CN101548433A - 扇形天线 - Google Patents

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Abstract

用于竖直极化波的第一印刷电路板包括：每个均用作天线元件的多个竖直极化波元件；以及连接至多个竖直极化波元件的第一馈电电路。用于水平极化波的第二印刷电路板包括：每个均用作天线元件的多个水平极化波元件；以及连接至多个水平极化波元件的第二馈电电路。在第一印刷电路板的相邻两个竖直极化波元件之间设置切口部分。第一印刷电路板和第二印刷电路板平行布置，使得水平极化波元件布置在第一印刷电路板的切口部分处。反射板具有向一个方向延伸的凹部。多个竖直极化波元件和多个水平极化波元件在凹部的内侧沿一个方向交替布置。

Description

扇形天线
技术领域
本发明涉及扇形天线(sector antenna)，具体涉及用作诸如移动电话、无线LAN(局域网)或WiMAX(全球微波互通存取技术)之类的无线系统的基站天线的扇形天线。本申请主张于2007年4月27日递交的日本专利申请号2007-118622的优先权。本说明书的内容包含日本专利申请号2007-118622的内容。
背景技术
利用诸如移动电话、无线LAN或WiMAX之类的无线系统(特别是MIMO(多输入多输出)系统)的基站天线的一个示例是扇形天线，其设置有用于正交极化波的补片天线(patch antenna)。
对用于直角极化波的天线提出了以下构造。专利文献1描述了一种双频共用半波振子天线设备，而专利文献2揭示了一种多频极化波共用天线设备或单频天线设备。
专利文献1：JP-A 2006-325255(日本专利申请早期公开号2006-325255)
专利文献2：JP-A 2005-33261(日本专利申请早期公开号2005-33261)
发明内容
本发明解决的问题
因为在专利文献1中，设置有补片天线的扇形天线具有使得水平极化波元件分别位于竖直极化波元件两侧(专利文献1中的图10)的构造，故天线构造变的很复杂。在专利文献2的构造中，因为多个竖直极化波元件沿一个方向布置而水平极化波元件在与上述一个方向垂直的方向上布置(专利文献2中的图3)，故天线构造变的很复杂，并且部件的数量增多。
因此，希望实现以下一种天线，其具有简单构造以及低制造成本，并且由竖直及水平极化波共用。
着眼于以上问题，本发明的示例性目的在于提供一种构造简单的扇形天线。
解决问题的手段
本发明的扇形天线包括：
用于竖直极化波的第一印刷电路板，所述第一印刷电路板包括多个竖直极化波元件以及连接至所述多个竖直极化波元件的第一馈电电路；
用于水平极化波的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板安装有多个水平极化波元件，并包括连接至所述多个水平极化波元件的第二馈电电路；以及
反射板，其包括向一个方向延伸的凹部，
其中，在所述第一印刷电路板的相邻两个竖直极化波元件之间设置切口部分，
所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板平行布置，使得所述水平极化波元件布置在所述第一印刷电路板的所述切口部分处，
所述多个竖直极化波元件和所述多个水平极化波元件在所述凹部的内侧沿所述一个方向交替地布置。
本发明的效果
根据本发明，印刷电路板被用于竖直极化波，而安装有水平极化波元件的印刷电路板被用于水平极化波，可以简单地构造馈电电路及天线元件的构成。
附图说明
图1是立体图，示出了根据本发明的第一实施例的扇形天线；
图2是分解立体图，示出了根据本发明的第一实施例的扇形天线的分解结构；
图3是示出容纳根据本发明的第一实施例的扇形天线的圆筒形天线罩的视图；
图4是示出根据本发明的第一实施例的竖直表面的辐射模式的视图；
图5是示出根据本发明的第一实施例的水平表面的辐射模式的视图；
图6是立体图，示出了根据本发明的第二实施例的扇形天线；
