CN103181026B - 一种天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了适应多频段的天线，该天线包括至少一个宽频辐射器组，该宽频辐射器组包括至少两个宽频辐射器和与所述宽频辐射器一一对应的分频设备，分频设备可工作于至少两个不同的子频段上。由于分频设备可工作于至少两个不同的子频段上，因此，宽频辐射器与其相连时，宽频辐射器也可独立工作于至少两个子频段上，进而可令包含分频设备和宽频辐射器的天线独立工作于不同的子频段上，扩大了天线的适应性。

Description

一种天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种天线。

背景技术

随着移动通讯技术的发展，对天线适应性的需求越来越急迫，仅可工作于单一频段的天线已不能满足通讯需求，因此研制适应多频段的天线成为一种发展趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例目的在于提供适应多频段的天线。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种天线，包括至少一个宽频辐射器组，所述宽频辐射器组包括至少两个宽频辐射器和与所述宽频辐射器一一对应的分频设备，所述宽频辐射器具有两个端口；

其中：

所述分频设备包括两个滤波器，每一滤波器具有一个频率接口，并且，任一频率接口与其他频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个滤波器相连，另一个端口与另一个滤波器相连；

或者，所述分频设备包括一个滤波器和一个分频器，所述滤波器具有一个频率接口，所述分频器具有至少两个频率接口，并且所述滤波器的频率接口与所述分频器的任一频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与所述滤波器相连，另一个端口与所述分频器相连；

或者，所述分频设备包括两个分频器，每一分频器具有至少两个频率接口，并且，任一分频器的任一频率接口与其他分频器的任一频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个分频器相连，另一个端口与另一分频器相连。

根据本发明的另一个方面，提供一种天线，包括至少一个宽频辐射器组，所述宽频辐射器组包括至少两个宽频辐射器和与所述宽频辐射器一一对应的分频设备，所述分频设备包括至少一个分频器，所述分频器具有至少两个工作于不同子频段的频率接口，所述宽频辐射器具有一个端口，所述宽频辐射器的端口与所述分频器相连。

由上可知，在本发明实施例所提供的技术方案中，分频设备可工作于至少两个不同的子频段上。这样，当宽频辐射器与其相连时，宽频辐射器也可独立工作于至少两个子频段上，进而可令包含分频设备和宽频辐射器的天线独立工作于不同的子频段上，从而扩大了天线的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的可支持两个端口的宽频辐射器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的可支持两个端口的宽频辐射器的另一结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的具有一个端口的宽频辐射器的结构示意图；

图4a-e为本发明实施例所提供的宽频辐射器与分频设备的连接示意图；

图5为本发明实施例所提供的天线的结构示意图；

图6为图5的局部放大图；

图7为本发明实施例所提供的宽频辐射器组结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的宽频辐射器组另一结构示意图；

图9为本发明实施例所提供的宽频辐射器组又一结构示意图；

图10为本发明实施例所提供的功率控制器结构示意图；

图11为本发明实施例所提供的功率控制器另一结构示意图；

图12为本发明实施例所提供的功率控制器又一结构示意图；

图13为本发明实施例所提供的天线的另一结构示意图；

图14为本发明实施例所提供的天线的又一结构示意图；

图15为本发明实施例所提供的天线的又一结构示意图；

图16为图15的局部放大图；

图17为本发明实施例所提供的宽频辐射器组又一结构示意图；

图18为本发明实施例所提供的双极化相互正交的宽频辐射器结构示意图；

图19为本发明实施例所提供的双极化相互正交的宽频辐射器中极化2支持两个端口的示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

功分器：全称功率分配器，是将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所提供的适应多频段的天线，需使用宽频辐射器。为便于理解，现先对宽频辐射器作介绍。

宽频辐射器可具有两个端口(也可称为支持两个端口)或一个端口。

图1示出了可支持两个端口(为区别起见，将这两个端口以第一端口D1和第二端口D2相称)的宽频辐射器的一种结构：第一端口D1所在侧的柱形馈电装置N1与第二端口D2所在侧的外壁B2相连接，而第二端口D2所在侧的柱形馈电装置N2与第一端口D1所在侧的外壁B1相连接。

除了图1所示的结构，请参见图2，可支持第一端口D1和第二端口D2的宽频辐射器还可为另一结构：U型馈电装置N插入第一端口D1所在侧的外壁B1内，以及，第二端口D2所在侧的外壁B2内。

