CN1253967C - 天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天线，包括至少两个或更多辐射器(13)，尤其是对偶极化辐射器(13，13’)，和至少一个附加的无源耦合元件(17)。本发明的天线特征在于，去耦元件(17)沿其最长的延伸方向，或至少去耦元件(17)的一个部件以其最长的延伸方向，在电磁波传播方向和/或垂直于反射器(5)的平面对齐延伸。

Description

天线
技术领域
本发明涉及一种带有至少两个馈电辐射器的天线。
背景技术
在带有至少两个，即带有多个馈电辐射器的天线中，众所周知重要的是，在不同辐射器之间应达到尽可能高的去耦。尤其在对偶极化的辐射器或天线阵中，希望在一个极化的辐射器和另一个与上述极化正交的极化的辐射器之间获得很高的去耦。这种天线阵可以例如由偶极、槽缝或平面辐射器元件形式的多个元件构成，如EP 0 685 900 A1或者先前公开物“天线”，第二部分，Mannheim/Wien/Zürich的目录学学院，1970，第47页至50页所公开的。从中已知例如带有偶极方块或偶极十字叉形式的水平极化的圆形辐射器，其在两个空间位错90°的系统之间具有耦合。
为了提高方向性，这种辐射器通常布置在反射器之前。其缺点是，本身良好的去耦，尤其是在带有正交极化的辐射器之间的去耦，由于天线阵尤其由于反射器的影响而变坏了。
为补偿前述的已知缺点，已经提出了相应的去耦元件。
根据提前公开的DE 196 27 015 A1建议，在辐射器之间设置条带或十字叉形式的去耦装置，其中尤其在采用条带时，该条带沿着两个相互位错布置的天线阵的天线装置的连接线设置。与已知解决方案相反，该条带不垂直于两个天线装置的连接方向，而是平行于两个相邻的天线装置的连接线。
根据提前公开的DE 198 21 223 A1建议，无源条带装置作为去耦元件，其设置在每两个位错的按天线阵方式布置的天线装置之间、在该两者之间的中心沿辐射器安装方向的横向延伸，或者平行于辐射器的安装方向并设置在辐射器的一侧。这种布置多少类似于已公开的US3,541,559，其同样建议将单个的去耦元件按框架方式设置在各线的一侧。
GB 2 171 257 A公开了一种天线阵，其具有多个上下垂直布置的偶极，其中分别在两个上下布置的偶极之上设置一个突出的元件，其用于改善偶极之间的去耦。由此出版物已知的天线阵当然建立在条状脱模技术或三板技术(Triplatetechnik)。此外没有反射器。只有一个屏蔽用于三板结构。但在该已知的天线阵中主要不是对偶极化的天线阵，而是一个只能接收或发送一种极化的结构。
发明内容
本发明的任务是对带有至少一个馈电对偶极化的辐射器的天线(例如一种带有至少两个对偶极化的对偶辐射器的天线)，尤其是对偶极化的天线阵，提供一种进一步改进不同辐射器间的去耦的可能性。
根据本发明，该任务的技术解决方案是一种天线，带有布置在一个反射器前面的至少一个对偶极化的辐射器或多个对偶极化的辐射器，还带有至少一个无源导体去耦元件，其特征在于，-去耦元件在一个方向上具有最窄的膨胀，由此限定了它的主延伸方向，-去耦元件的主延伸方向平行于在远场观察时电磁波的主传播方向和/或垂直于反射器的平面或者在远场观察时与电磁波主传播方向和/或与反射器的垂线方向构成一个夹角，该夹角小于45°。
特别令人意外的是，与所有已公开的现有技术完全不同的是，提出采用一种导电的去耦元件，这些去耦元件以其主延伸方向，即其最长膨胀方向平行于在远场观察时的电磁波传播方向和/或其最长膨胀方向垂直于一反射器。这里，对齐不必精确地沿电磁波的传播方向或精确垂直于反射器平面。根据本发明仅规定，最好设计成棒状的去耦元件，其一个部件沿电磁波的传播方向，就是说尤其是垂直于反射器板平面对齐，其中至少该部件相对一个与之垂直的部件有更大的值。在去耦元件的棒状设计方案中，换句话说，在去耦元件的纵向延伸与反射器板平面垂直方向之间的角度小于45°。
根据本发明的系统—这一点特别令人意外—主要在对偶极化天线方面具有显著优点，该对偶极化天线尤其至少包括一个十字偶极或至少一个偶极方块。与此相反，GB 2 171 257 A公开的耦合元件仅涉及与偶极元件相邻的一个极化的偶极装置。
