CN102326295A - 使用电介质元件的辐射体以及包括该辐射体的天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用电介质元件减小波束指向偏差和跟踪波束指向偏差的辐射体以及包括该辐射体的天线。所述辐射体包括:第一偶极元件;与所述第一偶极元件相邻的第二偶极元件;面对所述第一偶极元件的第三偶极元件;以及面对所述第二偶极元件的第四偶极元件。其中,所述第一至第四偶极元件设置成正方形,并且所述第一至第四偶极元件的至少一个与电介质元件连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种辐射体以及包括该辐射体的天线,更特别地涉及一种使用电介质元件减小波束指向偏差(Beam Pointing Error)和跟踪波束指向偏差(Beam Tracking Error)的辐射体以及包括该辐射体的天线。
背景技术
天线通过输出某种辐射图案发射/接收电磁波,并且通常只能实现一个频带。但是,近年来已需要实现多频带,因此已开发出如图1中所示的多频双极化天线。
图1是示意性地图示常见的多频双极化天线的立体图,并且图2是图示图1中的天线的波束指向偏差的视图。
在图1中,多频双极化天线包括反射板100、第一辐射体102以及第二辐射体104。
第一辐射体102形成在该反射板100上,用于低频带,并且产生双极化波(±45°极化波)。
第二辐射体104位于第一辐射体102的内部,用于高频带,并且产生双极化波(±45°极化波)。
如图2(A)中所示,在主波束正常输出的情况下,该天线的辐射图案的主波束的中心根据该天线的倾斜角的变化沿着θ轴移动。但是,如图2(B)中所示,该主波束的中心实际上沿着波束指向线(Beam Pointing Line)200移动。结果,因其角202发生波束指向偏差。
跟踪波束指向偏差是指±45°极化波的水平增益之差。并且发生该波束指向偏差也随着该天线的倾斜角改变而增加的问题。
也就是,由于该波束指向偏差以及该跟踪波束指向偏差,该天线不能输出期望方向的辐射图案。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于,提供一种用于减小波束指向偏差和跟踪波束指向偏差的辐射体以及一种包括该辐射体的天线。
技术方案
在一个方面,本发明提供一种在天线中使用的辐射体,包括:第一偶极元件;与该第一偶极元件相邻的第二偶极元件;与该第一偶极元件面对的第三偶极元件;以及与该第二偶极元件面对的第四偶极元件。其中,所述第一到第四偶极元件设置成正方形,并且所述第一到第四偶极元件中的至少一个与一电介质元件连接。
该第一偶极元件包括用于(+)电流的第1-1子偶极元件以及用于(-)电流的第1-2子偶极元件,并且该第三偶极元件具有用于(+)的第3-1子偶极元件以及用于(-)电流的第3-2子偶极元件。其中,第一电介质元件与该第1-1子偶极元件的端部组合,并且第二电介质元件与该第3-2子偶极元件的端部组合。
该第二偶极元件包括用于(+)电流的第2-1子偶极元件以及用于(-)电流的第2-2子偶极元件,并且该第四偶极元件具有用于(+)电流的第4-1子偶极元件以及用于(-)电流的第4-2子偶极元件。其中,第三电介质元件与该第2-1子偶极元件的端部组合,并且第四电介质元件与该第4-2子偶极元件的端部组合。
该第一电介质元件和该第四电介质元件可以形成为一体,并且该第二电介质元件和该第三电介质元件也可以形成为一体。
该天线是多频双极化天线,该辐射体使用于低频带,并且该偶极元件通过组合方法可以产生±45°极化波。
所述第一偶极元件至所述第四偶极元件的至少一个可以形成有狭缝。
在另一方面,本发明提供一种在天线中使用的辐射体,包括:第一偶极元件,具有用于(+)电流的第1-1子偶极元件和用于(-)电流的第1-2子偶极元件;以及第二偶极元件,与所述第一偶极元件面对,并且具有用于(+)电流的第2-1子偶极元件和用于(-)电流的第2-2子偶极元件。其中,所述第1-1子偶极元件或所述第2-1子偶极元件具有其电长度比物理长度更长的特征。
在所述第1-1子偶极元件的电长度增加的情况下,所述第2-2子偶极元件的电长度比所述第2-2子偶极元件的物理长度更长,并且在所述第2-1子偶极元件的电长度增加的情况下所述第1-2子偶极元件的电长度比所述第1-2子偶极元件的物理长度更长。
通过连接电介质元件至相应的子偶极元件的端部使得所述电长度可以增加。
