CN108292809A - 多极化的极化辐射元件和具有其的天线 - Google Patents

Abstract

本发明的多极化辐射元件包括：排列成平面四边形对称的第一、第二、第三和第四辐射臂；第一馈线，其共同馈送到第四辐射臂和第一辐射臂并且共同地接地到第二辐射臂和第三辐射臂；和第二馈线，其共同馈送到第一辐射臂和第二辐射臂并且共同地接地到第三辐射臂和第四辐射臂。

Description

多极化的极化辐射元件和具有其的天线

技术领域

本发明涉及在无线通信的基站或中继器(PCS、蜂窝、CDMA、GSM)中使用的无线通信天线(以下简称为“天线”)、以及包括它们的天线。

背景技术

对包括无线通信系统的中继器的基站的天线中使用的辐射元件应用各种类型的辐射元件，例如贴片型和偶极型。其中，偶极子型辐射元件具有两个形成彼此对应的辐射臂。通常，每个极(辐射臂)的长度是1/4λ(λ：波长)，并且两个辐射臂的总长度由1/2λ构成。近年来，无线通信天线通常通过应用偏振分集方案来实现双极化天线结构。偶极子型辐射元件易于实现用于生成两个(正交)极化波的结构，它被广泛应用于双极化天线。

图1A、1B和1C是普通偶极子型辐射元件的结构图，其中图1A中示出了物理模型，图1B示出了示出图1A中的电流路径的等效结构，图1a示出电流路径。图1A至1C所示的偶极型发射元件由一个偶极子元件实现，并通过使用基本同轴线11结构形成巴伦结构。同轴线11的内导体112连接到第一辐射臂122，外导体114连接到第二辐射臂124，从而实现辐射元件。

图2是偶极型的常规双极化辐射元件的第一示例的结构图，该结构可以被看作是产生名为“X偏振波”的双极化波辐射元件的基本模式。双极化辐射元件2是在其中两个在图1a至1c正交交叉成90度示出的结构的偶极子元件的，可以完全在“X”形状来实现的结构。也就是说，第一偶极子元件包括连接到第一同轴线的内导体212的第一辐射臂222，连接到第一同轴线的外导体214的第二辐射臂222(或水平轴)，并且相对于垂直轴(或水平轴)以+45度的角度安装。第二偶极子元件包括连接到第二同轴线的内导体312的2-1辐射臂322和连接到第二同轴线的外导体314的2-2辐射臂324。并且相对于垂直轴(或水平轴)以-45度的角度安装。此时，第一同轴线和第二同轴线被配置为接收作为单独信号源的馈送信号。AndrewCorporation的美国专利6,034,649(2000年3月7日提交的“DUAL POLARIAED BASEDSTATION ANTENNA”)或Katrin-例如，在韩国专利申请No.2000-7010785(标题为“DualPolarization Multi-band Antenna”，2000年9月28日提交)。

如图2所示，偶极型双极化天线对应于基本模型，并且考虑提高辐射性能、改善宽带或窄带辐射特性、优化尺寸和形状、制造工艺和安装成本，提出了包括偶极子元件的辐射臂的平衡和馈电结构的各种结构。例如，如图2中的虚线所示，偶极子元件的辐射臂尤其可以具有各种结构，例如简单的直杆形状、方形环形状、矩形板形状或带状。

图3是常规偶极型双极化波辐射元件的第二示例性结构图；图3示出了与图2相比的辐射臂和馈电结构的改进结构。图3所示的双偶极子辐射元件由第一和第二偶极子元件构成，第一和第二偶极子元件彼此以字母X的形式相互正交，并且第一偶极子元件由1-1和1-2个自旋臂242和244构成，并且第二偶极元件具有第二-1和第二-2辐射臂342、344。此时，第一和第二偶极子元件的辐射臂242、244、342和344示出为具有例如矩形板状结构以具有宽带特性。