图7是示出根据本发明的第三实施例的反射板的横截面形状的视图；
图8是示出根据本发明的第三实施例的反射板的横截面形状的视图；
图9是示出根据本发明的第三实施例的反射板的横截面形状的视图；
图10是立体图，示出了当形成根据本发明的第四实施例的斜元件时的扇形天线；
图11是示出当形成根据本发明的第四实施例的斜元件时竖直表面的辐射模式的视图；
图12是示出印刷电路板11的平面图；
图13是示出印刷电路板12的平面图；
图14是示出水平极化波元件15的立体图；
图15是立体图，示出了反射板20-3；
图16是立体图，示出了通过使用铜箔将水平极化波元件形成在印刷电路板上的示例；
图17是立体图，示出了反射板20或40的改变示例；并且
图18是立体图，示出了反射板20或40的另一改变示例。
附图标记说明
11、12：印刷电路板
13、17：平衡非平衡转换器
14：竖直极化波元件
15：水平极化波元件
19：接地导体
24：斜元件
20、21、22、40：反射板
30：支撑板
具体实施方式
以下参考附图描述根据本发明的示例实施例的扇形天线。
(第一实施例)
图1是立体图，示出了根据本发明的第一实施例的扇形天线。图2是分解立体图，示出了根据本发明的第一实施例的扇形天线的分解结构。
图1及图2所示的扇形天线包括印刷电路板11、印刷电路板12、水平极化波元件15、反射板21、反射板22、以及支撑板30。反射板21与反射板22结合构成反射板20。
图3是示出容纳扇形天线的圆筒形天线罩的视图。图1及图2所示的扇形天线被容纳在圆筒形天线罩50内。
如图1及图2所示，印刷电路板11构造有竖直极化波元件14、馈电电路16及平衡非平衡转换器(balun)17。图12是示出印刷电路板11的平面图。
馈电电路16的表面为微波带状线(microstrip line)，而其后表面具有接地导体。
平衡非平衡转换器17的表面为带状线，并且其后表面由锥形接地导体形成。
竖直极化波元件14形成有偶极，而偶极由形成在印刷电路板11的前侧及后侧上的铜箔形成。竖直极化波元件14的长度L1(图12)适当地为波长的0.4倍。
印刷电路板12构成馈电电路18及平衡非平衡转换器13。图13是示出印刷电路板12的平面图。图13示出了印刷电路板12的后表面，而接地导体19形成在该后表面上。
与印刷电路板11的馈电电路16类似，馈电电路18的表面也为微波带状线，并且其后表面具有接地导体19。
平衡非平衡转换器13的前表面为带状线，而其后表面由锥形接地导体形成。
水平极化波元件15由板形成，并具有直线元件折回的形状，并具有折回偶极。
图14是立体图，示出了水平极化波元件15，且其两端被折叠。两端中的一端连接至印刷电路板12的平衡非平衡转换器的表面，而另一端通过焊接连接至平衡非平衡转换器的后表面。
水平极化波元件15的长边的长度L2(图14所示)约为波长的0.35至0.5倍，更优选为波长的0.45倍。
作为印刷电路板11及12的材料，PTFE(聚四氟乙烯)因其低损耗是合适的，但也可使用诸如BT树脂(双马来酰亚胺三嗪树脂)及PPE(聚苯醚)的材料以降低材料的成本。
反射板21及22由具有L形横截面的板形成，并在局部具有切口，印刷电路板11以及印刷电路板12的平衡非平衡转换器13布置为穿过切口。反射板21的切口与反射板22的切口组合以构成反射板20的孔，印刷电路板12的平衡非平衡转换器13以及印刷电路板11被布置为穿过该孔。其中将反射板21及22组合的反射板20具有“]”形横截面，并形成向一个方向延伸的凹部。在该凹部的内侧，多个竖直极化波元件和多个水平极化波元件沿一个方向交替地布置。
支撑板30由板形成，且其端部交替折叠，并具有用于紧固反射板21及22的定位片。
通过螺丝来固定印刷电路板11及12、反射板21及22以及支撑板30。
具有上述结构的扇形天线被容纳在图3所示的圆筒形天线罩内。天线罩的直径优选约为使用波长的0.8至1倍。