该天线是多频双极化天线,该辐射体是使用于低频带的,并且该偶极元件通过组合方法可以产生+45°极化波或-45°极化波。
有益效果
本实施例的辐射体通过使用电介质元件增加相应偶极元件的电长度,因此可以减小采用该辐射体的天线的波束指向偏差和跟踪波束指向偏差。其中,该电介质元件分别连接到在该辐射体中的偶极元件的用于(+)电流的子偶极元件和用于(-)电流的子偶极元件。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示范实施例,本发明的示范实施例将变得更加显而易见,其中:
图1是示意性地图示常见的多频双极化天线的立体图;
图2是图示图1中的天线的波束指向偏差的示意图视图;
图3是根据本发明的一个示范实施例的天线的立体图;
图4是图示根据本发明一个示范实施例的减小辐射体的波束指向偏差的过程的视图;
图5是图示使用电介质元件的辐射体的视图;
图6是图示图5中的辐射体的方位图的视图;
图7是图示用于测试波束指向偏差的具有多个辐射体的阵列天线的视图;
图8是图示图7中的阵列天线的波束指向偏差的视图;以及
图9是图示图7中的阵列天线的跟踪波束指向偏差的视图。
具体实施方式
以下将参照附图详细地描述本发明的实施例。
图3是图示根据本发明一个示范实施例的天线的立体图,并且图4是图示根据本发明一个示范实施例的减小辐射体的波束指向偏差的过程的视图。
各种天线可以用作本发明的天线。为了方便描述,以下将假定该天线为双频双极化天线(Dual Band Dual Polarization Antenna,DBDP天线)。
在图3(A)中,该天线包括反射板300、第一辐射体302以及第二辐射体304。
该反射板300用作接地以及反射体,并且在如图3(A)中所示的特定方向弯曲或者具有平面形状。其中,该反射板300的弯曲方向不限于该特定方向。
该第一辐射体302用于低频带,设置在该反射板300上,并且通过下面描述的组合方法(Combination method)输出辐射图案。
该第二辐射体304用于高频带,位于该第一辐射体302内部,并且通过例如该组合方法或矢量合成方法等的各种方法输出辐射图案。
以下将详细描述作为产生±45°极化波的第一辐射体302。
在图3(B)中,第一辐射体302包括供电线302、306、310和314、偶极元件304、308、312和316以及电介质元件318和320。
第一偶极元件304与供电线302a和302b电连接,并且包括与该供电线302a连接的第1-1子偶极元件304a以及与供电线302b连接的第1-2子偶极元件304b。其中,(+)电流通过该供电线302a提供给该第1-1子偶极元件304a,并且(-)电流通过该供电线302b提供给该第1-2子偶极元件304b。从外部输入的电流通过该供电线302a流到该供电线302b。
第二偶极元件308与第一偶极元件304相邻,电连接到供电线306a和306b,并且包括与供电线306a连接的第2-1子偶极元件308a以及与供电线306b连接的第2-2子偶极元件308b。其中,(+)电流通过该供电线306a提供给该第2-1子偶极元件308a,并且(-)电流通过该供电线306b提供给该第2-2子偶极元件308b。
第三偶极元件312设置在面对该第一偶极元件304的位置,与供电线310a和310b电连接,并且包括与该供电线310a连接的第3-1子偶极元件312a以及与该供电线310b连接的第3-2子偶极元件312b。其中,(+)电流通过该供电线310a提供给该第3-1子偶极元件312a,并且(-)电流通过该供电线310b提供给该第3-2子偶极元件312b。
第四偶极元件316设置在面对该第二偶极元件308的位置,与供电线314a和314b电连接,并且包括与该供电线314a连接的第4-1子偶极元件316a以及与该供电线314b连接的第4-2子偶极元件316b。其中,(+)电流通过该供电线314a提供给该第4-1子偶极元件316a,并且(-)电流通过该供电线314b提供给该第4-2子偶极元件316b。
也就是,所述偶极元件304、308、312和316可以具有正方形形状,并且分别包括所述子偶极元件304a、304b、308a、308b、312a、312b、316a和316b。
在电流提供给所述第一辐射体302中的第一偶极元件304以及所述第三偶极元件312的情况下,通过电流流经所述偶极元件304和312产生电场,并且随着所述电场被合成而产生+45°极化波。在这种情况下,所述第二偶极元件308和所述第四偶极元件316未影响所述+45°极化波的产生。这种方法称为组合方法。
