CN102326294A - 宽带天线及其中的辐射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线，用于使用分支元件实现宽带和/或多频带。该天线包括：反射板以及设置在该反射板上的辐射装置。此处，所述辐射装置包括：第一供电点以及与该第一供电点电连接的第一偶极元件。在所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，并且在所述第一偶极元件的另一侧形成有一个或多个第二分支元件。

Description

宽带天线及其中的辐射装置
技术领域
本发明实施例涉及一种使用多电流路径实现宽带和/或多频带的天线及其中的辐射装置。
背景技术
天线使用至少一个辐射装置发射/接收电磁波。此处，该辐射装置作为辐射器通常具有如图1所示的结构。
图1为天线中的普通辐射装置的结构示意图；
在图1中，辐射装置100包括偶极单元110、112、114和116以及供电部118。
该供电部118包括供电点120A、120B、120C和120D以及连接线122。
第一供电点120A与第四偶极单元116连接，第二供电点120B与第三偶极单元114连接。
第三供电点120C与第二偶极单元112连接，第四供电点120D与第一偶极单元110连接。
在辐射装置100中，当电流输入到第四供电点120D中时，部分电流流到第一偶极单元110，其余的电流通过形成在供电部118上表面的连接线122及第二供电点120B被提供给第三偶极单元114。从而为各个第一偶极单元110和第三偶极单元114形成电场，并由该电场产生+45°极化波。在此情形下，第二偶极单元112和第四偶极单元116不影响+45°极化波的产生。
当电流被输入到第一供电点120A中时，部分电流流到第四偶极单元116，其余的电流通过形成在供电部118背面的连接线(未图示)及第三供电点120C被提供给第二偶极单元112。从而从各个第二偶极单元112和第四偶极单元116产生电场，并由该电场产生-45°极化波。在此情形下，第一偶极单元110和第三偶极单元114不影响-45°极化波的产生。
也就是说，辐射装置100产生位于单频带的±45°极化波。
最近，要求例如移动电话等装置实现两个或更多的频带。然而，如上所述，具有辐射装置100的天线仅能实现一个频带。
换句话说，该天线不能实现多频带和宽带，因此无法满足要求。
发明内容
本发明举例实施例提供一种天线及其中的辐射装置，用于使用分支元件实现宽带和/或多频带。
本发明一方面提供一种宽带天线中的辐射装置，包括：第一供电点及与所述第一供电点电连接的第一偶极元件。此处，在所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，并且在所述第一偶极元件的另一侧形成有一个或多个第二分支元件。
所述第一分支元件与所述第二分支元件可以对称设置。
所述第一分支元件的长度可以随着所述第一分支元件与所述第一供电点的距离的增加而减小。
所述第一分支元件中的至少一个不与其余第一分支元件可以平行设置。
所述第一分支元件中的至少一个可以具有与其余第一分支元件不同的宽度。
所述辐射装置进一步包括：第二供电点以及与该第二供电点电连接的第二偶极元件。此处，所述第二偶极元件的一侧形成有面对所述第一分支元件的至少一个第三分支元件，在所述第三分支元件与所述第一分支元件之间产生电磁耦合。
所述第一分支元件与所述第三分支元件可以平行设置。
所述第一分支元件与所述第三分支元件之间的间隔可以随着所述第一分支元件或所述第三分支元件与相应供电点之间的距离的增加而减小。
所述第一分支元件与所述第三分支元件之间的间隔可以随着所述第一分支元件或所述第三分支元件与相应供电点之间的距离的增加而增加。
所述第一分支元件及所述第二分支元件中的至少一个能够与所述第一偶极元件分离。
另一方面，本发明提供了一种宽带天线中的辐射装置，包括：第一供电点和第二供电点、与所述第一供电点电连接的第一偶极元件、以及与所述第二供电点电连接的第二偶极元件。此处，所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，所述第二偶极元件的一侧形成有一个或多个面对所述第一分支元件的第二分支元件，所述第一分支元件与所述第二分支元件之间产生电磁耦合。
