CN1303529A - 具有多个垂直重叠排列的初级辐射器模块的天线阵列 - Google Patents

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Abstract

一个改进的天线阵列包括至少两个垂直重叠排列的位于反射器(5)前面的初级辐射器模块(1,3)。改进具有以下特征:安排了至少第一种类型的第一个初级辐射器模块(1)和至少第二种类型的第二个初级辐射器模块(3),这些是安排在垂直重叠的距离上的;第一种类型的至少一个或者多个初级辐射器模块(1)相对于第二种类型的至少一个或者多个初级辐射器模块(3)有不同的水平半值宽度,因此可以达到与之不同的总天线的水平半值宽度;和第一种类型的至少一个或多个初级辐射器模块(l)相对于第二种类型的至少一个或者多个初级辐射器模块(3)有不同的设计结构。

Description

具有多个垂直重叠排列的 初级辐射器模块的天线阵列
本发明涉及到按照权利要求1前序部分的具有多个垂直重叠排列的初级辐射器模块的天线阵列。
具有垂直重叠排列初级辐射器的天线阵列是已知的。在双偏振天线情况下这种重叠排列的初级辐射器可以辐射或者接收两个正交的偏振。此外这种排列成阵列的初级辐射器，也可以被称为初级辐射器模块。这样的模块例如可以由简单的偶极子、狭缝、平面辐射器元件或者所谓的板形辐射器组成，例如在EP0685900A1或者从预公开的文献“天线，第二卷，图书研究所，曼海姆/维也纳/苏黎世，1970,47-50页”中已知。在偶极子装置中主要使用十字形状排列的偶极子(十字偶极子)或者双偶极子装置，这些的上视图是一个方形结构(方形偶极子)。
双偏振天线例如也可以从WO98/01923中获悉。
在上述现有技术中将各自具有同样辐射性能的初级辐射器模块组合成一个阵列。相反如果使用具有不同辐射性能的天线联结，以便供应不同的地区。此外自觉地容忍其缺点，在两个辐射图的重叠区出现一个非定义相位，这导致了交替地消灭或者增加重叠。此时由此得出重叠区的辐射图是不知道的。
最后多区域天线也是已知的，在其中将不同频域的不同初级辐射器联结在一起，其目的是扩展天线的频域。然而在这里每个发生器是在一个另外的频率上起作用。
最后由具有连续运行的尺寸扩展的不同初级辐射器联结在一起，其目的是扩展频域(例如对数天线或者泄漏波天线)也是已知的。
特别是在移动无线电领域要求将天线的辐射图对应于期望的预先规定的半值宽度进行设计和调整。调整线性的垂直插入阵列的水平半值宽度时，这对应于移动无线电基站天线的典型结构，用已知的方法和措施通过选择初级辐射器的半值宽度和通过与反射器相应的调谐来进行。此外还是使用具有相同结构的初级辐射器模块。
目前已知结构的缺点是，初级辐射器出现非定义相位，和此外将不同的初级辐射器确定地联结成阵列，其目的是确定地影响辐射特性由于以上困难因此还是不知道的。
从最后叙述的现有技术出发，因此本发明的任务是，创建一种天线阵列，这至少包括有两个垂直重叠排列的初级辐射器模块，和在其上具有比较简单的装置，有可能改善实现天线阵列所期望的水平半值宽度。
按照本发明此任务是对应于权利要求1或者2叙述的特征解决的，本发明有利的结构叙述在从属权利要求中。
必须作为非常惊异的特性是，通过本发明的解决方法有可能通过相应地选择不同的初级辐射器模块对这种天线阵列的半值宽度进行调谐。值得提出的还有，其中通过供电网的相应设计与确定相位联结是可能的。
