CN114762185A - 具有高电流保护的全向水平极化天线 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种天线组件(1)，其包括水平极化Vivaldi型第一天线(5)。该第一天线(5)包括水平极化第一辐射体(6)，该第一辐射体在水平面(xy)中延伸并具有花形轮廓，该花形轮廓包括布置成围绕辐射体中心(8)分布的多个锥形槽缝(7)。第一辐射体(6)在水平方向上(xy)相对于所述辐射体中心(8)在向外的方向上延伸。在竖直方向上(z)，辐射体竖直于所述水平面(xy)延伸一定厚度(t)。基板(9)布置在所述辐射体(6)下方一定距离处，借助至少一个立柱(10)与所述辐射体(6)互连。功率分配器(11)和针对每个锥形槽缝(7)设置的馈电柱(12)布置在所述基板(9)与所述第一辐射体(6)之间并且与所述第一辐射体(6)互连，用于将无线电信号耦合到所述第一辐射体(6)中。

Description

具有高电流保护的全向水平极化天线

发明领域

本发明涉及一种提供高电流保护的全向水平极化天线和一种双倾斜全向天线。

背景技术

具有高电流保护和全向辐射模式的列车应用天线在现有技术中是已知的。WO2007048258A1中给出了这种解决方案的一个实施例。US20170207539A1中还展示了一种另选解决方案。所有这些天线都具有一个或多个具有竖直极化的辐射元件，并且在某些情况下，该系统还配备了GPS接收天线。

众所周知，使用双极化辐射体可以为MIMO系统带来显著的好处。两种经典的解决方案是使用竖直和水平极化辐射体的组合或使用双倾斜配置。拥有双极化定向辐射体是最先进的技术，并且存在针对这些辐射体的不同解决方案。

当涉及到双极化全向辐射体时，很容易只使用竖直极化全向辐射体，因为可以使用由于旋转对称而成为全向的任何单极子。然而，如果希望水平或倾斜极化辐射体同时是全向和宽带的，则它们是有问题的。典型的水平极化辐射体(例如环形天线)是窄带的，因此提供具有水平极化的全向辐射的标准解决方案是使用若干定向天线，每根天线均覆盖一个扇区。此类解决方案用于例如US9209526B2，其中一组四个宽带单极子放置在印刷电路板(PCB)上，该印刷电路板放置在形成双极化天线的单极辐射体上方。单极子也可以被偶极子包围，就像EP2668677B1中一样，其中单极子辐射体被四个单独的偶极子辐射体包围。最后，在US9748666B2中，单极子放置在弯曲的金属板构造上，该金属板构造形成四个Vivaldi天线。US9496624B2中提出了用于列车应用的这种配置。US20160072196A1中是另一种利用水平偶极子和一些竖直单极子的窄带解决方案。

仅使用印刷辐射体也可以实现双竖直/水平极化。US8860629B2提出了这样的解决方案。US7936314B2提供了另一种主要采用印刷元件的解决方案。US7310066B1中是另一种解决方案。在这个解决方案中，辐射体只是水平放置的PCB，但有一些竖直部分提供第二极化。

对于双倾斜配置，标准解决方案也使用若干组两根交叉天线，每组均覆盖一个扇区。双极化贴片天线也可用于定向双倾斜天线。双倾斜定向辐射体交叉对是基站天线的标准解决方案。这样的解决方案示出在例如US20170244176A1中。US9887708B2中是类似的解决方案，并且US20170358842A1中是另一个实施例。

在使用多根天线，每根天线均覆盖一个扇区的情况下，需要信号分离/组合元件。由于每个极化均需要单独的信号分离/组合网络，因此该解决方案的设计和制造复杂。另一种在列车应用中非常常见的尝试是采用两个全向天线并将它们安装在两个45度倾斜表面上。然而，这种尝试的缺点在于，真正的双倾斜极化仅沿着用于安装天线的表面的顶部边缘。在其他方向上，极化要么是竖直的(垂直于顶部边缘的方向)要么是椭圆的，竖直分量占主导地位。从文献中已知的其他尝试是基于单倾斜全向天线的。所有解决方案的缺点在于，它们仅提供单倾斜极化，因此需要第二辐射体来提供双倾斜极化。使用第二辐射体通常需要更多空间，使设计更加复杂，并且第二辐射体可能会以负面方式阻碍第一辐射体的视场。