又一方面，本发明提供一种宽带天线，包括：反射板及设置在该反射板上的辐射装置。所述辐射装置包括：第一供电点以及与该第一供电点电连接的第一偶极元件。此处，在所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，并且在所述第一偶极元件的另一侧形成有一个或多个第二分支元件。
所述第一分支元件与所述第二分支元件对称设置，所述第一分支元件的长度可以随着所述第一分支元件与所述第一供电点的距离的增加而减小。
所请求保护的天线进一步包括：第二供电点以及与该第二供电点电连接的第二偶极元件。此处，所述第二偶极元件的一侧形成有面对所述第一分支元件的第三分支元件，在所述第三分支元件与所述第一分支元件之间产生电磁耦合。
技术效果
本发明所述天线中的辐射装置具有分支元件，该分支元件用于提供多条电流路径，因此该天线能够实现多频带和宽带。例如，该天线可以实现K-PCS频带(1.7GHz～1.8GHz)、WCDMA频带(1.9GHz～2.2GHz)、WiBro频带(2.3GHz～2.327GHz、2.331GHz～2.358GHz、2.363GHz～2.390GHz)和WiMAX频带(2.5GHz～3.5GHz)中的至少两个频带。
由于通过调整形成在辐射装置中的分支元件的数量、角度和间隔等来改变天线的频带，因此，该天线使用一个辐射装置便可以轻易地实现各种频带。尤其当分支元件从相应的偶极元件分离时，该天线可以更容易地实现期望的频带。下面参照附图对本发明的举例实施例做进一步详细描述，使本发明举例实施例变得更加清楚。
附图说明
图1为天线中的普通辐射装置的结构示意图；
图2为根据本发明第一举例实施例所述辐射装置立体视图；
图3为图2中根据本发明一个举例实施例所述辐射装置的电流分布图；
图4～图7为图2中的辐射装置的回波损耗、隔离度及辐射图案的示意图；
图8为根据本发明一个举例实施例所述具有各种分支元件的辐射装置的示意图；
图9为图8中辐射装置的回波损耗特性的示意图；
图10为图8中辐射装置的隔离特性的示意图；
图11为根据本发明一个举例实施例所述具有各种数量分支元件的辐射装置的示意图；
图12为图11中辐射装置的回波损耗特性的示意图；
图13为图11中辐射装置的隔离特性的示意图；
图14为根据本发明一个举例实施例所述具有辐射装置的天线的示意图。
具体实施方式
以下参照附图更加详细地说明本发明的实施例。
图2为根据本发明第一举例实施例所述辐射装置立体视图。
在图2(A)中，本发明所述天线中的辐射装置200输出辐射图案，并且包括多个偶极单元，例如四个偶极单元210、212、214和216以及供电部218。
通常，天线使用多个辐射装置输出辐射图案。此处，根据本发明的辐射装置200可以为所述辐射装置之一。较佳的是，该辐射装置具有图2所示结构。
第一偶极单元210包括：偶极元件210A、形成在所述偶极元件210A一侧的至少一个分支元件210B(Branch members)、以及形成在所述偶极元件210A另一侧的至少一个分支元件210C。
所述偶极元件210A作为所述第一偶极单元210的本体，并与第一供电点220A电连接。使得电流通过第一供电点220A流到偶极元件210A。
所述分支元件210B和210C分别形成在偶极元件210A的两侧，以实现宽带，并且可以与所述偶极元件210A形成为一体。此处，所述分支元件210B和210C的数量不做限定，并且可以根据用户的目的进行各种改变。
当偶极元件210A具有如图2所示的结构时，提供给偶极元件210A的电流流到分支元件210B和210C，即形成多条电流路径。
在本发明一个实施例中，如图2所示，分支元件210B和分支元件210C对称形成，各个分支元件210B和210C的长度可以随着分支元件210B或210C与供电部218的距离的增加而减小。此处，较长的所述分支元件210B或210C主要影响高频带的实现，而较短的所述枝元件210B或210C主要影响低频带的实现。