此外值得惊异的是，可以使用按照本发明的模块组合为了垂直图的最佳化，以达到目标明确地减小旁瓣。按照本发明这是这样达到的，至少两个被使用的初级辐射器模块具有不同的水平和垂直半值宽度。通过将至少这两个不同的初级辐射器模块联结成线性的垂直插入的阵列有可能调整整个天线的水平半值宽度。
在使用由双偶极子和单偶极子组成的初级辐射器模块情况下可以构造成按照本发明的天线。
将本发明同样可以使用在例如工作在+/-45°偏振取向(所谓的X阵列)的双偏振天线上。
如果由具有典型的半值宽度为90°的三个单偶极子和具有典型的半值宽度为65°的三个双偶极子对应于本发明垂直重叠排列(用另外的话说即联结成所谓的线性的，垂直插入的天线阵列)，则由此产生水平半值宽度大约为75°。
在具有例如+/-45°偏振取向的双偏振天线情况下可以通过将十字偶极子(水平半值宽度例如大约为85°)和方形偶极子(具有水平半值宽度例如大约为65°)这样组合产生水平半值宽度大约为75°并且被利用。
在本发明的有利的实施例中，其中初级辐射器模块的不同组有明显不同的水平半值宽度，相互的区别大于5°，特别是大于10°、15°或者20°。
但是同样也有可能，按照本发明的天线阵列是使用具有明显不同半值宽度的形状为板形的辐射器的初级辐射器构成的。
在本发明有利的实施形式中，初级辐射器模块可以由双偏振辐射器组成。初级辐射器模块可以由方形偶极子和十字偶极子构成。
按照本发明的天线可以使用于不同频域的发送和接收。一般在移动无线电领域这样的天线是运行在频域为1.71至1.90GHz，即运行在中频大约为1.80GHz。
下面借助于实施例详细叙述本发明。其中表示：
附图1：按照本发明的天线阵列的投影简图；
附图2：按照附图1实施例的侧视图；
附图3：按照本发明形状为线性辐射器的一个变化的天线阵
      列的投影简图；
附图4：按照附图3实施例的侧视图；和
附图5：按照本发明形状为板形辐射器的天线阵列的投影简图；
在附图1和2投影简图的上视图以及水平侧视图上表示了按照本发明具有多个垂直重叠排列的初级辐射器模块的天线阵列的第一个实施例，其中这种天线阵列在后面部分地也被称为线性的垂直插入的天线阵列。
这种天线阵列包括辐射器模块1和3，在被表示的实施例中将这些安排在成形为矩形的反射器5的前面，反射器在垂直方向具有比较大的纵向延伸。
反射器是导电的。供电网可以位于反射器的反面，在其上将第一个也可以将第二个辐射器模块导电联结。一般为此安排了一个共同的供电网，在其上辐射器模块的第一组和第二组1、3为了构成垂直辐射性能用确定功率和相位供电。其中此外供电网还附加承担不同初级辐射器模块不同相位的平衡。其中第一个辐射器模块1是由多个偶极子1a，即在被表示的实施例中是由四个方形偶极子形式的偶极子1a构成的。将偶极子1a由所谓的对称支柱7相对于反射器或者相对于位于后面的薄板机械固定的，和经过上述供电网进行电接触，即供电。
不仅属于第一组而且属于第二组的初级辐射器模块，即辐射器模块1和3，是这样设计的，偶极子元件的长度大约是相同的和调谐在所期望的频域上。通过偶极子元件1a(对于第一个辐射器模块1)或者偶极子元件3a(对于第二个辐射器模块3，后面还要详细叙述)的正交取向用已知的方法创建了双偏振天线(简称为X-偏振天线)，在其上偶极子1a和3a各自相对于垂直线(或者同样相对于水平线)有一个角度为+45°和-45°。
反射器板本身在水平辐射方向各自有一个，在被表示的实施例中垂直于反射板5平面以一定高度凸起的反射器边缘6，因此可以使辐射图受到有利的影响。
辐射器模块3现在错位地位于按照方形偶极子方式构成的辐射器模块1之间。第二个辐射器模块3在被表示的实施例中不是作为方形偶极子，而是构成为十字偶极子形式。将两个相互正交站立的偶极子3a同样还是，如同属于它们的对称支柱9一样，在反射器反面或者位于后面的薄板机械夹持和供电。
