CN105144483B

CN105144483B - 圆极化天线

Info

Publication number: CN105144483B
Application number: CN201380076123.7A
Authority: CN
Inventors: 王楠; O.尼赫斯
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: EP2962362A1; US20150116185A1; CN105144483A; EP2962362A4; US9614292B2; EP2962362B1; WO2014131195A1

Abstract

提出了一种宽带圆极化天线。所述圆极化天线包括至少四个单极天线元件，其具有带有相应的至少四个法线的相应的至少四个辐射表面。所述单极天线元件被围绕着垂直轴布置。相应辐射表面的法线垂直于垂直轴且远离垂直轴指向。宽带圆极化天线包括被通信耦合到所述至少四个单极天线元件的边缘部分的至少一个馈电网络。第一天线元件被用从用来驱动第二天线元件的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动。第二驱动相位从被用来驱动第三单极天线元件的第三驱动相位偏移90度。第三驱动相位从被用来驱动第四天线元件的第四驱动相位偏移90度。

Description

圆极化天线

背景技术

圆极化天线在全球定位系统（GPS）、卫星以及雷达应用中被广泛地使用。在特定应用的地面站中，圆极化天线在从顶点（直接地在头上）至水平线附近的非常低的仰角的在水平线以上的任何位置处要求良好的轴比（AR）。如在本领域中已知的，轴比是辐射的垂直电场（E_vert）分量和水平电场（E_hor）分量的比。诸如微带贴片或螺旋天线之类的某些传统设计由于其在低仰角下的差的AR而不可用作圆极化天线。

为了改善低仰角下（例如，在水平线的25度内的仰角下）的极化天线的轴比，要求三维（3D）空间结构。某些现有技术圆极化天线包括相对于水平面以45度取向角布置的四个偶极子，并且其中，每个相对的偶极子对是相互垂直的。在相对的偶极子对之间保持此精确的垂直取向是困难的。要求显著的机械工程（ME）来设计组装固定装置、特殊ME支撑、特殊ME组装方法并执行分析以确保长期质量。

由于上述原因且由于在阅读和理解本说明书时对于本领域技术人员而言将变得显而易见的下面所述的其它原因，在本领域中存在对改进的系统和方法的需要。

发明内容

本发明的实施例提供了用于圆极化天线的方法和系统，并且将通过阅读和研究以下说明书而被理解。

本申请涉及一种宽带圆极化天线，其包括至少四个单极天线元件，其具有带有相应的至少四个法线的相应的至少四个辐射表面，所述至少四个单极天线元件被围绕着垂直轴布置，使得所述至少四个相应的辐射表面的所述至少四个法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向；至少一个馈电网络，其被通信耦合到所述至少四个单极天线元件的至少四个相应的边缘部分。用从用来驱动第二单极天线元件的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件。第二单极天线元件的第二辐射表面被关于第一单极天线元件的第一辐射表面正交地布置。第二驱动相位从被用来驱动第三单极天线元件的第三驱动相位偏移90度。第三单极天线元件的第三辐射表面被关于第二单极天线元件的第二辐射表面正交地布置。第三单极天线元件的第三辐射表面与第一单极天线元件的第一辐射表面方向相反。第三驱动相位从被用来驱动第四单极天线元件的第四驱动相位偏移90度。第四单极天线元件的第四辐射表面被关于第三单极天线元件的第三辐射表面和第一单极天线元件的第一辐射表面两者正交地布置。第四单极天线元件的第四辐射表面与第二单极天线元件的第二辐射表面方向相反。

