CN1702913A - 天线,特别是固定式移动通信天线 - Google Patents

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Abstract

一种改进的天线装置，其特征在于，具有以下的特征：无源的导电元件由一个射束整形元件(25)构成，所述至少一个设置的射束整形元件(25)分成至少两个部分，即一个支承部分(25a)和一个作用部分(25b)，该作用部分(25b)在支承部分(25a)的远离反射器(1)的区域处连接在此支承部分上。

Description

天线，特别是固定式移动通信天线
技术领域
天线，特别是按照权利要求1前序部分所述的固定式移动通信天线。
背景技术
特别是固定式移动通信天线形式的天线已经充分地为大家所知。
例如由EP1 082 781 B1已知一种具有多个相互垂直叠置的一次辐射器模块的天线阵列，它在一个位置例如以垂直方向发射和接收。其中各个辐射元件可以由偶极辐射器或偶极辐射器-装置组成。
此外已知特别是天线阵列形式的、能在两个相互垂直的极化平面内发射和/或接收的天线。例如由DE 198 60 121 A1已知这种双极化的天线。在此，两个相互垂直的极化平面最好相对于水平面(或垂直面)角转动45°。在这方面也经常谈到辐射器元件的一种所谓的X-极化或X-取向。
在这种天线或天线阵列中最好同样也使用偶极辐射器，例如十字形的偶极辐射器或偶极正方形。此外，也可以考虑基本上由DE 198 60 121A1已知的所谓的矢量偶极子。在这种偶极结构中涉及到一种双极化的辐射器装置，它从电方面看按照十字偶极子的方式构建，并且从结构的方面看更接近正方形结构。
发明内容
从这些原理上已知的辐射器和辐射器装置出发，本发明的目的是，创造一种改进的天线，特别是用于移动通信领域的基站的固定式天线形式的天线，它配有一个用于实施射束整形的装置。按照本发明特别是应该有可能，能够改善对这种天线的远辐射区图的整形。
按本发明这个目的按照在权利要求1中给出的特征来实现。本发明的有利构造在从属权利要求中说明。
在本发明的范围内现在能够，通过按照本发明附加设定的措施有针对性地改进对相应天线的远辐射区图的整形。
按照本发明能够以一个单个的辐射器对远辐射区图进行整形，特别是对于仅仅一个以一个极化辐射的辐射器。本发明也可以应用于双极化的辐射器或双极化的辐射器装置。本发明不只局限于单频带天线，而且也能在双频带或一般多频带天线中变换和实现。
本发明的特征还在于，通过比较简单和经济的措施可实现所希望的上述改进。此外，还可以有针对性地使用引起改进的措施并首先将其配设于单个的辐射器或辐射器元件。
按照本发明的措施不仅能应用于带有偶极辐射器的双极化天线，也能应用于例如补片天线(Patchantenne)。基本上没有对一定辐射器形式的限制。
按照本发明的解决方案的其他特征在于，设有一个无源的导电元件，这个导电元件至少间接地与导电的反射器以电流方式连接或以电容方式耦合。
按照本发明的无源的导电元件最好分成两个部分并且包括一个支承部分，这个支承部分最好从反射器伸出并且与反射器电连接或电容式耦合，同时最好至少直接与反射器机械地连接，其中，至少为一个辐射器或一个辐射器装置配置上述的无源的导电元件。在支承部分的背离支承部分足点(它位于反射器或反射器面附近)的一侧设有一个所谓的作用部分，这个作用部分最好布置在一个与反射器平行的平面内。不过这个作用部分能够至少在一个与反射器的方向偏差小于±20°，最好小于±10°的角度范围内设置，亦即与反射平面成角度地延伸。
按照本发明规定，这个作用部分具有一个从最好0.2λ到包括1.0λ的长度，其中λ相当于在待传输的频率范围内或频带内的波长，最好是待传输的频率范围的中间波长。作用平面本身可以布置在待由其影响的有源辐射器的辐射起平面的上面或下面。在这里没有规定一个限制。然而支承部分的长度大于无源导电元件的作用部分到反射器的距离，此长度不应超过一个相当于上述波长的两倍的最大值。
材料厚度或与导电的附加配置的射束整形元件的延伸方向成横向的横向尺寸最好小于工作波长的0.1倍，尤其是待影响元件的中间工作波长的0.1倍。
基本上在现有技术中例如由WO 01/04991 A1已知具有去耦元件的移动通信天线，此去耦元件是杆状的并且基本上垂直于反射器面。这种无源的导电耦合元件与辐射板通过电流方式连接或以其足点通过电容方式耦合在导电的反射器上。这种元件涉及导电的无源去耦装置，以便对两个双极化的辐射器或辐射器装置之间的去耦进行改进。