无论是图1的结构，还是图2的结构，经过一定的设计，第一端口D1和第二端口D2可分别工作于不同的频段。

具有一个端口(将该端口称为端口D3)的宽频辐射器的结构可参见图3：端口D3所在侧的柱形馈电装置N3与另一振子Z相连接。

现先对包含具有两个端口的宽频辐射器的天线进行描述。

上述天线可包括至少一个宽频辐射器组，任一宽频辐射器组可包括至少两个宽频辐射器和与宽频辐射器一一对应的分频设备。

上述宽频辐射器与分频设备的连接方式有以下几种基本类型：

其一，

请参见图4a，分频设备100包括两个滤波器2，每一滤波器2具有一个频率接口，并且，任一频率接口与其他频率接口均工作于不同的子频段。而宽频辐射器1的一个端口与其中一个滤波器2相连，另一个端口与另一个滤波器2相连。

可见，在图4a中，分频设备100可工作2个不同的子频段f1和f2(本发明实施例以f1，f2来对两个不同的子频段进行区别，但f1、f2不应理解为对子频段的限制，应理解为用于区别表示不同的子频段)。这样，当宽频辐射器1与分频设备100相连时，宽频辐射器1也可独立工作于两个子频段f1和f2上。

其二，

请参见图4b，分频设备100包括一个滤波器2和一个分频器102，其中，滤波器2具有一个频率接口，而分频器102则具有至少两个频率接口，并且滤波器2的频率接口与分频器102的任一频率接口均工作于不同的子频段上。宽频辐射器1的一个端口与滤波器2相连，另一个端口与分频器102相连。

可见，图4b中分频设备100可工作于至少3个不同的子频段f1、f2、f3(同理，f1、f2、f3只用于区别表示不同的子频段)上。这样，当宽频辐射器1与其相连时，宽频辐射器1也可独立工作于至少3个子频段上。

其三，

请参见图4c，分频设备100包括两个分频器102，每一分频器102具有至少两个频率接口，并且，任一分频器的任一频率接口与其他分频器的任一频率接口均工作于不同的子频段上。宽频辐射器1的一个端口与其中一个分频器102相连，另一个端口与另一分频器102相连。

可见，图4c中的分频设备100可工作至少4个不同的子频段f1-f4(同理，f1-f4只用于区别表示不同的子频段)。这样，当宽频辐射器1与之相连时，宽频辐射器1也可独立工作于至少4个子频段上。

需要说明的是，宽频辐射器1可工作的子频段并不只限于分频设备支持的子频段。比如，宽频辐射器1可支持f1、f2、f3.....fn等子频段，但如果宽频辐射器1与支持子频段f1和f2的分频设备相连接，则宽频辐射器1就工作于f1和f2两个相互不干扰的子频段上。当然，如果宽频辐射器1与支持f1和f3的分频设备相连接，则宽频辐射器1就工作于f1和f3两个相互不干扰的子频段上，可依此类推。

另外，本发明所有实施例中的工作可指接收和发送信号，也可仅指接收信号或发送信号。因此，宽频辐射器1工作于不同的子段频段上，可理解为宽频辐射器1可在不同的子段频段上收发信号，或者宽频辐射器1可在不同的子段频段上接收信号，或者宽频辐射器1可在不同的子段频段上发送信号，本领域技术人员可根据需要进行灵活设计，在此不作赘述。

除此之外，请参见图4d-e，上述分频设备还可通过各种单设备组合方式，使宽频辐射器1独立工作于更多的子频段上。

上述三种方式虽然各有不同，但总体思路是最终令具有两个端口的宽频辐射器独立工作于不同的子频段上。因此，本发明以下的实施例将主要以方式一为基础进行描述。

在本发明其他实施例中，以上所有实施例中的宽频辐射器组还可包括具有一个连接接口的组内移相器。

图5和图6示出了包括组内移相器的一种天线结构，其具有3个宽频辐射器组(当然在其他实施例中也可为2个，4个等等)。每一宽频辐射器组包括2个组内移相器4，2个分频设备和2个宽频辐射器1。每一分频设备由支持子频段f1的滤波器2和支持子频段f2的滤波器2组成，宽频辐射器1的两个端口分别与这两个滤波器2相连。

其中：

参见图6(图6为图5的局部放大图)，组内移相器4可与所属宽频辐射器组中的一个分频设备提供的一个频率接口相连；

或者参见图7，组内移相器4还可同时与所属宽频辐射器组中不同分频设备提供的、工作于同一子频段的频率接口相连(本发明实施例后续将进行详细介绍)。

可见，组内移相器4的工作子频段与所连接的频率接口工作子频段相同。

由于在图6和7中，宽频辐射器组内各个宽频辐射器1在水平上呈线性排列，因此，通过改变组内移相器4的相位，可改变组内各个宽频辐射器1的相位比例，实现天线的方位角的改变。

