CN1404639A - 天线且特别是移动式无线通信天线 - Google Patents

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Abstract

一种改进的天线且特别是移动式无线通信天线，其特征是：设置至少一个附加的介电体(21)，所述的至少一个介电体(21)一方面完全或以大于其体积和/或其重量的40％、且尤其是大雨50％或大雨60％的部分设置在低波段辐射器(4a，13)的下面，另一方面，从反射器(11)角度看地，它完全或至少以大于其体积和/或其重量的40％、50％或60％的部分设置在高波段辐射器(4b，15)的上面。

Description

天线且特别是移动式无线通信天线
技术领域
本发明涉及天线，特别是如权利要求1的前序部分所述的移动式无线通信天线。
背景技术
用于移动无线基站的移动式无线通信天线，其通常的结构是，在反射器平面之前，沿垂直方向上下设置若干个辐射器装置。该辐射器装置可以由多个双极辐射器组成，例如也可以采用交叉双极形式、双极正方形形式等，即采用具有双极结构的辐射器类型。同样天线作为所谓的插入辐射器也是公知的。
公知的移动无线波段有若干个，例如用于所谓的GSM-900网的900MHz波段，用于所谓的GSM-1800网的1800MHz波段，或者通常用在美国和其它许多国家中的所谓1900MHz波段。对于下一代的移动无线通信，即UMTS网规定采用的波段为2000MHz。
所以通常这种移动式无线通信天线至少是作为双频带天线构成的，其中也有3波段天线(例如用于900、用于1800以及1900或例如2000MHz波段)。
此外，优选采用双极化天线作为所述天线，用于+45′或-45′极化形工作。另外，这种天线通常还通过塑料罩不受天气影响。但这种所谓的外罩主要满足机械上的目的并将所有辐射的天线部件全部覆盖。例如，从DE19823749A1中知道了这样的用于在至少两个错开的频带内工作的天线。
但是，在这样的双频带天线中或通常在多频带天线中，经常出现这样的问题，即辐射方向图的半值宽度在方位方向上对各不同的波段或者说各不同的频带是不同的。此外，在双频带天线或多通常在多频带天线中，还存在这样的问题，即可能出现交叉极化分量，它们导致辐射特性减弱。而最后，可能对VSWR比和/或去耦合有不利影响。
原则上，从现有技术中知道了许多种天线，但它们只是为单一的频带区而设计的，或者说只能在一个波段内接收和发射。此外，可能涉及的是用于只在其中所选的一个频带内传输的直线极化或双极化天线。这样的只在一个频带内工作的天线例如由出版物DE19901179A1、DE19821223A1、DE19627015C2、DEUS6069590A、US6069586A中公开了。不过，所有这些出版物都研究的是其它类型的问题，一般是在同一频带内的双极化去耦合问题。此外，一般采用导电件来产生寄生辐射去耦合件。
发明内容
与之相比，本发明的任务是，基于如DE19823749A1所述类型的天线地，至少为在双波段或双频带内工作(与天线仅以一种极化或以多种极化方式工作无关)，明显改善半值宽度和/或抑制交叉极化分量和/或VSWR比和/或实现去耦合或增大带宽。
根据本发明，该任务通过权利要求1、2、3和/或4所述的特征来完成。在从属权利要求中指出了本发明的有利设计方案。
肯定被认为是出人意料的是，所列举的优点不仅单独地，而且甚至是累积地通过以下方式得到改进，即在一个本身是公知的移动式无线通信天线中设置一个介电体，它至少具有一个平行于反射器平面的延伸方向，所述反射器平面大于其垂直于反射器平面布置的延伸部分。本发明所述介电体优选采用平板形状。它首先应当在俯视方向具有n角形。并且例如在双极辐射器装置之上延伸，例如在交叉双极、双极正方形或者插入辐射器之上延伸，其中优选的延伸位置位于较高波段的对应辐射器元件上面，或者位于至少是最低波段的辐射器元件下面。