但本发明的目的并不是一种去耦元件，它保证改进两个双极化的辐射平面之间的去耦，本发明的目的而是，例如甚至在使用一个只在一个极化平面内发射的发射装置时，按照要求改变和对辐射图进行整形，特别是以远辐射区看。因此本发明也规定，按照本发明导电的射束整形元件的作用部分至少基本上或接近在上述优选平行于反射平面延伸的作用平面内沿待影响元件的极化方向定向地设置。这里最好小于20％，特别是小于10％的偏差也可以带来所希望的符合本发明的结果。
附图说明
下面借助于实施例对本发明进行详细的描述。附图中详细地示出：
图1具有偶极辐射器和按照本发明的元件或射束整形元件的天线装置的示意透视图；
图2沿着图1中箭头A的示意正视图；
图3一个相对于图1和2变型的双极化辐射器的实施例，它相应地板按照本发明设置有两个按照本发明的元件，用于为每个极化进行射束图整形；
图4相应于图3的具有不同构成的双极化辐射器装置的视图；
图5具有在图4中示出的射束整形装置的双极化的双频带天线装置的相应透视图；
图6按图5的实施例的示意顶视图；以及
图7在图5中垂直于反射器垂直方向的通过中间的辐射元件和按照本发明的射束整形元件的横截面图。
具体实施方式
下面参考图1和2对按照本发明天线的第一个实施例进行详细解释。
按图1和2的天线包括一个导电的反射器装置或反射器1。
在两个纵向侧面区域3之间最好是在中间区域内设有一个辐射器装置5，该辐射器装置5在所示实施例中由一个单个的辐射器5a构成。这个单个的辐射器5a在这个实施例中由一个双极化的偶极辐射器构成，它向两个垂直的平面辐射(亦即发送或接收)。
反射器1至少在辐射器装置5的区域内是基本上平的。在所示实施例中，在两个纵向侧面区域3上设有垂直于反射平面分布的在射束方向上突出的反射器横条或壁部分1’。这部分不是必须一定要设置在反射器1的外侧末端，而是也可以更向内一些。为此可以设置附加的横条或位于外部的构成侧面边界的部分，例如，如同由US 5 710 569 A的初步公开文本WO 99/62138 A1或EP 0 916 169 B1已知的那样。上述的横条1’可以相对于反射平面成直角，但是也可以成一个偏差的斜角。
上述天线装置通常这样装设，反射器1在一个垂直平面内，同时上述的在侧面区域内布置的横条1’也在垂直方向上分布。与所示实施例有所不同，线性极化的辐射器或线性极化的辐射器装置也可以指向其它的方向，例如这样，使极化平面不在一个水平平面内，而是与之偏差地在另一个平面内，例如在垂直方向上。在这种情况下带有下面还要说明的射束整形元件的辐射器装置旋转90°定位，使偶极辐射器平行于设在侧面的横条1’。
辐射器5基本上以已知的方式构建并且包括两个支承在以对称体17的方式的偶极天线支承装置上的半偶极天线15。在所示实施例中，辐射器装置设置在反射器1上的一个区域19内，这个区域在顶视图中至少接近成正方形，并且具有一个环绕的横条或一个环绕的壁21。
特别是为了进行辐射图整形，首先从远辐射区看，也为了改善有源元件的适应性，亦即辐射器的适应性，现在配有一个无源导电元件25，它在下面部分地也称为射束整形元件25。这个射束整形元件25在所示实施例中至少接近地分成两部分，即一个支承部分25a和一个所谓的作用部分25b。仍然可以看出，支承部分25a，它与作用部分25b一样是导电的或者设有一个导电的表面或者部分地设有一个导电的表面，同样地对总的作用有贡献，这个作用不仅仅是对所谓的作用部分25b产生的。
支承部分25a最好直接以电流连接(electrisch galvanisch)方式安装在反射器1上，并且与反射器1电连接并最好机械连接。这种连接也可以通过电容方式实现，使支承部分25b和特别是它的足点25c以电容方式与反射器1耦合。与反射器1的机械和/或电流的以及电容的连接或耦合也可以间接实现，为此经由附加的中间元件或通过对称体17的足点进行相应的连接。在所示实施例中，在反射器1上和在对称体17的足点处环绕地设有一个导电的环形结构件29，支承部分25a的底部机械和电气地连接在这个环形结构件29上(或者在电容耦合的情况下，在中间连接一个绝缘体或介电体的条件进行电容耦合)。