此外，第一和第二偶极子元件的馈电结构不具有如图2所示的使用同轴线的结构，而是带状线传输线结构。也就是说，在图3所示的结构中，馈线的馈电导体部分由第一带状线232和第二带状线332构成。第一带状线232沿形成馈线的接地部分的巴伦结构的支撑件放置，同时支撑第一辐射臂242，例如，延伸到辐射臂244的支撑以将馈电信号以电容耦合方式传输到第一到第二辐射臂244。类似地，第二带状线332沿支撑第二-1辐射臂342的巴伦结构的支撑件放置，延伸到第二-2辐射臂344的支撑，并且将馈送信号传送到辐射臂344。

图4A、图4B、图4C和图4D是示出常规偶极型双偏振辐射元件的第三示例性结构的视图，图4A是平面图，图4B是从上方看的透视图，图4B是从下侧看的透视图，4d示出了图4A-4C中的带状线的分开的透视图。图4A至4D所示的双极化波辐射元件包括具有1-1和1-2自旋臂262和264的第一偶极子元件(362,364)。此时，第一和第二偶极子元件的辐射臂262、264、362和364可以具有例如在图2所示的结构中具有方形环结构的结构，整体呈矩形。

图4A至4D所示的第一和第二偶极子元件的馈电结构具有如图4所示的带状线传输线结构。也就是说，第一带状线252从第一辐射臂262的支撑件延伸到第一辐射臂264的支撑件，如图所示。类似地，第二带状线352处于从第二-1旋转臂362的支撑件延伸到第二旋转臂364的支撑件的形式，如图所示。此时，如图4D更清楚地示出的那样，第一带状线252和第二带状线353之间的交叉点以空气桥的形式安装以不彼此连接。

图5是表示平面结构的常规偶极型双偏振辐射元件的第四示例性结构图。图5所示的双极化辐射元件分别包括具有第一和第二旋转臂282和284的第一偶极子元件和具有第二和第一旋转臂382的第二偶极子元件384。此时，第一和第二偶极子元件的每个辐射臂282、284、382和384具有在中心处弯曲的形平面结构，并且弯曲部分彼此依次相邻

即，每个辐射臂282、284、382和384可以具有与其中两个子辐射臂彼此正交连接的结构类似的结构。

第一和第二偶极子元件的馈电结构具有如图3或4所示的带状线传输线结构，其中第一带状线272连接到第一辐射臂282，在设置于第二旋转臂284的弯曲部分处的支撑件处设置在1-2旋转臂284的弯曲部分处的支撑件。类似地，第二带状线372以这样的方式布置，即从设置在第二旋转臂382的弯曲部分中的支撑件延伸到设置在第二旋转臂384的弯曲部分中的支撑件。

具有图5所示结构的偶极型双极化天线公开在韩国专利申请No.2011-9834(标题为“Dual Polarized Antenna for Mobile Communication Base Station”、于2000年9月28日提交)和于2000年6月28日提交的标题为“SINGLE OR DUAL POLARIZED MOLDED DIPOLEANTENNA HAVING INTEGRATED FEED STRUCTURE”的美国专利第6,747,606号中。

如上所述，为了实现多极化波辐射元件，考虑到辐射性能、辐射特性、形状和尺寸、制造方法、易于设计等，目前正在考虑各种研究。具体而言，已经提出了用于平衡和馈电结构的各种结构，包括偶极子元件的辐射臂。

发明内容

要解决的技术问题

在本发明的至少一些实施例中，提供了一种多极化辐射元件和包括该多极化辐射元件的天线，其中多极化辐射元件针对更优化的结构和尺寸、天线的更稳定的辐射特性以及天线设计的容易性而被优化。