根据本发明，最好分别有两个正交的极化，其中没有可以去耦的竖直相邻的辐射器，与现有技术的另一个不同是，在对偶极化的天线中，使用两个分开的输入，在这两个输入之间去耦必须可测，而在只有一个极化的更深装置中的改进的去耦，这种去耦不可测(因为只有一个输入)。
如上所述，根据本发明的去耦元件最好是棒状和/或销状的。
根据本发明的去耦元件可以例如设置在两个辐射器之间，例如两个或多个竖直极化的或水平极化的辐射器之间，分别在这些辐射器的连接线部位。
在十字偶极中，例如可以优选将根据本发明的垂直于反射器板的去耦元件设置在单个偶极半之间的紧挨的部位，例如在俯视图中位于十字偶极装置的角平分线上。
同样，例如在一种偶极方块中，一个或多个根据本发明的去耦元件可以设置在该偶极方块内部，此处也优选设置在偶极方块的角平分线上。
根据本发明的棒状去耦元件以其最大的纵向延伸部分或部件沿磁波传播方向和/或垂直于反射器平面延伸。因此去耦元件可以具有相同形状的横截面或不同的横截面，例如圆形横截面或规则n边形或不规则n边形横截面，例如方形或六边形横截面等。
但横截面也可以沿着本发明的去耦元件的长度变化。同样也可以横截面不是旋转对称的，而是例如沿着两个相互垂直的并平行于反射器面的交线有不同的纵向延伸。
最后，也可以使本发明的去耦元件尤其在其对置于反射器板的端部上设有造型或帽，其也可以垂直于去耦元件的竖直延伸组件从而垂直于电磁波的传播方向和/或平行于反射器板平面延伸。
附图说明
下面借助实施例进一步描述本发明。图示为：
图1a：两个在竖直安装方向位错的偶极的示意俯视图，根据本发明的去耦元件位于其间。
图1b：图1a所示实施例沿图1的箭头2的示意侧视图；
图2：天线的另一种变形实施例的俯视图；
图3：带有一个十字偶极的本发明第一种实施例，其中采用了图1a至图2示出的本发明去耦元件；
图3a：图3所示实施例的透视图；
图3b：图3所示实施例的俯视图；
图3c：图3至图3b所示实施例沿图3中的箭头2的示意侧视图；
图4：对于偶极方块情况的本发明的变形实施例；
图5：带有两个相互位错的十字偶极的本发明天线；
图6：本发明的另一种实施例，两个偶极方块相互位错布置；
图7至10：去耦元件的不同实施形式的各种侧视图。
具体实施方式
下面参考图1a和1b，其中以俯视图示出了一个带有至少两个辐射器3的天线1，即有两个偶极辐射器3a，分别包括两个偶极半13’，按照图1所示的实施例，两个辐射器以相应合适的间距设置在一反射器5或一反射器板5之前。从图1b所示的侧视图可看出各自的平衡器7，通过该平衡器偶极半13’相对反射器板5固定。
在所示实施例中，偶极辐射器3a以其偶极半13’位错地布置在安装线11上。
在两个辐射器3之间，设置了一个本发明的去耦元件17，该去耦元件在所示实施例中平行于电磁波的传播方向(也即在辐射区观察(Fernfeldbetrachtung)垂直于观察平面或图示平面)，就是说同时也垂直于反射器5的平面，该去耦元件17在所示实施例中是由一个棒状的且横截面为六边形的即规则六边形的去耦元件17a构成。
这样构成的去耦元件17或17a在其根部与反射器15导体连接，例如导电连接或电容连接。
棒状元件的长度，即所构成的天线1的平行于电磁波传播方向的延伸，也就是垂直于反射器5的方向，优选是被传递的频率范围的波长的0.05至1倍。
棒状元件的直径同样可以在很宽的范围内变化，优选约是被传递波长的0.01至0.2倍。
借助图2示出了在两个不同于图1的辐射器之间可设置一个相应的去耦元件17，17a。在图2中涉及两个偶极辐射器，其分别成对平行对齐地位于去耦元件上面和下面。因此图2的沿箭头2的侧视图同图1b所示实施例。
在图3以及图3a至3c所示实施例中，示出了天线1，该天线包括两个拼合到一个十字偶极3b的偶极辐射器。在俯视图中呈十字形的偶极辐射器的一条角平分线27上，在十字偶极3b的部位分别设置一个相应的去耦元件17，17a。这里还涉及一个带有一个十字偶极的对偶极化的天线装置，其中特别令人意外的是，去耦原理已经在这种十字偶极中起作用。如在十字偶极(例如偶极方块)中基本可知的，两个分开的输入用于控制，在这两个输入之间去耦(或绝缘)是可测量的，其中根据本发明的去耦装置可证明可以此方式使用。另外令人意外的是，根据本发明的去耦元件的原理也可以在使用不对称装置的情况下起作用，即例如在图3至3c中仅使用两个去耦元件中的一个。
