CN101542841A

CN101542841A - 双极化天线

Info

Publication number: CN101542841A
Application number: CN200880000349.8A
Authority: CN
Inventors: 仓本晶夫; 游佐宏行
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: JPWO2008133033A1; CN101542841B; JP4952789B2; US7936314B2; WO2008133033A1; EP2058902A4; EP2058902A1; US20090251380A1

Abstract

提供了天线元件之间的相关性低的双极化天线。双极化天线是使用一印刷电路板由垂直极化天线和水平极化天线构成从而辐射两种极化波的天线。垂直极化天线特征在于包括：从印刷电路板的下部起沿印刷电路板的纵向延伸的第一微带线，被布置在微带线一端的第一导电辐射元件，与微带线串联连接的相位延迟电路，被添加到相位延迟电路一端的第二导电辐射元件，以及被添加到第一导电辐射元件和第一微带线连接表面的背侧接地导体的第三导电辐射元件。

Description

双极化天线

技术领域

本发明涉及在MIMO(多输入多输出)技术中使用的双极化天线。

背景技术

诸如WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作)之类的使用MIMO技术的通信服务现在将要开始。MIMO技术是接收通过多个传播路径传递的多个电波从而提高传输速率和通信质量的技术。在这种技术中，优选的是使用两个或更多个天线并降低所使用的两个天线之间的相关性以获得更大的效果。

具有以下特征的天线最适合用作使用WiMAX技术的通信服务的终端：包括具有不同极化性的天线元件从而降低天线元件之间的相关性；具有全向辐射模式从而接收对于MIMO而言有效的大量多次反射波；以及具有紧凑的大小。

专利文献1：特开2003-347822号公报

专利文献2：特开2005-167705号公报

专利文献3：特开平07-086825号公报

专利文献4：特开平09-064639号公报

专利文献5：特开平10-107533号公报

发明内容

本发明要解决的问题

专利文献1所公开的发明旨在提供具有高分集效应以防止接收强度下降的用于LAN的分集天线。为此，用于发射/接收垂直极化信号波的第一天线和用于发射/接收水平极化信号波的第二天线被安装在同一电介质衬底上。

专利文献2所公开的发明旨在提供具有简单结构、具有高产率且能够确保适合安装的机械强度同时实现了在水平表面上的充分全向特性的水平极化全向阵列天线。为此，提供了一对半环形的天线元件。

专利文献3所公开的发明旨在提供能够接收准微波频带的射频信号的定向分集天线。为此，在辐射元件之间提供了λ/4相移电路。

专利文献4所公开的发明涉及极化分集技术，其中，提供了之间关于一极化表面不具有相关性的多个接收系统并且接收系统中的接收功率被切换以降低传播差异，并且该发明旨在提供一种分集天线电路，该分集天线电路能够在各个接收系统的接收操作期间抑制相互干扰并准确选择这些接收系统中具有较高接收灵敏度的一个。为此，提供了相互关联的用于接收水平极化表面中的信号的天线和用于接收垂直极化表面中的信号的天线。

专利文献5所公开的发明旨在提供由印刷电路板制成的、通过利用印刷电路板所独有的特性(该特性是安装在空气中的天线所不具有的)而能够降低天线自身的尺寸的天线。为此，形成了几乎等同于Brown天线的天线，其中，印刷电路板上的馈电线图案和外部导体图案分别对应于Brown天线的同轴电缆的内部导体和外部导体，而接地图案和天线元件图案分别对应于Brown天线的地线(接地侧元件)和垂直导体(HOT侧元件)。

在执行使用分集技术或MIMO技术的无线电通信的情况下，通常使用两个天线。在这种情况下，优选的是尽可能地降低两个天线之间的相关性并减小其尺寸。

传统上，在使用MIMO技术的通信中使用的天线装置包括并排布置的全向单极化天线和全向双极化天线。在这种方法中，两个天线具有相同的定向特性，从而当这两个天线被彼此接近地布置时，无法将它们之间的相关性降低到足够的水平，结果无法充分获得MIMO传输的效果。

