CN109075445B - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种天线装置(100)，其包括沿着轴线(104)延伸的电导体(102)、与电导体(102)接触并且垂直于轴线(104)延伸的第一导电盘(106)以及与导体(102)接触并且垂直于轴线(104)延伸的第二导电盘(108)。该天线装置还包括：导电壳体(110)，该导电壳体绕轴线(104)在周向上封围电导体(102)、第一导电盘(106)和第二导电盘(108)；馈送装置(114)，该馈送装置被配置成将电磁能馈送至第一导电盘(106)；发射装置(116)，该发射装置被配置成从第二导电盘(108)发射电磁能；以及第三导电盘(112)，第三导电盘与导体(102)接触并且在第一导电盘(106)与第二导电盘(108)之间、于距第一导电盘和第二导电盘一定距离处垂直于轴线(104)延伸。第三导电盘(112)包括至少一个开口(128)。

Description

天线装置
技术领域
本发明涉及适用于天线阵列的天线装置。
背景技术
基站和微基站通常采用多波束天线(multi-beam antenna，MBA)阵列。人口密集地区的无线通信面临着可用频谱利用率高的问题。使用MBA阵列和多输入多输出(multiple-input-multiple-output，MIMO)天线阵列是通过提供空间频谱再利用以增大现有容量来解决此问题的有希望的方式。
MIMO天线阵列需要实现的重要特征有：广角方向上的极化正交性、低旁瓣能力和广角扫描能力。为了实现所述特征，需要：在较宽范围的方向上具有良好的极化隔离并且具有低的元件间耦合和低的方向性的天线元件的密集封装。还期望实现具有成本效益的实施方案。具有成本效益的实施方案要求特定的可制造性要求并且特别强调极化正交性和交叉极化的低的偏离瞄准线(off-boresight)水平。按照惯例，具有这些特征的天线为在C波段和Ku波段的卫星通信中用作主焦点反射器天线馈源的圆形或方形波导、光壁喇叭或波纹喇叭。半波偶极子和不同构型的贴片是基站天线中最常用的元件。然而，大阵列在传统天线阵列中并不常见。传统的基站天线通常使用大约8个到10个元件的线性阵列。当施加了诸如相对较高的天线增益、较低的旁瓣和有限的截面之类的附加要求时，合适的天线元件类型的选择变得困难。
发明内容
本发明的实施方式的目的在于提供一种减少伴随常规解决方案的问题的天线装置。
本发明的实施方式的另一目的在于提供一种能够实现天线装置的密集封装的天线装置。
本发明的实施方式的又一目的在于提供一种提供频率滤波的天线装置。
上述目的由独立权利要求的主题来实现。本发明的其他有利的实现方式可以在从属权利要求中获得。
关于包括多个天线装置的天线阵列，下述特性是重要的：
1.阵列应该是密集的，即元件相位中心之间不超过半个波长，以实现具有受控旁瓣的波束形成。
2.天线元件的方向性应该较低、优选地接近全向(或“半球”)，以实现对扫描而言最大的灵活性。
3.天线元件之间的耦合应该是低的，以避免天线元件之间的负载牵引。
4.具有频率抑制是重要的，这需要并入频率滤波器。由于天线元件因此还有天线元件驱动器将被密集地封装，因而没有空间用于传统的低损耗高选择性滤波器。
5.天线阵列可以为滤波功能提供空间的程度比天线阵列的背面可以为滤波功能提供空间的程度大。这是由于在天线阵列的背面上需要比如诸如公共计时、数据馈送和功率馈送之类的其他特征。
6.如果滤波器和天线在其功能方面被集成，则滤波器对辐射特性的影响能够被控制。
7.信号带宽中的阻抗匹配可以通过使用滤波功能用于阻抗转换以更小的占用空间来改善或实现。
8.滤波器/天线组合应该在被安装在其阵列位置中时在其信号路径中的个体之间呈现较小的延迟变化。
带外辐射要求施加了一个更大的系统级限制，这意味着需要并入频率滤波功能。
发明人已经认识到，大多数常用的天线类型不适于实现上面列出的特性。每个常用的天线类型都有其自身的缺点。例如，贴片天线具有低的抑制能力和中等的交叉极化水平。基向间(Inter-cardinal)极化隔离度在贴片天线中的瞄准线上通常测量为大约16dB至20dB。喇叭天线在6GHz或更低的频带内变得庞大，并且需要单独的正交模转换器或极化器，这导致较高的生产成本。对成本效益和可制造性的苛刻要求要求使用与印刷电路板(printed circuit board，PCB)技术兼容的印刷天线元件。对与互补性金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)技术的兼容性的需求引入了一个更大的要求，即，需要具有差分馈送系统而不是传统的单端同轴或微带输入。遗憾的是，传统的基于PCB的MIMO天线阵列元件在天线元件可用的频率选择性方面受到限制。贴片可以与槽结合以产生类似滤波器的行为，但品质因子(Q因子)的值有限。发明人有将滤波并入在天线元件中的构思。这是有利的，因为天线元件在阵列中具有的空间比其他部件将具有的空间大。