下面将根据图7详细介绍组内移相器同时与所属宽频辐射器组中不同分频设备提供的、工作于同一子频段的频率接口相连的情况。

为方便描述，将图7一个宽频辐射器组中的三个宽频辐射器分别称为第一宽频辐射器11、第二宽频辐射器12和第三宽频辐射器13。上述第一宽频辐射器11与第一分频设备相连，第二宽频辐射器12与第二分频设备相连，第三宽频辐射器13与第三分频设备相连。

以f1子频段为例，在图7中，第一分频设备工作于f1子频段上的频率接口和第三分频设备工作于f1子频段上的频率接口同时与组内移相器4相连，经合路后，通过组内移相器4(工作于f1子频段上)与后续将介绍的功率控制器3(工作于f1子频段上)的一个端口相连，功率控制器3(工作于f1子频段上)的另一端口与第二分频设备提供的、工作于f1子频段上的频率接口相连。

同理可推知，图7中第一分频设备工作于f2子频段上的频率接口和第三分频设备工作于f2子频段上的频率接口与工作于f2子频段上的组内移相器4之间的连接关系，在此不作赘述。

一般情况下，第一宽频辐射器11、第二宽频辐射器12和第三宽频辐射器13的相位角分别为-A，0，A，而方位角则是由相位角-A和A来决定的，因此，通过组内移相器4调节第一宽频辐射器11和/或第三宽频辐射器13的相位角即可实现对方位角的调节。

需要注意的是，图7示出的结构中，组内移相器4可同时对第一宽频辐射器11和第三宽频辐射器13的相位角进行调节。而在本发明其他实施例中，请参见图8，组内移相器4可仅对某一宽频辐射器(在图8中为第一宽频辐射器11)进行相位调节，同样可达到对方位角的调节。

前述提及了功率控制器，下面将对其进行介绍。

功率控制器可与以上所有实施例中工作于同一子频段的接口相连。其中，任一上述工作于同一子频段的接口可为组内移相器提供的连接接口或分频设备提供的频率接口。

功率控制器具有一个连接接口，显然，功率控制器与工作于哪一子频段的接口相连，则其连接接口也工作于该子频段上。

仍以图7-8所示结构为例，功率控制器3即同时与组内移相器4提供的连接接口以及第二分频设备提供的频率接口相连。

当不存在组内移相器时，请参见图9：在一个宽频辐射器组中，两个分频设备100(每一分频设备100包括两个滤波器2)工作于f1子频段的频率接口均与一功率控制器3相连，该功率控制器3的连接接口因而也工作于f1子频段上；同时，上述两个分频设备100工作于f2子频段的频率接口也与另一个功率控制器3相连，同理，该功率控制器3的连接接口工作于f2子频段上。

由于图7-9中，各个宽频辐射器在水平上呈一线型排列，因此，上述功率控制器3可改变水平波瓣宽度。这是因为在功率一定的情况下，当每个宽频辐射器的功率都相同时(或者说各个宽频辐射器均分功率时)，其水平波瓣宽度最小，而如果通过功率控制将绝大多部分功率分配于某一个宽频辐射器上时，则水平波瓣宽度将达到最宽。也即，可通过功率控制器改变每个与之相连的宽频辐射器的功率大小的方式，来改变波瓣宽度的大小。

另外，当天线可独立工作于N个子频段时，本领域技术人员可根据实际需要，安置M(M小于等于N)个功率控制器，在此不作赘述。

功率控制器的结构有多种形式，图10示出了主要由功分器31、移相器32和电桥33构成的功率控制器。其中：

电桥33的第一输出端1(out1)和第二输出端2(out2)分别与宽频辐射器直接或间接连接；功分器31的第一输出端通过移相器32与电桥33的第一输入端in1相连，而功分器31的第二输出端与电桥33的第二输入端in2相连。

各部分工作原理如下：通过移相器32可改变电桥in1和in1的相位比，从而使out1与out2之间信号的功率比发生改变(在极限情况下，可以使out1或out2的输出能量变为0)，从而实现了功率分配。这种方式的好处是总的能量没有发生改变，只是改变了out1和out2的能量比。

在本发明其他实施例中，请参见图11和12，上述功分器31和移相器32可为一体化设计(图11和12中以34标识一体化设计的功分器和移相器)。

另外，在本发明其他实施例中，当宽频辐射器组的组数不小于2时，以上所有实施例中的天线还可包括功率分配器和组间移相器中的至少一种。

其中，功率分配器与所有工作于同一子频段上的功率控制器相连接。以图13所示的具有三组宽频辐射器组的天线结构为例，假设工作于f1子频段的功率分配器5可分配的总功率为W，则每一组宽频辐射器组在f1子频段上可分得总功率的1/3，也即1/3W，进而，每个宽频辐射器组内工作于f1子频段上的功率控制器3可对上述1/3W再进行分配。工作于f2子频段上的功率分配器5与其他各部件的配合与之相类似，在此不作赘述。

