CN104854758B - 双极化偶极天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双极化偶极天线(10)，该天线(10)包括第一偶极子(21)和第二偶极子(22)；所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)大致呈平面状，并且彼此连接以形成双极化偶极天线(10)；所述双极化偶极天线(10)包括分离的寄生电容元件(50)，该元件(50)被连接到所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)，以将所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)彼此固定。本发明还包括一种天线系统，该系统包括多个双极化偶极天线。

Description

双极化偶极天线
技术领域
本发明涉及一种双极化偶极天线，和一种包括此类天线的天线系统。
背景技术
双极化偶极天线在本领域是公知的。它们通常用在诸如GSM、GPRS、EDGE、UMTS、LTE、LTE Advanced和WiMax系统的无线通信系统的基站天线系统中。在这些无线系统中，他们通常用在基站天线阵列中。在这些天线类型中所使用的极化可以是圆形、椭圆形或线形的。
这些天线的类型具有两个偶极子，其被设置为使得天线在两个不同的极化下发射。在最简单的方式中，每一偶极子由双线传输线组成，该双线传输线一端被无线信号源驱动，另一端为开路。还有一种偶极子，采用偶极子图样蚀刻术将该偶极子蚀刻在印制电路板(PCB)层/基板上。
为了增加关于频带部署的灵活性而不增加天线单元的数目，现有技术目前的趋势是使用更多的宽带天线。例如，之前使用的1710-2170MHz波段的天线如今已被1710-2690MHz波段的天线所替代。这一趋势产生了新的技术挑战，例如，具有更多带宽天线元件的需求(也就是约45％相对于以前的约25％；元件的带宽；也就是说，例如操作带宽＝(fmax-fmin)/0.5(fmax+fmin))，和/或更多带宽的方法在现有技术设计范围之外。
一种现有技术的双极化天线(理工硕士论文：“一种用于LTE基站天线的宽带天线元件的设计”，Marie2009，瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University ofTechnology,Sweden))是由PCB层上彼此垂直安装的两个印刷偶极子组成。每一印刷偶极子还具有印刷在PCB板上的相关寄生元件，以增加天线的带宽。该寄生元件被印刷在偶极图样上的PCB板上。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够缓解或完全解决现有技术方案中的问题的解决方案。
根据本发明的第一方面，由一种双极化偶极天线来实现上述提到的目的，该天线包括第一偶极子和第二偶极子；所述的第一偶极子和第二偶极子大致呈平面状并且相互连接在一起，以形成双极化偶极天线；所述双极化偶极天线还包括分离的寄生电容元件，该寄生电容元件被装配至所述第一偶极子和第二偶极子，以便将上述第一和第二偶极子彼此固定。
上述偶极天线的不同优选实施例在所附的权利要求中定义。
根据本发明的第二方面，上述提到的目的还可以由天线系统来实现，该天线系统至少包括一列具有多个根据本发明的双极化偶极天线。
本发明提供一种机械上稳定的天线，这意味着上述两个偶极子在预定的位置(例如，在使用中偶极子之间呈90度角)以一种非常牢固的方式彼此装配在一起。而且，本发明的解决方案还因为上述两个偶极子具有大致相同的阻抗，因而和上述现有技术的解决方案相比，能够获得改进的天线性能。
另外，本发明的天线制造简单、便宜，从而节省成本。本发明的其他的优点和应用能够在下面本发明的详细描述中发现。
附图说明
图1是根据本发明的两个偶极子轴大致呈T形的双极化天线的实施例的透视分解图。
图2是本发明的实施例的侧视图；
图3是本发明的两个偶极子形状呈矩形的另一实施例的透视图。
图4是本发明的天线具有额外锁定装置的另一实施例的透视图。
图5是本发明的天线阵列的反射器结构和基底层上方的实施例的透视图。
图6是本发明的安装在天线阵列的基底层上的实施例。
具体实施方式
为了实现上述以及进一步的目的，本发明涉及一种双极化偶极天线10，该天线10包括第一偶极子21和第二偶极子22。偶极子21和22大致呈平面状，并(在使用时)彼此连接在一起使得二者共同形成所述双极化偶极天线10。天线10还包括装配至第一和第二偶极子21、22的分离的寄生电容元件50，该元件50设置成以便第一21和第二偶极子22彼此能够被牢固地安装在一起。
本发明的独立寄生电容元件50在天线10中具有电气功能和机械功能。上述电气功能是当为天线10的两个正交极化提供大致对称的寄生形状时，以增加天线10的带宽。寄生电容元件50在偶极天线10的阻抗曲线中引入新的谐振，从而作为附加的调谐元件，使偶极天线10具有更多的带宽。
另一方面，机械功能用于机械地将第一和第二偶极子21、22彼此固定在一起，从而提供稳定而坚固的天线结构。因当在使用时，第一和第二偶极子21、22将以预定位置(例如，偶极子21、22之间呈固定角度)被彼此固定在一起。
具有在PCB层/基板上印刷的寄生元件的上述现有技术解决方案意味着，所述偶极子中的一个必须具有间断设置的寄生元件，这表明所述两个偶极子将有不同阻抗调谐的需求，并且因此在两个极化之间辐射图可能具有不必要的不对称。本天线10的配置消除了此类不必要的不对称。
因为本发明提供的无缝导电寄生元件，以及如上述现有技术的解决方案中所讨论的，无需额外锡焊或导电元件以桥接中断的PCB图样，本天线10易于组装，并且制造简单、便宜。