发明内容

尤其是用于列车的车顶天线必须提供所谓的高电流保护。这意味着在例如触及天线的悬链线断裂的情况下，天线必须能够将电流短路到接地天线(通常是安装表面)至少125ms，在此期间天线连接器上的电压必须保持在50V以下。假设在不到125ms后，保护电路将启动，悬链线将断电。这要求辐射体适当接地并具有足够的横截面以及能够承载高达40kA电流的接地触点。

由于车顶列车应用的移动特性，在大多数应用中，无论列车和基站的相互位置如何，都需要全向辐射模式来提供覆盖。

本公开解决了两个主要方面。第一是如何为列车应用提供具有高电流保护的水平极化全向辐射体。在优选的变型中，该辐射体适合与另一竖直极化的辐射体一起使用，以提供双极化列车车顶天线，但也可以单独使用。迄今为止，根据现有技术还无从了解具有高电流保护的水平极化辐射体。以上本发明背景部分中提到的所有辐射体，要么没有完全接地，要么使用不适合该应用的PCB或相对较薄的金属等材料制成。这些材料不能用于提供高电流保护，所有暴露的部分必须接地并由导电材料(通常是金属)制成，该材料的厚度足以在最后125毫秒内引导某些高达40kA电流的变更。因此，作为第一方面，本公开解决了提供水平极化全向辐射体(提供高电流保护)的问题。根据应用领域，该辐射体可以与具有高电流保护的竖直极化全向辐射体一起使用，以提供具有高电流保护的双极化天线。如果合适，水平极化辐射体可以被单独使用。此外，水平极化辐射体可以用于只覆盖一个或几个扇区。

作为第二方面，本公开提供了一种双倾斜极化天线布置(例如具有全向辐射)。虽然有许多双极化竖直-水平辐射体天线的实施例，但迄今为止还没有全向双倾斜天线。由于大多数基站天线使用双倾斜极化分集，因此双倾斜天线将均等地加载MIMO接收器的两个信道并提供极化匹配，这对于提高通量很有吸引力。通过将竖直-水平双极化天线对采用双倾斜配置来解决此方面的问题。重要的是要注意，所公开的方法可以与任何一对竖直/水平极化辐射体一起使用。然而，它也可以与上文提出的天线一起使用，这将产生用于列车应用的双倾斜全向天线(即具有高电流保护)。除此之外，这种方法也可以应用于定向辐射体。所提出的方法可以用于获得双倾斜极化定向辐射体。因此，下文中更详细地提出的双倾斜极化天线布置应被视为单独的发明概念，其可以成为一个或多个分案专利申请的主题。

在第一方面的变型中，提供了一组由厚金属制成的Vivaldi辐射体，以便同时提供水平极化、全向模式和高电流保护。具有全向模式的水平极化可以例如通过3到6个Vivaldi天线来实现，这些天线布置在水平面中，均匀分布在天线中心点周围，并由功率分配器和与之互连的PCB柱向它们馈电(如下文更详细描述的)。高电流保护通过辐射元件(辐射体)获得，该辐射元件由足够厚的导电材料板制成，以提供足够的体积来传导高电流。辐射元件放置在一个或几个足够大的、由导电材料制成支腿上，支腿提供与有效水平极化辐射所需的接地板的距离，并能够将高电流运载到地面。馈电电缆优选地被例如引导到支腿中的一个后面或穿过支腿中的一个，以保护它不与悬链线接触。如果存在，优选将功率分配器PCB竖直放置在辐射体下方，使得它可以更好地受到竖直布置在上方的大型辐射体的保护。当馈电电缆被引导穿过辐射体顶部中的沟槽从而不会暴露为与悬链线接触时，可以实现良好的效果。当使用类似于专利申请US20170207539A1中提出的直角连接器来连接馈电电缆和Vivaldi PCB而不将任何“热”部分(例如电缆或PCB连接接口)暴露于与悬链线的可能触点时，可以获得良好的结果。