在电流提供给所述第二偶极元件308以及所述第四偶极元件316的情况下,通过电流流经所述偶极元件308和316产生电场,并且随着所述电场被合成而产生-45°极化波。在这种情况下,所述第一偶极元件304和所述第三偶极元件312未影响所述-45°极化波的产生。
换句话说,所述第一辐射体302通过所述组合方法产生±45°极化波。在这种情况下,可能发生波束指向偏差。因此,本发明的天线使用电介质元件318和320减小所述波束指向偏差。
特别地,如图3(B)所示,第一电介质元件318与用于(-)电流的所述第2-2子偶极元件308b的一部分例如端部以及用于(+)电流的所述第3-1子偶极元件312a的一部分例如端部连接。结果,所述第2-2子偶极元件308b和第3-1子偶极元件312a的每一个的电长度增加。
如图3(B)所示,第二电介质元件320与用于(+)电流的所述第4-1子偶极元件316a的一部分例如端部以及用于(-)电流的所述第1-2子偶极元件304b的一部分例如端部连接。结果,所述第4-1子偶极元件316a和第1-2子偶极元件304b的每一个的电长度增加。
以下将详细描述当所述偶极元件318和320与所述偶极元件304、308、312和316组合时的波束指向偏差。为了方便描述,将与+45°极化波有关的波束指向偏差作为所述波束指向偏差的例子进行描述。
如图4中所示,通过连接所述第二电介质元件320到用于(-)电流的所述第1-2子偶极元件304b,第1-2子偶极元件304b的波束向左方向移动,并且通过连接所述第一电介质元件318到用于(+)电流的所述第3-1子偶极元件312a,所述第3-1子偶极元件312a的波束向右方向移动。也就是,通过连接相应的电介质元件到所述偶极元件,特定的偶极元件的波束的中心向左或右方向移动。其中,在所述波束被合成的情况下,合成波束的轮廓(contour)增大并且本发明的天线的波束指向偏差比传统的天线的波束指向偏差降低。这将参照所附的实验结果进行详细描述。
简言之,本实施例的天线连接电介质元件到用于(-)电流的子偶极元件以及用于(+)电流的子偶极元件,从而增加所述子偶极元件的电长度。结果,所述天线的波束指向偏差可以减小。但是,本发明未将电介质元件仅仅连接到用于(+)电流的子偶极元件,并且也未将电介质元件仅仅连接到(-)电流的子偶极元件。这是因为所述波束指向偏差可增大。
如图3中所示,所述电介质元件318或320与相邻的两个子偶极元件308b和312a、316a和304b组合。但是,四个电介质元件可以与所述子偶极元件308b、312a、316a以及304b分别地组合。
此外,所述电介质元件不限于特定的介电材料,只要所述电介质元件增加所述子偶极元件308b、312a、316a和304b的至少一个的电长度。
狭缝可以形成在所述偶极元件304、308、312和316中的至少一个,其在图3中未示出。所述电介质元件318或320可以与具有所述狭缝的偶极元件308b、312a、316a和304b组合。
图5是图示使用电介质元件的辐射体的视图,并且图6是图示在图5中的辐射体的方位(azimuth)图的视图。
如图5(A)所示,在第1-1辐射体中,电介质元件510、512以及514仅仅与偶极元件500、502、504和506的用于(+)电流的子偶极元件组合,用于产生±45°极化波。
如图5(B)所示,在第1-2辐射体中,电介质元件520、522和524仅仅与偶极元件500、502、504和506的用于(-)电流子偶极元件组合,用于产生±45°极化波。
在图5(C)和图5(D)中,在第一辐射体302中,电介质元件318、320、330和332与偶极元件304、308、312和316的用于(-)电流的子偶极元件以及用于(+)电流的子偶极元件组合。
如图6中所示,证实了第1-1辐射体的方位图600和610在(+)方向倾斜,而第1-2辐射体的方位图602和612在(-)方向倾斜。然而,图中还证实了本实施例的第一辐射体302的方位图604和614与第1-1辐射体和第1-2辐射体的方位图600和602相比未在特定的方向上倾斜。
也就是,仅仅在电介质元件分别与用于(+)电流的子偶极元件以及用于(-)电流的子偶极元件组合的情况下,该天线可以实现出色的辐射特性。
图7是示出用于测试波束指向偏差的具有多个辐射体的阵列天线的视图,图8是示出在图7中的阵列天线的波束指向偏差的视图。图9是示出在图7中的该阵列天线的跟踪波束指向偏差的视图。