附图说明

当鉴于优选实施例的描述和以下附图来考虑时，可以更容易地理解本发明的实施例且其另外的优点和使用更加显而易见，在所述附图中：

图1是根据本发明的宽带圆极化天线的实施例的斜视图；

图2是图1的宽带圆极化天线的正Z方向上的视图；

图3是作为频率的函数的用于图1的宽带圆极化天线的回波损耗的图。

图4是根据本发明的形成宽带圆极化天线的单极天线元件的部分天线阵列的实施例的斜视图；

图5是作为仰角的函数的处于右旋和左旋极化两者的图4的宽带圆极化天线的轴比性能的图；

图6是图4的宽带圆极化天线可操作用于辐射右旋圆极化场时的作为仰角的函数的用于右旋和左旋极化的天线增益图案的图；

图7是根据本发明的共享同一垂直轴并形成宽带圆极化天线的图1的多个宽带圆极化天线的实施例的斜视图；

图8是根据本发明的共享同一垂直轴并形成宽带圆极化天线的图4的多个宽带圆极化天线的实施例的斜视图；以及

图9是根据本发明的使用宽带圆极化天线来生成宽带圆极化辐射的方法。

根据一般惯例，各种所述特征并未按比例绘制，而是为了强调与本发明有关的特征而绘制。遍及各图和正文，参考字符表示相似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过其中可实施本发明的特定说明性实施例的方式示出。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明，并且应理解的是可利用其它实施例且在不脱离本发明的范围的情况下可进行逻辑、机械以及电气改变。因此，不应在限制性意义上理解以下详细描述。

在本文中，描述了一种圆极化天线，其克服了上述问题并且其实现比当前可用圆极化天线更宽的操作频带。本申请的实施例包括至少四个单极天线元件。每个单极天线元件具有辐射表面。单极天线元件被围绕着垂直轴布置，使得相应辐射表面的法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向。将驱动每个单极天线元件的馈电网络在四个单极天线元件的四个相应的边缘部分处被通信耦合到四个单极天线元件。当相位分别地以0°、-90°、-180°和-270°相角驱动第一、第二、第三以及第四单极天线元件时，从圆极化天线辐射的电场针对在水平线以上的仰角是右旋圆极化（RHCP），并且针对明显在水平线以下的某些仰角是左旋圆极化（LHCP）。通过针对相应的第一、第二、第三以及第四单极天线元件使驱动相角反向成0°、+90°、+180°、+270°，辐射场针对在水平线以上的仰角是LHCP，并且针对明显在水平线以下的某些仰角是RHCP。

每个单极天线元件被相对于中心结构垂直地组装。该中心结构作为机械支撑和射频（RF）接地连接。至少四个单极天线元件被连接到同一信号接地参考。每个天线元件是单极辐射器。基本辐射单元的辐射电场（E场）覆盖360°方位角范围内的从垂直（0°）至水平（90°）的所有仰角。基于单极天线元件被驱动所处的相角，相对的天线对的辐射E场是垂直的。总天线阵列在非常低的仰角下创建圆极化。最简单拓扑是位于水平线以上的四个单极宽带辐射器（天线元件）。在本实施例的一个实施方式中，将四个被成像未馈电单极宽带辐射器对称地布置在水平线以下。该四个被成像未馈电单极宽带辐射器被连接到适当的负载阻抗以优化轴比。

图1是根据本发明的宽带圆极化天线10的实施例的斜视图。图2是图1的宽带圆极化天线10的正Z方向上的视图。在图2中，看到在沿着z轴的正z方向上看的宽带圆极化天线10。宽带圆极化天线10包括具有四个相应的辐射表面121—124的四个单极天线元件111—114。当宽带圆极化天线10在操作中时，从辐射表面121—124发射电磁场，使得宽带圆极化天线10在360°的方位角的范围内以从垂直（0°）到水平（90°）的所有仰角发射圆极化辐射（或接近圆极化辐射）。将用于每个辐射表面121—124的法线表示为相应的箭头131—134。

将四个单极天线元件111—114布置在垂直轴20（在z方向上示出）周围，使得所述至少四个相应的辐射表面121—124的四个法线131—134垂直于垂直轴20（即，在y-z平面上）并远离垂直轴20指向。馈电网络150被通信耦合到四个单极天线元件111—114的相应的边缘部分。

第一单极天线元件111具有带有第一法线131的第一辐射表面121。第一单极天线元件111的第一边缘部分146经由馈电网络150的第一接触区域141被连接到馈电网络150。

第二单极天线元件112具有带有第二法线132的第二辐射表面122。第二单极天线元件112的第二边缘部分147经由馈电网络150的第二接触区域142连接到馈电网络150。第二单极天线元件112的第二辐射表面122被关于第一单极天线元件111的第一辐射表面121正交地布置。

第三单极天线元件113具有带有第三法线133的第三辐射表面123。第三单极天线元件113的第三边缘部分（不可见）经由馈电网络150的第三接触区域143被连接到馈电网络150。第三单极天线元件113的第三辐射表面123被关于第二单极天线元件112的第二辐射表面122正交地布置。第三单极天线元件113的第三辐射表面123与第一单极天线元件111的第一辐射表面121方向相反（即，法线131与法线133方向相反）。

