CN110832699A - 双极化辐射元件和天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双极化辐射元件(100)。该双极化辐射元件(100)包括馈电布置(101)和四个偶极子臂(103)。该馈电布置(101)包括从馈电布置(101)的周边向中心延伸并且以均匀角度间隔(104)布置形成第一角度布置的四个槽(102)。该四个偶极子臂(103)从馈电布置(101)向外延伸并以均匀角度间隔(105)布置形成第二角度布置。四个偶极子臂(103)的第二角度布置相对于四个槽(102)的第一角度布置转动(106)。

Description

双极化辐射元件和天线
技术领域
本发明涉及一种用于天线的双极化辐射元件，即，涉及一种被配置为发射两种不同极化辐射的辐射元件。本发明还涉及一种天线，具体涉及一种多频段天线，其包括根据本发明的至少一个双极化辐射元件，并且优选地包括一个或多个其他辐射元件，更优选地包括形成大规模多输入多输出(massive multiple input multiple output，mMIMO)阵列的其他辐射元件。
背景技术
随着LTE系统的部署，网络运营商为网络增加新的频谱以增加其网络容量。为此，促使天线供应商在不增加天线尺寸的情况下开发具有更多天线端口/阵列并支持更多频段的新天线。
例如，当前LTE标准中的多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)要求至少在高频段中需要数量加倍的天线端口/阵列。特别地，为了开发当前LTE标准的全部性能，新天线必须在高频段中支持4x4 MIMO。另外，为了为将来的部署做好准备，在低频段中也需要MIMO支持。
与此同时，对天线与有源天线系统(active antenna system，AAS)的深度集成的需求在不断增大。实现新一代移动通信的关键技术之一是低于6GHz的mMIMO。因此，需要与mMIMO天线阵列的集成。然而，与AAS或mMIMO天线阵列的集成导致高度复杂的系统，进而影响了作为商业领域部署的基础的天线形状因数。在这种情况下，主要的限制因素之一是天线高度。降低新天线的天线高度意味着AAS或传统无源天线系统的整体部署过程的显著简化。
此外，为了便于站点获取，并满足有关站点升级的当地法规，新天线的天线宽度也应至少与传统产品相当。特别是，为了保留站点原有的机械支撑结构，具体地说，新天线的风荷载应该等同于传统产品的风荷载。
尽管需要更多的天线端口/阵列和更多的频段，但是所有上述因素导致对新天线的天线高度和宽度有非常严格的限制。此外，尽管存在这些尺寸限制，新天线的射频(radiofrequency，RF)性能也应该等同于传统产品，以便维持(或甚至改善)覆盖区域和网络性能。
具体地，当考虑包括在天线中的辐射元件的性能时，天线高度的降低自然意味着辐射元件的减少，并且将导致可以被可接受的RF性能覆盖的相对带宽的减小。因此，为了至少覆盖基站天线系统中的标准工作频段，并且为了在天线高度降低的情况下至少维持相同的RF性能，需要不同于传统技术的辐射元件的新概念。
为了满足上述4x4 MIMO的需求，特别是相同天线孔径的高频段(high frequencyband，HB)阵列的数量必须实际上加倍。为了也满足特别是关于天线宽度的上述尺寸限制，这些HB阵列应该比传统天线架构更靠近彼此放置。为此，需要尤其是低频段(lowerfrequency band，LB)辐射元件的新概念，特别是可以与紧密分布的HB阵列共存的LB辐射元件的新概念。
传统的LB辐射元件不足以满足上述要求。传统的LB辐射元件要么没有成形为使其可以用于具有非常紧密间隔的HB阵列的多频段天线架构，要么没有分别相对于天线高度和工作带宽进行优化。此外，传统的LB辐射元件和HB辐射元件均没有在其高度方面成形和优化，使其不能很好地与mMIMO阵列集成。
发明内容
鉴于上述挑战和缺点，本发明旨在改进传统的辐射元件和传统的多频段天线。特别地，本发明的一个目的是提供一种具有宽带特性但同时为低剖面的辐射元件。此外，辐射元件应具有允许多频段天线中的两个阵列之间的最小间隔的形状或允许将其与mMIMO阵列集成的形状。特别地，辐射元件应该允许最大化利用多频段天线孔径中的可用空间。此外，应将辐射元件对其他辐射元件的阵列(例如mMIMO阵列)的影响最小化。
值得注意的是，本文中的宽带特性意味着相对带宽大于30％。低剖面意味着天线高度小于0.15λ，其中λ是工作的辐射元件的频段的最低频率处的波长。
本发明的目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现。本发明的有利实施方式在从属权利要求中进一步限定。
本发明的主要思想是在所提供的辐射元件中将偶极子馈电概念和辐射元件形状相结合，其中，偶极子馈电概念用于提供宽带特性，辐射元件形状被优化以与紧密排布的其他辐射元件的阵列(例如mMIMO阵列)一起在多频段天线中工作。
本发明的第一方面提供了一种双极化辐射元件。该双极化辐射元件包括馈电布置和四个偶极子臂。该馈电布置包括四个槽，该四个槽从馈电布置的周边向中心延伸并且以均匀角度间隔布置形成第一角度布置，该四个偶极子臂从馈电布置向外延伸并以均匀角度间隔布置形成第二角度布置，其中，四个偶极子臂的第二角度布置相对于四个槽的第一角度布置转动。
所提到的转动围绕垂直于槽和偶极子臂的延伸方向的旋转轴线。该轴线从双极化辐射元件的底部向双极化辐射元件的顶部延伸从双极化辐射元件的中间穿过。
