CN1175524C - 多频共用天线阵 - Google Patents

Abstract

一种天线阵包括规则排列的、分属工作于各自工作频率的线状天线组的多个线状天线，以便共用两个以上的频率，以各自的工作频率工作的线状天线组彼此适当组合，其中，在构成工作于较低频率的线状天线(2)的天线单元上形成曲拐(4)。

Description

多频共用天线阵

技术领域

本发明涉及移动通信方式中作为基地台天线等使用的、互相隔离的多频带共用的多频共用天线阵。

背景技术

例如，对于为实现移动通信方式而设置的基地台天线等天线装置，一般的做法是，设计每个使用频率上与规格相符的天线，在各设置场所分别设置天线。基地台天线可以设在大楼屋顶、铁塔等构筑上，以实施移动体之间的通信。最近出现的大量基地台乱设乱建、多种通信系统混杂并用、以及基地台规模扩大等情况，令基地台的设置场所难以得到保证。另外，为建筑设置基地台天线用的铁塔等需支出高额的费用，从减低成本和美化环境的观点出发，有必要减少基地台的数量。

对于移动通信用的基地台天线，为改善通信质量，采用了分集式接收方式。作为分集支路的构成方法，多采用空间分集的方式，这种方式要求两个天线须间隔规定的距离进行设置，从而增大了天线的设置空间。就用以减小设置空间的分集支路而言，利用不同极化波之间的多重传播特性的极化分集是有效的；这种方法通过分别设置垂直极化波的发送接收天线和水平极化波的发送接收天线加以实现。另外，在雷达用天线中利用两种极化波，可实现根据因极化波导致的雷达截面差对物体进行识别的极化测定术。

因此，为了有效利用空间，有必要让单一的天线为多个不同的频率所共用，如果能配合极化波一起使用，便可实现更高的效能。第1图为后藤直久、神山一公的“二频共用天线阵的天线单元排列法及其优点”(信学技报A·P81-40，电子情报通信学会发行，1981年6月26日)一文中给出的以往使用的二频共用天线阵的俯视图。第2图为沿第1图中A-A线的垂直面上所见的天线阵示图。图中，101为接地导体，102为以相对较低的频率f1工作的偶极天线，103为给102供电的供电线路，104为以相对较高的频率f2工作的偶极天线，105为给104供电的供电线路。如此，以频率f1为谐振频率的偶极天线102和以频率f2为谐振频率的偶极天线104被配置在同一接地导体101上，可以实现在一个平面上两个频率天线的孔径共用。为了简化说明，这里仅以两个频率共用的天线阵为例进行说明，将三个以上频率的多频偶极天线配置于同一接地导体，可以同样地构成多频共用天线阵。

下面就其工作过程进行说明。

偶极天线具有频域较宽的特性，有10％以上的带宽。但是，为了获得这么高的带宽，从接地导体到偶极天线的高度必须是作为工作对象的电波波长的约1/4以上。另外，由于偶极天线利用来自接地导体的反射形成波束，至偶极天线的高度为1/4波长以上时，就会形成正面方向增益较低的辐射图。因此，将从接地导体至偶极天线的高度定为其工作电波的约1/4波长为宜。还有，向偶极天线供电的供电线路103、105一般采用双线平行或同轴线的方式。如用作为电介质底板的印刷电路板构成偶极天线，可在印刷电路板上形成两条平行的配线，其好处是无需焊接、可简化制作工艺。

如上述，在以频率f1工作的偶极天线102和以频率f2工作的偶极天线104组成的天线阵中，以频率f1工作的偶极天线102和以频率f2工作的偶极天线104组成的天线阵被分别配置不同的以接地导体101为起点的高度。换言之，工作于相对较高频率f2的偶极天线104被配置在比工作于相对较低频率f1的偶极天线102更接近接地导体101的位置上。另外，就天线阵的排列而言，为不使各工作频率的栅瓣发生须保持单元间隔，由于以频率f1工作的偶极天线102和以频率f2工作的偶极天线104的单元间隔互不相同，为获得二频共用特性须设法将天线阵中的相邻天线单元互不重叠地排列。

上面描述了以往的天线阵的构成，在二频共用的场合，工作于相对较低频率f1的偶极天线102要比工作于相对较高频率f2的偶极天线104的尺寸大，因此会给工作于频率f2的偶极天线造成阻塞。另外，由于工作于频率f2的偶极天线辐射的电波跟工作于频率f1的偶极天线的耦合，在工作于频率f1的偶极天线中产生激励电流，由此产生再辐射。因此，就出现了工作于频率f2的偶极天线的辐射定向性因工作于频率f1的偶极天线的影响而紊乱的问题。并且，工作于频率f2的偶极天线的辐射定向性的紊乱，以工作于频率f1的偶极天线的间隔为周期出现。这种周期性的紊乱，如第3图所示，便成为发生阵列辐射定向性上的栅瓣的原因。