此外，本发明所述介电体在下面也被部分地称为介电匹配板，它在俯视方向上是对称的，首先具有至少一个分段，它相对于各个辐射器装置对称构成和布置。
另外，作为有利的补充或选择方案，相应的介电体也可设置在两个通常在垂直方向上上下布置在一个垂直反射器平面之前的辐射器装置之间，在所述反射器板之前隔开间隔。
本发明所述介电体例如可用合适的塑料材料制成，例如聚丙烯，玻璃纤维塑料(GFK)等。优选的介电体材料可使用其介电性损耗系数不高的材料。
本发明特别有利于在800-1000MHz和1700-2000MHz的波段内工作。
所述介电体优选采用平板形状，并且在所述反射器之前的一个平行面上延伸。它也可采用相同材料制成的固定装置或者固定支座(一般作为垫块等)，从而使其与反射器平板之间具有预定的间隔。优选的延伸高度小于λ/2。
采用本发明所述天线可以明显减小半值宽度的频率相关性。移动无线天线经常按以下方式设定，使其半值宽度为65′。该65′半值宽度通常也可用于至少两个频带，特别是当其是很宽的频带时，通常不能设定成完全一致，所以相对于至少两个规定的频带例如可有65′±10′(或者至少±7′)的偏差，这在已有技术中是普遍的。根据本发明，该偏差可以改进到65′±5′(或者甚至仅为±4′或更低)。
在公知技术中，天线经常按以下方式调整，使其具有水平上的120′矢量辐射角。该角也称为矢量。所以每个天线体由3个矢量构成。在矢量边界发射的对应移动无线天线的角度为+60′或者-60′，其中交叉极化分量的抑制，特别是在矢量边界的抑制按照已有技术首先在宽带天线中的数值很差。采用本发明所述天线使用介电谐振体可以在矢量边界为±60′的情况下在交叉极化分量的抑制上实现10dB的关系，或者更好。
虽然对于本发明而言不是其强制必要的，但是在一种多波段天线装置中(至少在双波段天线装置中)可采用交叉极化辐射器，所以在这种情况下可明显改善去耦合。所要求的去耦合的数量级大于30dB。该方案首先对宽带天线或具有电动可调下降的天线产生很大问题。在本发明所述天线中，明显超过该数值，首先当天线是宽带以及额外是电动可调的方式时得到改善。
最后的优点特别是，对更高的频率可实现带宽扩展。
综上所述，可以确认，本发明所述介电体的上述优点对于更高的频率范围或规定的多波段可产生良好影响，其中本发明所述措施几乎不会对较低的或最低的规定波段产生影响。
附图说明
下面对照附图所示两个实施例对本发明作进一步的说明。
图1表示本发明所述天线的第一实施例的示意性俯视图，用于具有多个发射器的移动无线波段，其中包括本发明所述的介电体；
图2表示图1所示天线沿垂直面的正交示意性侧视图剖面；
图3表示图1和图2所示天线垂直端面视图；
图4表示不同于图1所示实施例的方案的俯视图；
图5表示图4所示天线的对应侧视图剖面；
图6表示端面视图(图4和图5所示的天线)；
图7表示由若干部分组成的介电体的俯视图；
图8表示具有垫块或支座的介电体的剖面示意图。
实施形式的具体描述
在图1至图3所示的第一实施例中，天线1包括5个分立式辐射器，即两个在垂直方向上相互错开的第一辐射器4a用于第一低波段，以及3个在垂直方向上错开的第二辐射器4b，用于较高的波段。
所述第一辐射器4a涉及的是双极辐射器7，它根据双极正方形13的种类设置，并且在所谓的与其共有的中点对称面7’上至少部分地延伸，被定位并且固定在一个导电的反射器11上。
在该第一辐射器4a内部设置的两个辐射器4b在所示的实施例中，根据交叉双极15的类型由两个相互垂直的双极构成。
位于第一辐射器4a之间的同样属于第二辐射器4b组别的中间辐射器装置4b在该实施例中也由具有4个双极16构成的双极正方形17组成，该正方形原则上与第一辐射器4a的较大双极正方形的形状相似。
以上所述辐射器设置在垂直布置的反射器11之前，其中的反射器11例如由一个反射器平板11’构成，并且具有两个在其垂直面12上设置在沿反射器平面辐射方向上布置的边缘段12’。