包括四个槽的馈电布置为辐射元件提供所需的宽带特性。辐射元件的形状，特别是分别相对彼此转动的偶极子臂和槽的角度布置，为辐射元件提供所需的形状，该形状被优化以与非常紧密间隔的HB阵列一起在多频段天线中工作。特别地，辐射元件的形状使其与在同一多频段天线上并排布置的高频率辐射元件之间的干扰最小化。因此，这允许最小化那些高频率辐射元件的不同阵列之间的距离。特别地，辐射元件满足上述条件，即其首先为低剖面，而其次具有宽带特性。
在第一方面的第一实现形式中，四个槽和四个偶极子臂分别以90°间隔布置，并且四个偶极子臂的第二角度布置相对于四个槽的第一角度布置转动45°。上述间隔可以包括诸如±5度或甚至仅±2度的制造公差间隔。
因此，该辐射元件可以布置在天线上，使得辐射元件的两个发射辐射极化相对于天线的纵向轴线旋转45°。然而，辐射元件的偶极子臂被布置成使得两个偶极子臂与天线的纵向轴线成一直线延伸，而两个偶极子臂相对于该纵向轴线以90°角横向延伸。偶极子臂的这种取向允许将辐射元件布置在紧密间隔的HB阵列之间，其中，横向延伸的偶极子臂在这些HB阵列中的其他辐射元件之间延伸。
在第一方面的另一实现形式中，相邻布置的槽相互垂直延伸，非相邻布置的槽相互成一直线延伸，并且两个成一直线延伸的槽对定义了双极化辐射元件的两个正交极化。
在第一方面的另一实现形式中，每个槽的内端终止于对称弯曲槽，优选地，终止于U形槽。
对称弯曲槽的目的是延伸每个槽的总长度以达到阻抗匹配目的。通常，由于槽的长度不能再朝馈电布置的中心延伸，因此，例如通过在馈电元件的周边方向向后引导对称弯曲槽，以弯曲的方式延伸槽。
在第一方面的另一实现形式中，每个偶极子臂的至少一部分相对于馈电布置平面向上和/或向下延伸。在本公开中，馈电布置平面是穿过所有槽的平面，或者是具有位于其内的所有槽并且垂直于第二角度布置相对于第一角度布置转动所围绕的旋转轴线的平面。
因此，偶极子臂的电长度可以变得更长，而不会增加偶极子臂的占用空间。此外，由于离地距离增加，可以减小对地电容，从而增加工作带宽。
在第一方面的另一实现形式中，每个偶极子臂的外端终止于翼片，具体地，终止于相对于馈电布置平面向下或向上弯曲并且可选地向馈电布置回弯的翼片。
翼片使得辐射元件的偶极子臂的电长度更长，而不会增加偶极子臂的占用空间。
在第一方面的另一实现形式中，辐射元件还包括布置在馈电布置上方的寄生定向器。
寄生定向器可用于实现所需的带宽，从而最小化辐射元件的尺寸。
在第一方面的另一实现形式中，寄生定向器从馈电布置向外延伸不超过四个偶极子臂中的每一个，和/或每个偶极子臂包括相对于馈电布置平面向上延伸的外侧部分，并且寄生定向器布置在四个外侧部分所限定的凹口中。
因此，辐射元件的尺寸，特别是其宽度和高度，保持得尽可能小。
在第一方面的另一实现形式中，馈电布置包括四条传输线，每条传输线穿过四个槽中的一个槽。
优选地，四条传输线是短端微带线，该四条传输线向四个槽馈电。
在第一方面的另一实现形式中，穿过非相邻槽的两条传输线合并成一条传输线。
因此，能够通过共同的传输线对非相邻槽进行对称馈电。从而，可以操作辐射元件以发射两个极化方向的辐射。
在第一方面的另一实现形式中，馈电布置包括印刷电路板(printed circuitboard，PCB)，在PCB上四条传输线合并成两条传输线，或者辐射元件包括从馈电布置的底面延伸的PCB布置，在PCB布置上四条传输线合并成两条传输线。
在第一方面的另一实现形式中，辐射元件还包括从馈电布置延伸的四个翼片，其中上述四个槽中的每一个在四个翼片中的一个上延伸。
由于上述四个翼片，馈电布置的尺寸以及整个辐射元件的尺寸可以在不牺牲性能的情况下减小。馈电布置的尺寸减小不可避免地导致上述四个槽可用的空间减小，并因此导致槽更短。为了补偿这一点，上述四个槽通过使用上述四个翼片而电延伸。由此，延伸的槽可将每个翼片分成两个子翼片。因此，在上述四个翼片仅在槽的位置处增大翼片尺寸的情况下，可以使馈电布置平面整体更小。上述四个翼片甚至可以与馈电布置成一定角度延伸，或者可以相对于馈电布置平面向上或向下弯曲，以进一步减小辐射元件的尺寸。当包括许多这样的辐射元件的天线阵列待与其他辐射元件的阵列(例如mMIMO阵列)集成时，辐射元件的尺寸减小是非常有利的。这是由于对其他辐射元件的影响较少。
在第一方面的另一实现形式中，馈电布置包括PCB，四个槽布置在该PCB上，四个偶极子臂连接到该PCB。
在第一方面的另一实现形式中，四个翼片连接到PCB，该四个翼片分别相对于馈电布置平面向上弯曲并且布置在四个偶极子臂之间。
弯曲四个翼片允许电延伸四个槽，同时没有显著向外延伸馈电布置平面。因此，可以进一步减小馈电布置的尺寸。向上弯曲四个翼片允许将辐射元件更好地集成到高度较低的其他辐射元件的阵列(例如mMIMO阵列)中。特别地，减少了双极化辐射元件对其他辐射元件的影响。因此，例如mMIMO阵列的其他辐射元件的偏斜被显著地最小化。
在第一方面的另一实现形式中，四个翼片以及四个偶极子臂由四个单独的一体元件形成，每个一体元件包括一个偶极子臂和两个子翼片，并且每个翼片由相邻的一体元件的两个子翼片形成。
由此，减少了所需的分离部件的数量。
在第一方面的另一实现形式中，每个一体元件在该一体元件的偶极子臂处通过一个焊接点焊接到PCB，并且在该一体元件的两个子翼片中的每一个处通过一个焊接点焊接到PCB。
由此，提高了辐射元件的机械稳定性，同时也提供了电连续性。
在第一方面的另一实现形式中，馈电布置还包括金属片，其中，四个槽在金属片中被切出，并且四个偶极子臂由金属片形成。
该实现形式的优点是在馈电布置处可以提供附加的翼片。在该实现形式中，PCB可以放置在馈电布置下面。
在第一方面的另一实现形式中，金属片包括四个翼片，该四个翼片分别相对于馈电布置平面向上或向下弯曲并且布置在四个偶极子臂之间。