还有，减少上述的再辐射引起的工作于频率f2的偶极天线的辐射定向性的紊乱，可通过将工作于频率f2的偶极天线配置在工作于频率f1的偶极天线的上方来实现；但是，由于距离接地导体的高度比f2的电波波长的1/4长，使天线正面方向增益减低，并因接地导体的反射在大角度方向上形成零点，致使辐射定向性产生较大的畸变。这也是有待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多频共用天线阵；在孔径共用两个频率的场合，该天线可使以较高频率工作的偶极天线不易受到以较低频率工作的偶极天线的影响，减少较高频率工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

本发明提供了一种多频天线阵，它包括：接地导体，其表面是平面或曲面形；多个线状偶极天线，安装在所述接地导体上并且构成以一个工作频率工作；向所述多个线状偶极天线馈电的馈线；通过将所述多个线状偶极天线组合成多个线状偶极天线组而形成的阵列，所述各线状偶极天线组配置成工作在至少两个频率；以及为将由来自上述多个线状偶极天线组中以较高工作频率发射的高频组的线状天线群的放射所感应的、在以较低工作频率工作的低频组的线状天线群产生的激励电流抑制，在该低频组的线状天线群的天线元上形成的多个曲臂(crank)；上述低频组的线状天线群的长度包括上述曲臂，是以上述低工作频率共振的长度。

上述手段的效果在于，当多频共用天线阵以高于频率f1的频率f2工作时，可以抑制以频率f1工作的线状天线上的单元间耦合引起的激励电流的发生以及因激励电流的发生引起的再辐射，从而可减低以频率f2工作的线状天线的辐射定向性恶化。另外，由于以频率f1工作的线状天线的长度(连曲臂长度在内)保持为频率f1的谐振波长，可以比工作于频率f1的普通线状天线制作得更小。

与本发明有关的多频共用天线阵，在以第一工作频率工作的线状偶极天线上形成的曲臂的高度，为高于第一频率的第二频率的电波波长的约1/4。

上述手段的效果在于，在让多频共用天线阵以频率f2工作时，可以抑制起因于以频率f1工作的线状天线上的来自以工作频率f2工作的线状天线的单元间耦合的激励电流的发生和因激励电流的发生引起的再辐射；进而对于工作频率f2曲臂始点与天线馈电点被看作开路，线状天线可看作被分割为在谐振长度以下的多个线状天线，进一步抑制了对于频率f2的单元间耦合导致的激励电流的发生，因此，以较高频率f2工作的线状天线的辐射定向性的恶化可大幅度减低。

与本发明有关的多频共用天线阵，可根据对于以较高频率工作的线状偶极天线的位置，调整以较低频率f1工作的线状偶极天线的天线单元部分的曲臂的形成位置。

上述手段的效果在于，在让多频共用天线阵以频率f2工作时，可以抑制起因于以频率f1工作的线状天线上的来自以工作频率f2工作的线状天线的单元间耦合的激励电流的发生和因激励电流的发生引起的再辐射；进而在可得到激励电流分布最大值的位置处激励电流被相抵，进一步抑制了对于频率f2的单元间耦合导致的激励电流的发生，因此，以较高频率f2工作的线状天线的辐射定向性的恶化可大幅度减低。

与本发明有关的多频共用天线阵，在构成线状天线的天线单元部分形成多个曲臂。

上述手段的效果在于，在让多频共用天线阵以较高频率f2工作时，以较低频率f1工作的线状天线上的激励电流的发生可在曲臂个数的限度内在曲臂的形成位置上相抵的同时，起因于激励电流发生的在辐射被抑制，从而以较高频率f2工作的线状天线的辐射定向性的恶化可进一步减低。

与本发明有关的多频共用天线阵，在工作于第一工作频率的线状偶极天线的天线单元部分形成的多个曲臂的长度，为具有高于第一工作频率的一个或多个工作频率中的任一个工作频率的电波的波长大约1/4。

上述手段的效果在于，对于相对较高的各个工作频率可以看作天线单元部分被分割，因此使得被分割的线状导体的长度不足各个工作频率的电波波长的1/4，就可使单元间耦合引起的激励电流的发生相对于各个工作频率得到进一步抑制，从而以各个相对较高频率工作的线状天线的辐射定向性的恶化可大幅度减低。

与本发明有关的多频共用天线阵，以低于多个工作频率中的最高频率的频率工作，在带曲臂的线状偶极天线的天线单元部分在供电线路侧形成角度小于180度的Λ字形线状天线，或者天线单元部分在供电线路侧形成角度大于180度的V字形线状天线。

上述手段的效果在于，如线状偶极天线为Λ字形，则工作频率f1上的辐射定向性为在天线的正面方向形成宽幅波束，同时，如线状偶极天线为V字形，则工作频率f1上的辐射定向性为在天线的正面方向形成窄幅波束，由此可以根据不同用途改变天线的形状，以对工作频率f1上的辐射定向性进行调节。

与本发明有关的多频共用天线阵，以低于多个工作频率中的最高频率的频率工作，在构成带曲臂的线状天线的天线单元部分，天线单元部分从直线部分跟曲臂部分的连接点在该曲臂伸出的方向上延伸。