在传统基站设计中，滤波器作为单独元件并入，但由于每个天线元件现在于阵列中均设置有单独的有源元件控制(为了上述瓣形成的必要的灵活性)，因而其也需要专用滤波器，但是传统滤波器由于空间限制而不能被配装。另外，双极化波束形成方案需要使滤波器的数目增加一倍从而使得体积限制更加紧迫。
根据本发明的第一方面，提供了一种天线装置，该天线装置包括沿着轴线延伸的电导体、与电导体接触并且垂直于轴线延伸的第一导电盘以及与导体接触并且垂直于轴线延伸的第二导电盘。该天线装置还包括绕轴线在周向上封围电导体、第一导电盘和第二导电盘的导电壳体。该天线装置还包括：馈送装置，该馈送装置被配置成将电磁能馈送至第一导电盘；发射装置，该发射装置被配置成从第二导电盘发射电磁能；以及第三导电盘，第三导电盘与导体接触并且在第一导电盘与第二导电盘之间、于距第一导电盘和第二导电盘一定距离处垂直于轴线延伸，其中，第三导电盘包括至少一个开口。
在根据第一方面的天线装置的情况下，滤波器功能将由于第三导电盘而变窄。根据第一方面的天线装置引入了一种对辐射天线元件的频率选择性进行控制并且同时保留辐射天线的极化特性的方法。因此，由天线元件占据的空间也可以用于频率滤波。根据第一方面的天线装置还增加了元件间隔离，从而降低了扫描期间天线阵列中的负载牵引效应。
必须选择合适的天线构型，以同时满足以下要求。
天线装置可以用作天线阵列中的天线元件。天线装置应该具有与MIMO阵列元件要求兼容的小截面并且提供具有足够的极化正交性的双极化操作。天线装置可以设置成用于差分馈送系统。如果天线装置提供单端馈送架构和差分馈送架构二者，则是有利的。
在根据第一方面的天线装置的可能的第一实现方式中，第一导电盘和第二导电盘中的至少一者关于轴线对称。优选地，第一导电盘和第二导电盘都关于轴线对称。通过使第一导电盘和第二导电盘关于轴线对称，改善了双极化操作。
在根据可能的第一实现方式或根据第一方面本身的天线装置的可能的第二实现方式中，第一导电盘和第二导电盘中的至少一者关于轴线的轴对称的阶数为四的整数倍。通过具有第一导电盘和第二导电盘的这种对称性，可以提高基向间极化隔离度。
在根据可能的第一实现方式或第二实现方式或根据第一方面本身的天线装置的可能的第三实现方式中，导电壳体包括在第一导电盘侧于轴向上封围电导体的第一端壁。通过具有第一端壁，可以以更好的方式来控制从天线装置对辐射的发射。
在根据可能的第三实现方式的天线装置的可能的第四实现方式中，馈送装置包括靠近第一导电盘配置并且延伸穿过第一端壁的馈送探针，其中，馈送探针被配置成将电磁能电容性地馈送至第一导电盘。因此，在此上下文中，靠近指的是馈送探针足够接近第一导电盘以使得能够将电磁能电容性地馈送至第一导电盘。将电磁能电容性地馈送至第一导电盘是馈送电磁能的有效方式。
在根据可能的第四实现方式的天线装置的可能的第五实现方式中，馈送探针绕轴线对称地配置。通过绕轴线对称地配置馈送探针，改善了双极化操作。
在根据可能的第五实现方式的天线装置的可能的第六实现方式中，馈送探针的数目为四的整数倍。通过以这种方式配置馈送探针，优化了双极化操作。
在根据可能的第三实现方式的天线装置的可能的第七实现方式中，馈送装置包括配置在第一导电盘与第三导电盘之间的导电环，其中，导电环被配置成将电磁能电感性地馈送至第一导电盘。这对于天线装置的印刷实现方式而言是将电磁能馈送至第一导电盘的有利方式。电容性探针对于薄盘厚度为约15um至1mm的天线装置的印刷实现方式而言并非最佳选择。另外，磁耦合环的布置提供了馈送装置的更大范围的可能阻抗。这有助于与非标准阻抗匹配。一个重要的益处在于可以进行差分馈送。另一个益处在于可以实现功率合成。因此，天线装置可以经由4个差分对来合成来自8个源的功率。
在根据可能的第七实现方式的天线装置的可能的第八实现方式中，每个导电环包括两个馈送点，其中，第一导电盘包括从第一导电盘的周缘延伸的槽，并且其中，每个导电环的馈送点被配置在槽的分离的两侧。槽确保可以仅存在期望的发射模式。
在根据可能的第七实现方式或第八实现方式的天线装置的可能的第九实现方式中，导电环绕轴线对称地配置。导电环的对称配置提供了所发射的电磁辐射的极化方向之间的良好隔离并且确保可以仅存在期望的发射模式。