如图1至图3所示，为进一步改进天线的特性，设置了介电体21，它在图中的实施例中具有平板形状，并且至少基本上沿反射器平面延伸。它优选位于反射器平面之前，其间隔小于最大传输波段的λ/2，或者小于最高波段的对应中间频率的λ/2。所述介电体的厚度可以在很大的范围内进行各种选择。较好的数值为第一辐射器4a的辐射元件至所属反射器11的间隔的2％至30％，特别是5％至10％。
特别如图1中的俯视图所示，和图2和图3所示的两个侧视图相比，介电体21至少具有一个延伸段22，它平行于反射器11的平面，它大于其厚度和/或大于其至反射器11平面的中间面间隔，和/或大于辐射元件4b、15至所属反射器11平面的间隔，所述辐射元件用于高波段辐射元件。
最后，同样有利的方案是，所述介电体全部或至少有一段以隔开的方式设置在反射器11之前，并且位于高波段辐射器装置的上方。同样有利的方案是所述介电体全部或至少有一段设置在低波段辐射器装置的下面。以上所述两个条件最好应当同时满足特别是介电体21全部或至少有一段位于高波段辐射器装置的上方，同时设置在低波段辐射器装置的下面，而且完全或基本上平行于反射器延伸，可得到特别好的效果。如果所述介电体没有完全位于高波段辐射器装置的上方，而且也没有完全位于在低波段辐射器装置的下面，则其效果特别有利，如果所述介电体21相对于其总体积和/或其总重量至少以足够的程度处在以下位置上，例如以大于或至少为30％、40％、50％或者特别是大于60％、70％、80％或90％的总重量和/或体积处在给出的范围内，则可实现良好效果。
在图中的实施例中还可看出，至少有一个介电体21在垂直于位于下面的反射器11上的投影小于反射器板。当然该介电体具有的尺寸也可与反射器11的大小相等。
在图中的实施例中，介电体21的第一分段在第一辐射器4a的范围内是对称的，并且设置在位于其中的第二辐射器4b的上方，并且在所示的实施例中具有正方形状，因为所述第一辐射器4a是由一个双极正方形构成的。
具有以上形状的介电体21，即介电谐振板21在所示的实施例中具有中间垂直段21b，它在所示的实施例中在双极正方形13的范围内与分段21a相互错开，并与两个第一辐射器装置4a相连。在所示的实施例中具有这种结构的介电谐振板21是整体构成的。它也可以由若干部分组成，并具有至少与图1所示形状相似的构造，即例如包括两个分段21a，它们为正方形并且有相应的正方形13，它们分别同心地平行于反射器平面布置。在这两个分段21a之间可以设置较长的连接分段21a。
特别是在较高的频率中，例如从1700至2200MHz(例如达到2170MHz)，以上结构可改善半值宽带，改善交叉极化分量抑制的数值，改善去耦合，特别是提高带宽。对较低波段或低波段的不利影响实际上可以忽略。
如图间接所示，介电体优选采用机械方式固定在辐射器上，例如固定在其对称轴上。
如图4-图6所示的实施例和图1-图3所示的区别是，其中用于第二个辐射器4b(代替十字辐射器15)的是插入辐射器27，它是平面辐射器，例如采用正方形辐射器件的形式，以合适的间隔距离位于反射器11中间之前，并且与指向第一辐射器4a同样的极化方向相对称。在两个分别设置在第一辐射器4a内的插入辐射器27之间设置了一个位于中间的另一个插入辐射器27，它可处在其它高度上，见图5的纵向侧视图以及图6的端面图所示。留下的第一双极正方形的双极辐射器4a同样也可以被插入辐射器取代，所以天线可以完全被设计成插入式天线的形式。
在这种天线中，相应的介电体21也可是介电谐振元件或者介电谐振板21，见图中所示。
介电体21可通过适当的方式，例如固定在各个辐射器件的对称轴7’上。它也可以具有支座，该支座例如同样用介电材料或金属制成，即可以是导电的。
介电体21不必是整体结构的。它可以由多个相互分离的分段组成，组装成所要求的形状，其中构成介电体21的各个零件在安装方向上不需要是完全平整贴紧，而是例如在图7所示的俯视图中在各个元件之间维持一个间隙31。