图7(A)显示包括电介质元件未与偶极元件组合的辐射体的传统阵列天线(多频双极化天线),并且图7(B)示出包括电介质元件与偶极元件组合的辐射体的阵列天线(多频双极化天线)。
如在图8(A)中所示,传统天线的辐射图案(±45°极化波)的波束指向偏差随着天线的倾斜(倾斜角)增大而增加。尤其在大约820MHz发生严重的波束指向偏差。
但是,如图8(B)中的所示,虽然天线的倾斜(倾斜角)增大,本实施例的天线的辐射图案(±45°极化波)的波束指向偏差几乎未增加。
换句话说,与未使用电介质元件的传统天线相比,本实施例的天线的波束指向偏差可以被减小。
如在图9(A)中所示,传统天线的辐射图案(±45°极化波)的跟踪波束指向偏差随着天线的倾斜(倾斜角)增大而增加。尤其在大约820MHz发生严重的跟踪波束指向偏差。
但是,如图9(B)中的所示,虽然天线的倾斜(倾斜角)增大,本实施例的天线的辐射图案(±45°极化波)的跟踪波束指向偏差几乎未增加。
也就是,与传统天线相比,本实施例的天线的跟踪波束指向偏差可以被减小。
简言之,本实施例的天线通过连接用于增加电长度的元件到辐射体来减小波束指向偏差以及跟踪波束指向偏差。另一方面,代替该电介质元件的狭缝可以形成在该偶极元件以便增加该偶极元件的电长度。
另外,本发明增加电长度的方法可以应用到使用该组合方法的任何辐射体,并且不限于图3中的结构。例如,偶极元件304、308、312和316的端部是弯曲的,但是也可以不是弯曲的。此外,除了上述供电方法之外的其它供电方法也可以应用于本发明的天线。
工业应用性
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 (10)
1.一种在天线中使用的辐射体包括:
第一偶极元件;
与所述第一偶极元件相邻的第二偶极元件;
与所述第一偶极元件面对的第三偶极元件;以及
与所述第二偶极元件面对的第四偶极元件,
其中,所述第一至第四偶极元件设置成正方形,并且所述第一至第四偶极元件的至少一个与电介质元件连接。
2.如权利要求1所述的辐射体,其中所述第一偶极元件包括用于(+)电流的第1-1子偶极元件以及用于(-)电流的第1-2子偶极元件,并且所述第三偶极元件具有用于(+)电流的第3-1子偶极元件以及用于(-)电流的第3-2子偶极元件,并且第一电介质元件与所述第1-1子偶极元件的端部组合,并且第二电介质元件与所述第3-2子偶极元件的端部组合。
3.如权利要求2所述的辐射体,其中所述第二偶极元件包括用于(+)电流的第2-1子偶极元件以及用于(-)电流的第2-2子偶极元件,并且所述第四偶极元件具有用于(+)电流的第4-1子偶极元件以及用于(-)电流的第4-2子偶极元件,其中,第三电介质元件与所述第2-1子偶极元件的端部组合,并且第四电介质元件与所述第4-2子偶极元件的端部组合。
4.如权利要求3所述的辐射体,其中所述第一电介质元件和所述第四电介质元件形成为一体,并且所述第二电介质元件和所述第三电介质元件形成为一体。
5.如权利要求1所述的辐射体,其中所述天线是多频双极化天线,所述辐射体用于低频带,并且所述偶极元件通过组合方法产生±45°极化波。
6.如权利要求1所述的辐射体,其中所述第一偶极元件至所述第四偶极元件的至少一个形成有狭缝。
7.一种在天线中采用的辐射体包括:
第一偶极元件,具有用于(+)电流的第1-1子偶极元件和用于(-)电流的第1-2子偶极元件;以及
第二偶极元件,与所述第一偶极元件面对,并且具有用于(+)电流的第2-1子偶极元件和用于(-)电流的第2-2子偶极元件,
其中,所述第1-1子偶极元件或所述第2-1子偶极元件具有其电长度比物理长度更长的特征。
8.如权利要求7所述的辐射体,其中在所述第1-1子偶极元件的电长度增加的情况下,所述第2-2子偶极元件的电长度比所述第2-2子偶极元件的物理长度更长,并且在所述第2-1子偶极元件的电长度增加的情况下,所述第1-2子偶极元件的电长度比所述第1-2子偶极元件的物理长度更长。
9.如权利要求7所述的辐射体,其中通过连接电介质元件至相应的子偶极元件的端部,使得所述电长度增加。
10.如权利要求7所述的辐射体,其中所述天线是多频双极化天线,所述辐射体用于低频带,并且所述偶极元件通过组合方法产生+45°极化波或-45°极化波。
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