在根据可能的第七实现方式、第八实现方式或第九实现方式的天线装置的可能的第十实现方式中，天线装置还包括配置在第一导电盘与导电环之间的第一介电层、配置在导电环与第三导电盘之间的第二介电层以及配置在第三导电盘与第二导电盘之间的第三介电层。介电层为天线装置的印刷实现提供机械刚度，其中，第一导电盘、第二导电盘和第三导电盘较薄且彼此靠近。介电层可以由比如诸如环氧化合物、陶瓷、二氧化铝或FR-4之类的任何合适的介电材料制成。FR-4(也称为FR4)为分配给玻璃增强环氧树脂层压板、管、杆和印刷电路板(PCB)的等级标志。FR-4是由编织玻璃纤维布和阻燃环氧树脂粘合剂组成的复合材料。FR代表阻燃剂。
在根据可能的第一实现方式至第十实现方式中的任一实现方式或根据第一方面本身的天线装置的可能的第十一实现方式中，导电壳体包括在第二导电盘侧于轴向上封围导体的第二端壁。该第二端壁使得能够提高来自天线装置的电磁辐射的可控性。
在根据可能的第十一实现方式的天线装置的可能的第十二实现方式中，发射装置包括与第二导电盘电接触并且延伸穿过第二端壁的辐射元件。通过具有这种辐射元件，发射装置的效率可以得到极大提高。
在根据可能的第十二实现方式的天线装置的可能的第十三实现方式中，辐射元件绕轴线对称地配置。导电环的对称配置提供了所发射的电磁辐射的极化方向之间的良好隔离，并且确保可以仅存在期望的发射模式。
在根据可能的第十三实现方式的天线装置的可能的第十四实现方式中，辐射元件的数目为四的整数倍。通过具有第一导电盘和第二导电盘的这种对称性，可以提高基向间极化隔离度。
在根据可能的第一实现方式至第十四实现方式中的任一实现方式的天线装置的可能的第十五实现方式中，第三导电盘关于轴线的轴对称的阶数为四的整数倍。如果用晶体学中所使用的轴对称的阶数来表示第三导电盘关于轴线的轴对称的阶数，则可以列出下述适合的对称阶数：
C4、C8、C16、...C∞。
在C4表示的第一极限中，轴对称的阶数为4。因此，天线孔径可以绕对称轴线旋转到与正方形形状对应的四个不同的位置中。在另一个极限中，天线孔径呈圆形形状。
下面将对实施方式进行描述。在本发明的实施方式的以下描述中，对于不同附图中的相同特征，使用相同的附图标记。
附图说明
图1a以截面示意性地示出了根据实施方式的天线装置的侧视图。
图1b示意性地示出了图1a中的天线装置的端部。
图1c示意性地示出了图1a中的天线装置的与图1b中的端部相反的端部。
图1d示出了图1a中的天线装置中的第三导电盘和第五导电盘。
图2a为示出了图1a中的辐射元件的作为频率的函数的回波损耗的图。
图2b示意性地示出了图1a中的辐射元件的辐射图。
图3a为示出了图1a中的天线装置的插入损耗和回波损耗的图。
图3b更详细地示出了图3a中的曲线的一部分。
图4为天线装置的与图1a中的天线装置类似的另一实施方式的立体截面图。
图5为示出了图4的辐射元件的插入损耗和回波损耗的图。
图6a为示出了具有不同数目的导电盘的辐射元件的插入损耗和回波损耗的示例的图。
图6b更详细地示出了图6a中的图的一部分。
图7示出了根据另一实施方式的天线装置。
图8图示了被馈送至图7中的天线装置中的不同馈送点的电磁能如何被合成到合成发射的电磁波中。
图9a示出了图8中的天线装置中的辐射元件的回波损耗。
图9b示出了来自图8中的天线装置中的辐射元件的辐射图。
图10示出了图8中的天线装置中的不同层。
图11示出了图8中的天线装置的回波损耗和插入损耗。
图12a示出了根据另一实施方式的天线装置。
图12b示出了根据图12a的天线装置的局部视图。
图13示出了图12a中的天线装置的插入损耗和回波损耗。
图14示出了图12a中的天线装置中的不同层。
图15示意性地示出了无线通信系统中的通信设备。
图16图示了可以用在根据本发明的实施方式的天线装置中的盘和盖的不同几何形状。
具体实施方式
在本发明的实施方式的以下描述中，对于不同附图中的相同特征，使用相同的附图标记。