第四单极天线元件114具有带有第四法线134的第四辐射表面124。第四单极天线元件114的第四边缘部分（不可见）经由馈电网络150的第四接触区域144被连接到馈电网络150。第四单极天线元件114的第四辐射表面124被关于第三单极天线元件113的第三辐射表面123和第一单极天线元件111的第一辐射表面121两者正交地布置。第四单极天线元件114的第四辐射表面124与第二单极天线元件112的第二辐射表面122方向相反（即，法线132与法线134方向相反）。

第一单极天线元件111被以从用来驱动第二单极天线元件112的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动。第二单极天线元件112被以从用来驱动第三单极天线元件113的第三驱动相位偏移90度的第二驱动相位驱动。第三驱动相位从用来驱动第四单极天线元件114的第四驱动相位偏移90度。

为了从宽带圆极化天线10辐射右旋圆极化电磁场，用0度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件111，用-90度的第二驱动相位驱动第二单极天线元件112，用-180度的第三驱动相位驱动第三单极天线元件113，并且用-270度的第四驱动相位驱动第四单极天线元件114。如本文所使用的，短语“单极天线元件被以θ度的相位驱动”指的是“以θ度的相角来驱动单极天线元件”。

为了从宽带圆极化天线10辐射左旋圆极化电磁场，用0度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件111，用+90度的第二驱动相位驱动第二单极天线元件112，用+180度的第三驱动相位驱动第三单极天线元件113，并且用+270度的第四驱动相位驱动第四单极天线元件114。

如图2中所示，在相应的法线131—134的相反方向上延伸的延伸部分131'—134'在垂直轴20上的点21处交叉。馈电网络150的中心具有开口，支撑结构160被通过该开口与垂直轴20平行地布置。如图2中所示，支撑结构160被布置成使得垂直轴20位于支撑结构160的中心处。支撑结构160被固定地附着到馈电网络150。

四个辐射表面121—124与垂直轴20等距，并且因此也与支撑结构160等距。四个宽带单极天线元件111—114与中心支撑结构160之间的距离“d”（图2）与宽带圆极化天线10的中心操作频率相关。距离“d”被设置成优化宽带圆极化天线10的性能。RF接地连接器被连接到四个单极天线元件111—114。

在本实施例的一个实施方式中，支撑结构是金属管道。如果支撑结构是金属管道或其它金属机械结构，则单极宽带辐射器与金属支撑结构之间的间距被设计成最优值，使得来自金属支撑结构的反射效应被最小化。在这种情况下，支撑结构是RF接地连接器。

如图2中所示，单极天线元件111—114位于相应的印刷电路板（PCB）126—129上面。示出了在相应的PCB 126—129下面或通过其延伸的馈电网络150的接触区域141—144。在本实施例的一个实施方式中，单极天线元件111—114被印刷到相应的PCB 126—129上。在本实施例的另一实施方式中，单极天线元件111—114被金属镀覆到相应的PCB 126—129上。在本实施例的又一实施方式中，由标准加工过程实现单极天线元件111—114并且单极天线元件111—114被附着到相应的PCB 126—129。

在本实施例的一个实施方式中，单极天线元件111—114发射圆形辐射图案。在这种情况下，单极天线元件111—114是圆形天线辐射器，并且每个单极天线元件111—114的半周长被设置成发射辐射的1/4等价波长。对于1575.42 MHz的全球定位系统（GPS）L1频率而言，发射辐射的波长是19厘米，并且四分之一波长约为47.6mm且单极天线元件的半径约为15mm。

图3是作为发射辐射的频率的函数的用于图1的宽带圆极化天线的回波损耗的图。图3示出了使用在全球定位系统（GPS）L1频率（1575.42 MHz）下被以0、-90、-180和-270相位驱动的四个圆形辐射器（单极天线元件111—114）的模拟结果。-10dB带宽从1.28 GHz延伸至1.86 GHz，其为中心频率1.57 GHz的约36%。回波损耗提供阻抗匹配的指示。具有大量值的以分贝为单位的负值指示期望的良好阻抗匹配。0dB回波损耗指示由于例如以开路或短路终止而引起的坏的阻抗匹配。

图4是根据本发明的形成宽带圆极化天线11的单极天线元件111、112、113、114、211、212、213和214的部分天线阵列（bay）的实施例的斜视图。宽带圆极化天线11也称为部分天线阵列11。除第五单极天线元件211、第六单极天线元件212、第七单极天线元件213以及第八单极天线元件214之外，宽带圆极化天线11包括单极天线元件111、112、113和114，其被如上文关于图1和2所述地结构化和运行。

