIFF)进行传输的所述第三信号(I₀)被用所述第一信号(I₁)和所述第二信号(I₂)之间的第二基本上固定的相位差(φ₂)分开。

4.根据权利要求3所述的天线系统，

其特征在于：

第一端子(SUM)和第二端子(DIFF)与交换机(64a，64c)连接，而交换机(64a 64c)在第一位置使所述第三信号(I₀)能够用第一端子(SUM)进行传输，在第二位置使所述第三信号(I₀)能够用第二端子(DIFF)进行传输。

5.根据权利要求1所述的天线系统，

其特征在于：

所述馈送装置(620a，620c)包括：

-分配装置(67a，67c)，所述分配装置(67a，67c)连接到所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)和馈线(62a，62c)；并被安排为将从所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)接收的信号(I₁，I₂)组合到所述馈线(62a，62c)中，并在所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)之间拆分从所述馈线(62a，62c)接收的信号(I₀)；以及

-至少一个移相器(65a)，连接在所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)中的至少一个端口与所述分配装置(67a)之间，从而改变在那个端口(52aa，52ab；52ca，52cb)与分配装置(67a，67c)之间传输的信号的相位(φ)。

6.一种利用天线阵(50)进行发射或接收的方法，所述天线阵包括：参考电势区域(53)和空间上延伸的至少两个天线单元(50a，50b，50c)的集合，所述至少两个天线单元能够至少部分平衡地受到驱动，以及至少部分不平衡地受到驱动，其中所述天线单元具有：

-连接到第一端口(52aa，52ba，52ca)的第一辐射单元(54aa，54ba，54ca)，和连接到第二端口(52ab，52bb，52cb)的第二辐射单元(54ab，54bb，54cb)，所述第一和第二辐射单元(54aa，54ab；54ba 54bb；54ca，54cb)基本上彼此相邻且平行地布置，从而大致垂直地从所述区域(53)延伸至少第一距离(E2)；以及

-辐射装置(51aa，51ab；51ba，51bb；51ca，51cb)，所述辐射装置(51aa，51ab；51ba，51bb；51ca，51cb)连接到所述第一和第二辐射单元(54aa，54ab；54ba，54bb；54ca，54cb)，从而在所述区域(53)之上且大致平行于所述区域(53)延伸至少第二距离(E1)，

其中，所述辐射装置包括连接到所述第一辐射单元(54aa，54ba，54ca)的第三辐射单元(51aa，51ba，51ca)以及连接到所述第二辐射单元(54ab，54bb，54cb)的第四辐射单元(51ab，51bb，51cb)

所述方法包括以下步骤：

由天线单元(50a，50b，50c)通过改变第一信号(I₁)与第二信号(I₂)之间的相位差(φ)在可变的方向上发射或接收电磁辐射，其中，第一信号(I₁)用天线单元(50a，50b，50c)的第一端口(52aa，52ba，52ca)进行传输，而第二信号(I₂)用第二端口(52ab，52bb，52cb)进行传输，

其中，所述相位差(φ)通过利用连接到每个天线单元(50a，50c)的第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)的馈送装置(600a，600c；620a，620c)来完成，

其特征在于：

馈送装置(600a，600c；620a，620c)改变第一信号(I₁)与第二信号(I₂)之间的相位差(φ)，其中：第一信号(I₁)在所述第一端口(52aa，52ca)与所述馈送装置(600a，600c，620a，620c)之间进行传输；而第二信号(I₂)在所述第二端口(52ab，52cb)与所述馈送装置(600a，600c；620a，620c)之间进行传输。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

馈送装置(600a，600c)包括设备(60a，60c)，所述设备(60a，60c)被布置，从而使得：

-用所述设备(60a，60c)的第一端子(SUM)进行传输的第三信号(I₀)被用所述第一信号(I₁)和所述第二信号(I₂)之间的第一基本上固定的相位差(φ₁)分开；以及

-用所述设备(60a，60c)的第二端子(DIFF)进行传输的所述第三信号(I₀)被用所述第一信号(I₁)和所述第二信号(I₂)之间的第二基本上固定的相位差(φ₂)分开。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

第一端子(SUM)和第二端子(DIFF)与交换机(64a)相连接，所述交换机(64a)被操作使得在第一位置使所述第三信号(I₀)用第一端子(SUM)进行传输，而在第二位置使所述第三信号(I₀)用第二端子(DIFF)进行传输。

9.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述相位差(φ)通过利用馈送装置(620a，620c)来完成，其中：

-分配装置(67a，67c)连接到所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)并连接到馈线(62a，62c)；并被安排为将从所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)接收的信号(I₁，I₂)组合到所述馈线(62a，62c)中，并在所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)之间拆分从所述馈线(62a，62c)接收的信号(I₀)；以及

-在所述第一和第二端口(52aa，52ab；52ca，52cb)中的至少一个端口与所述分配装置(67a)之间连接至少一个移相器(65a)，从而改变在那个端口(52aa，52ab；52ca，52cb)与分配装置(67a，67c)之间传输的信号的相位(φ)。

Images