图1示出根据本发明的双极化偶极天线10的第一实施例。天线10具有第一偶极子21和第二偶极子22，该第一和第二偶极子由来自PCB层上蚀刻导电偶极图样的的预装偶极子制成。正如已经提到的，偶极子21、22彼此垂直连接(也就是，偶极子之间呈90度角)，并且在这一特定实施例中，采用分别设置在每个偶极子21、22上的第一凹槽61和第二凹槽62将这两个偶极子彼此连接在一起。第一凹槽61从第一偶极子21的下边缘开始并向上延伸，同时第二凹槽62从第二偶极子22的上边缘开始并向下延伸。在使用时，偶极子21、22插入各自其他偶极子的凹槽62、61。但是，应当理解的是，偶极子21、22可以由其他方法彼此连接，这些方法诸如焊接，使用粘合剂或本领域其他公知方法的组合。还应指出，根据这一实施例，分离的寄生电容元件50被安装到第一偶极子和第二偶极子21、22的上部，以便将它们固定在一起。
如上所述，本天线10还包括寄生电容元件50，该元件50在这种情况下大致呈交叉形状(也就是，其和两个连接在一起的偶极子21、22的形状相一致)，并且该寄生电容被连接到各自偶极子21、22的上部。根据本发明的实施例，寄生电容元件50可具有对应于偶极子21、22的头部71、72的凹部80，使得当天线10被组装时，该头部71、72能够被压配到相应的凹部。因此采用该实施例可实现非常牢固的安装。
为了进一步提高两个偶极子21、22彼此之间的机械固定，如图2和图4所示，根据本发明的另一实施例，天线10可具有一个或多个锁定装置90，用于将寄生电容元件50锁定到第一和第二偶极子21、22。根据一实施例，该锁定装置90可包括由分别安装在偶极子21、22的合适位置的凹槽91和相应的锁舌92组成。当寄生元件50被安装到偶极子21、22上时，通过在预定位置在寄生元件50上施加锁定力(机械的)，锁舌92将寄生元件50锁定在该位置。
优选地，寄生元件50由分离的金属片部件制成，诸如铝片。这是一种容易且简单的制造本寄生电容元件50的方式。发明人已使用对于1700到2700MHz频段具有良好性能厚度为0.5毫米的铝片。
寄生电容元件50大致可呈平面状，以使该天线10的制造更容易。根据这些特定实施例，寄生电容元件50也可以大致垂直于第一和第二偶极子21、22延伸。此外，寄生电容元件50也可以大致沿着第一和第二偶极子21、22的上边缘部分延伸，以增加带宽，并且对于双极化偶极元件两个极化可获得相同的辐射图。
依赖于相关的天线应用，两个偶极子21、22可具有许多不同的形状。图1-6中的天线10的实施例示出了蚀刻在PCB上的偶极子大致呈矩形或T形。图3中的实施例示出了具有蚀刻在PCB上呈矩形的偶极子的天线(根据该实施例，巴伦设计是不同的)。每一个偶极子21、22还具有安装在偶极子上边缘的中心的头部，以及安装在偶极子的下边缘上方向向下的突起，该突起用于将天线连接到图5所示的基底100上，每一偶极子还具有用于偶极子21、22突起的相应的接纳装置。
如图4所示的天线的实施例具有大致呈T形的偶极子21、22。在该实施例中的偶极子21、22包括所述额外的锁定装置90(凹槽91和相应的锁舌92)，该锁定装置设置在偶极子21、22两翼的上边缘。通过在偶极子21、22的上边缘设置锁定装置90，可能具有矩形的装置。采用额外的锁定装置90，寄生电容元件50甚至可以更紧固地被装配到偶极子21、22上，从而进一步提升在预定位置处两个偶极子21、22彼此固定的效果。
根据本发明的另一实施例，本天线还包括基底100，其中第一偶极子21和第二偶极子22被装配到所述基底的下部。优选地，基底100是由PCB基板制成，并包括馈送装置，其被设置为当使用时向各自的偶极子21、22馈送由所述偶极子21，22激励的射频(RF)信号。图5和图6示出此装置。基底100被设置在导电反射器结构的下方，并且该反射器结构具有用于露出基底的开孔，使得天线能够在这些特定的开孔中被装配到基底100。偶极子对21、22的PCB板通过诸如焊接的方式被装配到基底100，并且相应的偶极子21、22通过本领域公知方法电气连接于上述馈送装置。如上所述，偶极子21、22在其下边缘可具有突起，用于按以上描述的方式装配至基底100。由于在天线的下边缘，天线被装配至基底，以及在天线上边缘处装配寄生电容元件50，图5和图6中所示的实施例提供了一种非常稳固的装配。
本发明还提供具有一个或多个天线阵列的天线系统。这些天线的类型在诸如GSM、GPRS、EDGE、UMTS、LTE、LTB Advanced和WiMax等无线通信系统的基站中是通用的。本天线系统的阵列具有多个天线。图5和图6分别示出此类天线的截面。然而，应当指出，多频带天线能够采用现有技术/传统天线设计和本发明的天线的组合来设计。
此外，正如本领域技术人员所理解，有许多制造偶极子21、22和寄生电容元件50的方法，诸如金属偶极子、金属化塑料等。下面指出几个制造这些部件的相关方法的例子。
●由塑料制成层压板，具有非导电区域，该区域用例如胶带来掩膜，然后通过诸如真空金属喷镀进行金属化
●使用包含诸如钯的粘合材料，当通过例如采用激光束曝光图样表面以曝光时，使得制作表面电镀成为可能。
●烫印：薄板图样由导电箔热冲压塑料层压板制成。
●在具有支撑非导电层压板支撑结构的软PCB、聚酯纤维或压顶石上，形成图样。
●共模压板，采用一种可电镀塑料材料和不可能金属化的另一种塑料材料制。
●在激光/水切割或冲压的金属板，或模制由具有导电上表面的具有塑料偶极电容元件所隔开的大致扁平的金属部件，形成图样。
●采用背面上的胶金属贴纸(蜡纸，等等)在基板上，其象双面胶一样被粘贴在层压板上，这里载体材料是导电的。
最后，应当理解，本发明并不限于上述的实施例，而是涉及并包括所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种双极化偶极天线(10)，包括：
第一偶极子(21)和第二偶极子(22)，所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)大致呈平面状，并且彼此连接以形成双极化偶极天线(10)；以及
