CN1270409C - 双极化多频带天线 - Google Patents

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Abstract

一种改进的双极化多频带天线，具有第一及第二辐射组件(1，3)，各用于发射或接收一个第一频带及一个与其相隔开的第二频带中的一个，其特征在于具有以下特征：对于较高频率范围设置的另一第二辐射组件(3)在该天线的俯视图中被布置在第一辐射组件(1)的偶极方阵的内部；第二辐射组件(3)由彼此正交定向的偶极单元(3a)组成；第二辐射组件(3)的偶极单元(3a)平行或垂直于一个偶极方阵形式的第一辐射组件(1)的偶极单元(1a)地定向；及较高与较低频带的中心频率的比例在1.5至4之间。

Description

双极化多频带天线
本发明涉及一种双极化多频带天线，具有至少一个辐射组件，后者具有彼此正交布置的偶极，用于发射或接收具有两个线性正交极化方向的电磁波，其中偶极单元按照一个偶极方阵的型式构成，它位于一个反射器的前面，其中偶极单元最好相对垂直方向以+45°及-45°的方向定向；及具有另一个用于发射或接收与第一频带范围相隔远的频带范围的辐射组件。
双极化多频带天线用于发射(或接收)两个线性正交的极化信号，它们例如可以是垂直及水平定向的。但在实践中，尤其这样的应用场合有意义，其中极化部分相对垂直方向(或相对水平方向)+45°及-45°地定向。在双极化多频带天线的情况下，天线工作在至少两个频带中，这两个频带通常具有两个相距远的中心频率。这里上中心频率至少为下中心频率的1.5倍。
在这种大频带距离的情况下，通常使用两个在空间上彼此分开布置的天线组件或天线阵列，即用于在一个频带范围(频带)中发射或接收及在另一频带范围中发射或接收。
双极化天线本身是公知的。它用于同时地发送或接收两个正交的极化信号。其中这种辐射装置例如可由偶极，槽，平面辐射单元或所谓转接辐射器形式的多个单元组成，它们譬如已由EP 0 685 900 A或公开文献“天线，第二部分，图书学会，曼海姆/维也纳/苏黎世，1970年，第47至50页”公知。在偶极结构中优先采用交叉布置的偶极(十字偶极)或双偶极布置，它在俯视图中具有一个方形结构(偶极方阵)。
双极化天线还由譬如WO 98/01923公知。
双极化天线也还由出版物“双频转接天线”，IEEE AP杂志，第13页公知。其中描述了使用不同转接结构的双极化多频带天线，但它具有一系列的缺点。例如典型地，对于两个极化信号的去耦不足。所述的实施形式仅在水平/垂直极化方向上才能实现。它通过简单的措施不能实现具有+45°/-45°定向的多重阵列装置。
还具有对于各频率范围使用两个上下分开布置的天线的其它公知的天线形式。
最后，由DE-A1 362 079公知了一种微带天线，不过它适用于在仅具有一个极化方向的两个频率范围中辐射信号。该天线结构不仅具有低的增益，而且用这种天线可实现的辐射图不能用于阵列天线，这也表明了它的缺点。
相应地，本发明的任务是，创立一种双极化、尤其是所谓X极化多频带天线，它能避免上述缺点。它还应能至少在两个相隔足够远的频率范围中工作。此外它能有利地具有两个极化方向之间很好的去耦。
根据本发明，该任务这样解决的：对于较高频率范围设置的另一第二辐射组件在该天线的俯视图中被布置在第一辐射组件的偶极方阵的内部，第二辐射组件由彼此正交定向的偶极单元组成，第二辐射组件的偶极单元平行或垂直于一个偶极方阵形式的第一辐射组件的偶极单元地定向，及较高与较低频带的中心频率的比例在1.5至4之间。
根据本发明的双极化多频带天线具有至今未料到的优点及特征。这些优点不仅涉及到去耦，带宽，灵敏度，而且涉及到天线的灵活性。根据本发明的天线的特点在于，它具有至少一个偶极方阵类型的十字偶极形状的辐射组件，它位于一个反射器的前面及它能以在两个彼此正交地定向的双极化方向上工作，即它们通常优先选取相对垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。该偶极方阵形式的辐射组件可工作在一个较低频率范围中。但根据本发明现在设有另外的偶极，用于以双极化方向工作在第二较高频带中，其中另外的偶极被设置在偶极方阵内。此外，另外的偶极最好构成十字偶极。在此情况下，这些偶极单元平行或垂直于偶极方阵的偶极单元，即也具有在X天线情况下的相对垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。
在本发明的另一种构型中设计了：用于较低频带并同时作为所谓对称部分工作的偶极的相应支架被这样地构型和/或布置和/或定尺寸，即在较高频率范围中不会出现任何谐振或是在较高频率范围中至少不会出现相关的谐振。
被表明有利的还有：偶极离反射器或反射器平面的高度依据与对其分配的频率相关的波长来算不大于一个波长。有利的值在相应工作波长的1/8至1/2的区间中。
在根据本发明的天线中出人意料的是，它一方面是宽带的及另一方面在两个极化方向之间有很好的去耦合。它的主要特点在于，借助根据本发明的天线可以保证：两个辐射组件的水平半值带宽无论在较低频带范围还是在较高频带范围是相同或几乎相同的，即基本上大小相等。