图1a以截面示意性地示出了根据实施方式的天线装置100的侧视图。图1b示意性地示出了图1a中的天线装置的端部。图1c示意性地示出了图1a中的天线装置的与图1b中的端部相反的端部。图1d示出了图1a中的天线装置中的第三导电盘112和第五导电盘142的形状。天线装置100包括沿着轴线104延伸的电导体102、与电导体102接触并且垂直于轴线104延伸的第一导电盘106。天线装置100还包括与导体102接触并且垂直于轴线104延伸的第二导电盘108。天线装置还包括绕轴线104在周向上封围电导体102、第一导电盘106和第二导电盘108的导电壳体110。天线装置100还包括与导体102接触并且在第一导电盘106与第二导电盘108之间、于距第一导电盘106和第二导电盘108一定距离处垂直于轴线104延伸的第三导电盘112。天线装置还包括被配置成将电磁能馈送至第一导电盘106的馈送装置114。在图1a中，馈送装置呈第一馈送探针118a、第二馈送探针118b(参见图1b)、第三馈送探针118c和第四馈送探针118d(参见图1b)的形式，第一馈送探针118a、第二馈送探针118b、第三馈送探针118c和第四馈送探针118d靠近第一导电盘106配置并且延伸穿过第一端壁120。第一馈送探针118a、第二馈送探针118b、第三馈送探针118c和第四馈送探针118d被配置成将电磁能电容性地馈送至第一导电盘106。如在图1a至图1c中可以观察到的，第一馈送探针118a、第二馈送探针118b、第三馈送探针118c和第四馈送探针118d绕轴线104对称地配置。此外，图1a中的天线装置包括：与导体102接触并且垂直于轴线104延伸的可选的第四导电盘140，以及与导体102接触并且在第二导电盘108与可选的第四导电盘140之间、于距第二导电盘108和可选的第四导电盘140一定距离处垂直于轴线104延伸的可选的第五导电盘142。天线装置100还包括被配置成从可选的第四导电盘140发射电磁能的发射装置116。第三导电盘112和第五导电盘142两者具有相同的形状并且均包括如图1d中所示的四个非传导性开口128a、128b、128c、128d。天线装置包括被配置成从第二导电盘108发射电磁能的发射装置。发射装置116包括第一辐射元件124a、第二辐射元件124b、第三辐射元件124c和第四辐射元件124d(参见图1c)。
第一导电盘106和第二导电盘108均关于轴线104对称。在所示出的实施方式中，第一导电盘106和第二导电盘108是圆形的，但其也可以具有其他形状。第一导电盘106和第二导电盘108中的至少一者关于轴线104的轴对称的阶数应当是四的整数倍。
导电壳体110包括在第一导电盘106侧于轴向上封围电导体102的第一端壁120。馈送探针118a、118b、118c、118d靠近第一导电盘106配置并且延伸穿过第一端壁120，其中，在相应的馈送探针118a、118b、118c、118d与第一端壁120之间具有间隔件146a、146b、146c、146d。
导电壳体110还包括在第二导电盘108侧于轴向上封围导体102的第二端壁122。
第一辐射元件124a、第二辐射元件124b、第三辐射元件124c和第四辐射元件124d靠近第四导电盘106配置并且延伸穿过第二端壁122。电磁能被从第四导电盘电容性地耦合至第一辐射元件124a、第二辐射元件124b、第三辐射元件124c和第四辐射元件124d。第一辐射元件124a包括第一辐射探针144a和第一图案化蚀刻环150a并且借助于第一聚四氟乙烯(Teflon)保持器148a固定在第二端壁122中。第二辐射元件124b包括第二辐射探针144b和第二图案化蚀刻环150b并且借助于第二聚四氟乙烯保持器148b固定在第二端壁122中。第三辐射元件124a包括第三辐射探针144c和第三图案化蚀刻环150c并且借助于第三聚四氟乙烯保持器148c固定在第二端壁122中。第四辐射元件124d包括第四辐射探针144d和第四图案化蚀刻环150d并且借助于第四聚四氟乙烯保持器148d固定在第二端壁122中。辐射元件124a、124b、124c、124d绕轴线104对称地配置。
如上所述，图1d示出了均呈所谓的隔板形式的第三导电盘112和第五导电盘142的形状。第三导电盘112和第五导电盘142均包括第一开口128a、第二开口128b、第三开口128c和第四开口128d。天线装置在第一端壁120与第三导电盘112之间形成第一腔体152、在第三导电盘112与第五导电盘142之间形成第二腔体154并且在第五导电盘142与第二端壁122之间形成第三腔体156。每个腔体152、154、156均支持两种正交线性极化模式。腔体之间的电磁耦合由第三导电盘112和第五导电盘142中的开口128a、128b、128c、128d来控制。第一开口128a和第三开口128c形成第一对开口。第二开口128b和第四开口128d形成第二对开口。开口128a、128b、128c、128d对称地配置以确保正交模式之间不存在耦合。
除了筒形聚四氟乙烯保持器148a、148b、148c、148d之外，辐射元件没有使用有损耗的介电材料，而是从轧制的铜片上蚀刻出来的，这使得其实际上是无损的。匹配是通过几何优化来实现的。在100MHz的通带内，回波损耗优于20dB。
