CN106463836A - 改进的天线布置 - Google Patents

Abstract

公开了一种Vivaldi天线，包括天线上部和天线喉部，其中天线上部关于天线喉部在天线上部的预确定位置处倾斜。天线上部能够以分别在天线上部的一个或多个预确定位置处的一个或多个预确定的倾斜角度关于天线喉部倾斜。还公开了对应天线对、天线阵列和基站。

Description

改进的天线布置

技术领域

本发明的示例性和非限制性实施例一般涉及蜂窝无线电系统，并且更特别地涉及天线布置。

背景技术

以下背景技术的描述可以包括在本发明之前对相关领域而言未知但是由本发明提供的洞悉、发现、理解或公开内容，或连同公开内容的关联。可能在以下具体地指出本发明的一些这样的贡献，而本发明的其它这样的贡献将从其上下文是明显的。

现有基站天线系统典型地使用具有或没有反射器的贴片或双极类型的天线。现有天线类型不一定覆盖用于多个蜂窝带的足够带宽。例如，可能难以找到覆盖1.71GHz-2.69GHz的带宽的天线设计。即使找到这样的天线设计，其辐射性质可能在频率方面变化得过多。在尝试覆盖1.71GHz-2.69GHz的带宽的同时，可能难以找到还满足指定匹配、隔离和交叉极化隔离要求的天线设计。

发明内容

下文呈现本发明的简化的发明内容以便提供本发明的一些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛概述。不旨在标识本发明的关键/重要要素或对本发明的范围划界。其仅有目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念作为对稍后呈现的更详细描述的前序。

本发明的各种方面包括如独立权利要求中限定的天线、天线对和天线阵列。本发明另外的实施例在从属权利要求中公开。

本发明的一方面涉及一种Vivaldi（维瓦尔第）天线，包括天线上部和天线喉部，其中天线上部关于天线喉部在天线上部的预确定位置处倾斜。

本发明另外的方面涉及包括两个或更多所述Vivaldi天线的Vivaldi天线对。

本发明再另外的方面涉及包括两个或更多所述天线对的Vivaldi天线阵列。

本发明再另外的方面涉及包括所述天线、天线对和天线阵列中的至少一个的基站。

本发明再另外的方面涉及包括可执行代码的计算机程序产品，所述可执行代码在被执行时，导致方法的功能的执行。

尽管独立叙述本发明的各种方面、实施例和特征，但是应当领会的是，本发明的各种方面、实施例和特征的所有组合是可能的并且在如所要求保护的本发明的范围内。

附图说明

在下文中，将借助于参照附图的示例性实施例来更加详细地描述本发明，其中

图1和2图示了Vivaldi天线形状；

图3、4和5图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线结构；

图6图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线间隔；

图7a和7b图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线半功率波束宽度的平衡；

图8、9和10图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线馈送网络位置；

图11图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线接地平面；

图12图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线T形接头；

图13图示了根据示例性实施例的在天线阵列中隔离的Vivaldi天线反射器；

图14图示了根据示例性实施例的Vivaldi天线公共接地平面；

图15图示了根据示例性元件的通过使用微带的Vivaldi天线馈送布置。

具体实施方式

Vivaldi天线是一种具有附加圆形喉部的三维喇叭天线的二维投影。Vivaldi天线可以由印刷导线板（PWB）、金属、经涂敷的塑料或其它合适的材料制成。Vivaldi天线典型地通过流电接触件馈送或者其可以被电容耦合。Vivaldi天线可以被制作成用于线性极化波或用于传送/接收两个极化取向。Vivaldi天线在大小方面可缩放以用于使用在任何频率处。Vivaldi天线的宽带特性使它们适合于超宽带信号。Vivaldi天线可以用作参考天线和在其它特殊应用中。

Vivaldi天线是行进波类型的天线，其相比于谐振类型的天线（诸如双极天线）具有相对宽的辐射带宽。更高频率形成在天线元件的下部102（天线元件的下部还可以称为天线元件喉部或仅“喉部”）中。对应地，较低频率形成在天线元件的上部101中和边缘中（参见图1）。天线103可以通过耦合元件（参见图2）201被电容馈送，或者可以使用直接线缆馈送。同样可以使用图15中图示的馈送布置1501（微带），其中图15图示了利用流电馈送1501实现的示例性双极化Vivaldi对。