如特别由图2的侧视图能看出的，所谓的作用部分25b连接在支承部分25a的上端的一个所谓的过渡区域或过渡点25d上，它最好位于一个作用平面WE内。这个作用平面WE最好平行于反射器1平面地定向，也就是说，至少平行于布置在辐射器或射束整形元件区域内的反射器部分。作用部分25b或它的基本或主要的部分不是必须一定要精确地平行于有关的反射器部分或反射器1。相对于反射器的有关部分的最好小于±20°特别是小于±10°的偏差还可以引起所希望的效果。
由于支承部分的构成和设置，从位于下面的足点25c到作用面高度的支承部分的长度，特别是到过渡区域25d的长度大于反射平面RE和作用平面WE之间的距离。至少在待由其影响的辐射器装置的区域内或者在射束整形元件25的区域内，支承部分25a应该大于作用平面WE到反射平面RE的距离。但支承部分的长度应该最好不超过辐射器装置5的所属的工作中间波长的两倍波长(2λ)，其中这个波长相当于在待考虑的频带的下端或上端，最好相当于中间频带内的波长。
相对于工作波长(特别是一个待传输频带的中间工作波长)，作用部分25b在作用平面WE方向上的长度应该最好相当于0.2λ到包括≤1.0λ。
作用平面本身不仅可以在下方、上方，而且也可以位于有源辐射器元件的高度上，也就是说在半偶极天线15的高度上。同时各作用平面(特别是在作用部分25b的区域内)位于一个最好为0.2λ到包括1.5λ的距离内，其中，λ仍然相当于待传输频带的波长，最好是待传输频带的中间波长。
从图1和2的实施例中也可以看出，作用部分25b共极地布置，也就是对准极化平面的方向。作用部分25b最好不仅是平行的而且位于待由其影响的辐射器装置5的极化平面PE内。在图1和2的实施例中，极化平面PE保持与反射器1垂直，其中半偶极天线15位于这个极化平面PE内，并且在这个优选的实施形式中，最后射束整形元件25的支承部分25a以及作用部分25b也位于极化平面PE内。
由所示实施例中也可以看出，为单独设置的偶极辐射器配备两个按照本发明类型的射束整形元件25，它们相对于一个垂直于反射器1并垂直于极化平面PE并通过辐射器装置5中心分布的对称面对称地布置。
下面将涉及按图3的一种变型的实施例。
在这种实施例中同样涉及到一个辐射器装置5，但该辐射器装置5在这个实施例中由两个单独的按照十字偶极子方式构成的偶极辐射器5a和5b组成。两个相互垂直布置的偶极辐射器在此最好以一个相对于水平平面或垂直平面成+45°的角度转动地布置，使得这个辐射器装置有两个以+45°和-45°相互垂直的极化平面PE。
在这种布置中现在为每个半偶极天线，也就是为每个极化平面分别配备两个按照本发明的射束整形元件25。
所属的支承部分25a最好仍然位于所属偶极装置的有关极化平面中的一个之内。连接在各个支承部分25a上端上的作用部分25b分别垂直于支承部分25a布置在其中的极化平面，也就是说平行于相应另外的支承部分的极化平面。长度和大小的比例都可参照按图1和2的实施例。在这种布置中，两个侧面的支承部分25a从反射平面出发沿作用平面WE方向互相离开，连接在支承部分25a上端上的作用部分25b在一个共同的作用平面WE内重新相互靠近，并且在所示实施例中以一个小的距离A相互终止。
在图1和2以及在图3中布置可以这样与所示实施例有所不同，支承部分25a不一定位于所属的极化平面PE内，而是在其足点和其到所属作用部分25b的过渡区域之间也由这个平面伸出或者整体与极化平面成斜角。可以有小于±20°、特别是小于±10°的偏差。最重要的是，作用部分25b分别平行于一个所属的极化平面PE(距所属辐射器的极化平面有横向距离)，在此相对于极化平面也可以有小于±20°，特别是小于±10°的偏差。在相同的区域内，作用平面WE或作用部分25b的取向相对反射平面的偏差可以变动，这个偏差也应该是小于±20°，特别是小于±10°。
图4又一次示出一个有所不同的实施例，它与按图3的实施例的区别在于，作为十字形的极化的辐射器装置5，使用一个正方形的结构紧凑型辐射器。在此涉及到一种原则上由DE 198 60 121 A1已知的辐射器装置。这种传导结构的位于外部的角点可以是开放的(如在DE 198 60 121A1中描述的那样)或者借助一个绝缘体或介电体或者也导电地闭合。这里可以参考已知的解决方案。在这种情况下极化平面也可以相对于水平面或垂直面成+45°或-45°角。在按图4的在电方面成十字形的偶极辐射器结构中涉及一种辐射器装置，它也被部分地称为矢量-辐射器或十字矢量-辐射器或辐射器装置。