图8只是示意性地示出了元件21的截面，所述介电谐振元件或介电体也是具有垫块用于固定在反射器21上的，其中的隔离件41可以独立于所述垫块，或者两者用相同的材料制成，即与介电体21本身相同。所述垫块或者隔离件在何处以及以何种尺寸构成，是可以在很大范围内改变的。
同样也可定义其它区域内的形状。所述形状可以按照所要求的有利天线特性的调整和实现方式加以改变。

Claims (17)

1、一种天线且特别是用于在至少两个波段内工作的移动式无线通信天线，它具有以下特征，
-该天线配备有一个由不导电材料构成的防护罩，
-该天线的辐射器设置在该防护罩下且在反射器(11)的前面，
-用于一低波段的辐射器(4a，13)被设置成与反射器(11)间隔第一间距或第一距离区，
-而用于一高波段的辐射器(4b，15)接近反射器(11)地与所述反射器间隔第二间距或第二距离区，
其特征是，
-设有至少一个不构成该防护罩的介电体(21)，
-所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或其重量的40％的部分设置在低波段辐射器(4a，13)的第一间距或第一距离区与反射器(11)之间的区域内，
-从反射器(11)角度看地，所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或重量的40％的部分设置在高波段辐射器(4b，15)的第二间距或第二距离区的上方。
2、如权利要求1的前序部分或者如权利要求1所述的天线，它具有以下特征，
-该天线配备有一个由不导电材料构成的防护罩，
-该天线的辐射器设置在该防护罩下且在反射器(11)的前面，
-用于一低波段的辐射器(4a，13)被设置成与反射器(11)间隔第一间距或第一距离区，
-而用于一高波段的辐射器(4b，15)接近反射器(11)地与所述反射器间隔第二间距或第二距离区，
其特征是，
-设有至少一个不构成该防护罩的介电体(21)，
-介电体(21)至少部分地以一个平行于反射器(11)的间距来设置，它由低波段反射器(4a，13)和高波段反射器(4b，15)限定，
-介电体(21)还包括一个延伸向反射器(11)平面的延伸段(22)，它比其垂直于反射器(11)平面地延伸的延伸方向和/或其与反射器(11)平面的距离长。
3、如权利要求1的前序部分或者如权利要求1或2所述的天线，它有以下特征，
-该天线配备有一个由不导电材料构成的防护罩，
-该天线的辐射器设置在该防护罩下且在反射器(11)的前面，
-用于一低波段的辐射器(4a，13)被设置成与反射器(11)间隔第一间距或第一距离区，
-而用于一高波段的辐射器(4b，15)接近反射器(11)地与所述反射器间隔第二间距或第二距离区，
其特征是，
a)设有至少一个不构成该防护罩的介电体(21)，
b)介电体(21)在反射器(11)的垂直俯视图中是这样布置的，
-介电体(21)位于一双极正方形(13，17)或一类似于双极正方形的辐射装置的高度上并且设置在双极正方形(13，17)或所述类似于双极正方形的辐射装置内，和/或
-介电体(21)被设置在一双极辐射器和/或一交叉辐射器(15)或一插接辐射器(17)之上并由此与这些辐射器相对地与反射器(11)间隔开，
c)所述介电体(21)的总面积或至少介电体(21)的在垂直于反射器平面(11)的投影方向上的面的大小大于由这样的间距值构成的正方形，即可由反射器(11)平面与介电体(21)之间的距离得到的间距值，或由反射器(11)平面与一个穿过介电体(21)的中央平面之间的距离得到的间距值，或由反射器(11)平面与退向反射器(11)平面的介电体(21)外界面之间的距离得到的间距值。
4、如权利要求1的前序部分或者如至少权利要求1-3之一所述的天线，它具有以下特征，
-该天线配备有一个由不导电材料构成的防护罩，
-该天线的辐射器设置在该防护罩下且在反射器(11)的前面，
-用于一低波段的辐射器(4a，13)被设置成与反射器(11)间隔第一间距或第一距离区，