上述手段的效果在于，使多频率共用天线阵工作于频率f1时，可在具有以频率f1工作的的曲臂的线状天线取得阻抗匹配。

与本发明有关的多频共用天线阵，包括以低于多个工作频率中的最高频率的频率工作的线状天线，其上有：在电介质底板表面以印刷电路形成的天线单元部分、供电线路与曲臂，以及在电介质底板底板背面以印刷电路形成的天线元件、供电线路与曲臂。

上述手段的效果在于，由于电介质底板上的线状天线是通过腐蚀工艺制成印刷电路形成的，线状天线容易达到较高的制作精度。尤其对于需要多个天线的天线阵，采用这种腐蚀加工工艺就更为有效。

与本发明有关的多频共用天线阵，设有曲臂长度调节用导体，位于构成形成于天线单元部分的曲臂的凸部上方。

上述手段的效果在于，由于可对在带曲臂线状天线上激励的电流的通路进行调节，从而实现对起因于激励电流的再辐射的微调节。

与本发明有关的多频共用天线阵，相对于构成线状天线的天线单元部分的直线部，在上下对称的位置设有构成曲臂的凸部。

上述手段的效果在于，可对关于带曲臂线状天线的相对较高的频率f2的特性阻抗进行调节。

如上所述，与本发明有关的多频共用天线，适合于在孔径共用两个以上频率的场合，减低以相对较高的频率工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

附图说明

第1图：表示以往的二频共用天线阵的俯视图。

第2图：沿第1图上A-A线的垂直面所见的天线阵图。

第3图：说明偶极天线辐射定向性上栅瓣发生的示图。

第4图：依据本发明实施例1的二频共用天线阵的结构俯视图。

第5图：沿第4图上A-A线的垂直面所见的天线阵图。

第6图：因单元间耦合在偶极天线上激励的电流的流向图。

第7图：带曲臂偶极天线的电流分布图。

第8图：普通偶极天线的电流分布图。

第9图：偶极天线的辐射定向性图。

第10图：偶极天线的辐射定向性图。

第11图：正交极化波用天线排列成的天线阵结构图。

第12图：依据本发明实施例2的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。

第13图：依据本发明实施例3的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。

第14图：依据本发明实施例4的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之一。

第15图：依据本发明实施例4的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之二。

第16图：依据本发明实施例5的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之一。

第17图：依据本发明实施例5的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之二。

第18图：依据本发明实施例5的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之三。

第19图：依据本发明实施例6的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。

第20图：依据本发明实施例7的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。

第21图：沿第20图上B-B线剖切的断面图。

第22图：依据本发明实施例8的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。

第23图：依据本发明实施例9的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之一。

第24图：依据本发明实施例9的工作于相对较低频率的偶极天线的结构之二。

具体实施方式

以下，为了对本发明作更详细的说明，按照附图对本发明的最佳实施例进行描述。

实施例1

第4图为依据本发明实施例1的二频共用天线阵的结构示俯视图。另外，第5图为沿第4图上A-A线的垂直面所见的天线阵图。图中：1为平面或曲面的接地导体；2为工作与相对较频率f1的偶极天线单元(天线单元部分)构成的偶极天线(线状天线)；3为偶极天线2的供电线路；4为位于供电线路3两侧的、在构成偶极天线2的左右偶极天线单元的中点附近形成的突起状曲臂；5为以高于频率f1的频率f2工作的偶极天线；6为偶极天线5的供电线路。

以下描述其工作过程。

在普通的偶极天线同一孔径共有两个频带的情况下，工作于相对较低频率f1的偶极天线对工作于相对较高频率f2的偶极天线形成阻塞的同时，来自频率f2的偶极天线的相互耦合使工作于频率f1的偶极天线上形成激励电流、产生再辐射，从而令频率f2的偶极天线的辐射定向性恶化。

于是，为了在不改变距离(以各种频率工作的偶极天线的)接地导体高度的条件下，不使以频率f2工作的偶极天线的辐射定向性恶化，在工作频率为f1的偶极天线2上形成突起状的曲臂4，如图5所示。

让依据本发明实施例1的二频共用天线阵以频率f1工作时，由供电线路3激励的各偶极天线2具有约为频率f1波长的1/2的长度，因此形成谐振，以普通偶极天线的方式工作，整体上具有普通偶极天线阵的性能。另方面，让二频共用天线阵以频率f2工作时，由供电线路6激励的各偶极天线5以普通偶极天线的方式工作，但是其辐射波的一部分同尺寸大于偶极天线5的偶极天线2耦合，在偶极天线2上产生激励电流。可是，由于偶极天线2上的曲臂4具有抑制激励电流的作用，减少了辐射定向性的紊乱。