图3、4和5图示了示例性Vivaldi天线结构。天线具有两个±45度极化（斜向）。Vivaldi天线元件通过使用耦合元件201进行电容馈送。天线具有反射器302以用于改进天线方向性。一个极化（天线对401）包含两个Vivaldi天线元件103，其通过使用包括阻抗变换器的馈送网络403组合成单个馈送点。将馈送网络403放置在“天线盒”402内部以用于减小天线103的总体大小。极化303与彼此隔离以用于改进极化之间的隔离（参见图5）。极化二者与反射器302隔离以用于改进天线103的电气特性（宽频谱范围上的示例性辐射性质和S参数）。将馈送网络403、天线元件103和耦合元件301放置在电介质301上。电气特性（S参数和辐射性质）可以通过改变天线结构的各种位置上的电介质材料或电介质厚度或通过使用纯空气来调节。结构还可以是“混合的”，其中使用两个或更多不同的电介质材料。

当天线103被用作一对时，水平平面半功率波束宽度（HPBW）可以通过天线间隔来控制，使得更长间隔能够实现更多天线方向性、更多天线增益和更窄水平平面HPBW中的至少一个。同样辐射性质可以通过调节天线的到反射器的距离（DTR）来调节。

当Vivaldi元件103的DTR 601减小（更靠近反射器）时，天线方向性增加。对应地，水平平面HPBW变得更窄。当调节天线间隔602（参见图6）时发生相同现象。

当DTR 601减小时，水平平面HPBW在较低与较高频率之间更加不平衡。这是因为（如以上结合图1呈现的）较低频率形成在Vivaldi元件103的上部101中并且较高频率在下部102中。因此，较低和较高频率具有关于波长的不同DTR，并且由于该原因，水平平面HPBW作为频率的函数而变化。因此，相比于较高频率，较低频率具有较少方向性和较宽水平平面HPBW。

根据示例性实施例，当调节天线103的上部101中的倾斜角度701时，改变天线间隔602（参见图7a和7b）（而且天线的到反射器的距离改变，因为倾斜部分由于天线元件倾斜而变得更靠近反射器302）。

根据示例性实施例，可以选择性地调节较低频率水平平面HPBW。水平平面HPBW可能跨天线操作频率是平衡和/或不平衡的。

可以存在天线上部101在此处倾斜的一个或多个位置，即倾斜点702（存在天线上部101的倾度的改变/梯度的改变/斜坡的改变的褶皱、折痕、穹棱、特定位置；例如，倾斜点可以是跨天线上部101的线性折痕）。天线103可以向内和/或向外倾斜。

在示例性实施例中，天线103的倾斜不是要求；而是可以例如通过制作不同形状的天线（坡面形状天线等）来调节天线间隔602以使得能够实现经修改的频率调谐、辐射特性、天线阻抗匹配和/或隔离。

根据示例性实施例，馈送网络（即组合器网络）403还可以位于反射器302的天线侧上。这减小天线103的总体高度。馈送网络403可以位于天线盒402内部（参见图4和9）或天线盒402外部（参见图8）。

天线阵列100可以通过组合两个或更多天线103的（多个）极化、通过组合天线对的极化（图8和9）或通过组合天线对401的极化（在图10中图示了两个极化的示例）来获得。在以上示例中，单个元件可以由针对其连接极化的靠近彼此成行的多个单独元件取代（例如，取代于两个元件的四个元件可以用于形成天线对）。极化天线可以通过使用在反射器302的天线侧的馈送网络403来完成（参见图10）。馈送网络还可以位于反射器的天线相对侧上，例如以用于进一步改进天线辐射特性（波束形状）。

竖直平面HPBW可以通过调节天线阵列100中的天线103/天线对401之间的间隔来调节。

根据示例性实施例，阻抗匹配网络可以实现在馈送网络403中。阻抗匹配网络可以位于天线盒402内部（参见图4和9）或天线盒外部（参见图8）。分立组件也可以用于阻抗匹配。阻抗匹配网络还可以位于反射器的天线相对侧上。

微带可以要求接地平面111以用于阻抗控制。根据示例性实施例，接地平面111被用作天线结构中的阻抗匹配元件。

根据示例性实施例，天线盒402内部或天线盒402外部的接地平面（参见图11）111充当附加的（多个）反射器。因此，天线103的辐射特性（天线方向性、天线增益、水平平面HPBW、竖直平面HPBW）可以利用这些类型的接地平面111调节。这些接地平面还可以“浮接”（不接地）。

根据示例性实施例，天线对401的辐射特性可以通过调节T形接头121（馈送网络403上的T形接头点，参见图12）的位置来调节。

根据示例性实施例，天线对401的辐射性质可以通过修改反射器302的形状和/或通过向反射器添加附加部分来调节。

图13图示了在天线阵列100中隔离的反射器302。根据示例性实施例，天线阵列100的使用使得能够改进天线阵列100中的极化303之间的隔离，改进天线阵列100的阻抗匹配，并且控制天线阵列100的辐射性质。