在图2中，所述分支元件210B和210C具有相同的宽度。然而，所述分支元件210B和210C中的至少一个可以具有与其余元件210B和210C不同的宽度。另外，所述分支元件210B和210C的长度也可以不随分支元件210B或210C与供电部218的距离的增加而减小，并且可以不规则设置。也就是说，所述分支元件210B和210C能够形成多条电流路径，便可以对他们进行各种更改。
所述第二偶极单元212包括：偶极元件212A、形成在所述偶极元件212A一侧的至少一个分支元件212B以及形成在所述偶极元件212A另一侧的至少一个分支元件212C。该第二偶极单元212与所述第二供电点220B电连接。
所述第三偶极单元214包括：偶极元件214A、形成在所述偶极元件214A一侧的至少一个分支元件214B以及形成在所述偶极元件214A另一侧的至少一个分支元件214C。所述第三偶极单元214与所述第三供电点220C电连接。
所述第四偶极单元216包括：偶极元件216A、形成在所述偶极元件216A一侧的至少一个分支元件216B以及形成在所述偶极元件216A另一侧的至少一个分支元件216C。所述第四偶极单元216与所述第四供电点220D电连接。
以下，对所述偶极单元210、212，、214和216的设置进行详细说明。
在本发明一个实施例中，所述偶极单元210、212、214及216的偶极元件210A、212A、214A及216A可以顺次垂直设置。进一步地，例如第一偶极单元210的分支元件210B的最外侧元件可以平行于第四偶极单元216的分支元件216C的最外侧元件。然而，所述第一偶极单元210的分支元件210B的最外侧元件也可以不平行于所述第四偶极单元216的分支元件216C的最外侧元件。换言之，分支元件210B与216C之间的间隔随着分支元件210B或216C与供电部218之间的距离的增加而可以减小，或者随着分支元件210B或216C与供电部218之间的距离的增加而增加。分支元件210B与分支元件216C之间的电容(Capacitance)随着分支元件210B与分支元件216C之间的间隔而改变，使得天线的频带可以随着间隔变化。据此，用户可以根据用户期望的频带适当地设置间隔及分支元件210B与216C的位置。
如图2(A)所示，所述供电部218包括：供电点220A、220B、220C和220D以及连接线222A和222B。
所述第一供电点220A与第一偶极单元210连接，从外部供应的第一电流通过第一供电点220A被提供给第一偶极单元210。
另外，所述第一供电点220A通过第一连接线222A与第三供电点220C连接，因此，供应给第一供电点220A的第一电流通过第一连接线222A被提供给第三供电点220C。
当第一电流被提供给第一偶极单元210和第三偶极单元214时，分别从第一偶极单元210和第三偶极单元214产生电场。从而由该电场产生-45°极化波。
所述第二供电点220B与所述第二偶极单元212连接，从外部供应的第二电流通过第二供电点220B被提供给第二偶极单元212。
而且，所述第二供电点220B通过第二连接线222B与第四供电点220D连接，因此，供应给所述第二供电点220B的第二电流通过第二连接线222B被提供给所述第四供电点220D。
当第二电流被提供给所述第二偶极单元212和第四偶极单元216时，从第二偶极单元212和第四偶极单元216分别产生电场。从而由该电场产生+45°极化波。
简言之，在本发明所述辐射装置200中，在偶极元件210A、212A、214A和216A上形成有分支元件210B、210C、212B、212C、214B、214C、216B和216C以实现宽带和/或多频带。例如，所述辐射装置200可以实现K-PCS频带(1.7GHz～1.8GHz)、WCDMA频带、(1.9GHz～2.2GHz)、WiBro频带(2.3GHz～2.327GHz、2.331GHz～2.358GHz、2.363GHz～2.390GHz)及WiMAX频带(2.5GHz～3.5GHz)中的至少两个频带。以下将参照附图对此进行详细说明。
在上述说明中，所述偶极元件及相应的分支元件形成为一体。然而，如图2(B)所示，所述分支元件210C可以与偶极元件210A分离，并且当需要的时候再与偶极元件210A相结合。