图4所示实施例中，以俯视图示出了以相应间距位于反射器5之前的一个偶极方块3c，其中示出了在十字偶极3c范围内位于一条角平分线27上的两个去耦元件17，17a，它们分别位于偶极方块的角点29和偶极方块的中点31之间的部位。
图5所示的实施例中，示出了在竖直反射器5之前的两个竖直上下布置的十字辐射器36形式的辐射器装置，其中，在竖直安装线或连接线11上的中心有本发明的去耦元件17，17a，其同样平行于辐射器电磁波的传播方向，换句话说，垂直于反射器5的平面延伸。
图6所示实施例中，两个图4所示的偶极方块3，3c沿着竖直连接线11以一定竖直间距设置在反射器5之前，具体说，分别有两个在偶极方块内部的对应于图4所示的去耦元件17，17a。此外，在所示实施例中，沿着竖直连接线11在这样构成的偶极方块3c的两个相对指向的角点35之间的中间位置有第五个垂直于反射器的棒状去耦元件。
天线装置的基本结构和相应的去耦元件17，17a的应用已针对不同天线形式加以描述。这里天线还可以有其它变形，就是说，尤其是其它的天线形式和不同辐射器的结构和布置都可考虑，其中都可使用所述的去耦元件17，17a。
不同于所示实施例的是，去耦元件17，17a的形状也可在很宽的范围内变化，尤其也可有其它的横截面形状。去耦元件17，17a的横截面例如可以是n边形，圆形，椭圆形，带有凸凹相继的周边部分或者也可以特殊方式构成，其中这样构成的去耦元件17，17a的纵向延伸部分或其垂直于反射器5和/或平行于天线1电磁波传播方向的延伸部件，其尺寸大于平行于反射器5平面的任意横截面的横截面尺寸。因此，垂直于延伸方向或平行于反射器5的横截面形状沿着去耦元件17，17a的长度方向不仅可延伸尺寸变化，而且可形状变化。尤其是在去耦元件17，17a的上端部上，即与其位于反射器5上的根部相对的端部还可设置其它结构件，例如锥形或球形帽，或不对称的伸出部分，梁状伸出部分等等，其中该伸出部分在平行于反射器5的方向或垂直于电磁波传播方向的尺寸比电磁波传播方向即垂直于反射器5的延伸部件短。
因此，本发明去耦元件17的主延伸方向25(图1a)相对反射器5的平面位于大于45°直到最好90°的角度范围内，也就是直到垂直于反射器5的平面。
图7示出了去耦元件17的其它变形可能性。图7以横截面示出了反射器5和位于其上的去耦元件17，该去耦元件如所述也可以倾斜于即不垂直于反射器5平面设置。角度α，即反射器5平面的垂线41到去耦元件17的延伸方向43之间的夹角α在这里小于45°，优选小于30°或15°，最好等于0°。反射器5的平面的法线41，对应于电磁波传播方向的辐射区观察方向。
图8示出了去耦元件也可以沿其高度延伸方向具有不同的横截面形状和尺寸。
图9示出了在耦合元件上尤其在去耦元件17上端部上可形成帽或伸出部分45，此外该伸出部分还伸出去耦元件17的位于下面的部分的外轮廓。图9示出了例如球形帽。
相反，图10示出了一个较短的棒状帽45，其最大横向延伸小于去耦元件17的总高度。
在本发明思想范围内可进行其它任意的变化。

Claims (26)

1.天线，它带有布置在一个反射器(5)前面的至少一个对偶极化(13，13’)的辐射器(3)，还带有至少一个无源导体去耦元件(17)，其特征在于，
-去耦元件(17)在一个方向上最细，由此限定了它的主延伸方向，
-去耦元件(17)的主延伸方向平行于在远场观察时电磁波的主传播方向和/或垂直于反射器(5)的平面或者在远场观察时与电磁波主传播方向和/或与反射器(5)的垂线方向构成一个夹角(α)，该夹角小于45°。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)包括一个根部，该根部与反射器(5)导电连接。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)包括一个根部，该根部与反射器(5)容性连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的长度或去耦元件(17)的长度在远场观察时在给定的电磁波主传播方向上的投影或者在反射器(5)平面的垂线方向上的投影大于通过辐射器(3)发射或接收的电磁波波长的0.05倍。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的延伸长度或去耦元件(17)在远场观察时沿电磁波传播方向或垂直于反射器(5)平面的部件小于通过辐射器(3)发射或接收的电磁波的波长。