-而用于一高波段的辐射器(4b，15)接近反射器(11)地与所述反射器间隔第二间距或第二距离区，
其特征是，
-设置至少一个不构成该防护罩的介电体(21)，
-介电体(21)至少部分地在该辐射装置的部件(4a，13；4b，15)上延伸并且与反射器(11)间隔开，
-介电体(21)平行于反射器(11)地延伸，
-介电体(21)在垂直于反射器(11)的俯视图中具有一个面延伸尺寸，这个面延伸尺寸大于可能有的垫块、支座或其它属于介电体(21)或与之相连并延伸到反射器(11)的固定件的面延伸尺寸。
5、如至少权利要求1-4之一所述的天线，其特征是，所述至少一个介电体(21)在垂直于反射器(11)的投影面上小于位于其下面的反射器(11)。
6、如至少权利要求1-4之一所述的天线，其特征是，所述至少一个介电体(21)在垂直于反射器(11)的投影面上与位于其下面的反射器(11)的大小相等。
7、如权利要求1-6之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)机械固定在反射器(4a，13；4b，15)上。
8、如权利要求1-7之一所述的天线，其特征是，所述至少一个介电体(21)的俯视图为n角形状。
9、如权利要求1-8之一所述的天线，其特征是，所述至少一个介电体(21)至少其主要部分为平板形。
10、如权利要求1-9之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)或者至少其一部分对称于一个给定的辐射器(4a，4b)构成。
11、如权利要求1-10之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)的布置方式是，它有大于50％的部分位于高波段或中波段反射器(11)的平面间隔λ/2之上。
12、如权利要求1-11之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)至少有大部分延伸在最高波段的辐射装置之上。
13、如权利要求1-12之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)用塑料制成，用聚苯乙烯、ABS或GfK塑料制成。
14、如权利要求1-13之一所述的天线，其特征是，所选择的介电体(21)的材料具有较低的介电损失系数，优选在10-3数量级或更低的范围内，特别是小于10-4，尤其是小于10-5。
15、如权利要求1-10之一所述的天线，其特征是，所述介电体(21)特别用于900MHz、1800MHz和/或2000MHz波段的移动无线通信天线。
16、如权利要求1-15之一所述的天线，其特征是，它还具有以下特征，
-所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或重量的50％的部分设置在低波段辐射器(4a，13)的第一间距或第一距离区与反射器(11)之间的区域内，
-从反射器(11)角度看地，所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或重量的50％的部分设置在高波段辐射器(4b，15)的第二间距或第二距离区的上方。
17、如权利要求1-16之一所述的天线，其特征是，它还具有以下特征，
-所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或重量的70％的部分设置在低波段辐射器(4a，13)的第一间距或第一距离区与反射器(11)之间的区域内，
-从反射器(11)角度看地，所述的至少一个介电体(21)以大于其体积和/或重量的70％的部分设置在高波段辐射器(4b，15)的第二间距或第二距离区的上方。
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