图3为图2中根据本发明一个举例实施例所述辐射装置的电流分布图。图3显示了辐射装置200的电流分布，该辐射装置200与图2相比具有更少的分支元件。
在图3中，本实施例所述辐射装置200包括四个偶极单元210、212、214和216。当电流被提供给所述第二偶极单元212和第四偶极单元216以产生+45°极化波时，如图3(A)和图3(B)所示，由于第二偶极单元212和第四偶极单元216的电流，在偶极单元210和214与偶极单元212和216之间产生电磁耦合(electromagnetic coupling)。导致该第一偶极单元210和第三偶极单元214影响45°极化波的产生。
另一方面，辐射装置200中的分支元件可以具有各种结构，例如具有图3(A)和图3(B)所示的结构。相应地，偶极单元之间的耦合量也随着结构的不同而有所不同。
当所述偶极单元210、212、214和216的分支元件如图3(A)所示平行相邻设置时，在下述等式1中用于谐振频率的电容将会增加。
【等式1】
然而，如图3(B)所示，当所述偶极单元210、212、214和216的分支元件之间的间隔随着分支元件与供电部218之间的距离的增加而增加时，电容减小。使得图3(B)所示的辐射装置200的谐振频率高于图3(A)所示的辐射装置200。
简言之，本实施例所述辐射装置200包括分支元件，从而不同于传统的辐射装置。相应地，在具有4个偶极单元的传统辐射装置中，没有被提供电流的两个偶极单元不会影响被提供有电流的其余偶极单元，而在本实施例所述辐射装置200中，没有被提供电流的偶极单元作为辐射导引结合单元会影响被提供有电流的其余偶极单元。因此，该辐射装置200可以实现宽带和/或多频带。
如上所述，本实施例所述辐射装置200的结构可以进行各种改变。此处，所述分支元件影响感应特性，即电感，其余偶极单元的分支元件之间的间隔影响导电特性，即电容。据此，用户可以根据用户所期望的频带对分支元件的长度、宽度和间隔等进行设定。
当分支元件与相应的偶极元件相分离时，用户可以仅将特定分支元件与所述偶极元件结合，或者可以根据期望的频带将具有不同长度和宽度的分支元件与所述偶极元件结合。从而可以很方便地制成辐射装置。
图4～图7为图2中的辐射装置的回波损耗、隔离度及辐射图案的示意图。此处，偶极元件210A、212A、214A和216A的宽度被设定为3.6mm，最长的分支元件的长度被设定为18.954mm，各分支元件的宽度被设定为2mm。另外，第二长的分支元件的长度被设定为9.954mm，第三长的分支元件的长度被设定为3.954mm，最短的分支元件的长度被设定为0.954mm。[0075]图4显示了从所述辐射装置200测量到的回波损耗(returnloss)。
参见用于产生+45°极化波的辐射装置200的回波损耗曲线400，可以看到实现了两个谐振频率：约1.87GHz和约2.85GHz。
参见用于产生-45°极化波的辐射装置200的回波损耗曲线402，可以看到实现了两个谐振频率：约1.8GHz和约2.7GHz。
尤其是测量到1.46GHz(1.73GHz～2.19GHz)和1.26GHz(1.69GHz～2.95GHz)的频带满足小于-10dB的回波损耗。也就是说，通过该实验结果可以看到本发明所述辐射装置200具有出色的宽带特性。
如图4所示，参见隔离度(isolation)曲线404，所述辐射装置200在期望频带中的隔离度值低于-30dB。换句话说，偶极元件210、212、214和216之间的隔离特性非常出色。
图5(A)显示了位于1.88GHz的+45°垂直极化波，图5(B)显示了位于1.88GHz的+45°水平极化波。图6(A)显示了位于2.17GHz的+45°垂直极化波，图6(B)显示了位于2.17GHz的+45°水平极化波。图7(A)显示了位于2.5GHz的+45°垂直极化波，图7(B)显示了位于2.5GHz的+45°水平极化波。
如图5～图7所示，位于频率1.88GHz、2.17GHz和2.5GHz的+45°极化波具有类似的形状。也就是说，能够看出输出了用户所期望的辐射图案。
图8为根据本发明一个举例实施例所述具有各种分支元件的辐射装置的示意图，图9为图8中辐射装置的回波损耗特性的示意图。图10为图8中辐射装置的隔离特性的示意图。