四个附加单极天线元件211—214被布置在垂直轴20周围，使得四个相应的辐射表面221—224的四个法线231—234垂直于垂直轴20并远离垂直轴20指向。四个单极天线元件211—214通过与相应的相邻单极天线元件111—114的电感耦合被馈电。馈电网络150未被通信地耦合到单极天线元件211—214。

第五单极天线元件211具有带有第五法线231的第五辐射表面221。第五单极天线元件211通过来自第一单极天线元件111的互耦合而被馈电。第五单极天线元件211的第五辐射表面221和第一辐射表面121在第一平面中。如图4中所示，第一平面平行于支撑单极天线元件111和211两者的PCB 226。

第六单极天线元件212具有带有第六法线232的第六辐射表面222。第六单极天线元件212的第六辐射表面222被关于第五单极天线元件211的第五辐射表面221正交地布置。第六单极天线元件212通过来自第二单极天线元件112的互耦合而被馈电。第六单极天线元件212的第六辐射表面222和第二辐射表面122在第二平面中。如图4中所示，第二平面平行于支撑单极天线元件112和212两者的PCB 227。

第七单极天线元件213具有带有第七法线233的第七辐射表面223。第七单极天线元件213的第七辐射表面223被关于第六单极天线元件212的第六辐射表面222正交地布置。第七单极天线元件213的第七辐射表面223与第五单极天线元件211方向相反（即，法线231与法线233方向相反）。第七单极天线元件213的第七辐射表面223和第三辐射表面123在第三平面中。第七单极天线元件213通过来自第三单极天线元件113的互耦合而被馈电。如图4中所示，第三平面平行于支撑单极天线元件113和213两者的PCB 228。

第八单极天线元件214具有带有第八法线234的第八辐射表面224。第八单极天线元件214的第八辐射表面224被关于第七单极天线元件113的第七辐射表面223和第五单极天线元件211的第五辐射表面221两者正交地布置。第八单极天线元件214的第八辐射表面224与第六单极天线元件212的第六辐射表面222方向相反（即，法线232与法线234方向相反）。第八单极天线元件214的第八辐射表面224和第四辐射表面124在第四平面中。第八单极天线元件214通过来自第四单极天线元件114的互耦合而被馈电。如图4中所示，第四平面平行于支撑单极天线元件114和214两者的PCB 229。

由于互电感耦合，第五单极天线元件211被以第一驱动相位驱动，该第一驱动相位从用来驱动第二单极天线元件112和第六单极天线元件212的第二驱动相位偏移90度。由于互电感耦合，第六单极天线元件212被以第二驱动相位驱动，该第二驱动相位从用来驱动第三单极天线元件113和第七单极天线元件213的第三驱动相位偏移90度。由于互电感耦合，第七单极天线元件213被以第三驱动相位驱动，该第三驱动相位从用来驱动第四单极天线元件114和第八单极天线元件214的第四驱动相位偏移90度。

在相应的法线231—234的相反方向上延伸的延伸部分在垂直轴20上的点处交叉。四个辐射表面221—224与垂直轴20等距，并且因此也与支撑结构160等距。与单极天线元件111—114一样，四个宽带单极天线元件211—214和中心支撑结构160之间的距离“d”（图2）与中心操作频率有关，并被设置成优化宽带圆极化天线11的性能。

如图4中所示，RF接地连接器161被连接到所述至少四个单极天线元件111—114并沿着支撑结构160延伸至地。在本实施例的一个实施方式中，支撑结构160本身是RF接地连接器。

图5是作为仰角的函数的处于右旋和左旋极化两者的图4的宽带圆极化天线11的轴比性能的图。顶点（在图4中所示的Z方向上）处于0度，并且水平线处于+90度。标记为310的曲线是用于从宽带圆极化天线11发射的右旋圆极化（RHCP）辐射的轴比性能。为了从宽带圆极化天线11辐射右旋圆极化电磁场，分别地以0度的第一驱动相位来驱动第一和第五单极天线元件111和211，分别地以-90的第二驱动相位来驱动第二和第六单极天线元件112和212，分别地以-180度的第三驱动相位来驱动第三和第七单极天线元件113和213，并且分别地以-270度的第四驱动相位来驱动第四和第八单极天线元件114和214。