根据示例性实施例，极化接地平面111组合在某点处（参见图14）。因此在反射器302的相对侧上添加公共接地平面141（与反射器302的天线侧相对）。极化303之间的隔离增加，而同时天线公共接地141与反射器302之间的间隙增加。

示例性实施例公开了在商用蜂窝系统天线结构中使用Vivaldi天线设计的方式。根据示例性实施例的Vivaldi天线设计以对称方式使用Vivaldi天线元件对。

示例性实施例公开了在超宽带之上控制经辐射的波束宽度和宽度形状。关于所使用的Vivaldi天线设计，存在用于控制波束宽度和波束形状的独立参数：a）单独Vivaldi天线倾斜，b）单独Vivaldi天线辐射器形状（例如使其更高），c）到反射器的距离，d）天线对间隔，e）天线对的组合点的相位可以用于对波束宽度和辐射方向成形，f）对反射器叶片成形和/或向反射器添加附加部分可以用于对辐射图案成形。

示例性实施例公开了执行用于超宽带天线对的阻抗匹配。关于所使用的Vivaldi天线设计，存在用于控制阻抗匹配和隔离的独立参数：1）反射器与Vivaldi辐射元件之间的距离，2）反射器与组合网络接地之间的距离，和网络接地与Vivaldi辐射元件之间的距离，3）阻抗变换器、短截线和/或分立组件可以用于反射器的天线侧（或天线相对侧）上的阻抗匹配。

示例性实施例公开了在反射器302的天线侧引入组合网络403，这使得机械集成容易得多。天线的总体积减小。在反射器的天线侧具有用于辐射对的组合网络使得能够实现用于天线阵列100的紧凑组合网络403。天线对辐射器和天线对馈送网络可以利用简单的机械部分和/或组装件来制造。具有馈送网络的天线对可以被制造为单个工件。两个极化可以集成到相同空间。

示例性实施例使得能够改进性能。隔离反射器使得能够控制电流。

示例性天线结构可以通过使用金属部分和线缆、通过使用镀层塑料、镀层陶瓷或镀层陶瓷混合物、通过使用印刷导线板（PWB）结构、通过使用铸造部分、通过使用加工部分和/或通过使用高级泡沫结构来利用传统方法和/或高级方法实现。示例性天线使得能够实现非常成本高效的超宽带蜂窝系统，以及对应的天线系统实现。

示例性实施例提供包括天线上部101和天线喉部（即天线下部）102的Vivaldi天线103。天线上部关于天线喉部在天线上部的预确定位置处倾斜。

在示例性实施例中，天线上部101关于天线喉部102以分别在天线上部的一个或多个预确定位置处的一个或多个预确定的倾斜角度倾斜。

示例性实施例提供包括两个或更多所述Vivaldi天线103的Vivaldi天线对401。

在示例性实施例中，天线元件上部101向内和/或向外倾斜。

在示例性实施例中，天线对401包括位于反射器元件302的天线侧上的组合网络（即馈送网络）403。

在示例性实施例中，天线对401包括位于由天线103形成的外壳（即“天线盒”）402内部或外部的组合网络403。

在示例性实施例中，天线对401包括实现在组合网络403中并且位于由天线103形成的外壳内部或外部的阻抗匹配网络。

在示例性实施例中，天线对401包括用于阻抗匹配的阻抗变换器和/或分立组件。

在示例性实施例中，天线对401包括用于阻抗匹配的接地平面111。

在示例性实施例中，天线对401包括作为由天线103形成的外壳402内部或外部的附加反射器元件的一个或多个接地平面111。

在示例性实施例中，天线对401包括组合网络403的预确定位置处的T形接头121。

在示例性实施例中，天线对401包括用于获得天线对401的期望辐射图案的经修改的反射器元件。经修改的反射器元件可以包括经形状修改的反射器叶片和/或添加的部分。

在示例性实施例中，天线对401包括反射器元件302与天线103之间的增加的距离601以用于减小天线方向性。

在示例性实施例中，天线对401包括天线103之间的增加的距离以用于增加天线方向性。

在示例性实施例中，天线对401包括天线103之间的减小的距离以用于减小天线方向性。

在示例性实施例中，天线对401包括到反射器的减小的距离以用于增加天线方向性。

示例性实施例提供包括两个或更多所述天线对401的Vivaldi天线阵列100。

在示例性实施例中，天线阵列100中的两个或更多天线对401的极化303通过使用在反射器元件302的天线侧或天线相对侧的组合网络403进行组合。

在示例性实施例中，反射器元件302包括反射器元件302的底侧上的公共接地平面141以用于组合极化接地平面111，使得天线对401的极化303之间的隔离增加，并且公共接地平面141与反射器元件302之间的间隔增加。