两个相邻的辐射器模块1和3之间的垂直距离始终对应于两个辐射器1或者两个辐射器模块3之间一半的距离。用另外的话说始终将一个组中的一个辐射器模块置于另外组的两个辐射器模块的垂直距离的中间。
将辐射器模块1和3两个组通过共同的供电网用确定功率和相位供电以便形成垂直的辐射性能。用另外的话说两个辐射器模块运行在同样的频域上。当使用偶极子元件时，例如形状为十字偶极子、方形偶极子等，则惯用的偶极子大约有同样的长度。
特别是从按照附图2的侧视图看出，单个偶极子元件1a、3b没有必要位于同样的高度上。反射器5平面和偶极子1a或者3a平面之间的距离最好不大于一个波长和不小于1/20波长。特别适合的范围为，如果反射器5和偶极子元件1a、3a平面之间的距离不大于40％波长，最好不大于30％波长。
关于波长应该理解为运行波长，是以天线在其上运行的运行频率或者频带频域为基础的。在被表示的实施例中天线是运行在1.71GHz至大约1.90GHz范围，即中频大约为1.80GHZ。将这样的天线使用在移动无线电领域。对于还在议论中的偶极子与反射器平面之间距离的数值作为适合的下临界值应该为10％或者大于10％，特别是20％或者1/4波长。其中偶极子1a没有必要相对于反射器5位于如同偶极子3a的相同距离的平面上，如附图2所示。
从按照附图1和2的实施例中也可以看出，例如支撑方形偶极子的偶极子的对称支柱7，但是还有支撑初级辐射器模块第二组偶极子3a的对称支柱9不垂直于反射器平面，而是可以与反射器平面倾斜的。因此正巧还可以使偶极子元件与反射器平面的距离小于波长的1/4，例如小于波长的0.2。但是也还可以安排其它的偶极子支架，这没有必要同时工作在对称支柱上。
在被表示的实施例中线性的垂直插入的天线阵列是由各自两对天线模块1和3组成的，其中天线模块1是由方形偶极子和天线模块3是由十字偶极子组成的。
在被表示的例如具有+/-45°偏振取向的双偏振天线的实施例中，形状为十字偶极子具有水平半值宽度例如大约为85°的辐射器模块1与具有水平半值宽度大约为65°形状为已经叙述过的方形偶极子的联结导致了总的双偏振天线最后的水平半值宽度大约为75°。
下面按照附图3和4是用变化的实施例为基础的，其中辐射器模块的第一组和第二组不是由+/-45°双偏振初级辐射器模块1、3而是由线性的偏振辐射器模块1、3组成的。
此时辐射器模块1是由在垂直方向取向的偶极子1a组成的，将这些侧向错位成双地并列安排在水平方向上的。
在各自这样构成为成双的、简单的两个偏振初级辐射器模块1之间安排了位于其间的各自为线性的偏振辐射器模块3，这些各自由垂直取向的偶极子3a构成的。
此外从附图3上又看到辐射器模块1的对称支柱7和辐射器模块3的对称支柱9。
借助于按照附图3和4的实施例还可以看到，天线的构造是与水平平面对称的，也就是说辐射器模块3的数目是非偶数(在这个实施例中是由三个模块组成的)，与之相反位于其中间距离的辐射器模块1只出现两次。
借助于附图5的实施例表示了变化为板形辐射器，这些同样还是由相应的支架7或者9固定的。
辐射器模块1是由成双的并且具有侧面错位水平并列安装的板形辐射器组成的，与之相反属于第二组的板形辐射器只是简单安排的。即使如此这样构成的天线阵列的构造也可以与前面的实施例相比较，其中反射器5平面与板形反射器元件的平面之间的距离如已知是很小的。
如从实施例中看到，可以或者同时安排很多第一种类型的初级辐射器模块1和第二种类型的初级辐射器模块3，或者这个数目最好相差一，由此也可以构成相对于水平平面对称的天线结构。