图5A和5B各自示出了相关技术的天线的一个示例。在相关技术中，作为垂直极化全向天线的两个单极化天线或者两个Brown天线被使用，且被相互隔开。两个天线均具有垂直极化和全向辐射特性，因此，当这两个天线被彼此接近地布置时，它们之间的相关性变得很大，结果无法充分获得分集或MIMO的效果。当两个天线被相互隔开时，变得需要较大的空间来安装这些天线。例如，假设在2.5GHz系统中两个天线被分隔10倍波长，则它们之间的距离超过了1m，这对于终端而言是相当大的尺寸，从而导致增加了同轴电缆损耗。

本发明的一个目的是提供能够实现节省空间并减小尺寸，并能够降低天线元件之间的相关性的双极化天线。

解决问题的手段

根据本发明，提供了一种双极化天线，该双极化天线由形成在印刷电路板上且辐射两种极化波的垂直极化天线和水平极化天线构成，其特征在于，垂直极化天线具有以下配置：第一微带线从印刷电路板的下部开始沿印刷电路板的纵向延伸；第一导电辐射元件被布置在第一微带线的一端；相位延迟电路串联连接到第一导电辐射元件；第二导电辐射元件被添加到相位延迟电路的一端；第三导电辐射元件被添加到接地导体，接地导体被布置在印刷电路板的、第一导电辐射元件和第一微带线在其上相应部分连接的表面的背侧。

本发明的优点

根据本发明，可以提供能够在水平面上形成全向模式的小型双极化天线。

附图说明

图1A是根据本发明的双极化天线的第一实施例的侧面透视图；

图1B是根据本发明的双极化天线的第一实施例的顶视图；

图1C是根据本发明的双极化天线的第一实施例的前表面透视图；

图1D是根据本发明的双极化天线的第一实施例的后表面透视图；

图2A是根据本发明的双极化天线的第二实施例的侧面透视图；

图2B是根据本发明的双极化天线的第二实施例的顶视图；

图2C是根据本发明的双极化天线的第二实施例的前表面透视图；

图2D是根据本发明的双极化天线的第二实施例的后表面透视图；

图3A是根据本发明的双极化天线的第三实施例的侧面透视图；

图3B是根据本发明的双极化天线的第三实施例的顶视图；

图3C是根据本发明的双极化天线的第三实施例的前表面透视图；

图3D是根据本发明的双极化天线的第三实施例的后表面透视图；

图4A是根据本发明的双极化天线的第四实施例的侧面透视图；

图4B是根据本发明的双极化天线的第四实施例的顶视图；

图4C是根据本发明的双极化天线的第四实施例的前表面透视图；

图4D是根据本发明的双极化天线的第四实施例的后表面透视图；

图5A是示出相关技术的单极化天线的一个示例的视图；以及

图5B是示出相关技术的Brown天线的一个示例的视图。

标号说明

1：印刷电路板

10：天线

11：元件

12：延迟元件

13：元件

14：元件

15：馈电线

16：馈电线

20：天线

21：元件

22：元件

23：馈电线

24：馈电线

具体实施方式

1)根据本发明的双极化天线由形成在印刷电路板上的垂直极化天线和水平极化天线构成。垂直极化天线具有以下配置：微带线从印刷电路板的下部开始沿印刷电路板的纵向延伸；长度大约为1/4波长的导电辐射元件被布置在微带线的一端；180度相位延迟电路串联连接到导电辐射元件；长度大约为1/2波长的导电辐射元件被添加到相位延迟电路的一端；开口朝下、垂直部分长度大约为1/4波长的倒U形的导电辐射元件被添加到接地导体，其中，接地导体被布置在印刷电路板的、1/4波长导电辐射元件和微带线在其上相应部分连接的表面的背侧。水平极化天线具有以下配置：在与垂直极化天线的微带线隔开大约0.1到0.3波长的距离、且向上延伸至垂直极化天线的180度相位延迟电路的高度的部分处，与垂直极化天线的微带线并行地布置微带线；各自长度大约为1/4波长的半圆弧形状的辐射元件被布置为使得其一端与印刷电路板的前侧和背侧上的微带线都相连接，从而允许圆弧部分的表面水平延伸，并使得其另一端被布置成接近180度相位延迟电路。