在优选的变型中，天线组件包括全向水平极化Vivaldi型第一天线，该天线包括全向水平极化第一辐射体，该第一辐射体在基本水平的平面中延伸(在安装位置中)，具有花形轮廓，具有借助若干锥形槽缝相互分开的若干叶片，锥形槽缝布置成绕辐射体中心分布。根据应用领域和要实现的特性，锥形槽缝的数量和布置可能会有所不同。例如，锥形槽缝可以设计成提供取向特性。锥形槽缝优选相对于辐射体中心在向外的方向上水平延伸。在竖直方向上，锥形槽缝通常垂直于大致水平的平面延伸一定的厚度。基板大致平行地布置在辐射体下方一定距离处，该基板借助至少一个立柱与辐射体电互连。当至少一个立柱布置在例如借助螺栓与之附接的叶片处时，可以获得良好的结果。至少一个立柱和辐射体可以一体制成。功率分配器和(每个锥形槽缝)馈电柱优选布置在基板和第一辐射体之间。根据应用领域和设计，它们可以布置在辐射体上方。它们与第一辐射体电磁互连，用于将无线电信号耦合到第一辐射体中。第一辐射体优选至少部分地由实心金属制成，使得它可以容易地承受如上所述的高电流。当第一辐射体大致为板状时，可以获得良好的效果。对于全向辐射，若干锥形槽缝优选布置成绕辐射体中心均匀分布地布置。锥形槽缝优选地相对于辐射体中心在径向向外的方向上布置。根据应用领域，其他布置也是可能的。在优选的变型中，功率分配器和馈电柱布置为附接到第一辐射体底部的印刷电路板上的至少一个导电体。在优选的变型中，功率分配器具有从辐射体的中心开始并包括若干分支的星形设计。馈电柱从每个分支的外端沿向前方向弯曲并延伸经过布置在距每个馈电柱耦合距离处的锥形槽缝以及每个锥形槽缝的端部。至少一个立柱可以与第一辐射体电互连，该第一辐射体适于接收来自如上所述的铁路轨道的悬链线的高电流。馈电电缆可以至少部分地延伸穿过第一辐射体。因此，可以实现具有低总高度的紧凑且坚固的设计。馈电电缆可以至少部分地布置在第一辐射体的沟槽中。在优选的变型中，馈电电缆至少部分地延伸穿过至少一个立柱。馈电电缆可以借助至少部分布置在第一辐射体中的连接器与功率分配器互连。通常，连接器布置在辐射体中心。连接器的中心导体或馈电电缆的中心导体优选焊接或通过其他方式电连接到功率分配器。

根据现有技术中，无从了解具有辐射体高电流保护的全向水平极化天线。因此，如果需要水平极化，本公开是用于列车应用的优选方案。通过使用若干子辐射体，可以获得良好的全向性能，同时获得高电流保护所需的一定厚度的横截面。

关于本公开的第二方面，可以通过将竖直极化辐射添加到水平极化辐射来产生倾斜极化。如果V/H极化的幅度相等，则产生45度倾斜极化。可以通过对水平极化分量施加180度相移来产生正交倾斜极化。因此，如果一个系统具有两个辐射体，一个具有竖直极化，一个具有水平极化，两者具有相似的模式和增益，并且可以向它们馈送信号，其中一个在两个辐射体之间均等分配并且同相，第二个在两个辐射体之间平均分配，但水平分量异相(180度相位差)，则可以产生双倾斜正交极化。这通过包括第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端的微波装置来实现。该微波装置具有以下特性：