Claims (12)

1．由至少两个垂直重叠排列的辐射器模块或者辐射器(1,3)构成的天线阵列，是位于反射器(5)的前面和优选是由共同的供电网用确定功率和相位供电，其特征为如下的特征：
-至少安排第一个初级辐射器模块或者第一种类型的第一个反射器(1)和至少安排第二个初级辐射器模块或者第二种类型的第二个反射器(3)，将这些安排在垂直重叠的距离上，
-至少一个或者多个初级辐射器模块或者至少第一种类型的第一个辐射器(1)相对于至少一个或者多个初级辐射器模块或者至少第二种类型的第二个辐射器(3)有不同的水平半值宽度，因此总天线可以达到与之不同的水平总半值宽度，
-至少一个或者多个初级辐射器模块或者至少第一种类型的第一个辐射器(1)相对于至少一个或者多个初级辐射器模块或者至少第二种类型的第二个辐射器(3)有不同的设计结构。
2．由第一个和第二个辐射器(1,3)构成的天线阵列，这些辐射器是在反射器(5)前面垂直重叠排列的，和在相同方向辐射的，其特征为如下的特征
-第一个反射器(1)与第二个反射器(3)在设计结构方面是有区别的，
-第一个辐射器(1)相对于第二个辐射器(3)有一个不同的水平半值宽度，和
-当第一个辐射器(1)和第二个辐射器(3)共同运行时，这些构成一个总半值宽度，总半值宽度不仅区别于第一个辐射器(1)单独运行时的半值宽度而且区别于第二个辐射器(3)单独运行时的半值宽度。
3．按照权利要求1或2的天线阵列，其特征为，
初级辐射器模块的或者第一个和第二个辐射器(1,3)的半值宽度的相互区别至少为10°，优选的至少为20°、25°或者30°。
4．按照权利要求1、2或3的天线阵列，其特征为，
安排了多个第一个初级辐射器模块或者第一个辐射器(1)和多个第二个初级辐射器模块或者第二个辐射器(3)，这些是交替地垂直重叠排列的。
5．按照权利要求1至4之一的天线阵列，其特征为，
至少第一个初级辐射器模块或者至少第一个辐射器(1)和至少第二个初级辐射器模块或者至少第二个辐射器(3)是线性的偏振天线。
6．按照权利要求1至5之一的天线阵列，其特征为，
至少第一个初级辐射器模块或者至少第一个辐射器(1)是由双偶极子和至少第二个初级辐射器模块或者至少第二个辐射器(3)是由单偶极子构成的。
7．按照权利要求1至6之一的天线阵列，其特征为
至少第一个以及至少第二个初级辐射器模块或者至少第一个以及至少第二个辐射器(1,3)是由双偏振天线构成的。
8．按照权利要求1至7之一的天线阵列，其特征为，
在一个双偏振天线模块上第一个初级辐射器模块或者第一个辐射器(1)是由方形偶极子(1a)和第二个初级辐射器模块或者第二个辐射器(3)是由十字偶极子(3a)构成的。
9．按照权利要求1至7之一的天线阵列，其特征为，
第一个和第二个初级辐射器模块或者第一个和第二个辐射器(1,3)是由板形辐射器构成的。
10．按照权利要求1至8之一的天线阵列，其特征为，
第一个初级辐射器模块或者辐射器(1)是由偶极子(1a,3a)并且第二个初级辐射器模块或者辐射器(3)是由板形辐射器构成的。
11．按照权利要求1至10之一的天线阵列，其特征为，
天线阵列是由辐射器的联结构成的，辐射器在设计结构方面包括了多于两种的不同的类型。
12．按照权利要求1至11的天线阵列，其特征为，
第一个初级辐射器模块或者辐射器(1)的数目是偶数，并且第二个初级辐射器模块或者辐射器(3)是非偶数或者相反的。
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