标记为320的曲线是用于从宽带圆极化天线11发射的左旋圆极化（LHCP）辐射的轴比性能。为了从宽带圆极化天线11辐射左旋圆极化电磁场，分别地以0度的第一驱动相位来驱动第一和第五单极天线元件111和211，分别地以+90的第二驱动相位来驱动第二和第六单极天线元件112和212，分别地以+180度的第三驱动相位来驱动第三和第七单极天线元件113和213，并且分别地以+270度的第四驱动相位来驱动第四和第八单极天线元件114和214。

图6是当图4的宽带圆极化天线操作用于辐射右旋圆圆极化场时的作为仰角的函数的用于右旋和左旋极化的天线增益图案的图。在标记为330的曲线中示出了作为仰角的函数的以分贝（dB）为单位的RHCP。在标记为340的曲线中示出了作为仰角的函数的以dB为单位的LHCP。在顶点处，LHCP场从RHCP场向下约50 dB。在水平线处，辐射是略微椭圆形的，并且LHCP场从RHCP场向下约7 dB。

图7是根据本发明的共享同一垂直轴20并形成宽带圆极化天线12的图1的多个宽带圆极化天线10（1—N）的实施例的斜视图。N是正整数。如图7中所示，所述多个宽带圆极化天线10（1—N）中的每个共享同一支撑结构160，并且因此被对准到同一垂直轴20。如图7中所示，垂直堆叠的宽带圆极化天线10（1—N）的取向（在x、y、z坐标系中）是相同的。被对准到垂直轴20的宽带圆极化天线10的增加数目改善了天线增益图案，增加了从上半球输出的功率，提供对下半球中的信号的增加的抑制，并且在从水平线以上到水平线以下的过渡中给予更急剧的截止（cut-off）。

在本实施例的一个实施方式中，N＝3，并且在宽带圆极化天线12中存在12个单极天线元件。在本实施例的一个实施方式中，N是17，并且在宽带圆极化天线12中存在68个单极天线元件。

图8是根据本发明的共享同一垂直轴20并形成宽带圆极化天线13的图4的多个宽带圆极化天线11（1—N）的实施例的斜视图。如图8中所示，所述多个宽带圆极化天线11（1—N）中的每个共享同一支撑结构160，并且因此被对准到同一垂直轴20。如图8中所示，垂直堆叠的宽带圆极化天线11（1—N）的取向（在x、y、z坐标系中）是相同的。被对准到垂直轴20的宽带圆极化天线11的更大数目改善了天线增益图案，增加了从上半球输出的功率，提供对下半球中的信号的增加的抑制，并且在从水平线以上到水平线以下的过渡中给予更急剧的截止。在本实施例的一个实施方式中，N是17，并且在宽带圆极化天线12中存在136个单极天线元件。例如，单极天线元件111—114和211—214的第二部分天线阵列11—2包括第九至第十六单极天线元件111—114和211—214，其中，第九至第十六单极天线元件111—114和211—214被相对于彼此配置，如第一至第八单极天线元件111—114和211—214被彼此配置那样。

在本实施例的一个实施方式中，形成宽带圆极化天线10—13中的任何天线的单极天线元件（例如，单极天线元件111—114）是具有圆形形状的圆盘单极天线。在这种情况下，圆盘单极天线具有等于发射辐射的四分之一等价波长的相应的半周长。在本实施例的另一实施方式中，形成宽带圆极化天线10-13中的任何天线的单极天线元件（例如，单极天线元件111-114）是具有领结（bow-tie）形状的领结单极天线。在这种情况下，领结单极天线具有等于发射辐射的四分之一等价波长的相应的半周长。

图9是根据本发明的使用宽带圆极化天线来生成宽带圆极化辐射的方法900。参考图1和4的宽带圆极化天线来描述方法900，然而方法900适用于宽带圆极化天线的其它实施例。

在块902处，第一单极天线元件111的第一辐射表面121被与第二单极天线元件112的第二辐射表面122正交地、在第三单极天线元件113的第三辐射表面123的相反方向上并与第四单极天线元件114的第四辐射表面124正交地布置。第一、第二、第三和第四辐射表面121—124与垂直轴20等距且远离垂直轴20指向。

在块904处，用第一驱动相位来驱动第一单极天线元件111。

在块906处，用从第一驱动相位偏移90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件112。

在块908处，用从第二驱动相位偏移90度且从第一驱动相位偏移180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件113。

在块910处，用从第三驱动相位偏移90度、从第二驱动相位偏移180度且从第一驱动相位偏移270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件114。

