CN1228202A - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发射和接收电磁波的二元偏振天线装置，其十字形的发射器模块是在立式以及优选的水平截面成一个+45°和－45°角度的截面构成的，并且具有一个在至少一个发射器模块的反面安装的导电的反射器，其具有如下的特征，在水平截面(9)上在至少一个发射器模块(3)的侧面相对应的有两个导电的侧壁部分(15)，它与水平截面(9)相垂直，并且每个至少有一个孔隙(17)位于侧壁部分(15)上位于水平截面(9)的相应的发射器模块(3)的高度上。

Description

天线装置
本发明涉及的是一种发射和接收电磁波的天线装置，特别是一种按照权利要求1前序部分的二元偏振天线。
水平的或也是立式偏振的发射器装置，特别是在偏振平面上安置振子的形式，横向再安置孔隙或平面发射器元件的形式，例如金属薄片发射器，均早已为人所了解了。在水平偏振发射装置情况下振子是水平放置的。孔隙形式的相应发射器装置情况下是垂直放置的。同样也知道发射器装置，它们可以用两个正交的偏振器同时发射和接收波，在下面也被称为二元偏振装置。相应的例如用多种元件以振子，孔隙或平面发射器元件等形式构成的发射器装置，也可以从EP0685909A1或从”天线”，第二章，图书研究所曼海姆-/维也纳/苏黎世，1970，47至50页中了解到。
为了提高定向作用这种发射器装置一般是在一个反射平面前面安置一个所谓的反射器。此外对于移动无线通信应用来说有一种斜角的，例如+45°或-45°比较合适，二元偏振反射器装置，这样每个系统发射一个+45°或-45°的直线偏振并且两个又相互形成正交。
各种反射器类型显示出的缺点是，在+/-45°偏振时它们只在主发射方向上具有准确的传送。根据反射器类型当主发射方向误差大时偏振的传送或多或少地与期望的+45°或-45°有偏差而且受传送方向的影响。例如发射器类型是一个+45°或-45°传送的振子，很明显它是可以仿造完成的。因为在每个发射方向上只出现振子反射现象，例如垂直于主发射方向偏振及乎是立式的。
但是对于+45°/-45°的二元偏振天线来说则希望，直线偏振的传送不受，也就是说至少在很大程度上不受发射方向的影响。这就意味着对于可以传送+45°和-45°的斜角偏振平面来说，当场强矢量矢量分解时分解成一个水平的和一个立式的分量立式的和水平的单个分量的发射曲线应具有和总量相同的半值宽度。
在移动无线通信应用时主要是工作在60°-120°大的水平半值宽度；因此对于大多数发射器类型来说其偏振传送的依赖效应与发射方向有关，在立式和水平单个分量的水平发射曲线上立式分量的半值宽度大于水平分量的半值宽度。
因此具有斜角偏振的天线其缺点是，特别是当偏振平面为+45°和-45°传送时，用简单的方法不可能实现半值宽度大于85°-90°并且用至今已知的方法不可能达到一个几乎恒定的偏振传送。
此外也知道，立式安放的孔隙发射器，例如它们是用一个同轴电缆或一个带式导线或一个三片式-结构激发的，可以显示出一个具有一个比较大的水平半值宽度的水平偏振发射特性。
例如按照EP0527417A1中的建议为了达到所定义的半值宽度，利用几个相互错位的孔隙，它们是用一个带式导线馈电的，达到曲线的形状。当然这种结构的缺点是，这种孔隙比单个发射器有较小的半值宽度，也就是说有一个较宽的前集束。
从分类的先期公开的文章US5,481,272中知道一种圆形偏振天线装置。发射器模块是由两个十字形相互安置的振子组成，它们在正交传送时被安置在一个从上视图上看方形的反射器盒子里。换一种说法平行于振子平面安置的反射器盒子-底板构成了实际的反射器平面，它被垂直于反射器平面的导电的界墙所包围。在这些预发表的文章中还描述了一种属于圆形偏振器的交叉振子装置。
从DE VITO，G.et al.：Improved Dipol-Panel for CircularPolarization中。在：IEEE Transactions on Broadcasting，Vol.BC-28，No.2，六月1982，第65至72页中有一个十字振子装置同样属于圆形偏振器也是为人们所熟悉的从中可以知道，反射器的形状被用来影响发射曲线。同样也从上视图方向看反射器板与其上的对角形的十字振子一样被作成正方形并且被与反射器平面例如成45°角的反射器墙包围。
在DE-GM7142601中有一种典型的定向发射器场属于圆的或电偏振的用以构成圆发射天线也是人们熟悉的。