形成在印刷电路板11上的竖直极化波元件14与安装至印刷电路板12的水平极化波元件15交替布置成一条直线形状。该布置结构的数量及间隔取决于所期望的特性。在在印刷电路板11上相邻的两个竖直极化波元件14之间设置切口部分(图12所示)，并且印刷电路板11及12平行布置，由此水平极化波元件15分别设置在印刷电路板11的切口部分内。
供应至各个布置结构的信号的振幅及相位被馈电电路控制，以获得所期望的特性。例如在本实施例中，使用微波带状线的分支来以串列的方式分配信号，由此控制振幅及相位。在JP-A 7-183724(日本专利申请早期公开号7-183724)中描述了使用馈电电路来控制振幅及相位的示例。
图4是示出根据本实施例的竖直表面的辐射模式的视图。
图5是示出根据本实施例的水平表面的辐射模式的视图。
在本发明的该实施例中，因为使用了竖直极化波及水平极化波两者，故可利用极化波将扇形天线应用至MIMO系统。
根据本实施例的扇形天线具有沿周向的扇形波束以及沿竖直方向的笔形波束或零插补波束(平方余割法则特性)。
根据微波信号的流向来描述用于发送根据本实施例的竖直极化波的操作。
从用于竖直极化波的输入/输出端口输入的微波信号通过微波带状线的分支传递，并以具有合适的振幅及相位的分配比率来分配。
被合适分配的微波信号通过平衡非平衡转换器从非平衡信号转换为平衡信号。
转换为平衡信号的微波信号被供应至竖直极化波元件14，由此将微波向空间辐射。
从竖直极化波元件14辐射的微波在较远的距离处形成所希望的模式。
在本实施例中，水平表面具有扇形波束，而竖直表面具有平方余割法则波束。
因为除了天线元件是水平极化波元件15之外，在本实施例中用于发送水平极化波的操作与竖直极化波元件14的情况类似，故省去对其的详细描述。
因为除了微波信号的流向反向之外，根据本实施例的接收操作与发送的情况类似，故省去对其的详细描述。
在根据本实施例的扇形天线中，对于用于构造馈电电路及天线元件的方法，竖直极化波元件的印刷电路板被用于竖直极化波，而安装有水平极化波元件的印刷电路板被用于水平极化波。
因此，根据第一实施例的扇形天线可以形成为使得馈电电路与天线元件具有简单的构造。
因为竖直极化波元件与水平极化波元件布置成一条直线形状，并且它们共用反射板，由此根据本实施例的扇形天线可被容纳在直径约为波长0.8倍的圆筒形天线罩内。
因此，可使扇形天线小型化。
因为根据本实施例的扇形天线由较少的部件构成且部件较为廉价，并且因为其构造简单，所以易于组装并可降低制造成本。
(第二实施例)
以下参考附图来描述根据本发明的第二实施例的扇形天线。图6是立体图，示出了根据本发明的第二实施例的扇形天线。
图6所示的扇形天线包括印刷电路板11及12、水平极化波元件15、反射板40、以及支撑板30。支撑板30并不限于具有图6所示形状的一种，而可以是较小的零件，例如L形零件。竖直极化波元件14由印刷电路板11的一部分构成。
图6所示的第二实施例与图1所示的第一实施例的不同之处在于印刷电路板11和12以及支撑板30布置在反射板40的内侧。
由此，以下部件的形状得以简化。
在第一实施例中，反射板21及22设置有切口，印刷电路板11及12布置为穿过该切口。换言之，印刷电路板11及12被布置为穿过的孔被设置在反射板20上。在本实施例中，并不需要在反射板40上设置孔，由此简化了形状。
归因于印刷电路板11及12的尺寸，可使短边方向上的距离(从反射板40至竖直极化波元件14或水平极化波元件15的距离)相比第一实施例中的印刷电路板11及12的情况更短。为此，印刷电路板11及12的区域可窄于第一实施例中的情况。
根据本实施例，简化了扇形天线的部件，由此可降低部件及组件的成本。
本实施例中的竖直表面的辐射模式与第一实施例中的类似。
另一方面，就本实施例中水平表面的辐射模式而言，竖直极化波元件或水平极化波元件与反射板之间的形状位置关系与第一实施例中的不同。为此，辐射模式具有不同的波束宽。但是，可通过调节反射板的形状以及元件的位置来实现所期望的波束宽。