当用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件111；用-90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件112；用-180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件；并用-270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件时，宽带圆极化天线辐射右旋圆极化场。

同样地，当第一驱动相位是0度，用+90度的第二驱动相位驱动第二单极天线元112；用+180度的第三驱动相位驱动第三单极天线元件；并且用+270度的第四驱动相位驱动第四单极天线元时，宽带圆极化天线辐射左旋圆极化场。

当宽带圆极化天线在部分天线阵列中包括八个单极天线元件时，则第五单极天线元件的第五辐射表面被与第六单极天线元件的第六辐射表面正交地、在第七单极天线元件的第七辐射表面的相反方向上并与第八单极天线元件的第八辐射表面正交地布置。第五、第六、第七和第八辐射表面与垂直轴等距，并且远离垂直轴指向。在本实施例中，第五单极天线元件在驱动第一单极天线元件时被与第一驱动相位电感耦合，第六单极天线元件在驱动第二单极天线元件时被与第二驱动相位电感耦合，第七单极天线元件在驱动第三单极天线元件时被与第三驱动相位电感耦合，并且第八单极天线元件在驱动第四单极天线元件时被与第四驱动相位电感耦合。

通过这个方法的实施方式，现有技术45度偶极子取向不再是必要的。单极天线元件容易地被组装而形成具有宽带宽的天线，从而扩展天线的操作频率范围。

示例性实施例

示例1包括宽带圆极化天线，其包括：至少四个单极天线元件，其具有带有相应的至少四个法线的相应的至少四个辐射表面，所述至少四个单极天线元件被围绕着垂直轴布置，使得所述至少四个相应的辐射表面的所述至少四个法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向；至少一个馈电网络，其被通信耦合到所述至少四个单极天线元件的至少四个相应的边缘部分，其中，用从用来驱动第二单极天线元件的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件，其中，第二单极天线元件的第二辐射表面被关于第一单极天线元件的第一辐射表面正交地布置，其中，第二驱动相位从用来驱动第三单极天线元件的第三驱动相位偏移90度，第三单极天线元件的第三辐射表面被关于第二单极天线元件的第二辐射表面正交地布置，并且第三单极天线元件的第三辐射表面与第一单极天线元件的第一辐射表面方向相反，其中，第三驱动相位从用来驱动第四单极天线元件的第四驱动相位偏移90度，第四单极天线元件的第四辐射表面被关于第三单极天线元件的第三辐射表面和第一单极天线元件的第一辐射表面两者正交地布置，并且第四单极天线元件的第四辐射表面与第二单极天线元件的第二辐射表面方向相反。

示例2包括示例1的宽带圆极化天线，其中，用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件，用-90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件，用-180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件，并用-270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件，以辐射右旋圆极化场。

示例3包括示例1的宽带圆极化天线，其中，用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件，用+90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件，用+180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件，并用+270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件，以辐射左旋圆极化场。

示例4包括示例1—3中的任一项的宽带圆极化天线，还包括：第五单极天线元件，其具有第五辐射表面；第六单极天线元件，其具有第六辐射表面；第七单极天线元件，其具有第七辐射表面；以及第八单极天线元件，其具有第八辐射表面，其中，所述第五单极天线元件的第五辐射表面和第一辐射表面在第一平面中，并且所述第五单极天线元件通过来自所述第一单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第六辐射表面和第二辐射表面在第二平面中，并且所述第六单极天线元件通过来自所述第二单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第七辐射表面和第三辐射表面在第三平面中，并且所述第七单极天线元件通过来自所述第三单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第八辐射表面和第三辐射表面在第四平面中，并且所述第八单极天线元件通过来自所述第四单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第一至第八单极天线元件形成单极天线元件的部分天线阵列。

示例5包括示例4的宽带圆极化天线，其中，单极天线元件的部分天线阵列是单极天线元件的第一部分天线阵列，所述天线还包括：单极天线元件的第二部分天线阵列，包括另外的第九至第十六单极天线元件，其中，所述第九至第十六单极天线元件被相对于彼此配置，如第一至第八单极天线元件被彼此配置那样。