接着，说明一下通过设置曲臂可使激励电流得到抑制的原理。从以相对较高频率工作的偶极天线引起的单元间耦合，造成以相对较低频率工作的偶极天线上的激励电流，该激励电流的流向如第6图所示。第7图为带曲臂偶极天线的电流分布图。第8图为普通偶极天线的电流分布图。上述示图中，7a、7b、7c、7d表示激励电流的流向；8a、8b表示偶极天线上的电流分布。并且，在偶极天线上曲臂大致被设于激励电流最大的位置。因此，依据本发明实施例1的偶极天线上，分别在偶极天线单元的中心设置曲臂。如第6图所示，在曲臂上流过的电流7b逾7c互为反相、恰好相抵。由此，大致在第8图所示的电流分布8b最大的位置上形成曲臂，相当程度的电流被相抵、抑制了激励电流的流量，形成了第7图所示的电流分布8a。如上述，通过对激励电流的抑制，来自偶极天线2的再辐射便有可能减低。而且，以频率f1工作的带曲臂的偶极天线，可以取得跟普通偶极天线一样的特性。这时，计入曲臂长度的偶极天线的长度为在频率f1电波的谐振偶极天线的长度。

第9图表示了使用以较低频率f1工作的普通偶极天线时，以较高频率f2工作的偶极天线的辐射定向性。另外，第10图表示了使用以较低频率f1工作的带曲臂的偶极天线时，以较高频率f2工作的偶极天线的辐射定向性。上述示图中，虚线表示只配置以频率f2工作的偶极天线时，以频率f2工作的偶极天线的辐射定向图。从第9图和第10图可明显看出，由于配置了以频率f1工作的带曲臂的偶极天线，对以频率f2工作的偶极天线的辐射定向性的影响减低了。

还有，在对依据本发明实施例1的多频共用天线阵所作的说明之外，还对作为偶极天线的基本形状举例作了说明；但是，无用赘言，即使实施采用宽幅偶极子天线、端头加粗的偶极子天线(ボウタイ天线)等各种形式变更，本申请的发明仍可适用。

接着，第11图为表示用正交极化波天线排列成的天线阵结构的俯视图。图中，采用跟第4图相同的符号或者相当多的部分图中已有表示，因此说明从略。9为以频率f1工作、接收跟偶极天线2正交的极化波的、跟偶极天线2一样带有曲臂的偶极天线；10为以频率f2工作、接收跟偶极天线5正交的极化波的偶极天线。如图所示，对于相互正交的两个极化波，可以实现偶极天线的共同配置，因此可以对正交的极化波实现孔径共用。该图所示的天线阵跟第4图所示的天线阵一样，在以频率f1工作的偶极天线2、9上设有曲臂，从而减低了偶极天线5、10的辐射定向性的恶化。

再者，第11图所示的实施例中，接收垂直极化波的偶极天线跟接收水平极化波的偶极天线成交错配置，实际未必一定要交错配置。例如，为了对正交的极化波分别进行激励，可将垂直极化波用的偶极天线和水平极化波用的偶极天线隔离配置，还可以只把频率f1或频率f2中的任一个的偶极天线交错设置，如此等等。另外，作为偶极天线的排列方式，有如第11图所示的三角排列方式，也可采用格子状的四角排列方式，本发明的适用方案跟排列方式无依存关系。

如上所述，根据本实施例1，在以相对较低的频率f1工作的偶极天线上设曲臂，让二频共用天线阵工作于相对较高的频率f2时，起因于以频率f1工作的偶极天线上的单元间耦合的激励电流的发生以及激励电流发生造成的再辐射的到了抑制，因此，可以有效地减低以相对较高的频率f2工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

还有，将曲臂长计入，以频率f1工作的偶极天线具有频率f1的谐振长度，所以跟工作频率为f1的普通偶极天线相比，可以有效地实现偶极天线的小型化。

再有，对于实施例1的天线阵，为了简化说明致使以共用两个频率的天线阵为例，实际对于三个以上频率的方案，本申请的发明也能适用。对于这种多频率共用的天线阵，在以比多个工作频率中最高频率低的频率工作的偶极天线上设置曲臂，以减低以比该偶极天线的谐振频率高的频率工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。因此，让多频率共用天线阵工作于一个工作频率时，在其工作频率低于该频率的偶极天线上设置曲臂，以减低工作于该工作频率的偶极天线上的辐射定向性的恶化。以下描述的实施例，为了简化说明，仅以两个频率共用的天线阵作为示例，同样可以扩展到三个以上工作频率共用的天线阵。

实施例2

第12图为依据本发明实施例2的工作于相对较低频率的偶极天线的结构示意图。图中采用跟第6相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。11为位于偶极天线馈电点的间隙；12为曲臂4的起始点；13为曲臂4的终止点；14为将偶极天线看作在特定的频率上分割的线状导体。本实施例2与实施例1相比，其不同点在于：在相对较低的工作频率f1的偶极天线的各偶极单元的中心附近所设曲臂的长度在本例中是限定的。换言之，在本实施例中，曲臂的长度定为相对较高频率f2的电波波长的1/4。