(第三实施例)
图7的(a)至(c)，图8的(a)至(c)，以及图9的(a)至(c)示出了当第一实施例中的反射板20的形状改变时的实施例。在本申请中，大致H(H字母)形也包含图7的(a)至(c)，图8的(a)至(c)，以及图9的(a)至(c)所示的反射板20-1至20-9的形状。第二实施例中的反射板40可具有与反射板20-1至20-9相同的形状。
根据本实施例，在反射板40的端部上流动的电流受到限制，由此改进了后波瓣特性(具体指水平极化波的后波瓣特性)。
其他效果及操作与第一实施例类似。
在图7的(a)的实施例中，第一实施例中反射板20的横截面形状改变为反射板20-1的H形状。
根据本实施例，相较于第一实施例可进一步抑制无线电波向后(相对于反射板而与设置竖直极化波元件及水平极化波元件的一侧相反的一侧)散射，由此可减少后波瓣。
本实施例中的天线容纳在圆筒形天线罩50中，但反射板的形状应当足够小以收纳在天线罩内，由此尽可能地减小了天线罩的直径。
在图7的(b)的实施例中，反射板被折叠由此能够被存储在天线罩内并相较于图7的(a)中的情况进一步向后延伸，由此获得反射板20-2。因此，相较于图7的(a)，可进一步抑制无线电波散射。
H形侧表面的长度优选约为使用波长的1/4或更长。
在图7的(c)的实施例中，对一部分设定的厚度比图7的(b)中反射板的厚度更厚(凹部的侧表面被折回，由此较厚)，由此获得反射板20-3。由此，进一步抑制了从反射板的端部的散射。图15是反射板20-3的立体图。厚度L3变的比反射板的厚度更厚。
在图8的(a)的实施例中，扼流器23-1设置至反射板20-4的平面，由此抑制在反射板的后表面上流动的电流。
扼流器的深度可以为使用波长的约1/4。
在图8的(b)的实施例中，扼流器23-2设置至H型反射板20-5的侧表面。
因此，抑制了反射板端部上的电流。
在图8的(c)的实施例中，将图8的(b)的实施例中的反射板进一步向后延伸，由此获得反射板20-6。
因此，相较于图8的(b)的实施例，进一步抑制了无线电波的散射。
在图9的(a)的实施例中，H型反射板20-7的侧表面的厚度较厚。
因此，抑制了从反射板端部的散射。
在图9的(b)的实施例中，将图9的(a)所示的实施例中的反射板上下颠倒设置，由此获得反射板20-8。
因此，产生了与图9的(a)的实施例类似的效果。
在图9的(c)的实施例中，将图8的(b)所示的实施例中的反射板上下颠倒设置，由此获得反射板20-9。
因此，产生了与图8的(b)的实施例类似的效果。
(第四实施例)
图10中示出了根据第四实施例的扇形天线。
在图10的扇形天线中，图1的第一实施例中的扇形天线的竖直极化波元件14被倾斜布置，由此形成斜元件24(也称为V形极化波元件)。
当竖直极化波元件14倾斜布置由此形成斜元件24时的向下倾斜角度(倾斜布置角度)优选地相对于图10所示的TOP方向高达约40°。TOP方向是当扇形天线相对于地面竖直布置时相对于地面的向上方向。
此外，更希望竖直极化波元件14相对于图10所示的TOP方向倾斜约30°，并且形成斜元件24。
图11是示出形成有图10所示的斜元件24的扇形天线中竖直表面的辐射模式的增益提高的特性图。
如图中的箭头所示，图11所示的第四实施例中的竖直表面的辐射模式表明，相较于图4所示第一实施例中竖直表面的辐射模式，增益在扇形天线的正下方附近获得提高。
换言之，如图11所示，形成图10中的斜元件24，由此可以大大提高在扇形天线的正下方附近(具体指图11中60°至90°附近)的增益。
因此，形成有斜元件24的扇形天线可改善在扇形天线的正下方附近的无线电波环境(通信条件)。