-微波装置在两个输出端之间将第一输入端接收到的第一个信号分成在第一和第二输出端处离出的两个信号，这两个信号彼此均等且同相(0度相位差)；

-微波装置在两个输出端之间将第二输入端接收到的第二个信号分成在第一和第二输出端处离出的两个信号，这两个信号彼此均等但反相(即异相，180度相位差)；

-输入端相互隔离；

-微波装置是互反的，因此激励第一和第二信号输出端的信号在第一信号输入端处同相相加，在第二信号输入处反相相加。

这样的特性可以通过所谓的鼠形混合耦合器或魔术三通混合耦合器来实现。鼠形混合耦合器是可以在微带或带状线技术中实现的部分，而魔术三通混合耦合器是在波导技术中实现的。这两种类型的耦合器都是众所周知的最先进的微波装置，并可以作为现成的部件提供，或者可以轻松设计自己的实现方式。在优选的变型中，双极化竖直/水平全向天线布置与这种混合耦合器互连。以此方式，一个混合输入端将产生一个倾斜极化，而第二输入端将产生正交倾斜极化。这种方法可以帮助解决若干问题：如果V/H极化辐射体是全向的，则可以构建双倾斜全向天线，这是用任何其他方式都无法实现的，然后使用两个并排的、具有不同意义的单倾斜极化全向天线。如果V/H极化辐射体是定向的，则这就是获得双倾斜定向天线的一种方式。相对于简单地使用两个倾斜的定向辐射体，该解决方案的优势在于，在存在衰减水平分量的导电接地平面的情况下，可以将水平极化辐射体放置在竖直极化辐射体上，这将增加水平极化辐射体与接地平面的距离(参见下文的图6)。以此方式，倾斜极化的水平分量将因接地平面的存在而衰减，因此倾斜极化纯度会更好。天线可以容易地重新配置为竖直/水平辐射体配置。只需移除混合器就足够了。

一种非常简单的方法被用来获得双倾斜全向特性，但效果出奇的好且是宽带的。目前存在的倾斜全向天线都是单倾斜的，而且在大多数情况下具有复杂的几何形状。通过使用可以作为现成部件的标准部件(例如鼠形混合耦合器或魔术三通混合耦合器)，可以获得全向和双倾斜模式。据了解，文献中还没有提出这样的解决方案(全向和双倾斜)。此外，可以将其应用于由具有高电流保护的标准的竖直极化辐射体和上文提出的水平极化辐射体组成的天线，从而获得高电流保护的全向双倾斜天线。

本公开的第二方面也可以应用于定向天线。所提出的解决方案的益处在于，它允许将倾斜辐射的水平分量的源放置在离地平面更远的地方，因此当只有两个辐射体交叉时，将获得比标准解决方案更好的性能。

本公开可以例如用于以下应用领域：通过本发明的第一方面，可以实现具有双极化和全向模式的用于列车或有轨电车的高电流保护车顶天线。结合本公开的第二方面，允许具有双倾斜全向天线。因此，可以获得用于列车应用的双倾斜、全向、高电流保护天线。本发明的第二方面提供了一种方案，该方案可以与任意一对具有全向特性的竖直/水平极化辐射体结合使用，以获得双倾斜极化全向辐射。这可以例如用于关于小单元的简单基站天线或关于室内覆盖的天线。本公开的第二方面可以应用于定向辐射体。使用竖直和水平极化辐射体而不是两个交叉辐射体可能是有益的(例如在存在接地平面并强烈衰减水平分量的列车应用中)，因此希望尽可能增加水平分量与接地平面之间的距离。因此，这是获得放置在导电表面(例如，列车顶)上的低剖面定向双倾斜天线的实用方法。

如果合适，第一辐射体的叶片可以包括相对于第一辐射体的中心在径向方向上布置的辅助槽缝。这可以提高水平极化辐射体的整体匹配。为了更好的性能，水平极化的第一天线可以包括阻抗变换器。阻抗变换器可以例如被设计为所谓的“Kloppfenstein变换器”。优选地，阻抗变换器可以实现为印刷在PCB上的PCB线，PCB布置在主辐射体的凹陷部内。凹陷部可以在悬链线掉落在辐射体上的情况下保护变换器避免高电流，而PCB技术允许简单的制造。

根据本公开，GPS天线模块可以形成天线组件的一部分。将GPS天线模块布置在第一天线的第一辐射体的顶部上时，可以取得良好的效果。GPS天线模块可以布置在第一辐射体的凹陷部中。第一个辐射体的凹陷部可以配置为在悬链线落在辐射体上的情况下保护GPS天线模块免受高电流的影响。

在优选的变型中，第二天线的竖直极化的第二辐射体至少部分地布置在第一天线的第一辐射体的地块内(当从竖直上方看时)。当第一辐射体包括例如横向凹痕形式的凹部时，可以实现非常节省空间且浅的布置，其中第二辐射体至少部分地布置在第一辐射体的地块内。优选地，凹部设计成使得第二辐射体与第一辐射体间隔开间隙的距离。该间隙优选地具有大致均匀的厚度。当没有立柱支撑带有凹部的相应叶片以便不影响竖直极化辐射体的射频性能时可以获得良好的结果。水平极化的第一天线可以包括阻抗变换器。阻抗变换器可以设计为Kloppfenstein变换器。阻抗变换器可以布置在第一辐射体的凹陷部内，在该凹陷部处它被保护免受高电流。