附加的翼片通过为馈电布置形状引入额外的自由度，帮助优化辐射元件的性能。特别地，辐射元件可以被优化为与高频辐射元件一起工作，该高频辐射元件部署在多频段天线中时被紧密布置。此外，如上所述，翼片可以电延伸四个槽，从而可以减小馈电布置的尺寸而不损失槽的长度。以这种方式，辐射元件可以更好地与其他辐射元件的阵列(例如mMIMO阵列)集成。显著减小了由辐射元件引起的对这种mMIMO阵列中的辐射元件的影响。
本发明的第二方面提供了一种天线。该天线包括根据第一方面或第一方面的任一实现形式的至少一个双极化辐射元件，其中，至少一个双极化辐射元件的两个偶极子臂沿天线的纵向轴线延伸，并且至少一个双极化辐射元件的两个偶极子臂沿天线的横向轴线延伸。
由于辐射元件的形状以及天线上的一个或多个辐射元件的特定布置，辐射元件到HB阵列的距离可以被最小化。因此，可以最小化天线的总宽度，或者可以在不改变天线宽度的情况下增加HB阵列的数量。
在第二方面的实现形式中，至少一个双极化辐射元件的每个槽相对于天线的纵向轴线以45°角延伸。
因此，获得了如当前天线规范中所要求的发射辐射的45°极化。
在第二方面的另一实现形式中，天线包括多个双极化辐射元件和多个其他辐射元件。多个双极化辐射元件沿着天线的纵向轴线布置在至少一个第一列中，并且多个其他辐射元件沿着天线的纵向轴线布置在与该至少一个第一列并排设置的至少两个第二列中，其中，双极化辐射元件的偶极子臂在至少两个第二列中的其他辐射元件之间延伸。
以这种方式，可以使至少三列的布置尽可能密集，从而可以使整个天线宽度最小化。例如，这允许将双极化辐射元件的阵列与其他辐射元件的mMIMO阵列重叠。
在第二方面的另一实现形式中，天线被配置为用于多频段操作，双极化辐射元件被配置为在低频段中辐射且其他辐射元件被配置为在高频段中辐射。
也就是说，辐射元件被设计用于在LB阵列中工作。在该天线中，可以最小化对HB阵列中的高频段辐射元件的干扰和影响。
在第一方面的另一实现形式中，多个双极化辐射元件与形成mMIMO阵列的多个其他辐射元件交错。
因此，mMIMO阵列与无源天线阵列集成。还可以将mMIMO阵列与不同种类的无源天线阵列集成。
必须注意，本申请中描述的所有装置、元件、单元、和器件可以在软件、硬件元件或其任意组合中实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及由各种实体执行的所描述的功能意在表示相应的实体适合于或被配置为执行相应的步骤和功能。即使在以下对特定实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤未反映在执行该特定步骤或功能的该实体的特定详细元件的描述中，对于技术人员来说应该清楚的是，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件或其任意组合中实现。
附图说明
以下将在结合附图和具体实施例的描述中对本发明的上述方面和实现形式进行解释，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的辐射元件。
图2示出了根据本发明实施例的辐射元件。
图3比较了根据本发明实施例的辐射元件与传统方形辐射元件的电流密度图。
图4示出了根据本发明实施例的装置。
图5示出了图4装置的侧视图。
图6示出了根据本发明实施例的装置。
图7示出了根据本发明实施例的装置。
图8示出了用于根据本发明实施例的装置的介电支撑结构。
图9示出了根据本发明实施例的装置。
图10示出了根据本发明实施例的装置。
图11示出了根据本发明实施例的装置。
图12示出了根据本发明实施例的辐射元件的VSWR。
图13示出了根据本发明实施例的辐射元件的辐射图。
图14示出了根据本发明实施例的在多频段天线架构中工作的辐射元件。
图15示出了根据本发明实施例的天线。
图16示出了根据本发明实施例的装置。
图17示出了根据本发明实施例的装置。
图18示出了根据本发明实施例的装置。
图19示出了根据本发明实施例的装置的某些部分。
图20示出了根据本发明实施例的装置。
图21示出了根据本发明实施例的在多频段天线架构中工作的辐射元件。
图22示出了根据本发明实施例的在多频段天线架构中工作的辐射元件。
图23示出了根据本发明实施例的在与mMIMO阵列集成的多频段天线架构中工作的辐射元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的双极化辐射元件100。该辐射元件100包括馈电布置101和四个偶极子臂103。辐射元件100还展现出了其部件的特定角度布置。
馈电布置101包括四个槽102，该四个槽102从馈电布置101的周边向馈电布置101的中心延伸并且以均匀的角度间隔104布置形成第一角度布置。特别地，第一角度布置中的两个相邻的槽102布置成其间角度为α。此外，每个槽102从馈电布置101的周边延伸到馈电布置101的中心部分，优选地以径向方式延伸。
四个偶极子臂103从馈电布置101向外延伸并以均匀角度间隔105布置形成第二角度布置。特别地，第二角度布置中的两个相邻的偶极子臂103布置成其间角度为β。偶极子臂103是从馈电布置101延伸的结构元件，偶极子臂103在延伸方向上的长度大于其宽度。优选地，每个偶极子臂103的宽度还小于偶极子臂103从其延伸的馈电布置101侧的宽度。
四个偶极子臂103的第二角度布置相对于四个槽102的第一角度布置转动106，特别地，转动角度Φ106。
图2示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100，其以图1所示的辐射元件100为基础。图1和图2这两个图中的相同元件具有相同的附图标记。
