CN101427423A - 偶极天线 - Google Patents

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Abstract

一种偶极天线，包括：基材；第一和第二对偶极，其位于基材前面并环绕中心区布置；第一馈电线，其从基材向偶极延伸并在位于基材前面的第一连接处分成第一对馈电探针，该第一对馈电探针的每一个耦联到第一对偶极的相应一个；以及第二馈电线，其从基材向偶极延伸并在位于基材前面的第二连接处分成第二对馈电探针，该第二对馈电探针的每一个耦联到第二对偶极的相应一个。馈电探针与偶极间隔开，以便与偶极形成场耦合。在一个实施例中，第一对馈电探针位于偶极的第一侧上，而第二对馈电探针位于偶极的第二侧上，该第二侧与第一侧相对。在另一实施例中，偶极印刷在PCB上。

Description

偶极天线
技术领域
本发明涉及一种包括两对环绕中心区布置的偶极的偶极天线。这种天线传统上称为“偶极方阵(dipole square)”或“偶极箱”，尽管偶极臂可形成为呈现非方形(例如圆形)形状。
背景技术
US6313809的图1显示了具有从中心点发出的四条连接线的偶极方阵。US6819300显示了一种偶极方阵，在该偶极方阵中，每个偶极通过各自的同轴电缆驱动。在WO2004/055938中还描述了不同的偶极方阵配置。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种偶极天线，该偶极天线包括：基材；第一和第二对偶极，其位于基材前面并环绕中心区布置；第一馈电线，其从基材向偶极延伸并在位于基材前面的第一连接处分成第一对馈电探针，该第一对馈电探针的每一个耦联到第一对偶极的相应一个；以及第二馈电线，其从基材向偶极延伸并在位于基材前面的第二连接处分成第二对馈电探针，该第二对馈电探针的每一个耦联到第二对偶极的相应一个。
本发明的示例性实施例还提供一种偶极天线，该偶极天线包括：两对偶极，其环绕中心区布置；以及两对馈电探针，其每个馈电探针耦联到相应的偶极，其中馈电探针与偶极间隔开，以便与偶极形成场耦合。
本发明的某些示例性实施例还提供一种偶极天线，该偶极天线包括：两对偶极，其环绕中心区布置；第一对馈电探针，其耦联到偶极对的第一对；以及第二对馈电探针，其耦联到偶极对的第二对，其中第一对馈电探针位于偶极的第一侧上，而第二对馈电探针位于偶极的第二侧上，该第二侧与第一侧相对。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与上文给出的概括描述以及下文给出的实施例的详细描述一起用于说明本发明的原理。
图1是根据本发明第一实施例的偶极方阵的前侧的等距视图；
图2是偶极方阵的前侧的平面图；
图3是偶极方阵的后侧的平面图；
图4是从后面看的偶极方阵的等距视图；
图5是根据本发明第二实施例的钻石形偶极方阵的前侧的平面图；
图6是根据本发明第三实施例的圆形偶极方阵的前侧的平面图；
图7是根据本发明第四实施例的PCB基材的偶极方阵天线的前侧的等距视图；
图8是图7的偶极方阵天线的后侧的等距视图；
图9是在图7和图8中所示偶极方阵的一个中使用的偶极PCB的后侧的平面图；
图10是在图7和图8中所示偶极方阵的一个中使用的第一馈电PCB的第一侧视图；
图11是第一馈电PCB的第二侧视图；
图12是在图7和图8中所示偶极方阵的一个中使用的第二馈电PCB的第一侧视图；
图13是第二馈电PCB的第二侧视图。
具体实施方式
参照图1，双极化的偶极方阵1显示为安装在平面基材2的前面，该基材2为偶极方阵提供支撑，并且为天线提供电接地平面和后反射器。基材2还承载馈电网络(未示出)。偶极方阵包括两对由单件导电材料压铸的偶极。第一对偶极3a、3b相对于天线的轴线15成-45°定向，而第二对偶极4a、4b相对于天线的轴线成+45°定向。两对偶极是非交叉的，并环绕中心区16布置(与交叉偶极天线相比，在交叉偶极天线中，唯一的一对偶极在天线中心处交叉)。
