CN2514507Y - 用于多频率工作的天线 - Google Patents

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Abstract

具有至少两个单辐射器(1,2)及用于至少两个频带(f1,f2,…,fn)的天线的改进是通过以下特征实现的:－可工作在至少两个频带(f1,f2,…,fn)中单辐射器(1)的每个输出端或一组相应的单辐射器(1)的输出端被配置一个分频器(21),其中在辐射器侧端子上的频带在馈给网络侧端子(23.1,23.2)上被分离成至少两个部分频带(f1,f2,…,fn),－馈给网络(7)这样构成,即用于相应部分频带的分频器(21)的馈给侧端子(23.1,23.2)为了形成辐射及尤其是为了调节主波瓣的俯角以预定的和/或可变调节的相位和/或幅值相组合连接。

Description

用于多频率工作的天线
技术领域
本实用新型涉及一种用于多频率工作的天线。
背景技术
对于移动式无线电范围的网使用者，重要的是，可同时使用用于不同频率的天线。但因为对于不同的业务在馈给范围或网的规划方面均有不同的要求，并需要不同的辐射特性，尤其是对于垂直特性的不同垂直俯角。理想的是，对于不同频率的主波瓣具有不同的垂直俯角。但是，用迄今公知的技术方案对于很邻近的频率这是不可能作到的。
迄今仅公知了这样的方案，对于不同的频率范围使用不同的辐射器。这例如可由彼此套叠的偶极子组成，例如由DE-A1 198 23 749可看到一种双偶极子多频率范围的天线。但是它是有缺点的，即由该装置的几何布置引起的频带不能直接地相邻，而必需具有1∶2的比例。
此外，从出版物“电子通讯”(“Electronic Letters”)，1999年8月，第35卷第17期，第1399-1400页由Yeunjeong，Kim，Wansuk Yun及Youngjoong Yoon公开了一种双带片状天线，它具有用于两个不同频率的不同连接端子。但其中用于每另一频率的连接端子彼此正交地极化。对于双极化及多频率的方案不能从中推知。它的另一缺点是具有四个不同的彼此叠放的介电层的高成本层结构。
相对地，虽然宽带天线可工作在相邻的频率范围或非常宽的频率上，但是对于不同的频率范围不能实现不同的，尤其是可变地调节的辐射特性。在出版物“电子通讯”(“Electronic Letters”)，2000年3月，第36卷第6期，第487-488页由D.H.Wemer及.D.Lee著的文章“使用片断单元的双极化多带频率选择表面的设计”中公开了一种双极化片断天线，它可工作在大的频带上。但是这种天线结构不包括可分开调节的辐射图。
由WO 98/43315公知了一种发射/接收天线，它对于第一极化在天线阵列的各个辐射器上设有复式的滤波器，以便由此使天线阵列对于接收频率范围(Rx)及对于发送频率范围(Tx)分配不同的输入及输出端。如果对于不同频率(Rx-Tx)不能通过正交极化来实现去耦，则不利地在复式滤波器的输入或输出端上在两个频带的一个中至少需要一个分离放大器。此外需要分离放大器，是因为在频带(Rx及Tx)之间不能实现足够的去耦。另外不能看出对于产生不同频率范围的不同俯角的激励。
最后由WO 84/04855 A1公知了一种双带天线阵列。它包括多个单辐射器，它们可工作在两个频带中。可工作在两个频带中的辐射器的每个输出端设有一个分频器，其中在辐射器侧端子上的频带在馈给网络侧端子上至少分成两个部分频带。其中馈给网络这样地构成，即在用于相应部分频带的分频器上的馈给网络侧端子为了形成辐射及尤其为了主波瓣俯角的不同调节以预定及可变化调节的相位和/或幅值而相互连接起来。
但这种天线阵列被证明是难实现及成本高的，阵列中每个需要在各个频带之间实现抑制波段的衰减。
发明内容
因此本实用新型的任务是，建立抑制天线装置，它工作在不同频带时可实现不同的、尤其是彼此无关地调节的辐射特性，及最好在两个频带之间总的高去耦度时不用附加的有源元件，及它具有相对小的成本。
根据本实用新型该任务将根据权利要求1中给出的特征来解决。本实用新型的有利构型被描述在从属权利要求中。