特别地，图2的辐射元件100具有四个槽102和四个偶极子臂103，其分别以90°间隔布置。此外，这里的偶极子臂103和槽102的角度布置相对于彼此转动45°。因此，辐射元件100主要在两个正交方向(分别称为竖直方向和水平方向)上通过其偶极子臂103延伸，但辐射元件100的极化将与这些水平方向和竖直方向成±45°。图2具体示出了相邻布置的槽102在该辐射元件100中相互垂直延伸，并且非相邻布置的槽102在该辐射元件100中相互成一直线延伸。因此，定义了两个在一直线上的延伸槽对。
两个在一直线上的延伸槽对在工作时定义了双极化辐射元件100的两个±45°的正交极化。为此，辐射元件100在工作时优选地像传统的方形偶极子一样被馈电，由此馈电布置101的四个槽102被特别地按照2乘2(2-by-2)对称地馈电。
图2还示出四个槽102中的每一个槽终止于对称弯曲的大致U形的槽201。四个槽201的目的是延长四个槽102中的每一个槽的总长度，特别是用于阻抗匹配的目的。由于四个槽102的长度不能进一步延伸到馈电布置101的中心部分(由于中间空间不足)，其只能向侧面和后面延伸。因此，为了保持对称性，弯曲槽201优选地在槽102的两侧具有相同的样式。这样得到了对称弯曲槽201，优选为示出的U形槽。
图2所示的馈电布置101包括PCB 205，并且四个偶极子臂102通过焊接引脚206焊接到PCB 205。焊接引脚206从底部到顶部穿过PCB 205。四个偶极子臂102之间以及四个偶极子臂与PCB 205之间可以存在电容耦合。然而，在这种情况下，耦合区域应被相应地制作成特定的尺寸，以实现足够的耦合。还应该确保偶极子臂102和PCB 205之间的距离小且稳定。
优选地，偶极子臂102不仅仅水平和竖直延伸，而是如图2所示也在第三垂直维度延伸，即沿z轴延伸。换句话说，优选地，每个偶极子臂102的至少一部分203相对于布置有馈电布置101的馈电布置平面向上和/或向下延伸。在图2中，每个偶极子臂103向上延伸一部分203。通过在z轴上延伸，可以使偶极子臂102的电长度更长，且不增加其占用空间。此外，还可以增加离地距离，这样减小了对地电容，从而增加了工作带宽。最重要的是，所有这些优点都可以轻易获得，因为不需要增加辐射元件100的总高度。以下结合图4进行解释。
如图2进一步所示，优选地，偶极子臂102终止于翼片204，这使得偶极子臂103的电长度更长，且不增加其占用空间。优选地，如图2所示，翼片204向下弯曲。然而，也可以具有向上或向下弯曲的翼片204，甚至可以使翼片204朝馈电布置101回弯。以下结合进一步描述的其他附图提供翼片204的可选示例。以下还进一步描述了用于辐射元件100的可选支撑件800。
图3示出了根据图2的辐射元件100(左侧)和传统方形辐射元件300(右侧)中的电流密度图的仿真比较。在传统的辐射元件300中，大部分电流集中在馈电布置301的槽302中，然而在辐射元件100中，偶极子改为以电流水平和竖直流动的方式再成形。电流的水平分量和竖直分量相等并组合产生±45°的极化。这样有利于最大化辐射元件100的表面效率，这意味着实际上辐射元件100的整个表面(即馈电布置101和偶极子臂103)都有助于辐射。因此，优化了金属表面的量。在传统的方形辐射元件300中，大量表面实际上对辐射没有贡献。然而，这些表面存在于诸如多频段天线中，会影响并干扰工作在不同频段尤其是高频段的其它辐射元件。
对于辐射元件100，槽102的馈电与传统的方形偶极子相似，但是电流分布更多地对应于交叉偶极子。因此，结合了两种类型的偶极子的优点，辐射元件100具有宽带特性，而同时占用空间非常小。
图4示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100。图4的辐射元件100以图3所示的辐射元件100为基础。图3和图4这两个图中的相同元件具有相同的附图标记。图4示出了还包括有寄生定向器401的辐射元件100，该寄生定向器401优选地布置在馈电布置101上方。寄生定向器401还有助于实现所需的带宽，同时最小化辐射元件100的尺寸。
图5示出了图4所示辐射元件100的侧视图。在图5中，优选地，示出了寄生定向器401从馈电布置101向外延伸不超过四个偶极子臂103中的每一个。因此，寄生定向器401在水平方向和竖直方向上均不会增加辐射元件100的宽度和长度。此外，附加地或可选地，如图5所示，每个偶极子臂103可以包括相对于馈电布置平面向上延伸的外侧部分203。然后，优选地，寄生定向器401布置在四个外侧部分203所限定的凹口501中。因此，寄生定向器401也不会增加辐射元件100的高度。此外，如上所述，偶极子臂103由于部件203从而在长度上电延伸，然而，优选地不高于寄生定向器401的上平面。例如，假设工作频段为690-960MHz，则图4的辐射元件100的高度约为65mm。这意味着，辐射元件100的高度在690MHz处约为0.15λ，甚至在960MHz处低于0.15λ，其中λ是对应于各个频率的波长。也就是说，辐射元件100是一种低剖面的辐射元件100。
图6以仰视图示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100。图6所示的元件和前面附图中的相同元件具有相同的附图标记。在图6中，将承载馈电布置101以及槽102和槽201的PCB 205透明可视化，从而可以易于看到(馈电)传输线601和槽102之间的交叉。