从图5至7只示出，例如一种双频带天线阵列、特别是对于固定式移动通信天线可能包括带有用于较高频带的辐射器115的传统辐射器装置和用于在较低频带内传输的辐射器装置215。用于在较低频带内传输的辐射器装置215由两对相互平行地布置的偶极天线215’和215”组成，它们被布置成偶极正方形。在这种情况下，在这些偶极正方形的中心设置用于以较高频带传输的辐射器，这些辐射器的偶极辐射器元件位于一个比以较高频带辐射的辐射器元件的偶极元件215’和215”更接近反射平面的平面上。辐射器装置215以较低频带发送和/或接收(最好能够涉及一个例如以相对于较高频带的频率的一半频率工作的频带。但是对此的限制不一定是必需的)。不仅在里面的辐射器215而且在外面的辐射器115都这样布置和定向，使两种辐射器类型在两个相互垂直的极化平面内发射，这两个极化平面在所示实施例中相对于水平面或垂直面成+45°或-45°角定向。
对于在较高频带内的传输，在两个辐射器装置115的中心之间在辐射器1上还布置有一个附加的辐射器装置115(特别是以一个比低频带大两倍的这样高的较高频带传输时，辐射器系列以及用于较高频带的辐射器之间的辐射器间距只有用于较低频带的一半那么大)。对于中间的辐射器装置115，也就是对于分别在为低频范围配置的两个辐射器装置215之间的辐射器装置115，使用那个射束整形元件25，如其在如按图4的实施例中所描述的那样，这样产生一个相当于按图5的实施例的结构。
由按图6的对应顶视图能够看出，带有各自支承部分25a和连接在其上的作用部分25b的射束整形元件25在这个实施例中这样形成，即，各支承部分25a相当于支柱的或具有一个用于以较低频带辐射的辐射器装置115的相应偶极装置的对称体17的一部分，而连接在支承部分25a上的作用部分25b相当于一个相邻辐射器装置215的一个相应所属的半偶极天线15’，最好与彼此是平行分布的。支承部分25’a基本上以相同的长度、相同的取向以及此外相同的斜度，平行于支承部分或对称体17’的一部分布置和定位，而另外的支承部分25”a在相应的、在顶视图中位错90的方向上和此外以相同的斜度和与辐射器215的支承部分或对称体17”类似的或可比较的长度布置和定位，也以离反射器1垂直侧边缘1’相同的距离或以离一个垂直于反射平面分布的中间垂直平面的相同的侧向距离等等。在这个实施例中，作用部分25b布置在一个平行于反射器的作用平面WE内，为较低频带配置的偶极辐射器215的偶极元件15’也位于作用面内。作用部分25b的长度也大约相当于用于较低频带的对应半偶极天线的长度或者与之偏差小于40％，特别是小于30％，小于20％或者甚至小于10％。最后，作用部分相对于反射器的布置也可参考用于以低频带传输的相邻辐射器的半偶极天线。换句话说，作用部分这样布置在反射器之上，例如半偶极天线215”大约以离反射器的邻近侧面边界1’相同的距离开始和结束，用于较高频带的辐射器元件的相应平行的半偶极天线215”也以此距离开始或结束。相应地，分别与其垂直的第二个作用部分25b’以对应的相同的相对位置设置在反射器的横向方向上，如同用于较低频带的相邻辐射器的平行的半偶极天线215’那样。
由此能够得到特别有利的结果，因为由此不仅能够在一个极化时而且在多个极化时对远辐射区图进行整形，并且通过使用相应的射束整形元件25还能够实现改善极化之间的绝缘，并从而能够实现改善分别对于较高频率的有源元件的适应性。

Claims (18)

1.一种天线，特别是固定式移动通信天线，具有以下特征：
-一个反射器(1)，
-至少一个辐射器(15，115，215)，用于在至少一个极化平面(PE)内工作，
-至少一个无源的导电元件，该导电元件与反射器(1)至少间接地电流连接或以电容方式耦合，
其特征在于，有以下另外的特征：
-上述无源的导电元件由一个射束整形元件(25)构成，
-上述至少一个设置的射束整形元件(25)分成至少两个部分，即一个支承部分(25a)和一个作用部分(25b)，该作用部分(25b)在支承部分(25a)的远离反射器(1)的区域处连接此支承部分上，
-上述作用部分(25b)位于一个作用平面(WE)内，
-上述作用平面(WE)至少相对于反射器(1)的在射束整形元件(25)区域内和/或待由其影响的辐射器(15，115，215)区域内的那个部分平行分布或与其偏差小于±20°，
-上述作用部分(25b)的长度在0.2λ到1.0λ之间，其中λ是待传输频带的波长，