在操作中，电磁能借助于馈送探针118a、118b、118c、118d被电容性地馈送至第一导电盘106。呈第一馈送探针118a和第三馈送探针118c形式的第一对馈送探针将电磁能馈送至第一模式。呈第二馈送探针118b和第三馈送探针118c形式的第二对馈送探针将电磁能馈送至与第一模式正交的第二模式。电磁能通过天线装置被传输及滤波并经由第一辐射元件124a、第二辐射元件124b、第三辐射元件124c和第四辐射元件124d被输出。第一辐射元件124a和第二辐射元件124b设置成一对以发射第一模式，而第三辐射元件124c和第四辐射元件124d设置成第二对以发射与第一模式正交的第二模式。
图2a为示出图1a中的辐射元件124a、124b、124c、124d中的一个辐射元件的作为频率的函数的回波损耗的图。辐射元件124a、124b、124c、124d的回波损耗应被添加至天线装置的其余部分的回波损耗。该回波损耗具有非常锐利的滤波函数ff，这意味着天线装置将以3.65GHz处为峰值的非常窄的频带发射电磁辐射。图2b示意性地示出了图1a中的辐射元件的针对三个不同相位的辐射图。图2b示出了辐射图接近全向(或“半球”)，这在上面的发明内容中被列为是期望的。
图3a为示出了图1a中的天线装置的插入损耗和回波损耗的图。图3b更详细地示出了图3a中的曲线的一部分。曲线RL表示回波损耗，而曲线IL表示插入损耗。回波损耗具有f1＝3.5GHz处的第一峰值、f2＝3.6GHz处的第二峰值和f3＝3.7GHz处的第三峰值。这三个峰值是由于天线装置具有第一导电盘106、第二导电盘108和第四导电盘140这一事实而形成的。根据较早的技术，这些盘在滤波器中通常被称为波纹结构。第三导电盘112和第五导电盘被称为隔板并且包括开口。
图4是天线装置的与图1a中的天线装置类似的另一实施方式的立体截面图。图4和图1a中相似特征将使用相同的附图标记。天线装置100包括沿着轴线104延伸的电导体102以及与电导体102接触并且垂直于轴线104延伸的第一导电盘106。天线装置100还包括与导体102接触并且垂直于轴线104延伸的第二导电盘108。天线装置还包括绕轴线104在周向上封围电导体102、第一导电盘106和第二导电盘108的导电壳体110。天线装置100还包括与导体102接触并且在第一导电盘106与第二导电盘108之间、于距第一导电盘106和第二导电盘108一定距离处垂直于轴线104延伸的第三导电盘112。天线装置还包括被配置成将电磁能馈送至第一导电盘106的馈送装置114。图1a中的天线装置与图4中的天线装置之间的主要区别在于图4中的天线装置没有侧壁和单独的辐射元件。因此，图4所示出的天线装置中的发射装置116是用黑场160标记的开口。馈送装置114也是不同的并且包括具有第一馈送开孔162a、第二馈送开孔162b、第三馈送开孔162c和第四馈送开孔162d的导电盘。
图5为示出了图4的辐射元件的作为频率的函数的插入损耗和回波损耗的图。回波损耗由曲线RL表示，而插入损耗由曲线IL表示。与图3类似，回波损耗具有f1＝3.5GHz处的第一峰值、f2＝3.6GHz处的第二峰值和f3＝3.7GHz处的第三峰值。
图6a为示出了具有不同数目的导电盘的辐射元件的插入损耗和回波损耗的示例的图。第一回波损耗曲线RL1示出了具有三个导电盘的天线装置的回波损耗。第二回波损耗曲线RL2示出了具有四个导电盘的天线装置的回波损耗。第三回波损耗曲线RL3示出了具有五个导电盘的天线装置的回波损耗。尽管根据图6a并不非常清楚，但是第一回波损耗曲线RL1具有三个峰值，第二回波损耗曲线RL2具有四个峰值并且第三回波损耗曲线RL3具有五个峰值。第一插入损耗曲线IL1示出了具有三个导电盘的天线装置的插入损耗。第二插入损耗曲线IL2示出了具有四个导电盘的天线装置的插入损耗。第三插入损耗曲线IL3示出了具有五个导电盘的天线装置的插入损耗。如可以观察到的，插入损耗曲线随着导电盘越多而变得越窄。图6b更详细地示出了图6a中的图的一部分。