应当理解，在前的一般描述和以下详细描述均呈现实施方式，并且旨在提供用于理解本公开的性质和特征的概述或框架。附图被包括在内以提供进一步的理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图图示了各种实施方式，并且与描述一起用于解释所公开概念的原理和操作。

附图说明

根据下文给出的详细描述和附图将更充分地理解本文描述的发明，这些详细描述和附图不应被认为是对所附权利要求中描述的发明的限制。图示出：

图1是第一天线的立体图；

图2是包括第一和第二天线的天线组件的第一变型的立体图(部分被剖切)；

图3是从上方观察的第一天线的分解图；

图4是从下方观察的第一天线的分解图；

图5是天线组件的第二变型的立体图；

图6是天线组件的第三变型的立体图；

图7示意性地示出了混合耦合器装置；

图8是天线组件的第四变型的立体图；

图9是天线组件的第五变型的立体图；

图10是图8的第四变型的详细视图。

具体实施方式

现在将详细参考某些实施方式，其实施例在附图中示出，附图中示出了一些但不是所有特征。实际上，本文所公开的实施方式可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了使本公开满足适用的法律要求。只要有可能，相似的附图标记将用于指代相似的部件或部分。

图1以立体图示出了全向水平极化Vivaldi型第一天线5的变型。隐藏线示为虚线。图2示出了包括根据图1的第一天线的天线组件1的第一变型。图3以从上方观察的分解等距视图示出了根据图1的第一天线5。图4以从下方观察的分解等距视图示出了根据图1的第一天线5。图5示出了包括根据图1的第一天线的天线组件1的第二变型。图6示出了包括根据图1的第一天线的天线组件1的第三变型。图7示意性地示出了结合本公开的第二方面使用的微波装置24。图8示出了天线的第四变型，并且图9以透视方式从前面和上方示出了天线的第五变型。图10示出了天线的第四变型的剖视图(细节D)。

例如在图1的立体图中可见，根据本公开的第一方面的天线组件1优选包括全向水平极化Vivaldi型第一天线5。第一天线5包括全向水平极化第一辐射体6，该第一辐射体布置成在基本水平的平面(xy平面)中延伸，具有大致花形的轮廓，第一辐射体6具有多个叶片17，这些叶片因布置成绕辐射体中心8分布的锥形槽缝7而彼此分开。锥形槽缝7相对于辐射体中心8在向外的方向上水平延伸。在竖直方向上(z方向)，锥形槽缝7垂直于水平面(xy平面)延伸一定厚度(t)。图1中仅示意性地示出的基板9大致平行地布置在辐射体6下方一定距离(b)处并借助至少一个立柱10与辐射体6互连。在根据图1的变型中，至少一个立柱10布置在叶片17处，其借助螺栓29附接到叶片17。功率分配器11和每个锥形槽缝7的馈电柱12布置在基板9与第一辐射体6之间。它们与第一辐射体6电磁耦合，用于将无线电信号耦合到第一辐射体6中。第一辐射体6优选由实心金属制成，使得其可以容易承受高电流(如上所述)。如图中所示，当第一辐射体6大致为板状时，可以获得良好的效果。如果合适，第一辐射体可以在内部包括至少一个凹部和/或开口，只要它们不会对性能产生负面影响即可。多个锥形槽缝7优选布置成绕辐射体中心8均匀分布。锥形槽缝7通常相对于辐射体中心8沿径向向外的方向布置。取决于应用领域，其他布置也是可能的。在优选的变型中，功率分配器11和馈电柱12被布置作为附接到第一辐射体6底部的印刷电路板13上的至少一个导电体19。在图3和图4中可见的是，印刷电路板13可以具有圆形形状。根据应用领域，其他设计也是可能的。