最后在先期公开的文章EP0730319A1中叙述了一种天线装置它有两个立式发送的在上下一定距离上安置的振子天线，它们位于一个反射器板的前面。反射器板有两个位于外侧边的反射器部分即反射器翼，它们围绕着一个立式的和平行于振子周边的折边被向前折弯。为了抑制一个侧边的发射，因而天线的特性被改变。侧边反射器部分的最好要有一个45°至90°的边角，为90°时即垂直于反射器平面。
此外这种天线还有两个附加在反射器平面上的并且在围绕侧面反射器部分和立式发送振子之间的反射器导轨，导轨中间有一个纵向孔隙。纵向孔隙位于两个立式-振子之间并且从侧视图上看被其上的位于外边的反射器板部分所覆盖。
本发明的任务是，从按照分类的现有技术已知的一种二元偏振天线出发，其直线偏振是与立式成+45°和-45°角传送的，从而达到一个明显的改善，即在所希望的发射平面上，也就是说特别是在水平发射平面上的发射特性的放宽成为可能。
相对于所有至今已知的解决方法来说本发明用相对简单的方法在一个所希望的发送平面上场强矢量偏振发送的稳定性得到明显的改善并且从而在这个发送平面上的发射曲线明显地变宽。
此时令人惊异并且有趣的是，在发射器模块侧面的孔隙被+45°-偏振分量同时也被-45°-偏振分量激励。虽然人们理应期待着，这将可能导致在+45°-偏振分量和-45°-偏振分量之间的一个削弱和退耦，但是却出现了与之相反的情况。按照本发明孔隙和尺寸尽可能这样确定，使孔隙的发射成分相对于立式偏振部分不会或仅仅引起很小的相位移，并从而导致+45°/-45°偏振传送的偏振天线得到一个明显的改善。如果如本发明所考虑的，将侧壁部分的孔隙选择成使它在它的共振区外发射，则将会达到最佳的发射特性。
从EP0739051A1中知道有一种有数层构成的天线，它是由在基板上的长方形孔，即所谓的洞决定的。在这些次级孔洞上突起了与立向和横向相互错位90°的水平传送激励销子，用它们来实现天线的激励。
现在为了改善在水平主发射方向发射线束的半值宽度，在天线平面上靠近次级空洞侧边上每个还有一个长方形的孔隙，其上同样可以有水平耦合销子突出来。从而在耦合销子截面上的射线束的半值宽度应能被放大。
然而按照本发明的天线装置完全可以构造成另外一种样子。虽然在本发明的方法中同样考虑有侧面孔隙。但是这些孔隙在一种层结构的天线中并没有用处，只有在一种振子装置或者一种金属板发射器上才有用处。但是特别是按照本发明具有一个+45°和-45°偏振传送的天线与立式传送相比较。完全使人惊讶的是，通过本发明的方法可以达到在主发射方向上带宽的改善，而且不会导致两个偏振脱耦的变坏。因为在本发明的方法中发射器模块侧边的孔隙同时被+45°-偏振分量和45°-偏振分量所激励。从而人们可以期待，它将导致+45°和-45°偏振之间退耦的减少。
除此以外完全使人惊讶的是，在按照本发明的天线装置中孔隙通过尺寸和位置可以被这样调整，使孔隙的发射份额相对于立式的偏振部分没有或只有一个小的相位移并且从而有助于+45°/-45°偏振天线偏振传送的明显的改善(在另外方式的调整和位置时将会产生圆形分量)。
最后按照本发明的优点还有，当在反射平面上的一个反射器前边安置侧壁时，在其上大约在次级发射器的高度上设置面对面的孔隙。这样就产生一个与次级发射器的电磁耦合，从而现在出人意料的是发射曲线可以被变宽。
按照本发明通过在反射器上和在反射器平面前面设置有孔隙的侧壁可以非常惊讶地使由相互耦合的孔隙发射出波的振幅和相位受到积极的影响。因而可以达到，在主发射方向和在相反方向出现消减，并且在正交于主发射方向达到叠加和从而产生发射特性的一个变宽。
近而还可以作为积极的和令人惊讶地觉察到，按照本发明的天线装置具有一个宽带特性。
本发明将借助结构举例在附图的基础上于以叙述。下图分别表示为：
附图1：一个二元偏振天线装置的一个第一个结构例子的简图；
附图2：按照附图1结构例子的一个水平截面简图；
附图3：用来叙述应用一个常用装置的一个发射曲线的一个曲线图；和
附图4：当应用一个按照本发明的二元偏振天线装置如附图3的一个相应的曲线。
在按照附图1和附图2的结构例子中表示了一个具有数个立式传送的次级发射器的二元偏振天线阵列1，其发射器模块3是按照十字模块3a的方式构成的。其它的十字模块形状的结构同样是可能的，例如成四方形安置的振子模块。
这种天线列阵是这样构成的，发射器模块3是按照十字模块3a的方式这样传送的，它们发送或接收与立式(以及水平)成一个+45°和-45°角的直线偏振。下面将这样一种天线陈列简称为X-偏振天线阵列。
发射器模块3在所表示的结构例子中位于一个反射平面即所谓的反射器7的前边，从而定向作用被提高。它们通过它们的反射器脚或-对称器3b被固定和支撑在反射器7上。