图7示出了根据另一实施方式的天线装置。对于低功率、大批量生产的天线装置而言，成本是重要的设计驱动因素。这激发了制造印刷实施的天线装置的努力。由于成本增加，电容性探针对于印刷实施而言并非最佳选择。印刷的天线装置可以以低成本制造并且也将从将功率合成级并入在天线装置中的可能性中受益。这可以通过对第一腔体进行馈送的方式来实现。基于平面穿孔谐振器的馈送装置是有利的。该馈送装置是基于两对差分馈送磁环和中心接地点而设计的。这确保可以仅存在期望的模式。图7中所示的天线装置包括第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3、第四端口P4、第五端口P5、第六端口P6、第七端口P7和第八端口P8。第一导电盘106包括第一槽132a、第二槽132b、第三槽132c和第四槽132d。所有槽均从第一导电盘的周缘延伸。第一槽132a和相对的第三槽132c形成用于第一极化方向的第一对槽。第二槽132b和相对的第四槽132d形成用于第二极化方向的第二对槽。通过第一导电壁120(未在图7中示出)在第一槽132a的两侧配置有第一同轴输入端口P1和第二同轴端口P2。在第一输入端口P1与第一导电盘106之间配置有第一隔离器I1。在第二输入端口P2与第一导电壁120之间配置有第二隔离器I2。通过第一导电壁120在第二槽132b的两侧配置有第三同轴输入端口P3和第四同轴端口P4。在第三输入端口P3与第一导电壁120之间配置有第三隔离器I3。在第四输入端口P4与第一导电壁120之间配置有第四隔离器I4。通过第一导电盘106在第三槽132c的两侧配置有第五同轴输入端口P5和第六同轴端口P6。在第五输入端口P5与第一导电壁120之间配置有第五隔离器I5。在第六输入端口P6与第一导电壁120之间配置有第六隔离器I6。通过第一导电壁120在第四槽132d的两侧配置有第七同轴输入端口P7和第八同轴端口P8。在第七输入端口P7与第一导电盘106之间配置有第七隔离器I7。在第八输入端口P8与第一导电壁120之间配置有第八隔离器I8。
在第一输入端口P1与第二输入端口P2之间连接有第一导电环126a以形成第一差分对。在第三输入端口P3与第四输入端口P4之间连接有第二导电环126b以形成第二差分对。在第五输入端口P5与第六输入端口P6之间连接有第三导电环126c以形成第三差分对。在第七输入端口P7与第八输入端口P8之间连接有第四导电环126d以形成第四差分对。第一差分对P1-P2和第三差分对P5-P6馈送水平极化。第二差分对P3-P4和第四差分对P7-P8馈送竖向极化。
通过将第一导电盘构造成具有槽几何结构，提供了对定位磁环有用的附加自由度。这些槽还提供要给予端口的较宽范围的可能阻抗。这有助于将端口与诸如50欧姆差分而不是标准的100欧姆差分之类的非标准阻抗匹配。另一个重要特征在于差分馈送为额外的功率合成步骤提供空间。因此，图7中的天线装置可以经由4个差分对来合成来自8个源的功率。图8图示了被馈送至图7中的天线装置中的不同馈送点的电磁能如何被合成为合成的发射电磁波。在第一步骤中，将来自差分对中的端口的功率合成。将来自第一端口P1的功率与来自第二端口P2的功率在第一导电环126a中合成。将来自第五端口P5的功率与来自第六端口P6的功率在第三导电环126c中合成。将来自第三端口P3的功率与来自第四端口P4的功率在导电环126b中合成。将来自第七端口P7的功率与来自第八端口P8的功率在第四导电环126d中合成。第一导电环126a和第三导电环126c两者馈送水平极化方向，而第二导电环126b和第四导电环126d两者馈送竖向极化方向。在第二步骤中，将来自第一导电环126a的功率与来自第三导电环126c的功率合成为水平极化方向。另外，在第二步骤中，将来自第二导电环126b的功率与来自第四导电环126d的功率合成为竖向极化方向。最后，在第三步骤中，将来自水平极化方向的功率与来自竖向极化方向的功率合成以产生从天线装置100发出的总信号。
图9a示出了图7中的天线装置中的辐射元件的回波损耗。图9b示出了图8中的天线装置中的辐射元件的辐射图。
图10示出了图7中的天线装置中的不同层。图10中示出的不同层以下述顺序设置：M1、VIA1、M2、VIA2、M3、VIA3、M4、VIA4、M5。第一导电盘在M2上示出。导电环126a、126b、126c、126d在M3上示出并配置在第一导电盘106与第三导电盘112之间，第三导电盘在M4上示出。第二导电盘108在M5上示出。VIA1、VIA2、VIA3和VIA4上的层为提供间隔层的介电层。在第一导电盘106与导电环126之间配置有第一介电层134，在导电环126与第三导电盘112之间配置有第二介电层136，并且在第三导电盘112与第二导电盘108之间配置有第三介电层138。介电层可以由FR4、环氧化合物、陶瓷、二氧化铝或其他介电材料制成。在导电环126与第三导电盘112之间配置有额外的介电层164。在操作中，导电环126a、126b、126c、126d被配置成将电磁能电感性地馈送至第一导电盘106。于是，操作与图1a中示出的天线装置的操作类似。