天线包括一排图1中所示类型的沿天线轴线15成一行布置的偶极方阵，其大体垂直排列(或稍向下倾斜)。未示出其它偶极方阵。
偶极在构造上是相同的，将仅对偶极3a进行描述，以用于说明。偶极3a包括一对支腿5a、5b，该对支腿5a、5b从中心区16径向延伸且与基材平行，并通过狭槽6分隔，而一对偶极臂7a、7b平行和垂直于天线轴线15定向。
偶极3a通过钩形的平衡-不平衡变换器(balun)馈电探针驱动，该探针具有平行并接近支腿5b的正面延展的部分8b以及平行并接近支腿5a的正面延展的部分8a。平衡-不平衡变换器通过绝缘隔离片(未示出)安装到支腿5a、5b。平衡-不平衡变换器的部分8a在偶极方阵的中心处连接到馈电线9。
馈电线具有图1和图2中所示的前部9a、图4中所示的从基材向偶极延伸的部分9b、以及也在图4中示出的后部9c，该后部9c在其末端处具有插入基材2中的突出部。狭槽10形成在偶极3a、4b之间的连接处。
图4中所示的V形支腿从偶极方阵的中心区16延伸。该V形支腿提供支撑结构以将偶极和馈电线支撑在基材2的前面。支撑支腿具有从狭槽10的边缘延伸并相对于天线15的轴线成-45°定向的第一部件11a以及相对于天线的轴线成+45°定向并连接到偶极中心区的后侧的第二部件11b，如图3中最清晰地示出。
馈电线的部分9b通过一对绝缘隔离片(未示出)安装到支撑支腿的第一部件11a。然后馈电线9穿过狭槽10，如图1中最清晰地示出。
偶极3b通过第二钩形平衡-不平衡变换器驱动，该第二钩形平衡-不平衡变换器在偶极正面的双向连接9d处连接到馈电线的部分9a。
偶极4a、4b通过相似的平衡-不平衡变换器配置驱动，但在这种情形中，平衡-不平衡变换器位于天线的相对后侧，如图3和图4中最清晰地示出。偶极4a通过钩形平衡-不平衡馈电探针驱动，该探针具有平行并接近偶极的一个支腿的背面延展的部分以及平行并接近另一支腿的背面延展的部分。平衡-不平衡变换器通过绝缘隔离片(未示出)安装到支腿，并近似在偶极方阵的中心处连接到馈电线12。
馈电线12与馈电线9相似，具有前部12a、从基材延伸的部分12b、以及后部12c，该后部12c在其末端处具有插入基材2中的突出部。
馈电线的部分12b通过绝缘隔离片(未示出)安装到支撑支腿的第二部件11b。
偶极4b通过第二钩形平衡-不平衡变换器驱动，该第二钩形平衡-不平衡变换器在位于基材与偶极之间的双向连接12d处连接到馈电线的部分12a。
两对偶极通过平衡-不平衡变换器邻近馈电，以同时在两个极化面中电辐射。偶极方阵配置为在806Mhz-960MHz的频率范围下运行，尽管相同的配置也可用于在其它频率范围中运行。
在位于基材前面的连接9d、12d处分开馈电线意味着仅需要两条馈电线(而不是四条)来将偶极耦联到通过基材2承载的馈电网络(未示出)。由此，在基材馈电网络上仅需要两条馈电线(而不是四条)。这意味着基材上的馈电网络能装配到传统的交叉偶极天线(交叉偶极天线仅需要两条馈电线)以及图1中所示的偶极方阵。
与传统的直馈天线(在直馈天线中，偶极通过焊接接缝物理连接到馈电探针)相比，邻近馈电的气带配置(在邻近馈电的气带配置中，平衡-不平衡变换器通过气隙与偶极间隔开，从而它们与偶极形成场耦合)产生更高的带宽。而且与传统的直馈天线相比，由于邻近馈电配置而导致的没有焊接接缝导致更小的相互调制的风险以及更低的制造成本。
将平衡-不平衡变换器置于偶极的相对侧上还改进了两个极化作用之间的绝缘。
第二偶极方阵20在图6中示出。除了偶极臂相对于偶极轴线15成+/-45°而不是0°和90°定向之外，偶极方阵20与偶极方阵1相同。由此与偶极方阵1的方形形状的轮廓相比，偶极方阵20呈现钻石形形状的轮廓。