特别地，在本发明的至少一些实施例中，辐射元件、以及包括它们的天线的体积被最小化，以在布置多个辐射元件时使放置的辐射元件之间的效应最小化。

发明的技术方案

为了实现上述目标，在本发明的一些实施例中，提供多极化波辐射元件，其中，包括：第一、第二、第三和第四辐射臂，所述第一、第二、第三和第四辐射臂以平面四边对称的方式彼此相邻地顺序布置；第一馈线，其共同馈送到第四旋转臂和第一旋转臂并且共同地接地到第二旋转臂和第三旋转臂；和第二馈线，其共同馈送到第一旋转臂和第二旋转臂并且共同地接地到第三旋转臂和第四旋转臂。

第一至第四辐射臂中的每一个被配置为由形成巴伦结构(Balun)的支撑件单独地支撑，并且支撑第一至第四辐射臂的支撑件可以以预设的间隔彼此间隔开。

第一馈线和第二馈线可以使用分别具有第一带状线和第二带状线的带状线传输线结构作为馈电导体来配置。此时，第一带状线被安装在第二旋转臂的支撑件和第三旋转臂的支撑件之间以及第四旋转臂的支撑件和第一旋转臂的支撑件之间，并且可以被配置为以电容耦合方式共同地向第四辐射臂和第一辐射臂发送馈电信号。第二带状线可以设置在第三旋转臂的支撑件和第四旋转臂的支撑件之间，并且可以配置在第一旋转臂的支撑件和第二旋转臂的支撑件之间并且以电容耦合的方式将馈电信号共同地传输到第一和第二辐射臂。

第一至第四辐射元件的布置可以完全呈平面“+”形。

在本发明的一些其他实施例中，提供了一种具有多极化辐射元件的天线，包括：反射器；安装在反射器上的第一带的至少一个第一辐射元件；并且设置在反射板上的第二带或第三带的至少一个第二或第三辐射元件；第一辐射元件包括：布置成平面四面对称的第一、第二、第三和第四辐射臂；第一馈线，其共同馈送到所述第四旋转臂和所述第一旋转臂并且共同地接合到所述第二旋转臂和所述第三旋转臂；以及第二馈线，其将功率馈送到第一辐射臂和第二辐射臂并且通常接地到第三辐射臂和第四辐射臂。

发明效果

如上所述，根据本发明的至少一些实施例的多极化波辐射元件可以更优化地优化结构和尺寸，并且可以提供更加稳定的天线的辐射特性并且易于天线设计。特别地，在本发明的至少一些实施例中，当多个辐射元件被布置时，通过最小化所放置的辐射元件之间的影响，辐射元件的体积可以被最小化以改善总体天线特性。

附图简述

图1A、1B和1C是普通偶极子型辐射元件的示意图；

图2是常规偶极型双偏振辐射元件的第一示例性结构；

图3是常规偶极型双偏振辐射元件的第二示例性结构；

图4A、4B、4C和4D表示常规偶极型双偏振辐射元件的第三示例性结构；

图5是常规偶极型双偏振辐射元件的第四示例性结构图；

图6是根据本发明第一实施例的偶极型双偏振辐射元件的结构图；

图7A、7B、7C和7D是根据本发明第二实施例的偶极型双偏振辐射元件的结构图；

图8是根据本发明一些实施例的偶极型双极化辐射元件和常规辐射元件的比较；

图9是根据本发明一些实施例的具有偶极型双偏振辐射元件的无线通信天线的主要部分的示意图。

实施本发明的最佳方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

图6是根据本发明的第一实施例的偶极型的双极化辐射元件的结构图，结构可以被看作是在根据本发明的辐射元件，其产生的X偏振波的双极化的方面的基本模型被示出。图6所示的根据本发明第一实施例的双极化波辐射元件包括例如第一和第二极化波辐射元件，第三和第四辐射臂621、622、623和624；第一馈线，共同馈送到第四辐射臂624和第一辐射臂621并共同接地到第二辐射臂622和第三辐射臂623；并且第二馈线通常被配置馈送到第一和第二辐射臂621和622并且共同地接地到第三和第四辐射臂623和624。第一馈线和第二馈线被配置为接收馈电信号作为单独的信号源。在同一轴(垂直轴或水平轴)上的两个辐射臂的总长度被设定为1/4λ(λ:波长)Lt。