优选地，图6示出了馈电布置101还包括四条传输线601，其中，每条传输线601穿过四个槽102中的一个槽。传输线601优选为短端微带线。特别地，传输线601用于向四个槽102馈电，并且被组合以便以相同的方式向两个非相邻的槽102馈电。这使得辐射元件100双极化。在图6中，在PCB布置603上将四条传输线601合并为两条传输线602。特别地，该PCB布置603从馈电布置101的底面延伸。具体地，PCB布置603可以从馈电布置101正交延伸。因为四条传输线601被合并为两条传输线602，所以首先馈电信号可以从PCB布置603传输到例如馈电布置101的PCB 205，并且其次，辐射元件100可以接地。
例如，PCB布置603的地可以连接(例如，焊接)到馈电布置101的地。PCB布置603还可以连接到例如用作辐射元件100和馈电网络之间的过渡的附加PCB。还可以有其他实现方式，例如直接连接到移相器或直接连接到同轴电缆。
图7示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100，其中，传输线601以不同于图6中的方式合并为传输线702。然而，图6和图7这两个图中相同的元件具有相同的附图标记。特别地，在图7中，在馈电布置101上，特别是在馈电布置101的PCB 205上，将四条传输线601合并为两条传输线702。因此，因为仅存在两个信号路径而不是四个，所以可以减少总焊接点的数量。此外，PCB 205中心的槽可以分成四个小槽，这在不同频段之间的隔离方面提供了优势。
图8示出了介电支撑件800，根据本发明实施例的辐射元件100可以安装在该介电支撑件800上。在前述示出辐射元件100的图中也表明了这点。介电支撑件800有利地保证了辐射元件100的机械稳定性，并且确保稳定地维持辐射元件100到天线反射器的距离以及寄生定向器401到辐射元件100的距离。具体地，介电支撑件800可以包括支撑脚804，该支撑脚804还定义了辐射元件100到诸如馈电网络或天线反射器的距离。此外，支撑件800可包括支撑元件802，以便稳定地支撑辐射元件100的四个偶极子臂102。支撑件800还可以包括附接装置803，其用于夹持馈电布置101，并且优选地夹持寄生定向器401。
图9示出了根据本发明实施例的辐射元件100。图9中的元件和前面附图中的相同元件具有相同的附图标记。在图9中，辐射元件100的馈电布置101由一个单弯的金属片与偶极子臂103一起制成，而不是包括PCB 205和附接到PCB 205上的四个偶极子臂103。特别地，馈电布置101包括金属片901，其中优选地，四个槽102是金属片901中的切口，并且四个偶极子臂103也由金属片901形成。这具有例如以下优点：金属片901可以易于设计成具有四个另外的翼片902，该四个另外的翼片902可以布置在四个偶极子臂102之间。另外的翼片902可以相对于馈电布置平面向上弯曲或向下弯曲。此外，槽102可以进一步沿着翼片902延伸。由此，如图9所示，延伸的槽102可以将四个翼片902中的每一个分成两个子翼片。通过翼片902，槽102可以被电延伸而不改变馈电布置101的尺寸，或可以减小馈电布置101的尺寸而不减小槽102的长度。在图9中，翼片902向下弯曲，并且还朝馈电布置101稍微地回弯。然而，翼片902也可以向上弯曲，以允许与低于辐射元件100的其他辐射元件的阵列更好地集成。此外，如图9所示，偶极子臂103也可以具有附加的弯曲，例如，用于增加偶极子臂102的电宽度的侧翼903。侧翼903可以通过沿着侧翼的延伸方向弯曲偶极子臂103来形成。槽102可以由例如布置在金属片901下方的PCB上的传输线进行馈电。在另一实施例中，槽102可以使用例如布置在金属片901下方的合适的馈电电缆进行馈电。
图10示出了根据本发明实施例的又一辐射元件100，其以例如图2所示的辐射元件100为基础。图2和图10这两个图中的相同元件具有相同的附图标记。在图10中，终止偶极子臂103的翼片204不仅向下弯曲，而且朝馈电布置101回弯。这为偶极子臂103提供了附加的电长度。此外，可选的寄生电容器401被示为布置在馈电布置101上方，并且特别地布置在四个偶极子臂103的延伸长度以内。
图11示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100，其以图1所示的辐射元件100为基础。图1和图11这两个图中的相同元件具有相同的附图标记。在图11中，偶极子臂103从馈电布置101向外延伸，并分别终止于向上弯曲的翼片204，以增加偶极子臂103的电长度。此外，示出了从馈电布置101延伸的可选的PCB布置603。PCB布置603还可以用作机械支撑，例如代替支撑800。
值得注意的是，关于上述辐射元件100，可以在辐射元件100的详细优化过程之后决定偶极子臂103的终止翼片204向上弯曲还是向下弯曲。例如，该决定可以取决于辐射元件100在天线上的布置，特别是辐射元件100和与该辐射元件100并排布置的其他辐射元件在天线上的布置。
图12和13示出了根据本发明实施例的辐射元件100的RF性能。具体地，示出了电压驻波比(voltage standing wave ratio，VSWR)和辐射元件100的辐射图。图12具体示出VSWR在690-960MHz处低于16.5dB(1.35:1)。图13示出辐射图是对称的，3dB波束宽度是大约65度，并且交叉极化鉴别率(cross-polar discrimination)在+60到-60度的范围内高于10dB。