2)一种双极化天线，包括具有与1)相同配置的垂直极化天线和具有以下配置的水平极化天线：与1)的配置的情况一样，在与垂直极化天线的微带线隔开大约0.1到0.3波长的距离、且向上延伸至1)的垂直极化天线的180度相位延迟电路的高度的部分处，与垂直极化天线的微带线并行地布置微带线；该微带线朝向印刷电路板的侧面并从与相位延迟电路相对应的部分起在水平方向上向印刷电路板的侧面略微延伸；各自具有大约1/5到1/3波长的长度的微带线被布置为使得它们在向上和向下方向上从在印刷电路板的下部开始延伸的微带线岔开；并且各自具有大约1/4波长的长度的多个半圆弧形状的辐射元件被布置为使得其一端与印刷电路板的前侧和后侧上的各自具有大约1/5到1/3长度的微带线相连接，从而允许圆弧部分的表面在水平方向上延伸，并使得其另一端被布置为接近垂直极化天线的导电辐射元件。

3)2)的双极化天线的垂直极化天线的导电辐射元件的宽度被增大。

4)以锥形方式增加2)和3)的双极化天线的水平极化天线的半圆弧辐射元件的一端的宽度。

如上所述，根据本发明的双极化天线由形成在印刷电路板上的垂直极化天线和水平极化天线构成。垂直极化天线具有以下配置：微带线从印刷电路板的下部开始沿印刷电路板的纵向延伸；长度为大约1/4波长的导电辐射元件被布置在微带线的一端；180度相位延迟电路串联连接到该导电辐射元件；长度大约为1/2波长的导电辐射元件被添加到相位延迟电路的一端；并且开口朝下、垂直部分长度大约为1/4波长的倒U形的导电辐射元件被添加到接地导体，其中，接地导体被布置在印刷电路板的、1/4波长导电辐射元件和微带线在其上相应部分连接的表面的背侧。水平极化天线具有以下配置：在与垂直极化天线的微带线隔开大约0.1到0.3波长的距离的部分处与垂直极化天线的微带线并行布置微带线；并且长度大约为1/4波长的半圆弧形状的辐射元件与微带线相连接以使得圆弧部分的表面在水平方向上延伸。

以下将参考附图来详细描述实施本发明的优选实施例。

根据本发明的双极化天线是在使用MIMO技术的通信中采用的天线。近年来，在使用WiMAX技术的通信系统中采用MIMO技术，并且通过采用根据以下实施例的多波束天线，可有效地利用MIMO技术。

MIMO是这样一种技术，该技术使用分别在发射侧和接收侧的多个天线并使用多个不同传播路径来执行信号传输从而增加传输速率。在这种情况下，优选的是分别在发射侧和接收侧使用的多个天线之间的相关性较小。例如，在接收侧使用两个天线的情况下，它们被尽可能远地相互隔开，从而它们之间的相关性变小。

根据本发明的双极化天线是通过组合以下两种天线来构成的：一种是垂直极化天线，另一种是水平极化天线。这两种天线，即，垂直极化天线和水平极化天线在理论上是相互不电耦合的，因而它们之间的相关性变得极小。因此，双极化天线被认为是最适合使用MIMO技术的通信的。

一般而言，在这两种天线被相互接近地布置时，天线的辐射元件被使得在物理上相互接近，从而使得很难调整阻抗匹配。但是，在这种情况下，通过仅将与这两种天线的水平极化和垂直极化辐射元件相对应的部分彼此接近地布置，同时将馈电部分及其馈电线部分保持相互远离，可获得令人满意的特性。

利用这种配置，具有不同极化性的两个天线在水平面上形成了全向模式。其结果是，两个天线之间的相关性变得极小。此外，因为两个天线被彼此接近地布置，所以可以减小整个天线的尺寸。