至少一个立柱10可以与第一辐射体6电互连，该第一辐射体6适于接收来自如上所述的铁路轨道的悬链线的高电流。馈电电缆14优选地至少部分延伸穿过第一辐射体6。由此可以获得具有低总高度的紧凑且坚固的设计。馈电电缆14可以至少部分布置在第一辐射体6的沟槽15中。在优选变型中，馈电电缆14至少部分延伸穿过至少一个立柱10。馈电电缆14可以借助至少部分布置在第一辐射体6中的连接器16与功率分配器11互连。优选地，功率分配器11和馈电柱12布置为印刷电路板13上的至少一个导电体19。尤其是就高电流保护而言，功率分配器11和馈电柱12优选附接到第一辐射体6的底部。如图中所示，功率分配器11可以具有星形设计，该星形设计从辐射体6的中心8开始，并包括若干分支18。当馈电柱12从每个分支18的外端沿向前方向弯曲并延伸经过布置在距每个馈电柱12的耦合距离处的锥形槽缝7，并经过每个锥形槽缝7端部，可以获得良好的效果。通常，连接器16布置在辐射体中心8。为了节省连接性，连接器16可以通过焊接与导电体19互连。

当第一天线5与具有至少一个全向竖直极化的第二辐射体21的全向竖直极化的第二天线20组合时，可以达到良好的效果。优选地，第二辐射体21与第一辐射体6布置在同一基板9上。在一个优选的变型中，第二辐射体21是杯状的。取决于应用领域，不同的布置是可能的：第二辐射体21可以竖直地布置在第一辐射体6的上方和/或下方和/或水平地接近第一辐射体6。基板9可以包含适合接收用于天线组件1的若干元件的布线的中空空间。为了获得双倾斜天线，第一天线5和第二天线20可以借助如图7中所示的微波装置互连。借助鼠形混合耦合器和/或魔术三通混合耦合器形式的微波装置24可以实现良好的效果。

在天线组件1的根据图8和图10的第四变型以及根据图9的第五变型中，集成了水平以及竖直极化的第一天线5和第二天线20。与上述变型相比，第一天线5相当大以也覆盖低频带，例如，5G 700兆赫频带。壳体22以展开状态示出在基板9上方。在图8中，第一辐射体6、印刷电路板13以及图前部的某些立柱10以剖视图示出以提供对下方结构更好的可见性。通常布置在印刷电路板13下方的馈电柱12被示出为未切割。

每个第一辐射体6均优选使用微带线19形式的导电体19馈电，微带线19印刷在印刷电路板13上，印刷电路板13置于Vivaldi辐射体6的底侧。微带线19使用如上文更详细地提及的功率分配器/组合器11馈电。功率分配器11的输入端连接到馈电电缆14，在所示变型中，馈电电缆14嵌入Vivaldi辐射体6内。馈电电缆14不直接连接到位于第一辐射体6底侧上的功率分配器11。而是馈电电缆14首先借助同轴连接器16连接到阻抗变换器30。如图10中最佳可见，在所示变型中，阻抗变换器30设计为布置在印刷电路板32上的导电体31，其布置在第一辐射体6上侧的凹陷部33中。在第一辐射体6的中心区域中，阻抗变换器30借助连接器34与布置在第一辐射体6底侧上的功率分配器11互连，连接器34布置在第一辐射体6的孔35中。连接器34包括被由介电材料制成的套管37包围的连接销36。阻抗变换器30的优点在于，功率分配器11的输入阻抗相对较低(在20至30欧姆的范围内)，这是由于若干Vivaldi馈电柱12(在所示的变型中为五个)并联连接到功率分配器18的输出端。此外，布置在Vivaldi辐射体6内部的连接销34和套管35优选与该低阻抗相匹配。阻抗变换器30优选适用于同轴适配器和同轴电缆中使用的标准50欧姆阻抗。当阻抗变换器30设计为所谓的“Klopfenstein变换器”时，可以获得良好的效果。然而，任何其他阻抗变换器设计(四分之一波长、多段、切比雪夫、最大平坦度、指数等)如果满足性能和带宽要求，都会是适用的。

在第一辐射体6的“叶片”中，集成了附加的辅助槽缝38，以减轻单个相邻第一辐射体6之间的相互耦合。辅助槽缝相对于第一辐射体6的中心8在径向方向上延伸。这可以改善水平极化辐射体的整体匹配。