示例6包括示例1—5中的任一项的宽带圆极化天线，还包括：其中，所述至少四个辐射表面与垂直轴等距，并且其中，所述相应的至少四个法线的延伸部分在垂直轴上的点处交叉。

示例7包括示例1—6中的任一项的宽带圆极化天线，还包括：RF接地连接器，其被连接到所述至少四个单极天线元件。

示例8包括示例1—7中的任一项的宽带圆极化天线，还包括：支撑结构被平行于垂直轴布置，该支撑结构被固定地附着到所述至少一个馈电网络。

示例9包括示例1—8中的任一项的宽带圆极化天线，其中，所述至少四个单极天线元件是至少四个圆盘单极天线。

示例10包括示例9的宽带圆极化天线，其中，所述至少四个圆盘单极天线具有等于发射辐射的四分之一等价波长的相应的半周长。

示例11包括示例1—10中的任一项的宽带圆极化天线，其中，所述至少四个单极天线元件每个以领结形状或圆形形状中的一个发射辐射。

示例12包括生成宽带圆极化辐射的方法，该方法包括：与第二单极天线元件的第二辐射表面正交、在第三单极天线元件的第三辐射表面的相反方向上且与第四单极天线元件的第四辐射表面正交地布置第一单极天线元件的第一辐射表面，其中，第一、第二、第三和第四辐射表面与垂直轴等距且远离垂直轴指向；用第一驱动相位来驱动第一单极天线元件；用从第一驱动相位偏移90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件；用从第二驱动相位偏移90度且从第一驱动相位偏移180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件；以及用从第三驱动相位偏移90度、从第二驱动相位偏移180度且从第一驱动相位偏移270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件。

示例13包括示例12的方法，其中，用第一驱动相位来驱动第一单极天线元件包括用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件；其中，用第二驱动相位来驱动第二单极天线元件包括用-90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件；其中，用第三驱动相位来驱动第三单极天线元件包括用-180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件；以及其中，用第四驱动相位来驱动第四单极天线元件包括用-270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件。

示例14包括示例12的方法，其中，用第一驱动相位来驱动第一单极天线元件包括用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件；其中，用第二驱动相位来驱动第二单极天线元件包括用+90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件；其中，用第三驱动相位来驱动第三单极天线元件包括用+180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件；以及其中，用第四驱动相位来驱动第四单极天线元件包括用+270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件。

示例15包括示例12—14中的任一项的方法，还包括：与第六单极天线元件的第六辐射表面正交、在第七单极天线元件的第七辐射表面的相反方向上且与第八单极天线元件的第八辐射表面正交地布置第五单极天线元件的第五辐射表面，其中，第五、第六、第七和第八辐射表面与垂直轴等距，并且远离垂直轴指向。

示例16包括示例15的方法，还包括：当驱动第一单极天线元件时，将第五单极天线元件与第一驱动相位电感耦合；当驱动第二单极天线元件时将第六单极天线元件与第二驱动相位电感耦合；当驱动第三单极天线元件时将第七单极天线元件与第三驱动相位电感耦合；以及当驱动第四单极天线元件时将第八单极天线元件与第四驱动相位电感耦合。

示例17包括宽带圆极化天线，其包括：至少四个单极天线元件，其被围绕着垂直轴布置，使得所述至少四个单极天线元件的至少四个相应的辐射表面的法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向，其中，用0度的第一驱动相位来驱动第一单极天线元件，用-90度或+90度中的一个的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件，用-180度或+180度中的相应的一个的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件，并且用-270或+270度中的相应的一个的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件，以辐射右旋圆极化场或左旋圆极化场中的相应的一个。

示例18包括示例17的宽带圆极化天线，还包括：第一单极天线元件，具有第一辐射表面；第二单极天线元件，具有第二辐射表面；第三单极天线元件，具有第三辐射表面；以及第四单极天线元件，具有第四辐射表面；第五单极天线元件，具有第五辐射表面；第六单极天线元件，具有第六辐射表面；第七单极天线元件，具有第七辐射表面；以及第八单极天线元件，具有第八辐射表面，被通信耦合到第一、第二、第三以及第四单极天线元件的至少四个相应的边缘部分的馈电网络，其中，所述第五单极天线元件的第五辐射表面和第一辐射表面在第一平面中，并且所述第五单极天线元件通过来自所述第一单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第六辐射表面和第二辐射表面在第二平面中，并且所述第六单极天线元件通过来自所述第二单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第七辐射表面和第三辐射表面在第三平面中，并且所述第七单极天线元件通过来自所述第三单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第八辐射表面和第三辐射表面在第四平面中，并且所述第八单极天线元件通过来自所述第四单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第一至第八单极天线元件形成单极天线元件的部分天线阵列。

