CN104541407B - 包括隔离提供设备的双极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括隔离提供设备的双极化天线，包括：发射天线元件，其通过第一端口输出经由馈送器提供的发射信号；接收天线元件，其接收接收信号，从而将其提供给第二端口；第一耦合器，其分配发射信号的一部分；均衡器，其使来自第一耦合器的分配信号均衡至预置波形；第二耦合器，其接收均衡器的输出，从而将其耦合到输出给第二端口的信号；以及导体，其形成第一耦合器、均衡器以及第二耦合器之间的信号输送路径。第一和第二耦合器的耦合性能、导体的长度、以及均衡器的功能特性被设计成允许被使用导体通过信号输送路径耦合到第二端口的信号与从发射天线元件错误地输入到接收天线的信号相比具有基本上相同的振幅和180º相位差以及在整个工作频带中的相同的形状。

Description

包括隔离提供设备的双极化天线

技术领域

本发明涉及一种被用于移动通信系统的基站、中继器等收发天线，并且更具体地涉及一种装配有用于改善极化之间的隔离的隔离提供设备的双极化天线。

背景技术

针对并行地执行发射和接收的天线的设计，要考虑的重要项目是保证发射天线设备与接收天线设备之间的隔离，使得防止从发射天线发射的信号被输入到接收天线设备中。当使用使得发射信号和接收信号能够生成不同极化（例如，相互正交的极化）的双极化天线时，隔离可以是非常安全的。然而，已经为双极化天线提供了用于进一步改善隔离的设备。

图1是根据常规技术的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图，并且图1中所示的配置与在‘Radio Frequency Systems’公司的美国专利号6,141,539（题为“ISOLATION IMPROVEMENT CIRCUIT FOR A DUAL-POLARIZATION ANTENNA”，发明人：‘Ronald A. Marion’，授予日期：2000年8月31日）中公开的配置几乎相同。

参考图1，装配有隔离提供设备的常规双极化天线可包括多个双极化天线部分10，其包括发射天线设备11和在物理上或在电学上与发射天线设备正交的接收天线设备12。也就是说，图1图示出（垂直）阵列天线结构的示例。发射信号是通过第一端口（P1）提供的，通过馈送器，并被分配给所述多个双极化天线单元10的每个发射天线设备11以用于提供，并且可将通过多个接收天线设备12接收的信号耦合并输出到第二端口（P2）。

在此结构中，提供给第一端口（P1）的发射信号的一部分被分配给第一耦合器21，并通过导体24将其提供给第二耦合器22，并且第二耦合器22将通过导体24提供的信号与输出到第二端口（P2）的信号耦合。在这种情况下，第一和第二耦合器21和22的性能以及导体24的长度被设计成使得被传输到第二端口（P2）、通过第一耦合器21、导体24以及第二耦合器22以用于耦合的信号与从所述多个发射天线设备11发射并被所述多个接收天线12接收的非期望输入信号（在下文中称为错误输入信号）相比能够具有相同的大小并具有相位方面的180度的差。

当详细地对其进行描述时，在安装隔离提供设备之前测量双极化之间的隔离。当测量波段之间的隔离时，测量错误输入信号的大小和该信号的延迟。随后，将隔离提供设备中的第一耦合器21和第二耦合器22的耦合的大小确定成具有与在其中不包括隔离提供设备的状态下测量的错误输入信号的基于频率平均值类似的值。另外，导体24的长度被设计成使得与第一耦合器21、第二耦合器22以及导体24的长度相关联的延迟能够具有与在其中不包括隔离提供设备的状态下测量的错误输入信号的延迟的基于频率的平均值的在相位方面的180度的差。

因此，通过所述多个发射天线设备11从第一端口（P1）发射并被所述多个接收天线设备12接收并传输到第二端口（P2）的错误输入信号和通过第一耦合器21、导体24和第二耦合器22被传输到第二端口（P2）的信号可相互偏移，并且从而可被去除。

随着天线的规模变小，还需要减小单个天线或天线阵列的反射器的大小。一般地，当反射器的大小不足时，双极化天线的隔离变得劣化。并且，极化之间的隔离大小在天线在其中进行操作的频率范围内不是恒定的。

然而，图1的常规结构只有在极化之间的隔离大小通过用于发射信号的整个工作频率范围恒定时才是有效的。否则，可能不是在整个工作频率范围内改善极化之间的隔离。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一方面是提供装配有用于提供极化之间的优良隔离的隔离提供设备的双极化天线。