在图8(A)中，辐射装置800包括：第一偶极单元802、第二偶极单元804、第三偶极单元806及第四偶极单元808。
分支元件之间的间隔，例如形成于第一偶极元件802A上的分支元件802B与形成于第四偶极元件808A上的分支元件808B之间的间隔分支元件802B和808B与供电部的距离的增加而减小。使得谐振频率和阻抗中的电容随着分支元件802B和808B与供电部的距离的增加而增加。
在图8(B)中，辐射装置810包括：第一偶极单元812、第二偶极单元814、第三偶极单元816及第四偶极单元818。
分支元件之间的间隔，例如形成于第一偶极元件812A上的分支元件812B与形成于第四偶极元件818A上的分支元件818B之间的间隔是固定的常数。换言之，所述分支元件812B平行于所述分支元件818B。使得谐振频率和阻抗中的电容小于所述辐射装置800的情况。
图8(C)中，辐射装置820包括：第一偶极单元822、第二偶极单元824、第三偶极单元826和第四偶极单元828。
分支元件之间的间隔，例如形成于第一偶极元件822A上的分支元件822B与形成于第四偶极元件828A上的分支元件828B之间的间隔随着分支元件822B和828B与供电部的距离的增加而增加。使得谐振频率和阻抗中的电容小于辐射装置800和810的。
以下说明辐射装置800、810和820的回波损耗特性。
在图9中，可以看到辐射装置810的回波损耗曲线902频带在-10dB处比辐射装置800的回波损耗曲线900的频带更宽。
另外，可以看到辐射装置820的回波损耗曲线904的频带在-10dB处比辐射装置810的回波损耗曲线902的频带更宽。也就是说，分支元件之间的间隔随着分支元件与供电部的距离增加而增加的辐射装置820实现了最宽的频带。这是由于分支元件之间的间隔增加而使电容减小。通过优选结合了与分支元件的长度相应的电感和与分支元件之间的间隔相应的电容达到了阻抗匹配，从而实现这样的宽带。
由于辐射装置820的电容最小，因此辐射装置820的谐振频率高于辐射装置800和810。
在图10中，所述辐射装置800、810和820在宽带中具有低于-30dB的隔离，即辐射装置800、810和820具有出色的隔离特性。
图11为根据本发明一个举例实施例所述具有各种数量分支元件的辐射装置的示意图，图12为图11中辐射装置的回波损耗特性的示意图。图13为图11中辐射装置的隔离特性的示意图。
在图11中，辐射装置1100、1110、1120和1130中的一个偶极单元的分支元件平行于其余偶极单元的分支元件。此处，辐射装置1100、1110、1120和1130中的分支元件的数量各不相同。换言之，所述辐射装置1100、1110、1120和1130具有相同的结构但它们的分支元件的数量各不相同。
以下说明辐射装置1100、1110、1120和1130的回波损耗特性和隔离特性。
如图12所示，尽管辐射装置1100、1110、1120和1130中的分支元件的数量各不相同，但辐射装置1100、1110、1120和1130的谐振频率都是相似的。这是由于辐射装置1100、1110、1120和1130具有相同的结构。该辐射装置1100、1110、1120和1130实现了两种谐振频率。
在图13中，所述辐射装置1100、1110、1120和1130在宽带中具有低于-30dB的隔离值，即所述辐射装置1100、1110、1120和1130具有出色的隔离特性。
简言之，可以看到一个偶极单元的分支元件与另一个偶极单元的分支元件之间的间隔主要影响辐射装置的宽带特性
图14为根据本发明一个举例实施例所述具有辐射装置的天线的示意图。
在图14(A)中，本实施例所述天线1400包括：反射板1402、设置在所述反射板1402上的至少一个辐射装置1404、以及设置在反射板1402上的至少一个阻塞元件1406。
各种辐射装置1404，例如图14(B)和图14(C)所示的两个辐射装置可以设置在具有阻塞元件1406的天线1400中。图14(C)所示的该辐射装置1404实现了比图14(B)所示装置更宽的频带。另外，图14(C)中的辐射装置1404的隔离可以比图14(B)中的辐射装置1404更好。