当根据本发明的天线不仅具有偶极方阵及设在其中的十字偶极，而且根据一种天线阵型式具有多个这样的方偶极及设在各个方偶极中的另外偶极、并最好以十字偶极形式构成时，尤其能体现根据本发明的优点。在这种实施形式中尤其可以作出：在用于发射及接收较低频带的两个偶极方阵之间设置另一个用于发射较高频带的另一辐射组件。
但是这另一辐射组件最好不是构成十字偶极，而是同样构成偶极方阵。
以下将借助附图来详细描述本发明。附图为：
图1：根据本发明的双极化多频带天线的一个实施例的概要俯视图；
图2：平行于反射器的一个概要侧视图；
图3：图1及图2中所给出实施例的概要透视图；
图4：具有组合成一个阵列的多个天线组件的一个变型实施例；
图5：相对图4的一个变型实施例；
图6：根据图5实施例的一个俯视图；及
图7：根据图5及6的实施例的一个侧视图。
在图1及2中给出了一个双极化多频带天线的反射器的概要俯视图及平行于它的反射器方向的侧视图，该天线包括用于第一频率范围的第一辐射组件1及用于第二频率范围的第二辐射组件3。
这两个辐射组件1，3被设置在一个反射器5的前面，后者在图示实施例中构成约为方形。该反射器是导电的。在反射器的背面具有一个馈入网络，在该馈入网络上第一及第二辐射组件被分开地电连接。其中第一辐射组件1由多个偶极1a组成，即在图示实施例中由四个偶极1a组成，它们被布置成一个偶极方阵。这些偶极1a通过所谓的对称部分7被机械地保持在反射器或位于反射器后的板上及通过所述的馈入网络形成电连接，即被馈入信号。
在图示的实施例中，该反射器板本身在水平的辐射方向上具有一个垂直于反射器板平面15并升高到一定高度上的一个反射器边缘6，由此能以有利的方式影响辐射图。
第一辐射组件的偶极单元的长度是这样地确定的，即通过它可以发射或接收与一个较低频率范围相应的电磁波。通过偶极单元的正交定向由此以公知的方式产生了一个双极化天线。在该实施例中偶极1a的定向是相对垂直方向(或同样相对水平方向)成一个+45°及-45°的角度来实现的，并构成一种被简称为X极化的天线。
在根据偶极方阵构成的第一辐射组件1中现在设有第二辐射组件3。在图示的实施例中该第二辐射组件3不是构成偶极方阵，而是构成一个十字偶极的形状。两个彼此正交布置的偶极3a同样通过其配属的对称部分9被机械地保持在反射器或位于反射器后的板上及被馈电信号。
该第二辐射组件3工作在一个较高频率范围中，在图示的实施例中该较高频率的中心频率约为第一辐射组件1的较低中心频率的两倍。借助这种布置将在两个频率范围中产生出约60°的水平半值带宽，并同时达到相对不同的±45°极化方向的高去耦值。但同样可设想一个类似结构，它不使用X形定向的，而采用一种垂直/水平的定向，其中一个偶极单元1a或3a水平地定向，及正交的偶极单元对其垂直地定向。
如从根据图2的侧视图可清楚地看到的，无论是第一还是第二辐射组件1，3被布置在反射器5前面一段距离上，并且在不同的距离上。偶极在反射器上面的高度应不大于所属工作频率的工作波长，最好不大于所属工作波长的一半。但该距离优选为大于所属工作波长的1/16，尤其大于所属工作波长的1/8。
出人意料的是，尽管采用了辐射组件相互拼入的重叠结构，即其中第一辐射组件由一个偶极方阵组成及第二辐射组件优选地由一个十字偶极组成，这样构成的天线却具有优异的特性。对于两个频率范围的两种辐射组件得到了彼此类似的始未料及的辐射图，对此可能的解释主要在于，第一辐射组件的偶极单元1a对于第二辐射组件3起到反射器的作用。
由图4表示出一个扩展的双极化多频带天线，它给出具有更高天线增益值的一个实施例。
对此，需要将根据图1至3所述的多个偶极结构相应级联地布置。在图示的实施例中，这样构成的双极化多频带天线由两个借助图1至3所描述的天线结构组成，其中各辐射组件彼此也以±45°的方向定向，及这两个在图1中单独给出的天线结构的扩展方向是在垂直方向中上下地布置。同样地，这些天线组件也可在水平的扩展方向上被组装成一个天线阵列。最后，也可将多个天线组件以多个行及列的方式相互侧向及上下级联地布置。
在这样形成的每个用于较低频率范围的第一辐射组件1之间的中间空间中将填放用于较高频率范围的相应辐射组件结构，即放置附加的第二辐射组件3’。换言之，在图示的实施例中，在一个反射器板的前面布置了两个辐射组件1及一个具有偶极单元3b的第二辐射组件3。这样形成的天线具有高的垂直方向的增益，其中这两个辐射组件可达到相同的约60°水平方向的半值带宽。
最后借助图5的实施例表示：布置在第一辐射组件1中的辐射组件3可以不同于设置在第一辐射组件1之间中间空间中的第二辐射组件3’。因为由图4及5可以看出，在图4中被布置在两个辐射组件1之间的附加辐射组件3由一个十字偶极、即一个十字形状的偶极结构组成，而在根据图5的实施例中则由一个偶极方阵、即具有偶极单元3b的一个通常类似偶极方阵的偶极结构3”组成。通过它们的精细适配及调整可以实现较高及较低的频率范围的辐射结构半值带宽的更好平衡。