第三偶极方阵30在图7中示出。除了偶极臂以偶极方阵的中心为圆心的圆的形式弯曲之外，偶极方阵30与偶极方阵1、20相同。由此与偶极方阵1、20的方形和钻石形形状的轮廓相比，偶极方阵30呈现圆形形状的轮廓。
上述的偶极方阵在单件上通过压铸形成。代替地，下文所述实施例中的偶极方阵在印刷电路板(PCB)上实施。
图7是安装在基材PCB42上的一对偶极方阵40、41的等距视图。基材PCB42具有承载形成电接地平面并用作反射器的金属层43的背面(在图8中示出)以及印刷在其正面上的馈电线44-47的网络。
偶极方阵是相同的，所以将仅对偶极方阵40进行描述。偶极方阵40包括偶极PCB，该偶极PCB由在图7中所示的在其正面上的偶极50a、50b、51a、51b，和在图8和图9中所示的在其背面上的钩形平衡-不平衡变换器52a、52b、53a、53b形成。
偶极在构造上是相同的，将仅对偶极50a进行描述，以用于说明。偶极50a包括一对支腿56a、56b，该对支腿56a、56b从中心区57径向延伸，并通过间隙分隔。一对偶极臂58a、58b各具有相对于天线轴线成-45°定向的近端部分以及分别平行和垂直于天线轴线定向的远端部分。偶极通过PCB角落中的狭槽59分隔。偶极方阵呈现大体八边形轮廓。
用于偶极PCB的支撑结构通过一对交叉的馈电PCB 54、55提供(在图10-13中详细示出)，所述馈电PCB 54、55与偶极PCB中心区57的下侧接合。图10和图11中所示的馈电PCB 54相对于天线轴线成+45°定向，并且具有位于图11中所示的面上的金属接地平面层60以及位于图10中所示的面上的Y形馈电网络。馈电PCB 54还具有一对穿过基材PCB42中的狭槽的突出部61、62。接地平面层60焊接到基材PCB 42背面上的接地平面/反射器层43。图10中的Y形馈电网络具有衬垫63，该衬垫63焊接到基材PCB 42正面上的馈电线45。
馈电线64从衬垫64远离基材PCB 42向偶极延伸，并在连接65处分开，该连接65近似位于基材PCB 42与偶极PCB的中间，并在馈电PCB 54中的狭槽66前面。馈电线64在连接65处分成具有衬垫68a的第一馈电探针67a以及具有衬垫68b的第二馈电探针67b。衬垫68a焊接到平衡-不平衡变换器52a，而衬垫68b焊接到平衡-不平衡变换器52b。
图12和图13中所示的馈电PCB 55在构造上与馈电PCB 54相似，仅有的差别在于狭槽80从PCB的前缘而不是后缘延伸，并且馈电网络的连接81位于狭槽80的后面。馈电PCB 54、55在图7和图8中所示的交叉结构中通过狭槽66、80装配到一起。
偶极通过平衡-不平衡变换器邻近馈电，以同时在两个极化面中电辐射。偶极方阵配置为在1710Mhz-2100MHz的频率范围下运行，尽管相同的配置也可用于在其它频率范围中运行。
在位于基材PCB 42前面的连接65处分开馈电线64意味着仅需要单一衬垫63来耦联到基材PCB 42上的馈电网络。由此，在基材PCB 42上仅需要两条馈电线44、45(而不是四条)。这意味着基材PCB 42能装配到传统的交叉偶极天线(交叉偶极天线仅需要两条馈电线)以及图7和图8中所示的偶极方阵。
与传统的直馈天线(在直馈天线中，偶极通过焊接接缝物理连接到馈电线)相比，邻近馈电配置(在邻近馈电配置中，平衡-不平衡变换器与PCB相对侧上的偶极间隔开，从而它们与偶极形成场耦合)产生更高的带宽。而且与传统的直馈天线相比，由于邻近馈电配置所导致的没有焊接接缝导致更小的相互调制的风险以及更低的制造成本。
尽管上述的实施例都是双极化天线，但是本发明还可在圆形极化的天线中实施，在该圆形极化天线中，四个偶极90°异相驱动。
尽管上述的实施例都能以发射模式(在发射模式中，天线发射辐射)和接收模式运行(在接收模式中，天线接收辐射)，但是本发明还可在配置为仅以发射模式或仅以接收模式运行的天线中实施。