在图6的例子中，第一和第二馈线形成使用基本同轴线结构的巴伦结构。因此，第一馈线的内导体412共同连接到第四和第一辐射臂624和621，并且第一馈线的外导体414连接到第二和第三辐射臂(622、623)。第二馈线的内导体512共同连接到第一和第二辐射臂621和622，并且第二馈线的外导体514连接到第三和第四辐射臂623和624。

如图6所示，传统偶极子型双极化波辐射元件基本上具有这样的结构，其中馈线分别设置在每个偶极子元件上，然而在本发明的实施例中，例如，可以看出，线路的馈电导体部分共同连接到四个辐射臂中的两个相邻辐射臂，并且第一馈线的接地部分共同连接到另外两个辐射臂。第二馈线的馈送导体部分连接到第一馈线的馈线臂和第一馈线的馈线臂的馈线臂，通常不相互连接。此外，第二馈线的接地部分共同连接到除了共同连接到第二馈线的馈送导体部分的两个辐射臂之外的其他两个辐射臂。

图6中的箭头示出了第一至第四辐射臂621至624以及第一和第二辐射臂621和622的电流流动的示例，并且电流iA1和iA2沿着第一和第二辐射臂621和622形成。根据沿着第一和第二辐射臂621和622形成的电流iA1和iA2路径的矢量和，在相对于垂直轴在+45方向上形成极化的电流iA1+iA2，路径发生。类似地，电流iB1和iB2分别通过第一馈线412和414沿着第四和第一辐射臂624和621被提供给第四和第一辐射臂624和621，路径形成。(IA1+iA2)用于根据沿着第四和第一辐射臂624,621形成的电流(iB1，iB2)路径的矢量和在相对于垂直轴在-45方向上形成极化波，路径发生。

结果，通过组合第二馈线，第一和第二辐射臂621和622的组合，以及第三和第四辐射臂623和624的组合的“X”极化波中，产生相对于垂直轴+45度的偏振，第一馈线、第四和第一辐射臂624和621的组合以及第二和第三辐射臂622和623的组合，以及相对于垂直轴的-45度偏振。

图7A是平面图，图7B是从上侧看的透视图，图7B是根据本发明第二实施例的双偏振辐射元件的平面图。图7D示出了图7A至图7C中的带状线的另一透视图。图7A至7D所示的根据本发明第二实施例的双极化辐射元件与图6所示的实施例类似，例如，第二，第三和第四辐射臂641、642、643、644；第一馈线，共同馈送到第四辐射臂644和第一辐射臂641并共同接地到第二辐射臂642和第三辐射臂643；并且第二馈线通常被配置向第一辐射臂641和第二辐射臂642供电并共同地接地到第三辐射臂643和第四辐射臂644。

在这种情况下，图7A至图7D所示的第一馈线和第二馈线不使用如图6所示的同轴线来构造，而是使用带状线传输线结构来配置。换句话说，在图7A至图7D所示的结构中，馈线的馈电导体部分由第一和第二带状线432和532组成。第一到第四辐射臂641-644中的每一个被配置为由形成巴伦结构的支撑件单独地支撑，并且用于支撑第一到第四辐射臂641-644的支撑件被预先形成，并按设计的间隔分开。