图11示出了图7中的天线装置的回波损耗和插入损耗。
图12a示出了根据另一实施方式的天线装置100。图12b示出了根据图12a的天线装置的局部视图。将参照图14对图7中的天线装置与图12a和图12b中示出的天线装置之间的区别进行描述。
图13示出了图12a中的天线装置的插入损耗和回波损耗。
图14示出了图12a中的天线装置中的不同层。与图10中示出的层相比唯一的区别在于第二导电盘108具有与图10中的形状不同的形状。
图15示意性示出了无线通信系统400中的通信设备300。通信设备300包括根据本发明的实施方式的天线装置100。无线通信系统400还包括基站500，基站500也可以包括根据上述实施方式中的任一实施方式的天线装置100。虚线箭头A1表示通常被称为上行链路传输的从发射机设备300到基站500的传输。实线箭头A2表示通常被称为下行链路传输的从基站500到发射机设备300的传输。
本发射机设备300可以是能够在无线通信系统(有时也被称为蜂窝无线系统)中进行无线通信的长期演进(Long Term Evolution，LTE)中的用户设备(User Equipment，UE)、移动站(mobile station，MS)、无线终端或移动终端中的任一者。UE还可以被称为移动电话、蜂窝电话、具有无线能力的计算机平板电脑或笔记本电脑。本上下文中的UE例如可以是下述移动设备，所述移动设备为便携式的、可袖珍存储的、手持式的、计算机所包括的或车载式的并且能够经由无线接入网络而与另一实体——比如另一接收器或服务器——传送语音或数据。UE可以是站(STA)，站(STA)为包含至无线介质(Wireless Medium，WM)、符合IEEE 802.11的介质访问控制(Media Access Control，MAC)和物理层(Physical Layer，PHY)接口的任何设备。
本发射机设备300还可以是基站(无线)网络节点或接入节点或接入点或基站例如无线基站(Radio Base Station，RBS)，其在一些网络中可以根据所使用的技术和术语被称为发射机、“eNB”、“eNodeB”、“NodeB”或“B节点”。无线网络节点可以基于发射功率并且因此也基于小区大小而具有比如诸如宏eNodeB、家庭eNodeB或微微(pico)基站之类的不同类别。无线网络节点可以是站(STA)，站(STA)为包含至无线介质(WM)、符合IEEE 802.11的介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)接口的任何设备。
在上述实施方式中，盘呈圆形。然而，如发明内容中所提到的，盘和盖的轴对称的阶数可以为四的整数倍。图16图示了盘106、108和盖110上的替选性几何形状。在图16a中，导电壳体110呈正方形形状，而导电盘106、108呈八边形形状。在图16b中，导电壳体110呈八边形形状而导电盘106、108呈圆形形状。在图16c中，导电壳体110呈圆形形状而导电盘呈正方形形状。
通常，盘可以为例如设置在呈杆形式的电导体上的实心盘(杆结构上的盘)，但是也可以是满足所提及到的对PCB的对称性要求的呈盘形式的金属层，而电导体由穿过金属层和介电层的堆叠体的导通孔形成。

Claims (12)

1.一种天线装置(100)，包括：
电导体(102)，所述电导体沿着轴线(104)延伸；
第一导电盘(106)，所述第一导电盘与所述电导体(102)接触并且垂直于所述轴线(104)延伸，
第二导电盘(108)，所述第二导电盘与所述导体(102)接触并且垂直于所述轴线(104)延伸，
第四导电盘(140)，所述第四导电盘与所述导体(102)接触并且垂直于所述轴线(104)延伸，
导电壳体(110)，所述导电壳体绕所述轴线(104)在周向上封围所述电导体(102)、所述第一导电盘(106)、所述第二导电盘(108)和所述第四导电盘(140)，所述导电壳体(110)包括在所述第一导电盘(106)侧于轴向上封围所述电导体(102)的第一端壁(120)和在所述第四导电盘(140)侧于轴向上封围所述导体(102)的第二端壁(122)，
馈送装置(114)，所述馈送装置被配置成将电磁能馈送至所述第一导电盘(106)，
发射装置(116)，所述发射装置被配置成从所述第四导电盘(140)发射电磁能，
第三导电盘(112)，所述第三导电盘与所述导体(102)接触并且在所述第一导电盘(106)与所述第二导电盘(108)之间、于距所述第一导电盘和所述第二导电盘一定距离处垂直于所述轴线(104)延伸，其中，所述第三导电盘(112)包括至少一个第一开口，以及