以下说明动作过程。

关于让多频共用天线阵工作与频率f1的情况跟实施例1相同，说明从略。另方面，当工作于频率f2时，由于以频率f2工作的偶极天线的单元间耦合导致如第12图所示的以频率f1工作的偶极天线上的激励电流的发生。可是，由于在偶极天线2上设有曲臂4，激励电流的作用相抵、抑制了再辐射量。加之，将曲臂的长度设为特定频率(此处为频率f2)的波长的约1/4，根据曲臂的终点13被短路的考虑，曲臂4可等价地看作两条终端短路的1/4波长的平行导线。由此，在曲臂的起始点12可看作对于频率f2为开路的，从而第12图所示的带曲臂的偶极天线对于频率f2被看作同第12图下方所示的分为四段的线状导体14等价。加之，偶极子馈电点有间隙11，偶极子馈电点被看作开路。因此，如果被分割的线状导体14比频率f2电波的谐振长度短，则激励电流的发生就可被抑制。并且，同实施例1相同，以频率f1工作的偶极天线，尽管设置了曲臂也可获得跟普通天线一样的效果。

如上所述，根据本实施例2，由于在以相对较低的频率f1工作的偶极天线上设置相对较高的频率f2的电波波长的约1/4长的曲臂，让多频共用天线阵工作于频率f2时，以频率f1工作的偶极天线上的单元间耦合引起的激励电流的发生以及激励电流导致的再辐射被抑制；加之，对于特定频率(此例的多频共用天线阵中，相对较高的工作频率f2)曲臂起始点和偶极子的馈电点可看作开路，偶级天线被分割为短于谐振长度的多个线状导体，由此对于特定的频率可以进一步抑制单元间耦合引起的激励电流的发生，可以有效的减低以相对较高频率f2工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

实施例3

第13图为依据本发明实施例3的工作于相对较低频率的偶极天线的结构示意图。图中采用跟第6相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。本实施例3跟实施例1和实施例2的不同点在于：其构成偶极天线的左右偶极子单元上的曲臂不在中心附近而是在任意位置上。还有，偶极子单元上的曲臂形成位置由供电线路3至曲臂4的距离L1和曲臂4的中心至偶极子单元端头的距离L2确定。

以下说明动作过程。

关于让多频共用天线阵工作与相对较低的频率f1的情况，跟实施例1相同，说明从略。另方面，当工作于相对较高频率f2时，通过以频率f2工作的偶极天线的单元间耦合，在第13图所示的以频率f1工作的偶极天线上产生激励电流。可是，在偶极天线2上设有曲臂4，使激励电流的作用相抵、抑制了再辐射量。进而，就多频共用天线阵而言，由于从以频率f2工作的偶极天线到带曲臂偶极天线的单元间耦合程度按照带曲臂的偶极天线跟以频率f2工作的偶极天线的的配置关系而变动，带曲臂偶极天线上的激励电流分布形状(电流分布最大值位置)也因每个偶极单元而异。例如，在带曲臂偶极天线的正下方配置有以频率f2工作的偶极天线时，在带曲臂偶极天线上激励电流分布上的最大值朝供电线路3的方向偏移。因此，如第13图所示的曲臂4的形成位置朝供电线路3的方向偏移，就有可能在激励电流分布最大值的位置通过反相使激励电流相抵。再有，跟实施例1一样，以频率f1工作的偶极天线，即使设有曲臂也可获得通常的场合相同的特性。另外，在13图中偶极天线上的曲臂形成位置左右对称，在非对称位置形成曲臂也是可能的。

如上所述，根据本实施例3，按照多频共用天线阵内的带曲臂的偶极天线的配置位置，可对以频率f1工作的偶极天线上的曲臂的形成位置进行调整；因此，在让多频共用天线阵工作于频率f2时，可以抑制以频率f1工作的偶极天线上单元间耦合引起的激励电流造成的再辐射，进而在激励电流分布最大值的位置处将激励电流的作用相抵、有效地抑制单元间耦合引起的激励电流的发生，从而大幅度减低以相对较高的频率f2工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

再者，通过对多频共用天线阵内以频率f1工作的每个偶极天线进行曲臂形成位置的各自的调节，在以频率f2工作的偶极天线上起因于激励电流的辐射定向性恶化就可被有效地减低，按照接地导体上各种配置的多个不同工作频率的偶极天线的配置形态引起的孔径分布的周期性发生的栅瓣可以被有效地抑制。

实施例4

第14图为依据本发明实施例4的工作于相对较低频率f1的偶极天线的结构示意图。图中采用跟第6相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。4a、4b为以相对较低的频率f1工作的偶极天线2上、在供电线路3的两侧构成偶极天线2的左右偶极单元的各自构成的曲臂。本实施例4跟实施例1至实施例3的不同点在于：本例中，以供电线路3为中心在左右偶极单元上分别形成了多个曲臂。而且，如第14图所示，跟实施例1至实施例3的带曲臂偶极天线不同，本例中的曲臂位于偶极单元的下方形成，但这跟形成于上方的效果没有任何差别。