在以下实施例中，水平极化波元件15由板形成，但其也可由印刷电路板形成。图16的(a)及(b)示出了在印刷电路板15A及15B上通过铜箔来形成水平极化波元件的示例。印刷电路板15A及15B的中心开口，并且由铜箔形成的水平极化波元件通过焊接连接至印刷电路板12的平衡非平衡转换器。此外，反射板20具有“]”形状，但可以使用通过使“]”形反射板20变形而获得具有图18所示的“〕”形状的反射板20-11。如图17所示，可以使用反射板20-10，其横截面形状为使得“〕”形的端部折叠并延伸。在本申请中，大致“]”形(大致方括号形)包含“〕”形(方括号形的两端倾斜)以及图17所示的形状(方括号形的两端倾斜并且倾斜端部折叠)。第二实施例中的反射板40可具有与反射板20-10及20-11类似的形状。
以上描述了本发明的典型实施例，但在不脱离本申请所附权利要求界定的精神及主要特征的前提下可对本发明进行各种改变。为此，上述实施例应被视为说明性而非限制性。本发明的范围由所附权利要求书而非说明书及摘要界定。因此，本发明意在包含落入权利要求等同范围内的全部改变及修改示例。

Claims (12)

1.一种扇形天线，包括：
用于竖直极化波的第一印刷电路板，所述第一印刷电路板包括多个竖直极化波元件以及连接至所述多个竖直极化波元件的第一馈电电路；
用于水平极化波的第二印刷电路板，所述第二印刷电路板安装有多个水平极化波元件，并包括连接至所述多个水平极化波元件的第二馈电电路；以及
反射板，其包括向一个方向延伸的凹部，
其中，在所述第一印刷电路板的相邻两个竖直极化波元件之间设置切口部分，
所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板平行布置，使得所述水平极化波元件布置在所述第一印刷电路板的所述切口部分处，
所述多个竖直极化波元件和所述多个水平极化波元件在所述凹部的内侧沿所述一个方向交替地布置。
2.根据权利要求1所述的扇形天线，其中，所述用于竖直极化波的印刷电路板以及所述用于水平极化波的印刷电路板中的每一者还分别包括平衡非平衡转换器。
3.根据权利要求1或2所述的扇形天线，其中，所述馈电电路中每一个均包括微波带状线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的扇形天线，其中，所述第一和第二印刷电路板被布置为穿过设置于所述反射板的孔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扇形天线，其中，所述反射板具有大致H形横截面。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的扇形天线，其中，所述反射板具有大致方括号形横截面形状。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的扇形天线，其中，在所述反射板中，所述凹部的侧壁变厚。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的扇形天线，其中，所述反射板部分包括扼流器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的扇形天线，其中，所述竖直极化波元件被形成为相对于所述一个方向以预定角度倾斜。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的扇形天线，其中，所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板设置在所述反射板的所述凹部内。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的扇形天线，还包括：
支撑板，其支撑所述第一印刷电路板和所述第二印刷电路板，
其中，所述支撑板支撑所述第一和第二印刷电路板以及所述反射板。
12.根据权利要求11所述的扇形天线，其中，所述第一印刷电路板、所述第二印刷电路板、以及所述支撑板设置在所述反射板的所述凹部内。
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