至于组间移相器，则与所有工作于同一子频段的接口相连。比如，工作于f1子频段的组间移相器与所有工作于f1子频段的接口相连。

任一上述工作于同一子频段的接口可为组内移相器提供的连接接口或分频设备提供的频率接口或功率控制器提供的连接接口。

参见图14，工作于f1子频段的组间移相器6即与所有工作于f1子频段的功率控制器3的连接接口相连。对于图14所示的天线结构而言，组间移相器6可通过移相来实现天线下倾。

当然，如果各个宽频辐射器组在水平上呈一线型排列，而每一宽频辐射器组内的各个宽频辐射器在垂直上呈线型排列的话，则上述组间移相器可实现方位角改变，相应的，组内移相器可实现天线下倾。

此外，功率分配器5和组间移相器6还可一并使用，在此不作赘述。

在由包括三个宽频辐射器的宽频辐射器组所构成的天线中，各宽频辐射器与功率控制器、功率分配器和组间移相器的相互关系可参照前述由包括两个宽频辐射器的宽频辐射器组所构成的天线的相关描述，在此不作赘述。

以上所有实施例均是以具有两个端口的宽频辐射器为基础进行介绍的，下面将以具有一个端口的宽频辐射器为基础，对本发明实施例欲保护的天线进行介绍。

以具有一个端口的宽频辐射器为基础构成的天线，包括至少一个宽频辐射器组。每一宽频辐射器组包括至少两个宽频辐射器和与上述宽频辐射器一一对应的分频设备。其中，分频设备可包括至少一个分频器，宽频辐射器的端口与上述分频器相连，而上述分频器又具有至少两个工作于不同子频段的频率接口。

由于分频器具有至少两个工作于不同子频段的频率接口，因此，当宽频辐射器与其相连时，宽频辐射器也可独立工作于至少两个独立的子频段上。也即，分频器在分频的同时，可令宽频辐射器由一个端口变为两个端口或两个以上端口。

图15和16(图16为图15的局部放大图)即示出了主要由具有一个端口的宽频辐射器构成的天线的一种结构，其包括：3个宽频辐射器组，任一宽频辐射器组包括2个分频器102(分频设备)和2个宽频辐射器101(为与前述具有两个端口的宽频辐射器相区别，本实施例以宽频辐射器101表示具有一个端口的宽频辐射器，当然，与前述相类似，每一宽频辐射器组中所包含的宽频辐射器101的数量也可以为3个或其他)。分频器102又具有两个频率接口，分别工作于子频段f1和f2。

需要说明的，宽频辐射器101可支持的子频段并不只限于上述f1和f2，比如其可支持f1、f2、f3.....fn子频段，但如果分频器102只工作于子频段f1和f2上，则宽频辐射器101也随之工作于f1和f2两个相互不干扰的子频段上。而如果分频器102可工作于f1和f3这两个子频段上，则宽频辐射器101就可以工作于f1和f3两个相互不干扰的子频段上，可依次进行类推。

同时需要注意的是，图15和16中的分频设备仅包括一个分频器，但与前述相类似，分频设备可通过器件组合来提供3个，4个乃至更多个频率接口，并且每一频率接口的的工作子频段都可不同于其他频率接口，在此不作赘述。

在本发明其他实施例中，以上所有实施例中的宽频辐射器组还可包括具有一个连接接口的组内移相器。由前述可知，通过改变组内移相器的相位，可实现天线的方位角的改变或天线下倾。

仍请参见图16，上述组内移相器4可与所属宽频辐射器组中的一个分频设备提供的一个频率接口相连；

或者参见图17，组内移相器4可同时与所属宽频辐射器组内不同分频设备提供的、工作于同一子频段的频率接口相连(本发明实施例后续将进行详细介绍)。

下面将根据图17详细介绍组内移相器4同时与所属宽频辐射器组中不同分频设备提供的、工作于同一子频段的频率接口相连的情况。

为方便描述，将图17中每一宽频辐射器组所包括的三个宽频辐射器分别称为第四辐射器111，第五辐射器112和第六辐射器113，上述第四辐射器111与第四分频设备121相连，第五辐射器112与第五分频设备122相连，第六辐射器113与第六分频设备123相连。