在所表示的结构例子中振子平面相对于立式方向，也就是相对于水平截面9，成+45°以及-45°。
在这个水平截面9的横向和反射器平面11的横向有两个在水平方向上在反射器7的侧面13上相距一定距离的侧壁部分15，在所表示的结构例子中它们相互平行。在所表示的例子中侧壁部分15是反射器7的部件并且可以是一个反射器元件的或-板的部件，在其上侧壁是通过向上弯或弯曲构成的。
侧壁15因而是横向的，也就是说在所表示的例子中与反射器平面11相垂直并且在反射器平面11的前面，并且位移安放发射器模块3的这一边，而发射器模块3是在天线阵列1前视图上位于两个相互平行的侧壁部分15之间。
在发射器模块3的高度上在每个侧壁5上有与反射器平面11相平行并且因而与振子平面19平行的孔隙17，而振子平面19是由振子3，3a所在的平面确定的。
如从附图2中看到的，振子平面19和反射器平面11之间的距离大于孔隙17与反射器平面11之间的距离21。
孔隙的位置与尺寸，特别是它的纵向长度和宽度，可以有不同的选择并且优先地被调整为，由耦合孔隙发射的波以及发射的电磁波的水平偏振分量的振幅和相位应这样构成，在主发射方向23和相反方向上出现一个消减并且在正交于主发射方向上相互叠加，并且使垂直于偏振主分量的相位移尽可能的小。这时孔隙长度被优先选择为，它是在波长的四分之一至一个整波长的范围之内。
因而发射曲线以所叙述的方式改变，在与主发射方向成正交的和与主发射-或水平截面9平行的以及在这个主发射平面9上的侧面发射方向25，也就是在所表示的结构例子中在水平侧面发射方向，发射特性明显地变宽。换句话说，通过振子发射方向确定的和在主发射平面9上的场强矢量在其侧面发射方向25上具有明显增大的半宽，也在侧面上发射与主发射方向23有偏差的侧面区域。
通过所叙述的孔隙17使发射特性以上述方式变宽，因而经过改善了的发射特性不仅是窄-而且也是宽带的。
孔隙17的大小与位置应优先地最佳地调整为，根据孔隙的形状形成的，弱发射的寄生发射器发射不是共振的和不是同相位而是反相位的。
从曲线3和4中可以看出经过改善了的发射特性，其中按照附图4的曲线可以看出，立式的、水平的和+45°/-45°-分量的半值宽度的一致性以及从而例如按照本发明如附图1和2的天线阵列比起惯用的装置在半值宽度偏振的稳定性方面明显地得到改善。从附图3和4的曲线图中也可以看到，具有优越性的改善了的发射特性在一个宽带范围内是可以实现的。
随后还要指出，每一个具有孔隙的侧壁可以是一个单独的构件，但是重要的是要与反射器紧固地连接在一起。特别是当使用一种反射器板或一种其它的可弯边-或可弯曲的材料时，它们具有一个导电的并且因此能反射的表面时，侧壁部分可以通过反射器板的折边和折弯制造而成。
这时侧壁部分不一定必须安装在反射器的外缘31范围上。相反它们可以被安放在外边-或者，如附图1和2所示安置在距外缘31以内很多的地方，因而形成了一条外缘带41。
重要的是孔隙17与反射器平面11的距离比振子-或十字模块平面19与反射器平面11之间的距离要小。

Claims (6)

1.发射或接收电磁波的二元偏振天线装置，其十字形的发射器模块(3)是由振子(3a)或与立式以及水平截面(9)成一个+45°和-45°角度的一种金属薄片-发射器的形式构成的，并且具有一个在至少一个发射器模块(3)的反面安装的导电的反射器(7)，在水平截面(9)上在至少一个发射器模快(3)的侧面相对应的有两个导电的侧壁部分(15)，它与水平截面(9)相垂直并且在其上至少有一个孔隙(17)，其特征在于，具有下列特征-每个至少有一个孔隙(17)位于侧壁部分(15)上位于水平截面(9)的相应的发射器模块(3)的高度上，并且-孔隙(17)的位置和/或尺寸应这样选择，使其在共振区以外发射。
2.按照权利要求1的天线装置，其特征在于，孔隙(17)应被安排为平行于发射器平面(19)和/或平行于反射器平面(11)。
3.按照权利要求1或2的天线装置，其特征在于，上面有孔隙(17)的侧壁部分(15)是与发射器平面(19)和/或与反射器平面(11)成横向安置的。
4.按照权利要求1至3之一的天线装置，其特征在于，孔隙(17)与反射器平面(11)之间的距离小于发射器平面(19)与反射器平面(11)之间的距离。
5.按照权利要求1至4之一的天线装置，其特征在于，孔隙(17)的位置和/或尺寸应确定为，作为次级或寄生的发射器作用的孔隙(17)反相位发射。
6.按照权利要求1至5之一的天线装置，其特征在于，形成一个天线阵列至少要有两个发射器模块(3)在立式方向上下排列。
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