第一带状线432被布置在第二辐射臂642的支撑件和第三辐射臂643的支撑件之间，以便以彼此相等的间隔彼此间隔开，并且在臂644的支撑件与第一辐射臂641的支撑件之间延伸，以便被配置以电容耦合方式共同地将馈送信号传输到第四辐射臂644和第一辐射臂641。类似地，第二带状线532安装在第三辐射臂643的支撑件与第四辐射臂644的支撑件之间，以便相对于两个支撑件以相等的间隔彼此间隔开，并且在辐射臂641的支撑件与第二辐射臂642的支撑件之间延伸，以被配置为电容耦合方式共同地将馈电信号传输到第一辐射臂641和第二辐射臂642。此时，如图7D更清楚地示出的那样，第一带状线432和第二带状线532之间的交叉点被设置为以空气桥的形式彼此间隔开以便不彼此连接。此时，通常形成适当类型的间隔件(未示出)等以便于安装，同时保持第一和第二带状线432和532处于辐射臂的支撑件之间的正确间隔可以安装。

在图7A至图7D所示的结构中，支撑各个辐射臂621至624的支撑件的直立长度可以被设定为使用频率的波长的1/4。如图7A～图7D所示，支撑各散热臂621～624的支撑棒以其下端相互连接的方式构成，这是因为相应的散热臂621～624相互对齐，在其他情况下，每个辐射臂621-624可以单独地(例如，在天线的反射器上)以便于安装由臂构成的辐射元件。

图8是根据本发明一些实施例的偶极型双极化辐射元件和传统辐射元件的比较图，例如，如图5所示，如图7A至图7D所示的根据本发明第二实施例的平面结构(平面结构)叠加在现有技术的一个示例结构(平面结构)上。图8所示的现有技术的一个示例性结构和本发明的示例性结构，当设计其中不同频带的辐射元件安装在相邻位置的多频带天线时，它可以被认为是有利于减少元件之间的相互信号干扰并优化整个天线尺寸的结构。

如图8所示，第一辐射臂282-1和282-2，第一辐射臂284-1和284-2，第二辐射臂832-1，382-2和第二2辐射臂384-1,384-2可以被配置为例如当被设计为处理800MHz频带时，导体的直径被设计为例如54mm，而根据本发明的实施例的结构可以被设计成使得中心导体的直径例如为26mm。这是因为在传统实施例中，馈线必须独立地设置在两个基本上独立的辐射臂之间，因此例如必须确保对应于两条带线的宽的接地区域。这是因为在传统实施例中电源结构的主体不可避免地增加。

如图8所示，可以看出，根据传统示例的结构具有基本对应于辐射臂的八个结构，在本发明的实施例中，可以看出，只有四个辐射臂被排列用于产生X极化波。因此，与传统结构相比，根据本发明实施例的结构可以将对应于散热臂的结构减少一半，并且减小了安装对应于每个散热臂的结构所需的面积它可以是这样的。

可以看出，根据本发明实施例的结构在最近需求迅速增加的多频带天线结构中非常有利。在多频带天线中，在一个天线中处理多个频带，并且由于在每个频带中包括多个辐射元件，所以由于天线的有限尺寸而难以充分确保辐射元件之间的距离。特别是，不同频带中相邻辐射元件之间的影响不仅会极大地影响电气特性(VSWR，隔离等)，而且还会影响天线辐射模式。

图9是根据本发明一些实施例的具有偶极型双偏振辐射元件的多频带无线通信天线的示意性结构图，如图7A至图7D所示，示出了根据第二实施例的结构的第一辐射元件60作为第一频带(例如800MHz频带)的辐射元件安装在反射器1上。此外，第二频带(例如2GHz频带)或第三频带(例如2.5GHz频带)的第二或第三辐射元件70-1、70-2、70-3、704，第一辐射元件60可以安装在第一辐射元件60的右侧和左侧的较低位置处。也就是说，当整个天线系统的布置结构以正方形的形式被观察时，第二或第三辐射元件70-1、70-2、70-3和70-4被安装在正方形的角落处，第一辐射元件60安装在中间部分。

此时，第一辐射元件60的辐射臂与第二或第三辐射元件70-1、70-2、70-3，与传统例子相比，可以确保或减少足够的间隔，同时减少辐射元件之间的信号干扰，由此改善天线整体的特性。而且，与传统示例相比，天线的反射器1的宽度w可以进一步减小，从而可以进一步优化整个天线的尺寸和结构。