为了安全起见，第二天线20的竖直极化的第二辐射体21至少部分地布置在第一天线5的第一辐射体6的地块内。鉴于高度通常有限以及需要消除竖直极化辐射体因接近Vivaldi第一辐射体叶片17而产生的失谐，本文所示的第四和第五变型包括至少一个叶片17中的凹部39。凹部39设计成使得与杯状第二辐射体21间隔一定的距离。当没有立柱10支撑具有凹部39的相应叶片17时，可以获得良好的效果，以便不影响竖直极化辐射体的射频性能。

如果合适，可以将GPS天线模块40集成在天线组件1中。在所示变型中，存在用于定位GPS天线模块40的两种可能的选择。GPS天线模块40可以集成在天线基板9中，也可以集成在第一辐射体6的叶片17中的相应凹部41。将GPS天线模块集成在基板9中从机械角度来看是更简单的，但是模块视场的某些部分被其他元件覆盖。这可能会限制GPS信号接收性能。另选解决方案是将GPS天线模块40安装在限制较少的位置。GPS天线模块40优选布置成不突出到第一辐射体6的顶表面上方。这仍然是为了给GPS天线模块40提供高电流保护。如果GPS天线模块40的顶表面在第一辐射体6的顶表面下方，则损坏的悬链线将停在如上所述良好接地的第一辐射体6上。

根据图9的变型进行了优化，以适应现有的天线平台。水平极化的第一辐射体6被调整以适合较小的壳体22。因此，Vivaldi辐射体叶片17的某些部分已被移除。立柱子10的高度也降低了。得到的天线组件1更紧凑并且使用现有元件。

说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。

附图标记列表

1 天线组件

5 第一天线(全向水平极化Vivaldi型)

6 第一辐射体(全向水平极化)

7 锥形槽缝

8 辐射体中心

9 基板

10 立柱

11 功率分配器

12 馈电柱

13 印刷电路板(PCB)

14 馈电电缆(同轴)

15 沟槽

16 连接器

17 叶片(第一个辐射体)

18 分支(功率分配器)

19 导电体(印刷电路板)

20 第二天线(全向竖直极化)

21 第二辐射体(全向竖直极化)

22 壳体(天线罩)

23 中空空间(在基板中)

24 微波装置

25 第一信号输入端

26 第二信号输入端

27 第一信号输出端

28 第二信号输出端

29 螺栓

30 阻抗变换器

31 导电体(阻抗变换器)

32 印刷电路板(阻抗变换器)

33 凹陷部(用于阻抗变换器)

34 连接器

35 孔(第一辐射体)

36 连接销

37 套管(连接销)

38 辅助槽缝(在第一辐射体的叶片中)

39 凹部(在第一辐射体的叶片中)

40 GPS天线模块

41 凹部(用于GPS天线模块)

Claims (32)

1.一种天线组件(1)，所述天线组件包括：

a.水平极化Vivaldi型第一天线(5)，所述第一天线包括水平极化第一辐射体(6)，所述第一辐射体在水平面(xy)中延伸并具有花形轮廓，所述花形轮廓包括布置成围绕辐射体中心(8)分布的多个锥形槽缝(7),并且所述锥形槽缝(7)

i.在水平方向上(xy)相对于所述辐射体中心(8)在向外的方向上延伸，并且

ii.在竖直方向上(z)垂直于所述水平面(xy)延伸一定厚度(t)，

b.基板(9)，所述基板布置在所述第一辐射体(6)下方一定距离处，并且借助至少一个立柱(10)与所述第一辐射体(6)互连；

c.功率分配器(11)和针对每个锥形槽缝(7)设置的馈电柱(12)，所述功率分配器(11)和所述馈电柱(12)布置在所述基板(9)与所述第一辐射体(6)之间并且与所述第一辐射体(6)互连，用于将无线电信号耦合到所述第一辐射体(6)中。

2.根据权利要求1所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)由实心金属制成。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)基本是板状的。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)被设计为是全向的。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述多个锥形槽缝(7)布置成围绕所述辐射体中心(8)均匀分布。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述锥形槽缝(7)相对于所述辐射体中心(8)沿径向向外的方向布置。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述功率分配器(11)和所述馈电柱(12)布置成为印刷电路板(13)上的至少一个导电体(19)。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述功率分配器(11)和所述馈电柱(12)附接到所述第一辐射体(6)的底部。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述功率分配器(11)具有星形设计，所述星形设计从所述第一辐射体(6)的所述辐射体中心(8)开始并包括若干分支(18)，并且其中所述馈电柱(12)从每个分支(18)的外端沿向前方向弯曲并延伸经过布置在距每个馈电柱(12)的耦合距离处的锥形槽缝(7)。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述至少一个立柱(10)与所述第一辐射体(6)电互连，所述第一辐射体(6)适于从铁路轨道的悬链线接收高电流。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，馈电电缆(14)至少部分地延伸穿过所述第一辐射体(6)。