以f1子频段为例，第四分频设备121工作于f1子频段的频率接口和第六分频设备123工作于f1子频段的频率接口同时与组内移相器4相连，经合路后通过组内移相器4(工作于f1子频段上)与功率控制器3(工作于f1子频段上)的一个端口相连，功率控制器3(工作于f1子频段上)的另一端口与第五分频设备122提供的、工作于f1子频段上的频率接口相连。

由于组内移相器4与各部件的连接关系及其可实现的功能，与前述以具有两个端口的宽频辐射器为基础的天线相类似，在此不作赘述。

在本发明其他实施例中，当宽频辐射器组的组数不小于2时，以上所有实施例中的天线还可包括功率分配器和组间移相器中的至少一种。

而上述功率分配器与各部件的连接关系及其可实现的功能，与前述功率分配器5相类似，上述组间移相器与各部件的连接关系及其可实现的功能，与前述组间移相器6相类似，在此均不作赘述。

在本发明其他实施例中，还可使用双极化相互正交的宽频辐射器(参见图18)来组成天线。双极化相互正交的宽频辐射器可视为由两个宽频辐射器构成。其中，双极化相互正交辐射器的一个极化可支持一个端口，也可支持两个端口(支持两个端口的请参见图19，在图19中，使用D1端口和D2端口区别极化1不同的端口)。

也即，一个双极化相互正交的宽频辐射器，可视为由两个上述宽频辐射器1，或者由两个上述宽频辐射器101，或者由一个上述宽频辐射器1和一个上述宽频辐射器101构成。因此，适用于上述宽频辐射器101和上述宽频辐射器1的天线结构，同样适用于由双极化相互正交的宽频辐射器构成的天线结构。在此不作赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种天线，其特征在于，包括至少一个宽频辐射器组，所述宽频辐射器组包括至少两个宽频辐射器和与所述宽频辐射器一一对应的分频设备，所述宽频辐射器具有两个端口；

其中：

所述宽频辐射器的第一端口所在侧的柱形馈电装置与第二端口所在侧的外壁相连接，所述宽频辐射器的第二端口所在侧的柱形馈电装置与第一端口所在侧的外壁相连接；

或者，所述宽频辐射器的U型馈电装置插入第一端口所在侧的外壁内，以及，第二端口所在侧的外壁内；

所述分频设备包括两个滤波器，每一滤波器具有一个频率接口，并且，任一频率接口与其他频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个滤波器相连，另一个端口与另一个滤波器相连；

或者，所述分频设备包括一个滤波器和一个分频器，所述滤波器具有一个频率接口，所述分频器具有至少两个频率接口，并且所述滤波器的频率接口与所述分频器的任一频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与所述滤波器相连，另一个端口与所述分频器相连；

或者，所述分频设备包括两个分频器，每一分频器具有至少两个频率接口，并且，任一分频器的任一频率接口与其他分频器的任一频率接口均工作于不同的子频段，所述宽频辐射器的一个端口与其中一个分频器相连，另一个端口与另一分频器相连。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述宽频辐射器组还包括具有一个连接接口的组内移相器，其中：

所述组内移相器与所述宽频辐射器组中的一个分频设备提供的一个频率接口相连；

或者所述组内移相器同时与所述宽频辐射器组中不同分频设备提供的、工作于同一子频段的频率接口相连。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述宽频辐射器组包括第一至第三宽频辐射器，所述第一宽频辐射器与第一分频设备相连，所述第三宽频辐射器与第三分频设备相连，第一分频设备和第三分频设备提供的、工作于同一子频段上的频率接口同时与所述组内移相器相连。

4.根据权利要求1至3任一项所述的天线，其特征在于，所述宽频辐射器组还包括具有一个连接接口的功率控制器，所述功率控制器与工作于同一子频段的接口相连，任一所述工作于同一子频段的接口为组内移相器提供的连接接口或所述分频设备提供的频率接口。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，当宽频辐射器组的组数不小于2时，所述天线还包括功率分配器，所述功率分配器与所有工作于同一子频段上的功率控制器相连接。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，当宽频辐射器组的组数不小于2时，所述天线还包括组间移相器，所述组间移相器与所有工作于同一子频段的接口相连，任一所述工作于同一子频段的接口为组内移相器提供的连接接口或所述分频设备提供的频率接口或功率控制器提供的连接接口。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于：所述功率控制器包括功分器、移相器和电桥；

所述功分器的第一输出端通过所述移相器与所述电桥的第一输入端相连，所述功分器的第二输出端与所述电桥的第二输入端相连。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于：

所述功分器和移相器为一体化设计。