寄生电容元件(50)，所述寄生电容元件被装配至所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)，以将所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)彼此固定，
其中所述第一偶极子(21)包括第一凹槽(61)，第二偶极子(22)包括第二凹槽(62)，并且所述第一偶极子(21)被插入到所述第二凹槽(62)，或者反之亦然，以将所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)连接在一起，
其中所述寄生电容元件(50)大致呈平面状，
其中所述寄生电容元件(50)大致垂直于所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)延伸，
其中所述寄生电容元件(50)大致沿着所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)的上边缘部分延伸，
其中所述寄生电容元件(50)大致呈交叉形状，
其中所述第一偶极子(21)至少具有第一头部(71)，所述第二偶极子(22)至少具有第二头部(72)，并且所述寄生电容元件(50)具有分别对应于所述第一头部(71)和所述第二头部(72)的凹部(80)，并且其中为了将所述寄生电容元件(50)装配至所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)，所述头部(71，72)被设置为被压配至所述凹部(80)。
2.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述寄生电容元件(50)是由金属片制成。
3.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述第一凹槽(61)从所述第一偶极子(21)的下边缘向上延伸，并且所述第二凹槽(62)从所述第二偶极子(22)的上边缘向下延伸。
4.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)彼此垂直连接，以形成交叉形状的偶极天线(10)。
5.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)大致呈T形或矩形。
6.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)是由具有蚀刻导电偶极子图样的印刷电路板制成。
7.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，其中所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)各自还包括至少一个锁定装置(90)，所述锁定装置用于将所述寄生电容元件(50)锁定到所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)。
8.根据权利要求7所述的双极化偶极天线，其中所述锁定装置(90)包括具有相应锁舌(92)的凹槽(91)。
9.根据权利要求1所述的双极化偶极天线，还包括基底(100)，所述基底(100)具有向所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)馈送用于激励的射频(RF)信号的装置，并且其中所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)沿着所述基底(100)的下边缘装配至所述基底(100)，并且电连接至所述馈送装置。
10.一种用于无线通信系统的天线系统，包括至少一个具有多个双极化偶极天线(10)的天线阵列，其中所述多个双极化偶极天线的每一个包括：
第一偶极子(21)和第二偶极子(22)，所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)大致呈平面状，并且彼此连接以形成双极化偶极天线(10)；以及
寄生电容元件(50)，其被装配到所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)，以将所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)彼此固定，
其中所述第一偶极子(21)包括第一凹槽(61)，第二偶极子(22)包括第二凹槽(62)，并且所述第一偶极子(21)被插入到所述第二凹槽(62)，或者反之亦然，以将所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)连接在一起，
其中所述寄生电容元件(50)大致呈平面状，
其中所述寄生电容元件(50)大致垂直于所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)延伸，
其中所述寄生电容元件(50)大致沿着所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)的上边缘部分延伸，
其中所述寄生电容元件(50)大致呈交叉形状，
其中所述第一偶极子(21)至少具有第一头部(71)，所述第二偶极子(22)至少具有第二头部(72)，并且所述寄生电容元件(50)具有分别对应于所述第一头部(71)和所述第二头部(72)的凹部(80)，并且其中为了将所述寄生电容元件(50)装配至所述第一偶极子(21)和所述第二偶极子(22)，所述头部(71，72)被设置为被压配至所述凹部(80)。
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