第五导电盘(142)，所述第五导电盘与所述导体(102)接触并且在所述第二导电盘(108)与所述第四导电盘(140)之间、于距所述第二导电盘和所述第四导电盘一定距离处垂直于所述轴线(104)延伸，其中，所述第五导电盘(142)包括至少一个第二开口，
其中，所述天线装置(100)还包括在所述第一端壁(120)和所述第三导电盘(112)之间形成的第一腔体(152)，在所述第三导电盘(112)和第五导电盘(142)之间形成的第二腔体(154)，以及在所述第五导电盘(142)与所述第二端壁(122)之间形成的第三腔体(156)，以及
其中，所述至少一个第一开口和所述至少一个第二开口被配置为确保所述第一腔体(152)、所述第二腔体(154)和所述第三腔体(156)的正交模式之间不存在耦合。
2.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其中，所述第一导电盘(106)和所述第二导电盘(108)中的至少一者关于所述轴线(104)对称。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置(100)，其中，所述第一导电盘(106)和所述第二导电盘(108)中的至少一者关于所述轴线(104)的轴对称的阶数为四的整数倍。
4.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其中，所述馈送装置(114)包括靠近所述第一导电盘(106)配置并且延伸穿过所述第一端壁(120)的馈送探针(118a、118b、118c、118d)，其中，所述馈送探针(118a、118b、118c、118d)被配置成将电磁能电容性地馈送至所述第一导电盘(106)。
5.根据权利要求4所述的天线装置(100)，其中，所述馈送探针(118a、118b、118c、118d)的数目为四的整数倍，并且所述馈送探针(118a、118b、118c、118d)绕所述轴线(104)对称地配置。
6.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其中，所述馈送装置(114)包括配置在所述第一导电盘(106)与所述第三导电盘(112)之间的至少一个导电环(126a、126b、126c、126d)，其中，所述导电环(126)被配置成将电磁能电感性地馈送至所述第一导电盘(106)。
7.根据权利要求6所述的天线装置(100)，其中，每个导电环(126a、126b、126c、126d)包括两个馈送点(P1、P3、P5、P7；P2、P4、P6、P8)，其中，所述第一导电盘(106)包括从所述第一导电盘(106)的周缘延伸的槽(132a、132b、132c、132d)，并且其中，每个导电环(126a、126b、126c、126d)的馈送点(130a、130b)被配置在所述槽(132a、132b、132c、132d)的分离的两侧。
8.根据权利要求6或7所述的天线装置(100)，其中，所述导电环(126a、126b、126c、126d)有四个，所述四个导电环(126a、126b、126c、126d)绕所述轴线(104)对称地配置。
9.根据权利要求6或7所述的天线装置(100)，还包括配置在所述第一导电盘(106)与所述导电环(126)之间的第一介电层(134)、配置在所述导电环(126)与所述第三导电盘(112)之间的第二介电层(136)以及配置在所述第三导电盘(112)与所述第二导电盘(108)之间的第三介电层(138)。
10.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其中，所述发射装置(116)包括与所述第四导电盘(140)电接触并且延伸穿过所述第二端壁(122)的辐射元件(124a、124b、124c、124d)。
11.根据权利要求10所述的天线装置(100)，其中，所述辐射元件(124a、124b、124c、124d)的数目为四的整数倍，并且所述辐射元件(124a、124b、124c、124d)绕所述轴线(104)对称地配置。
12.根据权利要求1或2所述的天线装置(100)，其中，所述第三导电盘(112)关于所述轴线(104)的轴对称的阶数为四的整数倍。
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