以下说明波束宽度特性和交叉极化特性。
图14(B)中的辐射装置1404具有与图14(C)相同的波束宽度，图中未显示。
图14(B)中的辐射装置1404的交叉极化特性可以比图14(C)中的辐射装置1404更好。
本发明仅参考附图所图示的实施例进行说明，但这只是示例性的实施例，所属技术领域的普通技术人员应该了解从本发明可以有多种变形，修改，添加的其他实施例。因而，这些变形，修改，添加应该都属于本发明所要保护的范围。

Claims (14)

1.一种宽带天线中的辐射装置，包括：
第一供电点；以及
第一偶极元件，与所述第一供电点电连接；
其中，在所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，并且在所述第一偶极元件的另一侧形成有一个或多个第二分支元件。
2.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件与所述第二分支元件对称设置。
3.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件的长度随着所述第一分支元件与所述第一供电点的距离的增加而减小。
4.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件中的至少一个不与其余第一分支元件平行设置。
5.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件中的至少一个具有与其余第一分支元件不同的宽度。
6.根据权利要求1所述的辐射装置，进一步包括：
第二供电点；以及
第二偶极元件，与所述第二供电点电连接；
其中，所述第二偶极元件的一侧形成有面对所述第一分支元件的至少一个第三分支元件，在所述第三分支元件与所述第一分支元件之间产生电磁耦合。
7.根据权利要求6所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件与所述第三分支元件平行设置。
8.根据权利要求6所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件与所述第三分支元件之间的间隔随着所述第一分支元件或所述第三分支元件与相应供电点之间的距离的增加而减小。
9.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件与所述第三分支元件之间的间隔随着所述第一分支元件或所述第三分支元件与相应供电点之间的距离的增加而增加。
10.根据权利要求1所述的辐射装置，其中：所述第一分支元件及所述第二分支元件中的至少一个能够与所述第一偶极元件分离。
11.一种宽带天线中的辐射装置，其中包括：
第一供电点和第二供电点；
第一偶极元件，与所述第一供电点电连接；以及
第二偶极元件，与所述第二供电点电连接；
其中，所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，所述第二偶极元件的一侧形成有一个或多个面对所述第一分支元件的第二分支元件，所述第一分支元件与所述第二分支元件之间产生电磁耦合。
12.一种宽带天线，包括：
反射板；以及
辐射装置，设置于所述反射板上；
其中，所述辐射装置包括：
第一供电点；以及
第一偶极元件，与所述第一供电点电连接；
其中，在所述第一偶极元件的一侧形成有至少一个第一分支元件，并且在所述第一偶极元件的另一侧形成有一个或多个第二分支元件。
13.根据权利要求12所述的天线，其中：所述第一分支元件与所述第二分支元件对称设置，所述第一分支元件的长度随着所述第一分支元件与所述第一供电点的距离的增加而减小。
14.根据权利要求12所述的天线，进一步包括：
第二供电点；以及
第二偶极元件，与所述第二供电点电连接；
其中，所述第二偶极元件的一侧形成有面对所述第一分支元件的至少一个第三分支元件，在所述第三分支元件与所述第一分支元件之间产生电磁耦合。
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