-上述作用部分(25b)或作用平面(WE)在作用部分(25b)的区域内与反射器(1)有一个间距，该间距大于或等于0.2λ并小于或等于1.5λ，其中λ是待传输频带的波长，
-上述支承部分(25b)的长度小于待传输频带的两倍波长2λ的最大值，
-上述作用部分(25b)平行于待由其影响的辐射器(15，115，215)的所属极化平面(PE)取向或与其偏差小于±20°，
-上述作用部分(25b)的方向或至少其主要的方向与待由其影响的反射器的所属极化平行或与其偏差小于20°，特别是小于10°。
2.按照权利要求1所述的天线，其特征在于，上述支承部分(25a)和/或作用部分(25b)的材料厚度或横截面尺寸小于0.1λ，其中λ是待传输频带的波长。
3.按照权利1或2所述的天线，其特征在于，上述支承部分(25a)至少基本上位于辐射器装置的极化平面(PE)内。
4.按照权利要求1至3之一所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b)与待由其影响的偶极天线(5，5a，115)平行地分布或与它们形成一个小于20°的角。
5.按照权利要求1至4之一所述的天线，其特征在于，上述支承部分(25a)的长度大于作用部分(25b)与反射器(1)的间距。
6.按照权利要求1至5之一所述的天线，其特征在于，上述支承部分(25a)的足点(25c)以及它的远离反射器(1)的过渡区域或过渡点(25d)至少接近地位于辐射器(15，115，215)的一个极化平面(PE)内，上述作用部分(25b)从该过渡区域或过渡点开始。
7.按照权利要求1至6之一所述的天线，其特征在于，对于一种线性极化的辐射器(15)，上述射束整形元件(25)以其支承部分(25a)和其作用部分(25b)至少基本上位于上述线性极化的辐射器(15)的极化平面(PE)内。
8.按照权利要求1至7之一所述的天线，其特征在于，为每个极化至少配备两个射束整形元件(25)。
9.按照权利要求1至8之一所述的天线，其特征在于，上述至少为每个极化配备的两个射束整形元件(25)相对于一个与极化平面(PE)垂直并与反射器(1)垂直的通过所属辐射器(15，115，215)中心分布的对称面对称地设置。
10.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征在于，对于一种双极化的辐射器装置，配备至少两个、最好至少四个射束整形元件(25)。
11.按照权利要求10所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b)平行于两个互相垂直的极化平面中的一个。
12.按照权利要求10或11所述的天线，其特征在于，所属的支承部分(25a)在一个极化平面W(PE)内延伸。
13.按照权利要求10至12之一所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b)垂直于或至少接近垂直于支承它的支承部分(25a)。
14.按照权利要求1至13之一所述的天线，其特征在于，在双或多频带天线的顶视图中，作用部分(25b)的至少一些部分这样布置，即，这些部分至少接近位于距反射器(1)侧面边界(1’)相同的侧面距离处，如用于以一个较低频带进行传输的相邻辐射元件的所属平行的半偶极天线那样。
15.按照权利要求1至14之一所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b，25b’，25b”)平行于相邻辐射器(215)的半偶极天线(215’，215”)地设置，它们设置用于以一个较低频带进行传输。
16.按照权利要求14或15所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b)位于一个作用平面(WE)内，这些作用部分相当于以一个较高频带辐射的辐射器(5)的辐射器平面。
17.按照权利要求1至9之一所述的天线，其特征在于，在天线装置的顶视图内，上述作用部分(25b)位于所属支承部分(25a)的延长部分内。
18.按照权利要求1至14之一所述的天线，其特征在于，上述作用部分(25b)的取向与各有源元件共极，特别是以一个辐射器的极化平面(PE)的待由其影响的辐射器的形式定向。
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