图14示出了可以如何将根据本发明实施例的辐射元件100有利地布置在多频段天线架构中。在辐射元件100的两侧提供有其他辐射元件1400，例如，这些其他辐射元件1400用于在诸如HB阵列的高频段中工作。由于辐射元件100的形状，即通过将其他辐射元件1400布置为与从辐射元件100的馈电布置101延伸的偶极子臂103相嵌套，辐射元件100两侧的其他辐射元件1400之间的距离可以被最小化。因此，可以减小多频段天线架构的尺寸，或者可以增加相同尺寸架构内的HB阵列的数量。
在该方面，图15示出了根据本发明实施例的天线1500。天线1500包括三列辐射元件，每列沿着天线1500的纵向轴线1501延伸。特别地，辐射元件100布置在第一列1504中，该第一列1504并排地位于包括其他辐射元件1400的两个第二列1503之间。优选地，第二列1503是HB阵列，第一列1504是LB阵列。图15还示出了每个辐射元件100的两个偶极子臂103如何在HB阵列中的两个其他辐射元件1400之间延伸，即每个辐射元件100的两个偶极子臂103沿着天线1500的横向轴线1502延伸。每个辐射元件100的另外两个偶极子臂103沿着天线1500的纵向轴线1501延伸。这允许将相应的HB和LB阵列非常密集地封装。然而，也如所期望的，由辐射元件100的槽102定义的辐射极化相对于天线1500的纵向轴线1501仍然呈±45°。
图16示出了根据本发明实施例的另一辐射元件100，该辐射元件以图1所示的辐射元件100为基础。图1和图11中相同的元件具有相同的附图标记。在图16中，该辐射元件包括从馈电布置101延伸的四个其他翼片1600。特别地，该四个翼片1600连接到PCB 205，并且优选地，该四个翼片1600相对于馈电布置平面向上弯曲。该四个翼片1600分别布置在四个偶极子臂103之间。四个槽102中的每一个还沿着翼片1600延伸，也就是说，槽在四个翼片1600中的一个上电延伸。由此，如图16所示，每个翼片1600可以由使槽延伸的两个子翼片1601形成。因此，在这种情况下，辐射元件1600包括八个子翼片1601。
图16所示的辐射元件100对于将许多这样的辐射元件100的阵列与其他辐射元件1400的另一阵列(例如mMIMO阵列)集成是非常有利的。这是由于辐射元件100的所示修改改进了这种mMIMO阵列中紧密间隔的mMIMO辐射元件1400的隔离和偏斜。例如，可以减小PCB205的尺寸而不牺牲槽102的长度，这是通过允许电延伸槽102的翼片1600实现的。优选地，翼片1600向上折叠，以最小化下面的mMIMO阵列的偏斜。
此外，寄生定向器401的尺寸也可以最小化，以整体上最小化辐射元件100。优选地，通过同时增加辐射元件100的高度，可以补偿由寄生定向器401的尺寸减小导致的任何带宽损失。另外，与图4、图10、或图11所示的寄生定向器401相比，寄生定向器401的形状可以改变。图16所示的寄生定向器401未具有从其中心部分延伸的任何翼片或臂。优选地，寄生定向器401的形状为如图16所示的八角形。优选地，八角形寄生定向器401的四个边以与偶极子臂103形成的第二角度布置相同的位置和相同的角度的间隔布置。优选地，八角形寄生定向器401的其他四个边以与四个槽102形成的第一角度布置相同的位置和相同的角度间隔布置。然而，替代地，定向器401也可以为圆形，或为多于八个边的形状。
优选地，通过向下折叠的偶极子臂103，可以进一步优化图16所示的辐射元件100以与mMIMO阵列集成。即，每个偶极子臂103的至少一部分204相对于馈电布置平面向下延伸。可选地，偶极子臂103朝向馈电布置101回弯。
图17示出了图16中的辐射元件100的俯视图。分别示出了四个槽102和四个偶极子臂103的第一角度间隔105和第二角度间隔106，并且示出了优选的八角形寄生定向器401的上述优选的形状和取向。
图18示出了根据本发明实施例的辐射元件，该辐射元件以如图16所示的辐射元件100为基础。图18所示的辐射元件100没有寄生定向器401，因此可以很好地看到四个槽102，该四个槽布置在PCB 205上，并且可以看到该四个槽如何延伸到四个翼片1600上。还可以看到，每个翼片1600优选地通过两个焊接点206焊接到PCB 205。特别地，如图18所示，在翼片1600由使得槽延伸的子翼片1601形成的情况下，优选地，每个子翼片1601通过一个焊接点206焊接到PCB 205。此外，优选地，每个偶极子臂103通过一个焊接点206焊接到PCB 205。这些焊接点206提高了辐射元件100的机械稳定性，并且还提供了电连续性。
图19示出了本发明实施例的辐射元件100的示例性部分，例如图18所示的辐射元件100的某些部分。在图19中，四个翼片1600中的每一个翼片由两个子翼片1601形成。此外，四个偶极子臂103和四个翼片1600由四个单独的一体元件1900形成。每个一体元件由一个偶极子臂103和两个(相对的)子翼片1601形成，特别地，一个子翼片1601布置在偶极子臂103的任一侧。例如，两个金属子翼片1601以及它们之间的金属偶极子臂103可以形成一个一体元件1900。四个一体元件1900布置在辐射元件100中，使得该四个一体元件的偶极子臂103以形成第二角度布置的均匀间隔105布置，优选地，使得该四个一体元件的偶极子臂103以90°间隔布置。此外，四个一体元件1900布置在辐射元件100中，使得两个相邻的一体元件1900的两个子翼片1601形成一个翼片1600，并相应地延长四个槽102中的一个。一体元件1900的这种特别布置如图19所示。
四个一体元件1900还提高了辐射元件的机械稳定性。优选地，为了最佳的机械稳定性，每个一体元件1900在该一体元件1900的偶极子臂103处通过一个焊接点206焊接到PCB 205，并且在该一体元件1900的两个子翼片1601中的每一个处通过一个焊接点206焊接到PCB 250。然而，也可以以不同的方式分别形成四个偶极子臂103和四个翼片1600。特别地，形成一个翼片1600的两个子翼片1601不一定必须属于两个单独的一体元件1900，而是可以由单个一体元件(例如图9所示的翼片902)形成。