通过在使用分集技术或MIMO技术的通信中采用其间不存在相关性的两个天线，可以稳定线路功率水平，从而提高线路质量或传输速率。

图1A到1D是示出根据本发明的双极化天线的第一实施例的配置图。图1A是侧面透视图，图1B是顶视图，图1C是前表面透视图，图1D是后表面透视图。

根据本实施例的天线包括布置在印刷电路板1上的天线10和20。

天线10由元件11、延迟元件12、元件13构成，这些元件在印刷电路板1上形成为导电图案并且相互串联连接。天线10与馈电线15相连接。在印刷电路板1的后表面上，布置了形成为导电图案的馈电线16。馈电线15和16在印刷电路板1的前侧和后侧上成对，从而构成微带线。馈电线16的上侧宽度与馈电线15的宽度相当或略微大于馈电线15的宽度。即，馈电线16在其上侧差不多充当平衡传输线。馈电线16的宽度朝馈电线16的下端以锥形方式变宽。即，馈电线16在其下侧充当完全非平衡微带线。倒U形元件14与馈电线16的上端相连接。

元件13和14的宽度分别被设置为大约1/4波长，因而元件13和14像套筒天线(sleeve antenna)一样电操作。元件11的宽度被设置为大约1/2波长，这样在元件11上分布了与元件13中的电流同相的电流。即，延迟元件12的电气宽度也被设置为大约1/2波长，使得穿过延迟元件12的高频电流在相位上被延迟180°，从而元件11和13中的高频电流的相位变为相同。结果，从元件11、元件13和元件14辐射的电波的相位在横向变为相同，从而辐射了在水平方向上具有全向模式的垂直极化电波。

天线20由各自形成为半圆弧形状导电片的元件21和22、在印刷电路板1的前表面上形成为导电图案的馈电线23、以及在其后侧形成为导电图案的馈电线24构成。元件21和22分别通过焊接与馈电线23和24的上部相连接。元件21和22相对于印刷电路板1水平地以成对方式布置，从而从上看基本上呈现圆形形状。馈电线23和24在印刷电路板1的前后两侧上成对，以构成微带线。馈电线24的上侧宽度与馈电线23的宽度相当或者略微大于馈电线23的宽度。即，馈电线24在其上侧差不多充当平衡传输线。馈电线24的宽度朝馈电线24的较低端逐渐增加。即，馈电线24在其下侧充当完全非平衡微带线。

元件21和22分别具有大约1/4波长的长度，并且被配置为具有像通过将水平耦极子绕成圆弧形状而获得的那样的形状。利用这种配置，可以获得全向水平极化辐射模式。

取决于所使用的波长，馈电线15和23相互隔开大约0.1到0.3波长的距离。

图2A到2D是示出根据本发明的双极化天线的第二实施例的配置图。图2A是侧面透视图，图2B是顶视图，图2C是前表面透视图，图2D是后表面透视图。

图2A到2D所示的双极化天线的配置与图1A到1D所示的双极化天线的不同之处在于取代天线20而布置了天线30。天线30包括两组成对元件21和22。这两组上侧元件和下侧元件分别通过形成在印刷电路板1的前/后表面上的馈电线31而相互连接，并通过馈电线32和33而被导向印刷电路板1的低端部分。即，通过馈电线31并行地向每对上侧和下侧元件21和22馈电。上侧和下侧元件21之间的距离被设置为0.4到0.7波长。当从馈电线31和32的接合处开始测量时，到上侧或下侧元件21的距离是1/5到1/3波长。

图3A到3D是示出根据本发明的双极化天线的第三实施例的配置图。图3A是侧面透视图，图3B是顶视图，图3C是前表面透视图，图3D是后表面透视图。

图3A到3D所示的双极化天线的配置与图2A到2D所示的双极化天线的不同之处在于取代天线10布置了天线40。天线40与天线10的不同之处在于分别取代元件11和13而使用了元件41和43。元件41和43在它们中心部分的宽度比元件11和13的宽。通过增加元件的宽度，可获得宽带特性。