以下就动作过程进行说明。

让多频共用天线阵工作于相对较低的频率f1的情况跟实施例1相同，说明从略。另方面，关于工作于相对较高频率f2时的情况，来自以频率f2工作的偶极天线的单元间耦合，在第14图所示的以频率f1工作的偶极天线上产生激励电流。在频率f1和频率f2之间存在f2＞3f1的关系时，如果只是在依据实施例1至实施例3的偶极天线地左右偶极单元上各设置一个曲臂，由于通过分割偶极单元得到的线状导体长度相当于频率f2电波的半波长，偶极天线2上的激励电流便不能被充分抑制。因此，在依据第14图所示的本实施例的偶极天线的偶极单元上设置了多个曲臂4a、4b。由此，对于频率f2将偶极天线2看作被分割，结果得到的第14图下方所示的线状导体的长度不满频率f2波长的1/4，因此可以对偶极天线2上激励电流的发生起到抑制作用。另外，即使在频率f1和频率f2之间不存在f2＞3f1的关系时，由于偶极单元上配置的曲臂数量的增加，可以在曲臂个数的限度内在曲臂的形成位置使激励电流的作用相抵，从而进一步减小来自工作于频率f2的偶极天线的单元间耦合引起的激励电流。并且，同实施例1相同，以频率f1工作的偶极天线，尽管设置了曲臂也可获得跟普通天线一样的效果。

依据第14图所示的实施例的偶极天线中，形成的曲臂长度均相同，但是也可在偶极单元上形成长度不同的曲臂、构成三频率以上的多频共用天线阵。第15图为多频共用天线震中采用的工作于最低频率f1的偶极天线的结构示意图。图中，16为用以抵消高于频率f1的频率f2引起的激励电流的曲臂；17为用以抵消高于频率f2的频率f3引起的激励电流的曲臂。如图示的方式按照工作频率改变曲臂的尺寸，可以将该工作频率对应的激励电流抵消；由此可通过形成尺寸不同的曲臂抑制多频共用天线阵中的激励电流。

如上所述，根据本实施例4，在以相对较低频率工作的偶极天线上设置多个长度为其他相对较高频率电波的1/4波长的曲臂，在让多频共用天线阵工作于相对较高频率时，以频率f1工作的偶极天线上因单元间耦合产生的激励电流，可以在曲臂个数的限度内在曲臂形成位置抵消激励电流的作用、同时也抑制了起因于激励电流的再辐射；再有，将偶极天线看作对应于工作频率分割的多个线状导体，使得其长度不足工作频率电波波长的1/4，便可针对该频率进一步抑制单元间耦合引起的激励电流的发生，从而可以大幅度减低以相对较高的频率f2(f3)工作的偶极天线的辐射定向性的恶化。

实施例5

第16图为依据本发明实施例5的工作于相对较低频率的偶极天线的结构的示意图。图中采用跟第6相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。18为构成以相对较低的频率f1工作的偶极天线2的偶极单元。本实施例5跟实施例1至实施例4的不同点在于：构成偶极天线的左右偶极单元形成的角度不是180度。

下面就工作过程进行说明。

关于在多频共用天线阵工作于相对较高频率f2时抑制单元间耦合引起的激励电流发生情况，本例跟实施例1相同，说明从略。另方面，在让多频共用天线阵工作于频率f1时，偶极天线2在供电线路3形成角度不到180度的Λ字形，偶极天线2的工作频率f1上的辐射定向性，以在第16图所示的天线正面方向上形成宽广的波束为特征。

另外，如果让偶极天线2在供电线路3侧形成角度在180度以上的V字形，偶极天线2在工作频率f1上的辐射定向性，以在第16图所示的天线正面方向上形成狭窄的波束为特征。通过如此改变偶极天线形状可实现对辐射定向性的适当调整。偶极天线的形状并不只限于上述的Λ字形和V字形，也可采用如第17图和第18图所示的形状。

如上所述，根据本实施例5，使带曲臂的偶极天线的形状成为Λ字形或V字形，可减低工作于相对较高频率f2的偶极天线的辐射定向性的恶化，同时可调整工作于相对较低频率f1的偶极天线的波束宽度，使之变得更宽或更窄，以适应不同的用途。

实施例6

第19图为依据本发明实施例6的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。图中采用跟第6相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。19a、19b分别为从偶极天线2的直线部分和曲臂部分的接点朝曲臂的反方向伸出的任意长度的线状导体。本实施例6跟实施例1至实施例5的不同之处在于：本例中的曲臂有向下延伸的线状导体。

下面对工作过程进行说明。

关于在多频共用天线阵工作于相对较高频率f2时、抑制起因于单元间耦合的激励电流的发生，本例跟实施例1相同，说明从略。另方面，让多频共用天线阵工作于相对较低频率f1时，由于在偶极天线2的直线部分和曲臂4的接点处有线状导体19a、19b向下伸出，跟依据实施例1的偶极天线2等比较，供电线路3供给的电流的流过路径改变了，结果使谐振频率产生了偏移。因此，通过调节线状导体19a、19b的长度，可以获得关于频率f1的阻抗匹配。还有，让多频共用天线阵工作于相对较高的频率f2时，由于线状导体19a和19b相对设置，可以使单元间耦合引起的激励电流的作用相抵，因此，线状导体19a、19b的设置对于以频率f2工作的偶极天线的辐射定向性不会产生影响。