在示例性实施例中，天线阵列100中的反射器元件302与彼此隔离。

示例性实施例提供包括所述天线、所述天线对和所述天线阵列中的至少一个的基站（例如LTE/LTE-A基站（即增强node-B，eNB））。

示例性实施例使得能够通过提供天线来控制辐射特性，天线的上部以所选方式倾斜以提供期望的辐射特性。

通过提供具有经修改的Vivaldi元件高度/宽度的天线，示例性实施例使得能够获得具有经修改的频率调谐、辐射特性、天线阻抗匹配和/或隔离的天线。

实施例可以应用于的系统架构的示例是基于LTE/LTE-A网络元件的架构，然而没有将实施例限于这样的架构。在这些示例中描述的实施例不限于LTE/LTE-A无线电系统，而是还可以实现在其它无线电系统中，该其它无线电系统诸如是UMTS（通用移动电信系统）、GSM、EDGE、WCDMA、3G、4G、5G、蓝牙网络、WiMAX、WLAN或其它固定、移动或无线网络。在实施例中，所呈现的解决方案可以应用在属于不同但兼容的系统（诸如LTE和UMTS）的元件之间。

对本领域技术人员将显而易见的是，随着技术发展，本发明概念可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

缩写列表

LTE 长期演进

LTE-A 高级长期演进

UMTS 通用移动电信系统

GSM 全球移动通信系统

EDGE 增强数据速率全球演进

WCDMA 宽带码分多址

3G 第三代

4G 第四代

5G 第五代

WiMAX 全球微波接入可互操作性

WLAN 无线局域网。

Claims (20)

1.一种Vivaldi天线（103），包括

天线上部（101），以及

天线喉部（102），

其中天线上部关于天线喉部在天线上部的预确定位置处倾斜。

2.根据权利要求1的天线，其中天线上部以分别在天线上部的一个或多个预确定位置处的一个或多个预确定的倾斜角度关于天线喉部倾斜。

3.一种Vivaldi天线对（401），包括根据权利要求1或2的两个或更多Vivaldi天线（103）。

4.根据权利要求3的天线对，其中天线元件上部向内和/或向外倾斜。

5.根据权利要求3或4的天线对，其中天线对包括位于反射器元件的天线侧或天线相对侧上的组合网络。

6.根据权利要求3、4或5的天线对，其中天线对包括位于由天线形成的外壳内部或外部的组合网络。

7.根据权利要求3至6中任一项的天线对，其中天线对包括实现在组合网络中并且位于由天线形成的外壳内部或外部的阻抗匹配网络。

8.根据权利要求3至7中任一项的天线对，其中天线对包括用于阻抗匹配的阻抗变换器和/或分立组件。

9.根据权利要求3至8中任一项的天线对，其中天线对包括用于阻抗匹配的接地平面。

10.根据权利要求3至9中任一项的天线对，其中天线对包括作为由天线形成的外壳内部或外部的附加反射器元件的一个或多个接地平面。

11.根据权利要求3至10中任一项的天线对，其中天线对包括组合网络的预确定位置处的T形接头。

12.根据权利要求3至11中任一项的天线对，其中天线对包括用于获得天线对的期望辐射图案的经修改的反射器元件，其中经修改的反射器元件包括经形状修改的反射器叶片和/或添加的部分。

13.根据权利要求3至12中任一项的天线对，其中其包括反射器元件与天线之间的增加的距离以用于减小天线方向性。

14.根据权利要求3至13中任一项的天线对，其中其包括天线之间的增加的距离以用于增加天线方向性。

15.根据权利要求3至14中任一项的天线对，其中其包括到反射器的减小的距离以用于增加天线方向性。

16.一种Vivaldi天线阵列（100），包括根据权利要求3至15中任一项的两个或更多天线对（403）。

17.根据权利要求16的天线阵列，其中天线对的极化通过使用在反射器元件的天线侧的组合网络进行组合。

18.根据权利要求16或17的天线阵列，其中反射器元件包括反射器元件的底侧上的公共接地平面以用于组合极化接地平面，使得天线对的极化之间的隔离增加，并且公共接地平面与反射器元件之间的间隔增加。

19.根据权利要求16、17或18的天线阵列，其中反射器元件与彼此隔离。

20.一种包括根据前述权利要求中任一项的天线、天线对和天线阵列中的至少一个的基站。