示例19包括示例18的宽带圆极化天线，其中，所述至少四个辐射表面与垂直轴等距，并且其中，相应的至少四个法线的延伸部分在垂直轴上的点处交叉。

示例20包括示例18—19中的任一项的宽带圆极化天线，还包括：RF接地连接器，被连接到所述至少四个单极天线元件。

虽然本文已经示出并描述了特定实施例，但本领域的普通技术人员将认识到的是被设计成实现相同目的的任何装置可替代所示的特定实施例。本申请意图覆盖本发明的任何修改或变型。因此，本文明显意图在于仅仅由权利要求及其等价物来限制本发明。

Claims

1.一种宽带圆极化天线（10），包括：

至少四个单极天线元件（111-114），其具有带有相应的至少四个法线（131-134）的相应的至少四个辐射表面（121-124），所述至少四个单极天线元件被围绕着垂直轴（20）布置，使得所述至少四个相应辐射表面的所述至少四个法线垂直于垂直轴并远离垂直轴指向，其中所述至少四个单极天线元件被连接到接地参考；

至少一个馈电网络（150），其具有至少四个接触区域，其中所述馈电网络经由至少四个接触区域被通信耦合到所述至少四个单极天线元件的至少四个相应的边缘部分（141-144），

其中，用从用来驱动第二单极天线元件（112）的第二驱动相位偏移90度的第一驱动相位驱动第一单极天线元件（111），其中，第二单极天线元件的第二辐射表面（122）被关于第一单极天线元件的第一辐射表面（121）正交地布置，

其中，第二驱动相位从用来驱动第三单极天线元件（113）的第三驱动相位偏移90度，第三单极天线元件的第三辐射表面（123）被关于第二单极天线元件的第二辐射表面正交地布置，并且第三单极天线元件的第三辐射表面与第一单极天线元件的第一辐射表面方向相反，

其中，第三驱动相位从用来驱动第四单极天线元件（114）的第四驱动相位偏移90度，第四单极天线元件的第四辐射表面（124）被关于第三单极天线元件的第三辐射表面和第一单极天线元件的第一辐射表面两者正交地布置，并且第四单极天线元件的第四辐射表面与第二单极天线元件的第二辐射表面方向相反。

2.权利要求1的宽带圆极化天线（11），还包括：

第五单极天线元件（211），具有第五辐射表面（221）；

第六单极天线元件（212），具有第六辐射表面（222）；

第七单极天线元件（213），具有第七辐射表面（223）；以及

第八单极天线元件（214），具有第八辐射表面（224），

其中，所述第五单极天线元件的第五辐射表面和第一辐射表面在第一平面中，并且所述第五单极天线元件通过来自所述第一单极天线元件的互耦合而被馈电，

其中，所述第六辐射表面和第二辐射表面在第二平面中，并且所述第六单极天线元件通过来自所述第二单极天线元件的互耦合而被馈电，

其中，所述第七辐射表面和第三辐射表面在第三平面中，并且所述第七单极天线元件通过来自所述第三单极天线元件的互耦合而被馈电，

其中，所述第八辐射表面和第三辐射表面在第四平面中，并且所述第八单极天线元件通过来自所述第四单极天线元件的互耦合而被馈电，其中，所述第一至第八单极天线元件形成单极天线元件的部分天线阵列（11）。

3.一种生成宽带圆极化辐射的方法，该方法包括：

与第二单极天线元件（112）的第二辐射表面（122）正交、在第三单极天线元件（113）的第三辐射表面（123）的相反方向上且与第四单极天线元件（114）的第四辐射表面（124）正交地布置第一单极天线元件（111）的第一辐射表面（121），

其中，第一、第二、第三和第四辐射表面与垂直轴（20）等距且远离垂直轴指向，并且其中至少四个单极天线元件被连接到接地参考；

经由被包括在馈电网络中的至少四个相应的接触区域将第一单极天线元件、第二单极天线元件、第三单极天线元件和第四单极天线元件的相应边缘部分通信耦合到馈电网络；

用第一驱动相位来驱动第一单极天线元件；

用从第一驱动相位偏移90度的第二驱动相位来驱动第二单极天线元件；

用从第二驱动相位偏移90度且从第一驱动相位偏移180度的第三驱动相位来驱动第三单极天线元件；以及

用从第三驱动相位偏移90度、从第二驱动相位偏移180度且从第一驱动相位偏移270度的第四驱动相位来驱动第四单极天线元件。