图20示出了根据本发明实施例的辐射元件100，该辐射元件100以图16所示的辐射元件100为基础。另外的翼片1600和这些翼片1600中的每个翼片上的槽102的延伸是清楚可见的。此外，可以看到，PCB布置603可以从馈电布置101的底面延伸，特别是从PCB 205延伸。在PCB布置603上，优选地，来自PCB 205的四条传输线601被组合成两条传输线602。
图21示出了根据本发明实施例的辐射元件100，该辐射元件100以图16所示的辐射元件100为基础，并且在多频段天线架构中工作。辐射元件100被布置成使得其偶极子臂103在布置成至少两列的其他辐射元件1400之间延伸。优选地，这些辐射元件1400形成mMIMO阵列。可以看出，由于辐射元件100包括向上弯曲的翼片1600，其中翼片1600电延伸四个槽102中的每一个，所以辐射元件100的形状因子(shape factor，也称为形状系数)可以被制造得很小。因此，其他辐射元件1400受影响较少。因此，mMIMO阵列以及该mMIMO阵列的辐射元件的偏斜被最小化。
图22示出了根据本发明实施例的辐射元件100，该辐射元件100与其他辐射元件1400一起在多频段天线架构中工作。为了说明的目的，示出了传统的盘形辐射元件2200与辐射元件100的比较，如果与其他辐射元件1400集成，该盘形辐射元件2200将被如图所示布置。可以看出，由于辐射元件100的尺寸更小以及空间填充更灵活，辐射元件100对其他辐射元件1400的影响效果比传统辐射元件2200低很多。
图23示出了根据本发明实施例的在与mMIMO阵列集成的多频段天线架构中工作的多个辐射元件100。优选地，辐射元件100沿着纵向轴线1501或沿着天线1500的方向布置在至少一列中。在多于一列的情况下，这些列沿着横向轴线1502或沿着天线1500的方向分隔。其他辐射元件1400形成mMIMO阵列，优选地，该mMIMO阵列包括布置在多个列中的其他辐射元件1400。辐射元件100可以分别布置在间隙中、或者布置在增大的辐射元件间隔中、或者布置在由这些列中的省去的辐射元件100所产生的空置位置中。因此，优选地，辐射元件100与多个其他辐射元件1400交错。因此，例如，可以使用不同类型和/或尺寸的双极化辐射元件100在与mMIMO阵列重叠的不同类型的频段中操作。
总之，具体实施方式和附图示出辐射元件100如何实现低剖面，而同时具有宽带特性。此外，具体实施方式和附图示出辐射元件100如何具有使得辐射元件100与在多频段天线1500中并排布置的其他辐射元件1400的干扰最小化并使天线1500的宽度最小化的形状。
已经结合作为示例的不同实施例以及实现形式描述了本发明。然而，通过对附图、本公开、和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现其他变形形式。在权利要求书及说明书中，术语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”、“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求书中记载的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中所记载的某些措施的仅有事实并不意味着这些措施的组合不能用于有利的实现方式。

Claims (23)

1.一种双极化辐射元件(100)，包括
馈电布置(101)，包括四个槽(102)，所述四个槽(102)从所述馈电布置(101)的周边向中心延伸并且以均匀角度间隔(104)布置形成第一角度布置，以及
四个偶极子臂(103)，从所述馈电布置(101)向外延伸并以均匀角度间隔(105)布置形成第二角度布置，
其中，所述四个偶极子臂(103)的所述第二角度布置相对于所述四个槽(102)的所述第一角度布置转动(106)。
2.根据权利要求1所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述四个槽(102)和所述四个偶极子臂(103)分别以90°间隔(104，105)布置，以及
所述四个偶极子臂的所述第二角度布置相对于所述四个槽(102)的所述第一角度布置转动45°(106)。
3.根据权利要求1或2所述的双极化辐射元件(100)，其中
相邻布置的槽(102)相互垂直延伸，
非相邻布置的槽(102)相互成一直线延伸，以及
两个成一直线延伸的槽对定义了所述双极化辐射元件(100)的两个正交极化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
每个槽(102)的内端终止于对称弯曲槽(201)，优选地，终止于U形槽。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
每个偶极子臂(102)的至少一部分(203)相对于馈电布置平面向上和/或向下延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
每个偶极子臂(102)的外端终止于翼片(204)，具体地，终止于相对于所述馈电布置平面向下或向上弯曲并且可选地向所述馈电布置(101)回弯的翼片。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双极化辐射元件(100)，还包括