Claims (10)

1.双极化多频带天线，用于发射和/或接收低频带范围和高频带范围中的具有两个线性正交极化方向的电磁波，其中较高频带的中心频率至少是较低频带的中心频率的1.5倍，具有以下特征：
-具有一个偶极方阵型式第一天线装置(1)，它包括彼此正交布置的偶极(1a)，
-具有一个第二天线装置(3)，它包括彼此正交布置的偶极(3a)，它在根据偶极方阵型式构成的第一天线装置(1)的内部与其同心地布置，及
-第一及第二天线装置(1，3)被布置在一个反射器(5)的前面，
其特征在于还具有以下特征：
-第二天线装置(13)由一个十字偶极(3)组成，
-十字偶极(3)的偶极(3a)平行或垂直于第一天线装置(1)的偶极(1a)地定向。
2.根据权利要求1的双极化天线，其特征在于：偶极单元(1a，3a)在反射器(5)上面的高度或最大距离小于各偶极单元(1a，3a)所配属的工作波长，最好小于工作波长的一半。
3.根据权利要求1或2的双极化天线，其特征在于：偶极单元(1a，3a)在反射器(5)上面的最小距离等于或大于所属工作波长的1/16，优选地大于所属工作波长的1/8。
4.根据权利要求1的双极化天线，其特征在于：为较低频带设置的天线装置(1)的偶极单元(1a)的支架被这样地定尺寸和/或构型和/或倾向，即在较高频率范围中的工作与谐振无关。
5.根据权利要求4的双极化天线，其特征在于：第一天线装置(1)的偶极单元(1a)的支架通过所属偶极单元(1a)的对称部分构成。
6.根据权利要求1的双极化天线，其特征在于：该天线这样地构成，即偶极单元(1a，3a)与垂直于反射器(5)的并通过第一天线装置(1)的偶极方阵的角放置的平面形成对称的布置。
7.根据权利要求1的双极化天线，其特征在于：多个天线装置(1)及布置在其中的第二天线装置(3)在扩展方向上、最好在垂直扩展方向上彼此上下地设置在一个反射器(5)的前面。
8.根据权利要求7的双极化天线，其特征在于：在两个相邻的第一天线装置(1)之间的中间空间(15)设有另一第二天线装置(3’，3”)。
9.根据权利要求8的双极化天线，其特征在于：设在中间空间(15)中的另一第二天线装置(3’)由一个十字偶极组成。
10.根据权利要求8的双极化天线，其特征在于：设在中间空间(15)中的第二天线装置(3”)以一个偶极方阵的型式构成。
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