如上述，在取得跟实施例1相同的效果的同时，采用本实施例6还有如下效果：由于在带曲臂偶极天线上从直线部分和曲臂的接点处向下伸出线状导体，在多频共用天线阵工作于相对较低频率f1时可以实现阻抗匹配。

实施例7

第20图为表示依据本发明实施例7的工作于相对较低频率的偶极天线的结构的平面图。第21图为沿第20图上B-B线剖切的断面图。图中，20为电介质底板；21a为在电介质底板20的表面腐蚀形成的偶极单元；21b为在电介质底板20的背面腐蚀形成的偶极单元；22a为在电介质底板20的表面腐蚀形成的供电线路；22b为在电介质底板20的背面腐蚀形成的供电线路；23a为在电介质底板20的表面腐蚀形成的曲臂；23b为在电介质底板20的背面腐蚀形成的曲臂。供电线路22a和供电线路22b构成两条平行导线。另外，在电介质底板20的表面和背面形成的偶极单元21a和偶极单元21b构成偶极天线。本实施例7跟实施例1至实施例6的不同之处在于：本例中，偶极天线不是用线状导体构成的，而是在电介质底板上以印刷电路方式形成。

下面就工作过程进行说明。

通过在电介质底板(印刷电路板)20上腐蚀加工、一体形成偶极单元21a、21b，供电线路22a、22b和曲臂23a、23b，制成偶极天线。并且，在偶极单元21a、21b上分别形成曲臂23a、23b；制作所述曲臂23a、23b时，可在电介质底板20上通过印刷电路工艺形成偶极单元21a、21b的凸部分，同时在该凸部分的中央开缝，便可构成曲臂23a、23b。还有，偶极单元21a、21b制作时都带有宽度W，加大该宽度W便可使偶极天线具有宽的频带。换言之，在电介质底板上采用印刷电路工艺可以容易地制成具有宽带性能的偶极天线。进而，用这种印刷电路工艺在电介质底板20上形成多个偶极天线，便可构成天线阵。

让带有上述印刷电路工艺形成的曲臂的偶极天线以工作频率f1进行工作，可以跟实施例1的偶极天线同样地产生谐振、以普通偶极天线的方式工作。

再者，让带有上述印刷电路工艺形成的曲臂的偶极天线以工作频率f2进行工作时，跟实施例1的偶极天线同样地来自相对较高的频率f2工作的偶极天线的单元间耦合在曲臂处相抵，从而抑制了激励电流的发生，并可减低工作于频率f2的偶极天线的辐射定向性的紊乱。并且，同实施例1相同，以频率f1工作的偶极天线，尽管设置了曲臂也可获得跟普通天线一样的效果。

还有，如果改变构成曲臂23a、23b的缝隙的长度，可以调节曲臂的长度；如将曲臂的长度设为相对较高的频率f2的电波波长的1/4，跟实施例2一样曲臂的起始点可看作对该频率f2的电波开路，激励电流的发生可被进一步抑制。另外，如让偶极单元21a、21b上的曲臂23a、23b的形成位置偏移，可跟实施例3一样在激励电流分布最大值的位置使激励电流相抵，从而进一步抑制激励电流的发生。再有，通过在电介质底板20上采用印刷电路工艺，可跟实施例4一样形成多个曲臂；或者可跟实施例5一样将各偶极天线的形状设置为Λ字形或V字形；或者可跟实施例6一样向曲臂下面延伸线状导体。并且，本例的偶极天线在上述场合的工作过程，跟各实施例中所作的工作过程描述相同，因此说明从略。

如上述，除了具有跟实施例1至实施例6同等的效果以外，本实施例7还具有如下效果：由于通过腐蚀加工可在电介质底板上形成基于印刷电路工艺的偶极天线，容易实现偶极天线的高精度地制作。尤其对于需要由大量天线组成的天线阵，采用腐蚀加工方式进行制作更为有利。

实施例8

第22图为依据本发明实施例8的工作于相对较低频率的偶极天线的结构图。因图中采用跟第20相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。24为设于曲臂23a上面用以调整曲臂长度的导体。本实施例8跟实施例7的不同之处在于：本例中曲臂的长度可被调节。第22图中只示出构成偶极天线的一侧的偶极单元，实际两侧都设有用以调整曲臂长度的导体24。

以下就工作过程进行说明。

关于多频共用天线阵工作于相对较低频率f1的情况跟实施例1相同，说明从略。另方面，工作于相对较高频率f2时，起因于以频率f2工作的偶极天线的单元间耦合导致第22图所示以频率f1工作的偶极天线上的激励电流。可是，通过偶极天线上设置的曲臂23a可将激励电流相抵，从而抑制再辐射量。还有，构成曲臂23a的凸部上方设有用以调节曲臂长度的导体24，可对以频率f2工作的偶极天线的辐射定向性实施微调。换言之，曲臂凸部上方的设置用以调节曲臂长的导体，成为对带曲臂偶极天线上激励电流的路径进行调节的手段。因此，通过来自带曲臂偶极天线的少量再辐射，可对以频率f2工作的偶极天线的辐射定向性实施微调。