寄生定向器(401)，布置在所述馈电布置(101)上方。
8.根据权利要求7所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述寄生定向器(401)从所述馈电布置(101)向外延伸不超过所述四个偶极子臂(103)中的每一个，和/或
每个偶极子臂(103)包括相对于所述馈电布置平面向上延伸的外侧部分(203)，并且所述寄生定向器(401)布置在四个所述外侧部分(203)所限定的凹口(501)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述馈电布置(101)包括四条传输线(601)，每条传输线(601)穿过所述四个槽(102)中的一个。
10.根据权利要求9所述的双极化辐射元件(100)，其中
穿过非相邻槽(102)的两条传输线(601)合并成一条传输线(602)。
11.根据权利要求10所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述馈电布置(101)包括印刷电路板PCB(205)，在所述PCB(205)上所述四条传输线(601)合并成两条传输线(502)，或者
所述辐射元件(100)包括从所述馈电布置(101)的底面延伸的PCB布置(603)，在所述PCB布置(603)上所述四条传输线(601)合并成两条传输线(602)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的双极化辐射元件(100)，还包括
从所述馈电布置(101)延伸的四个翼片(902，1600)，其中所述四个槽(102)中的每一个在所述四个翼片(902，1600)中的一个上延伸。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述馈电布置(101)包括PCB(205)，所述四个槽(102)布置在所述PCB(205)上并且所述四个偶极子臂(103)连接到所述PCB(205)。
14.根据权利要求12和13所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述四个翼片连接到所述PCB(205)并且分别相对于所述馈电布置(101)平面向上弯曲并且布置在所述四个偶极子臂(102)之间。
15.根据权利要求14所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述四个翼片(1600)以及所述四个偶极子臂(102)由四个单独的一体元件(1900)形成，
每个一体元件(1900)包括一个偶极子臂(103)和两个子翼片(1601)，并且每个翼片(1600)由相邻的一体元件(1900)的两个子翼片(1601)形成。
16.根据权利要求15所述的双极化辐射元件(100)，其中
每个一体元件(1900)在所述一体元件(1900)的偶极子臂(103)处通过一个焊接点(206)焊接到所述PCB(205)并且在所述一体元件(1900)的两个子翼片(1601)中的每一个处通过一个焊接点(206)焊接到所述PCB(205)。
17.根据权利要求1至13中任一项所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述馈电布置包括金属片(901)，
其中，所述四个槽(102)在所述金属片(901)中被切出，并且所述四个偶极子臂(103)由所述金属片(901)形成。
18.根据权利要求12和17所述的双极化辐射元件(100)，其中
所述金属片(901)包括所述四个翼片(902)，所述四个翼片(902)分别相对于所述馈电布置平面向上或向下弯曲并且布置在所述四个偶极子臂(102)之间。
19.一种天线(1500)，包括
根据权利要求1至18中任一项所述的至少一个双极化辐射元件(100)，
其中，所述至少一个双极化辐射元件(100)的两个偶极子臂(103)沿所述天线(1500)的纵向轴线(1501)延伸，并且所述至少一个双极化辐射元件(100)的两个偶极子臂(103)沿所述天线(1500)的横向轴线(1502)延伸。
20.根据权利要求19所述的天线(1500)，其中
所述至少一个双极化辐射元件(100)的每个槽(102)相对于所述天线(1500)的所述纵向轴线(1501)以45°角延伸。
21.根据权利要求19或20所述的天线(1500)，包括
多个双极化辐射元件(100)，沿着所述天线的所述纵向轴线(1501)布置在至少一个第一列(1504)中，以及
多个其他辐射元件(1400)，沿着所述天线的所述纵向轴线(1501)布置在与所述至少一个第一列(1504)并排设置的至少两个第二列(1503)中，
其中，所述双极化辐射元件(100)的所述偶极子臂(103)在所述至少两个第二列(1503)中的所述其他辐射元件(1400)之间延伸。
22.根据权利要求21所述的天线(1500)，其中
所述天线(1500)被配置为用于多频段操作，以及
所述双极化辐射元件(100)被配置为在低频段中辐射且所述其他辐射元件(1400)被配置为在高频段中辐射。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的天线(1500)，其中
多个双极化辐射元件(100)与多个其他辐射元件(1400)交错，所述多个其他辐射元件(1400)形成大规模多输入多输出mMIMO阵列。
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