本发明的另一方面是提供装配有隔离提供设备的双极化天线，该隔离提供设备用于即使当极化之间的隔离大小贯穿整个工作频率范围不恒定时也提供期望的隔离。

技术解决方案

根据本发明的一方面，提供了一种装配有隔离提供设备的双极化天线，包括：至少一个发射天线设备，其输出从第一端口通过馈送器提供的发射信号；至少一个接收天线，其接收接收信号并将其提供给第二端口；第一耦合器，其分配提供到第一端口的发射信号的一部分；均衡器，其使在第一耦合器中分配的信号均衡至在与发射信号的频带相同的频率范围内预定的波形；第二耦合器，其从均衡器接收输出并将其与输出到第二端口的信号耦合；以及导体，其形成第一耦合器、均衡器以及第二耦合器之间的信号输送路径，其中，第一和第二耦合器的耦合性能、导体的长度以及均衡器的功能特性被设计成使得被使用导体通过信号输送路径传输至第二端口以用于耦合的信号与从所述至少一个发射天线设备输出且被错误地输入到所述至少一个接收天线设备的信号相比能够具有基本上相同的大小、具有相位方面的180度的差并在整个工作频带中具有相同的形状。

有利效果

如上所述，根据本发明的装配有隔离提供设备的双极化天线提供优良的隔离，使得即使当极化之间的隔离大小贯穿整个工作频率范围不恒定时也提供期望的隔离。

附图说明

图1是根据常规技术的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图；

图2是根据本发明的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图；

图3是根据本发明的另一实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图；以及

图4是图示出图2或图3的均衡器的功能特性的示例的图表。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。在以下描述中，将在图中用相同的参考数字来指定相同的元件。

图2是根据本发明的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图。参考图2，根据本发明的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线基本上包括双极化天线部分10，其包括输出通过馈送器从第一端口（P1）提供的发射信号的发射天线设备11；以及被安装成在物理上或电学上与发射天线设备11正交、接收接收信号并将其提供给第二端口（P2）的接收天线设备12。

根据本发明的隔离提供设备被包括在具有以上结构的双极化天线中。根据本发明的隔离提供设备包括第一耦合器21，其分配提供到第一端口（P1）的发射信号的一部分；均衡器30，其使在第一耦合器21中分配的信号均衡至与发射信号的工作频带相同的频率范围内的预定波形的形状；第二耦合器22，其接收均衡器30的输出并将其与输出到第二端口（P2）的信号耦合；以及导体24，其形成第一耦合器21、均衡器30以及第二耦合器22之间的信号输送路径。

第一和第二耦合器21和22可采用一般的接触式功率分配器/耦合器的结构或者无接触功率分配器/耦合器的结构。另外，可将导体24配置为一般的同轴线、带状线、微带线等。

在这种情况下，第一和第二耦合器21和22的耦合性能、均衡器30的功能特性以及导体24的长度被设计成使得被使用导体24通过第一耦合器21、均衡器30以及第二耦合器22而传输至第二端口（P2）以用于耦合的信号与从发射天线设备11发射并且非期望地被接收天线设备12接收的错误输入信号相比能够具有基本上相同的大小、具有在相位方面的180度的差，并在发射信号的整个工作频带中具有相同的形状，如下所述。

当详细地对其进行描述时，在安装根据本发明的隔离提供设备之前测量双极化之间的隔离。当测量错误输入信号的大小和信号的延迟时，测量波段之间的隔离。另外，根据本发明的特征，测量发射信号的整个工作频带中的隔离。随后，将隔离提供设备中的第一耦合器21和第二耦合器22的耦合的大小确定成具有与在其中未安装隔离提供设备的状态下测量的错误输入信号的基于频率平均值类似的值。另外，导体24的长度被设计成使得与第一耦合器21、第二耦合器22以及导体24的长度相关联的延迟能够具有与在其中不包括隔离提供设备的状态下测量的错误输入信号的延迟的基于频率的平均值的在相位方面的180度的差。

特别地，在这种情况下，根据本发明的特征，均衡器30被设计成执行信号处理，从而使得从第一耦合器21提供的信号的波形能够对应于实际上在整个发射频带中测量的错误输入信号的波形。

参考图4，特别地，在大多数情况下，在双极化天线部分10中测量的错误输入信号的大小在整个工作频率范围（fo）中是不同的。例如，如图4A中的实线所示，信号的大小在整个工作频率范围（fo）中的相对低频带中是小的，并且信号的大小在整个工作频率范围（fo）中的相对高频带中是大的。与第一耦合器21分离并通过导体24传输的信号在整个工作频率范围（fo）内具有恒定的大小，例如，如图4A中的破裂线所示。在这种情况下，当仅仅像常规技术一样考虑信号的平均大小时，错误输入信号并未完全偏移，即使该信号具有在相位方面的180度的差。因此，本发明使用均衡器30将与第一耦合器21分离并通过导体24传输的信号均衡至例如图4A中的实线所示的波形。