12.根据权利要求11所述的天线组件(1)，其中，所述馈电电缆(14)至少部分布置在所述第一辐射体(6)的沟槽(15)中。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，馈电电缆(14)至少部分延伸穿过所述至少一个立柱(10)。

14.根据权利要求11至13中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述馈电电缆(14)借助至少部分布置在所述第一辐射体(6)中的连接器(16)与所述功率分配器(11)互连。

15.根据权利要求14所述的天线组件(1)，其中，所述连接器(16)布置在所述辐射体中心(8)中。

16.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述基板(9)包含中空空间(22)。

17.根据前述权利要求中至少一项所述的天线组件(1)，该天线组件包括具有至少一个全向竖直极化的第二辐射体(21)的全向竖直极化第二天线(20)。

18.根据权利要求17所述的天线组件(1)，其中，所述第二辐射体(21)为杯状的。

19.根据权利要求17或18中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第二辐射体(21)竖直地布置在所述第一辐射体(6)的上方和/或下方和/或水平地接近所述第一辐射体(6)。

20.根据权利要求17至19中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第二辐射体(21)与所述第一辐射体(6)布置在同一所述基板(9)上。

21.根据权利要求17至20中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第一天线(5)和所述第二天线(20)借助鼠形混合耦合器和/或魔术三通混合耦合器彼此互连。

22.一种天线组件(1)，所述天线组件(1)包括全向水平极化的第一天线(5)和全向竖直极化的第二天线(20)，其中所述第一天线(5)和所述第二天线(20)借助微波装置(24)彼此互连，所述微波装置包括第一信号输入端(25)和第二信号输入端(26)以及第一信号输出端(27)和第二信号输出端(28)，具有以下特性：

a.所述微波装置(24)将

i.由所述第一信号输入端(25)接收的第一信号在所述第一信号输出端(27)和所述第二信号输出端(28)之间均等地且同相地划分；并且

ii.由所述第二信号输入端(26)接收的第二信号在所述第一信号输出端(27)和所述第二信号输出端(28)之间均等地但反相地划分(即，异相，180度相位差)，

b.所述微波装置(24)是互反的，从而从所述第一信号输出端(27)和所述第二信号输出端(28)出来的信号在所述第一信号输入端(25)处同相相加，并且在所述第二信号输入端(26)处反相相加。

23.根据权利要求22所述的天线组件(1)，其中，所述第一信号输入端(25)和所述第二信号输入端(26)彼此隔离。

24.根据权利要求22或23中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述微波装置(24)是鼠形混合耦合器和/或魔术三通混合耦合器。

25.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)包括叶片(17)，所述叶片(17)包括相对于所述第一辐射体(6)的所述中心(8)沿径向方向布置的辅助槽缝(38)。

26.根据权利要求17至25中至少一项所述的天线组件(1)，其中，所述第二天线(20)的所述竖直极化的第二辐射体(21)至少部分地布置在所述第一天线(5)的所述第一辐射体(6)的地块内。

27.根据权利要求26所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)包括凹部(39)，所述第二辐射体(21)布置在所述凹部(39)中。

28.根据权利要求27所述的天线组件(1)，其中，所述凹部(39)设计成使得所述第二辐射体(21)与所述第一辐射体(6)间隔开一段距离。

29.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(1)，其中，所述水平极化的第一天线(5)包括阻抗变换器(30)。

30.根据权利要求29所述的天线组件(1)，其中，所述阻抗变换器(30)设计为Klopfenstein变换器。

31.根据权利要求29或30所述的天线组件(1)，其中，所述阻抗变换器(30)布置在所述第一辐射体(6)的凹陷部(33)内。

32.根据前述权利要求中任一项所述的天线组件(1)，其中，所述第一辐射体(6)的凹陷部中布置有GPS天线模块(40)。

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