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的横截面尺寸大于工作波长的0.01倍。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的横截面尺寸小于工作波长的0.2倍。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的横截面是n边形、圆形、椭圆形或不规则形状。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)的纵向延伸方向(43)和在远场观察时给定的电磁波主传播方向(41)或反射器(5)平面的法线(41)之间的夹角(α)小于30°。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述夹角(α)小于15°。
11.根据权利要9所述的天线，其特征在于，所述夹角(α)等于0°。
12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)包括一个根部，在其相对于根部的端部设有一个伸出部分或帽(45)，该伸出部分伸出去耦元件(17)的位于其下面的部分的横截面。
13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，伸出部分或帽(45)呈球形、多边形、棒形。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，去耦元件(17)呈棒状或条带状或空心导体状。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，设有至少两个辐射器(3)，至少一个去耦元件(17)设置在两个相邻的辐射器(3)之间。
16.根据权利要求15所述的天线，其特征在于，至少一个去耦元件(17)设置在两个相邻辐射器(3)的连接线(11)上。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，在所述天线具有由辐射器排列构成的十字偶极(3b)的情况下，至少一个去耦元件(17)设置在十字偶极(3b)的区域内。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，在所述天线具有由辐射器排列构成的偶极方块(3c)的情况下，至少一个去耦元件(17)设置在偶极方块(3c)的区域内。
19.根据权利要求17所述的天线，其特征在于，至少一个去耦元件(17)设置在十字偶极(3b)的一条角平分线上。
20.根据权利要求18所述的天线，其特征在于，至少一个去耦元件(17)设置在偶极方块(3c)的一条角平分线上。
21.根据权利要求18所述的天线，其特征在于，至少一个去耦元件(17)设置在一条角平分线(27)上，并位于辐射器(3)的中点(31)和该辐射器的外部界线之间。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，辐射器(3)由用于传递竖直极化、水平极化、正交极化的辐射器组成，或是由偶极辐射器或插接辐射器组成。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，包括至少一个去耦元件(17)的整个天线布置是不对称的。
24.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，配属于对偶极化天线的至少两个分开的输入被去耦，所述去耦是可测量的。
25.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，所有去耦元件(17)结构相同。
26.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，设有多个去耦元件(17)，至少一个去耦合元件(17)与其它去耦元件(17)是不同的。
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