另外的优点和修改将容易地呈现于本领域的技术人员面前。因此，在其更宽广的方面中，本发明不限于具体的细节、典型的设备和方法以及所示和所述的示例性示例。因此，可以偏离这些细节作出修改，而不偏离申请人的一般发明概念的精神或范围。

Claims (19)

1.一种偶极天线，包括：
基材；
第一和第二对偶极，位于所述基材前面并环绕中心区布置；
第一馈电线，其从所述基材向所述偶极延伸并在位于所述基材前面的第一连接处分成第一对馈电探针，所述第一对馈电探针的每一个耦联到所述第一对偶极的相应一个；以及
第二馈电线，其从所述基材向所述偶极延伸并在位于所述基材前面的第二连接处分成第二对馈电探针，所述第二对馈电探针的每一个耦联到所述第二对偶极的相应一个。
2.根据权利要求1所述的天线，其中所述连接的至少一个位于所述基材与所述偶极之间。
3.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一连接位于所述基材与所述偶极之间，而所述第二连接位于所述偶极的前面。
4.根据权利要求2所述的天线，其中所述第一和第二连接每个位于所述基材与所述偶极之间。
5.根据权利要求1所述的天线，其中所述馈电探针与所述偶极间隔开，以便与所述偶极形成场耦合。
6.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一对馈电探针位于所述偶极的第一侧上，而所述第二对馈电探针位于所述偶极的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。
7.根据权利要求1所述的天线，其中每个偶极具有一对支腿和一对臂，并且其中每个馈电探针具有紧邻偶极的第一支腿设置的第一部分以及紧邻所述偶极的第二支腿设置的第二部分。
8.根据权利要求7所述的天线，其中所述第一和第二部分具有钩形轮廓。
9.根据权利要求1所述的天线，其中所述馈电探针是平衡-不平衡变换器。
10.根据权利要求1所述的天线，还包括支撑结构，所述支撑结构从所述基材延伸并支撑所述偶极和所述馈电线。
11.一种偶极天线，包括：
两对偶极，环绕中心区布置；以及
两对馈电探针，每个均耦联到相应的偶极，
其中所述馈电探针与所述偶极间隔开，以便与所述偶极形成场耦合。
12.根据权利要求11所述的天线，其中每个偶极具有一对支腿和一对臂，并且其中每个馈电探针具有紧邻偶极的第一支腿设置的第一部分以及紧邻所述偶极的第二支腿设置的第二部分。
13.根据权利要求12所述的天线，其中所述第一和第二部分具有钩形轮廓。
14.根据权利要求11所述的天线，其中所述馈电探针是平衡-不平衡变换器。
15.根据权利要求11所述的天线，其中所述第一对馈电探针位于所述偶极的第一侧上，而所述第二对馈电探针位于所述偶极的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。
16.一种偶极天线，包括：
两对偶极，环绕中心区布置；
第一对馈电探针，耦联到所述两对偶极中的第一对；以及
第二对馈电探针，耦联到所述两对偶极中的第二对，
其中所述第一对馈电探针位于所述偶极的第一侧上，而所述第二对馈电探针位于所述偶极的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。
17.根据权利要求16所述的天线，其中每个偶极具有一对支腿和一对臂；并且其中每个馈电探针具有紧邻偶极的第一支腿设置的第一部分以及紧邻所述偶极的第二支腿设置的第二部分。
18.根据权利要求17所述的天线，其中所述第一和第二部分具有钩形轮廓。
19.根据权利要求16所述的天线，其中所述馈电探针是平衡-不平衡变换器。
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