可使用滤波器结构来具体实施均衡器30，并且可被具体实施为相对小且简单类型的PCB（印刷电路板）类型。在这种情况下，针对如图4A中所示的错误输入信号，可将均衡器30具体实施为HPF（高通滤波器）结构，并且针对图4B至4D的情况，可将均衡器30分别地具体实施为LPF（低通滤波器）结构、BSF（带阻滤波器）结构以及BPF（带通滤波器）结构。

通过上述配置和功能，通过发射天线设备11从第一端口（P1）发射并被接收天线设备12接收且传输至第二端口（P2）的错误输入信号可以与被使用导体24通过第一耦合器21、均衡器30以及第二耦合器33传输至第二端口P2的信号相比具有相同的大小和形状且具有相位方面的180度的差，并且因此可完全被偏移并去除。

与如图1中所示的常规技术相比，常规技术仅仅当双极化天线的极化之间的隔离大小恒定时才保证极化之间的隔离的改善。然而，在用于利用的实际环境中，工作频率范围内的极化之间的隔离并不是恒定的。本发明可以即使当双极化天线的极化之间的隔离在工作频率范围内并非恒定时也有效地改善极化之间的隔离。

图3是根据本发明的另一实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线的电路框图。参考图3，根据本发明的其它实施例的配置与图2的配置相比具有的唯一差别在于该配置具有包括多个双极化天线部分（10—1、...、10—n）的（垂直）阵列天线。在这种情况下，发射信号是通过第一端口（P1）提供的，通过馈送器并被分配给所述多个双极化天线部分（10—1、...、和10—n）中的每个发射天线设备11以用于提供，并且被所述多个接收天线设备12接收的信号被耦合并输出到第二端口（P2）。

在此配置中，第一和第二耦合器21和22的耦合性能、均衡器30的功能特性以及导体24的长度被设计成使得被使用导体24通过第一耦合器21、均衡器30以及第二耦合器22而传输至第二端口（P2）以用于耦合的信号与从所述多个发射天线设备11发射并且非期望地被所述多个接收天线设备12接收的错误输入信号相比能够具有基本上相同的大小、具有在相位方面的180度的差、并在整个工作频带中具有相同的形状。

可如上所述地配置和操作根据本发明的实施例的装配有隔离提供设备的双极化天线。虽然本发明的描述举例说明了详细的实施例，但在不脱离本发明的范围的情况下可实施各种修改。

例如，虽然图1至3图示出发射天线设备11和接收天线设备12在物理上相互正交，但是其可处于电正交结构中。而且，发射和接收天线设备的物理安装结构采取各种形状，诸如X形状、四边形形状等。发射天线设备11和接收天线设备12的配置可采用双极化天线的各种现有结构中的一个。

另外，虽然描述了将本发明应用于正交双极化天线，但可将本发明应用于采取具有任何其它线性极化或圆形极化的结构的天线，或者可将其应用于多极化天线。

Claims (3)

1.一种装配有隔离提供设备的双极化天线，该双极化天线包括:

至少一个发射天线设备，其输出从第一端口通过馈送器提供的发射信号；

至少一个接收天线设备，其接收接收信号并将其提供给第二端口；

第一耦合器，其分配提供到第一端口的发射信号的一部分；

均衡器，其将由第一耦合器分配的信号均衡至一波形，所述波形对应于在发射信号的整个工作频带内的从相对低的频带到相对高的频带的特性；

第二耦合器，其接收来自均衡器的输出并将其与输出到第二端口的信号耦合；以及

导体，其形成第一耦合器、均衡器以及第二耦合器之间的信号输送路径，

其中，第一和第二耦合器的耦合性能、导体的长度以及均衡器的功能特性被设计成使得被使用导体通过信号输送路径传输至第二端口以用于耦合的信号与从所述至少一个发射天线设备输出且被错误地输入到所述至少一个接收天线设备的信号相比能够具有基本上相同的大小、具有相位方面的180度的差并在所述整个工作频带中具有相同的形状，

其中所述均衡器被配置为高通滤波器结构、低通滤波器结构、带阻滤波器结构以及带通滤波器结构中的一个。

2.如权利要求1所述的双极化天线，其中，所述第一耦合器和所述第二耦合器具有接触式或无接触功率分配器/耦合器的结构。

3.如权利要求1所述的双极化天线，其中，所述导体被配置为同轴线、带状线以及微带线中的一个。