在上面的描述中，第二或第三辐射元件70-1、70-2、70-3和70-4以及图1和图2中所示的根据本发明实施例的辐射也是可能的设备结构。另外，第二或第三辐射元件70-1、70-2、70-3和70-4可以采用其他常规的偶极子型辐射元件结构，或者可以具有各种形状，例如正方形，“X”形或菱形。

如上所述，在不脱离本发明的范围的情况下，可以执行根据本发明实施例的多极化波辐射元件和包括多极化波辐射元件的天线的配置和操作，虽然已经关于其具体实施例描述了本发明。

例如，在上面的描述中，已经描述了构成本发明的辐射元件的辐射臂类型，例如是棒状条形结构，然而在本发明的其他实施例中，或者可以具有矩形板形状等。

在图7A至7D所示的本发明的第二实施例中，第一和第二馈线由带状线结构构成。然而，除了第一和第二馈线之外，横截面形状可以被实现为诸如圆形和矩形等各种形状的导体线。

因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物范围内的本发明的修改和变化。

Claims (6)

1.多极化波辐射元件，其中，包括：

第一、第二、第三和第四辐射臂，所述第一、第二、第三和第四辐射臂以平面四边对称的方式彼此相邻地顺序布置；

第一馈线，其共同馈送到第四旋转臂和第一旋转臂并且共同地接地到第二旋转臂和第三旋转臂；和

第二馈线，其共同馈送到第一辐射臂和第二辐射臂并且共同地接地到第三辐射臂和第四辐射臂。

2.根据权利要求1所述的多极化波辐射元件，其中，

所述第一至第四辐射臂中的每一个均由形成巴伦结构的支撑件单独支撑，并且

支撑所述第一至第四辐射臂的支撑件以预先设计的间隔彼此间隔开。

3.根据权利要求2所述的多极化波辐射元件，其中，

所述第一馈线和所述第二馈线采用具有第一带状线和第二带状线作为馈电导体的带状线传输线结构形成，

所述第一带状线设置在第二旋转臂的支撑件和第三旋转臂的支撑件之间，并且在第四旋转臂的支撑件和第一旋转臂的支撑件之间延伸，馈电信号共同以电容耦合方式传输到第四辐射臂和第一辐射臂，

所述第二带状线设置在第三旋转臂的支撑件和第四旋转臂的支撑件之间，并且在第一旋转臂的支撑件和第二旋转臂的支撑件之间延伸，以及馈电信号共同以电容耦合方式传输到第一辐射臂和第二辐射臂。

4.根据权利要求1所述的多极化波辐射元件，其中，

所述第一馈线和所述第二馈线使用同轴线结构形成巴伦结构，

所述第一馈线的内导体共同连接到第四辐射臂和第一辐射臂，并且所述第一馈线的外导体共同连接到第二辐射臂和第三辐射臂，

其中所述第二馈线的内导体共同连接到第一辐射臂和第二辐射臂，并且第二馈线的外导体共同连接到第三辐射臂和第四辐射臂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多极化波辐射元件，其中，

第一至第四辐射臂的布置总体上在平面图中具有“+”形。

6.具有多极化波辐射元件的天线，其中包括：

反射器；

安装在所述反射器上的第一带的至少一个第一辐射元件；和

设置在反射板上的第二带或第三带的至少一个第二或第三辐射元件；

其中所述第一辐射元件包括：

第一、第二、第三和第四辐射臂，所述第一、第二、第三和第四辐射臂以平面四边对称的方式彼此相邻地顺序布置；

第一馈线，其共同馈送到第四旋转臂和第一旋转臂并且共同地接地到第二旋转臂和第三旋转臂；和

第二馈线，其共同馈送到第一辐射臂和第二辐射臂并且共同地接地到第三辐射臂和第四辐射臂。