图4A到4D是示出根据本发明的双极化天线的第四实施例的配置图。图4A是侧面透视图，图4B是顶视图，图4C是前表面透视图，图4D是后表面透视图。

图4A到4D所示的双极化天线的配置与图2A到2D所示的双极化天线的不同之处在于取代天线20布置了天线50。天线50与天线20的不同之处在于分别取代元件21和22而使用了元件51和52。元件51和52的一端的宽度以锥形方式朝上下两个方向变宽。利用这种配置，可以获得宽带特性。

本申请基于并要求按照巴黎公约的在先日本专利申请No.2007-104837(于2007年4月12日提交)的优先权，该申请的全部内容通过引用而结合于此。

虽然已经详细描述了本发明的示例性实施例，但是应当了解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可作出各种改变、替换和替代。此外，发明人意图保留所要求保护的本发明的所有等同物，即使在审查期间权利要求经过修改也是如此。

工业适用性

本发明可被用作使用WiMax或MIMO技术的基站天线或终端天线。

Claims

1.一种双极化天线，所述双极化天线由形成在印刷电路板上且辐射两种极化波的垂直极化天线和水平极化天线构成，其特征在于

所述垂直极化天线具有以下配置：第一微带线从印刷电路板的下部开始沿该印刷电路板的纵向延伸；第一导电辐射元件被布置在所述第一微带线的一端；相位延迟电路串联连接到所述第一导电辐射元件；第二导电辐射元件被添加到所述相位延迟电路的一端；并且第三导电辐射元件被添加到接地导体，所述接地导体被布置在所述印刷电路板的、所述第一导电辐射元件和第一微带线在其上相应部分连接的表面的背侧。

2.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述第一导电辐射元件的长度被设置为大约1/4波长。

3.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述相位延迟电路的相位延迟被设置为180°。

4.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述第二导电辐射元件的长度被设置为大约1/2波长。

5.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述第三导电辐射元件具有开口朝下的倒U形状。

6.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述水平极化天线具有以下配置：第二微带线被与所述垂直极化天线的所述第一微带线并行布置，并向上延伸至所述垂直极化天线的所述相位延迟电路的高度；并且半圆弧形状辐射元件在所述印刷电路板的前后两侧上与所述第二微带线的一端相连接。

7.如权利要求6所述的双极化天线，其特征在于：

所述第二微带线与所述第一微带线隔开大约0.1到0.3波长的距离。

8.如权利要求6所述的双极化天线，其特征在于：

每个所述半圆弧形状辐射元件具有长度为大约1/4波长的半圆弧形状，并且被布置为使得其一端连接到所述第二微带线，以便使圆弧部分的表面水平地延伸，并使得其另一端被布置为接近所述相位延迟电路。

9.如权利要求1所述的双极化天线，其特征在于：

所述水平极化天线具有以下配置：第三微带线被与所述垂直极化天线的所述第一微带线并行布置，向上延伸至所述垂直极化天线的所述相位延迟电路的高度，朝向所述印刷电路板的侧面并从与所述相位延迟电路相对应的部分开始向所述印刷电路板的侧面略微水平延伸；具有相同长度的第四和第五微带线被布置为使得它们从所述第三微带线开始在向上和向下两个方向上岔开；并且各自具有大约1/4波长的长度的半圆弧形状辐射元件被布置为使得其一端在所述印刷电路板的前后两侧上与所述第四和第五微带线相连接，以便使圆弧部分的表面在水平方向上延伸，并使得其另一端被配置为接近所述垂直极化天线的导电辐射元件。

10.如权利要求9所述的双极化天线，其特征在于：

所述第三微带线与所述垂直极化天线的微带线隔开大约0.1到0.3波长的距离。

11.如权利要求9所述的双极化天线，其特征在于：

所述第五微带线的长度被设置为大约1/5到1/3波长。

12.如权利要求9所述的双极化天线，其特征在于：

所述垂直极化天线的所述导电辐射元件的宽度被增大。

13.如权利要求9所述的双极化天线，其特征在于：

所述水平极化天线的所述半圆弧辐射元件的一端的宽度以锥形方式增大。