如上述，本实施例8除了具有实施例7同样的效果外，还具有如下效果：通过在曲臂凸部上方设置曲臂长度调整用导体，可将以相对较高频率f2工作的偶极天线的辐射定向性微调至所要求的形状。

实施例9

第23图为依据本发明实施例9的工作于相对较低频率f1的偶极天线的结构之一的示图。还有，第24图为依据本发明实施例9的工作于相对较低频率f1的偶极天线的另一结构的示图。因图中采用跟第20相同的符号或者在适当的部分作了指示，说明从略。25、26分别为曲臂，通过在构成偶极天线的偶极单元的直线部分上设置上下对称的凸部构成。本实施例9跟实施例7的不同之处在于：本例中，通过在构成偶极天线的偶极单元的直线部上设置上下对称的凸部来构成曲臂。

下面就工作过程进行说明。

关于多频共用天线阵工作于相对较低频率f1的情况跟实施例1相同，说明从略。另方面，工作于相对较高频率f2时，起因于以频率f2工作的偶极天线的单元间耦合导致第23图、第24图所示以频率f1工作的偶极天线上的激励电流的发生。可是，由于在偶极天线上设有曲臂25、26，激励电流相抵、抑制了再辐射量。再者，由于构成曲臂25、26的凸部相对于偶极天线的直线部分上下对称，基于曲臂的电感量可经该两个凸部调整。换言之，通过改变凸部形状可以调节阻抗特性；因此，增加曲臂凸部的个数，对于相对较高频率f2的频带的、带曲臂偶极天线的阻抗特性的调节自由度也增加了。并且，同实施例1相同，以频率f1工作的偶极天线，尽管设置了曲臂也可获得跟普通天线一样的效果。

如上述，除了具有实施例7相同的效果外，本实施例9还具有如下效果：相对于构成偶极天线的偶极单元的直线部，在上下对称的位置上设置构成曲臂的凸部，从而可增加曲臂凸部的数量，并可调节带曲臂天线的对于相对较高频率f2的阻抗特性。

Claims (10)

1.一种多频天线阵，它包括：

接地导体，其表面是平面或曲面形；

多个线状偶极天线，安装在所述接地导体上并且构成以一个工作频率工作；

向所述多个线状偶极天线馈电的馈线；

通过将所述多个线状偶极天线组合成多个线状偶极天线组而形成的阵列，所述各线状偶极天线组配置成工作在至少两个频率；以及

为将由来自上述多个线状偶极天线组中以较高工作频率发射的高频组的线状天线群的放射所感应的、在以较低工作频率工作的低频组的线状天线群产生的激励电流抑制，在该低频组的线状天线群的天线元上形成的多个曲臂；

上述低频组的线状天线群的长度包括上述曲臂，是以上述低工作频率共振的长度。

2.权利要求1的多频天线阵，其特征在于：所述曲臂形成在以第一工作频率工作的所述线状偶极天线上，并且其高度等于高于所述第一频率的第二频率的无线电波的1/4波长。

3.权利要求1的多频天线阵，其特征在于：可以根据与工作在较高频率的所述线状偶极天线的位置关系，调整所述线状偶极天线的工作在较低频率的所述天线元上的所述曲臂的位置。

4.权利要求1的多频天线阵，其特征在于：所述各天线元中的每一个包括多个所述曲臂。

5.权利要求4的多频天线阵，其特征在于：在配置成工作在第一工作频率的所述第一线状偶极天线上形成的所述多个曲臂，其长度等于高于所述第一频率的所述多个工作频率中任何一个工作频率的无线电波的1/4波长。

6.权利要求1的多频天线阵，其特征在于：具有所述曲臂的所述线状天线中的每一个包括Λ形线状偶极天线和V形线状偶极天线中的一种，所述Λ形线状偶极天线的各天线元与所述线状偶极天线的馈线侧构成小于180度的角度，而所述V形线状偶极天线的各天线元与所述馈线侧构成大于180度的角度。

7.权利要求1的多频天线阵，其特征在于具有所述曲臂的所述线状天线的所述天线元中的每一个包括：从所述天线元的直线部分与所述曲臂的连接点在该曲臂伸出的方向上延伸的多条线状导体。

8.权利要求1的多频天线阵，其特征在于所述低频组的线状偶极天线群包括：

第一天线元；和

馈线的第一半部分和第一曲臂，它们都形成在介质板的上表面；以及

第二天线元；和

所述馈线的第二半部分以及第二曲臂，它们都形成在介质板的下表面。

9.权利要求8的多频天线阵，其特征在于还包括曲臂长度调节导体，上述曲臂长度调节导体设置在形成于所述天线元上的、构成所述曲臂的凸起部的顶部。

10.权利要求8的多频天线阵，其特征在于：每一个所述曲臂包括相对于所述线状偶极天线群的天线元的直线部分对称地形成的凸起部。

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