作为出人意料特征必需指出，根据本实用新型的天线装置可用很小的滤波器成本实现辐射特性的独立调节。这样，可用甚至低于约15dB、例如从8至12dB的分频器的抑制衰减实现几乎独立的辐射特性。其中根据本实用新型可以设计，用多级、即至少用两级来构成所需的总抑制衰减，合适的方式是，仅在馈给网络侧端子上附加滤波器结构，它设在该端子的前面或后面，即至少设在一个分支点和/或预设移相器的前面的馈给导线区段中。
在此情况下出人意料的主要是，可使用这样的滤波器结构，它们允许通过一个无源的馈给网络连接，及其中对于每个极化具有足够高的不同频带之间的去耦合。
根据本实用新型可借助一个可选择频率的滤波器结构的形式来实现，它最好以足够的抑制衰减允许一个频带分配在两个部分频带中。使用固定的馈给网络或最好利用移相器的可变构型的馈给网络允许单辐射器这样地连接，以致对于相应的频率范围可进行所需的辐射图的调节，即尤其是垂直俯角可根据需要及必要性最好分开地被调节。
最后，因为一个小的抑制衰减足够用于辐射图的形成，虽然要求如30dB或更高的去耦值，但根据本实用新型一个特别有利的实施形式，仅在馈给输入端上产生附加滤波器的成本。这可实现：为了对于每个极化提高去耦，仅需一个附加的滤波器。由此可着重选择地避免对于每个偶极子或每个偶极子组设置附加滤波器。
附图说明
以下将借助实施例来详细地说明本实用新型。其附图为：
图1：具有四个偶极子的天线阵列的第一实施例，它与一个固定的馈给网络相连接；
图2：对图1的一个变型实施例，其中对于一个频率范围的连接借助固定连接及对于第二频率范围的连接可借助移相器可变地进行；
图2a：用于表明移相器的图2中一个片断的放大图；
图3：另一实施例，其中对于两个频率范围的连接通过移相器可变地进行；
图4：具有双极化辐射器及两个频率范围的天线阵列，其中对于每个频率范围的每个极化借助移相器进行连接；
图5：一个双带天线的实施例，其中第二频带可频率选择地分布在频带f2及f3中并由此得到一个三范围天线；及
图6：对图2的一个变型实施例，它表明可配置一个分频器及一组至少两个单辐射器。
具体实施方式
以下将讨论图1中所示的第一实施例。该图中概要表示的天线阵列包括四个单辐射器1，在所示实施例中为偶极子1′的类型，通常例如以垂直定向布置在垂直设置的反射器前面。
单辐射器1通过一个固定的或固定接线的馈给网络由馈给端子5.1及5.2馈给信号。在此青况下，根据单辐射器1的数目，由每个馈给端子5.1或5.2开始连接到馈给导线9的多重分支，即由馈给端子5.1经过馈给导线9及分支点11到馈给分支导线9.1并经过相应的下个分支点13到达下个馈给分支导线9.2。相应地，该连接适用于另一馈给端子5.2，它与馈给导线109、分支点111、馈给分支导线109.1、分支点113及馈给分支导线109.2连接。馈给导线同时包括阻抗变换，对于后者为简要起见不再描述。
其中单辐射器1各通过其相应输出端17a及导线17与一个分频器21的一个辐射器侧端子19相连接，该分频器再与两个馈给网络侧端子23.1及23.2相连接，并且可对第一频带f1及第二频带f2作选择。在此情况下，分频器21可通过频率选择的滤波结构来构成。
在馈给分支侧的端子23.1及23.2上连接有相应的馈给分支导线9.2及109.2，以致所有的单辐射器1可频率选择地与用于第一频带f1的馈给端子5.1或与用于第二频带f2的馈给端子5.2相连接。
分频器21以足够的抑制波段衰减即例如15dB或甚至小于10dB地至少在两个部分频带中被分配。在此情况下，这样地进行组合连接，即对于相应频带预先固定地进行不同的辐射图调节。该预调节可这样进行，即譬如对于两个频带其垂直俯角不同。
最后，在图1的实施例中(如在根据图6的实施例中还要详细说明的)在两个馈给网络侧端子5.1及5.2上各连接了一个附加滤波器121，以便提高总的抑制衰减。由此可这样地设计分频器21，即它仅具有很小的抑制衰减。
图2所示的实施例相应于图1中的进一步构型，但其区别在于，对于频率f2不是固定地组合连接在分支点113上，而是在这里各设有一个可变调节的移相器27。在此情况下，这些移相器可这样地构成，即基本上如由WO98/21779中所公知的。换言之，设有一个可绕一个转动轴29调节的调节机构31，后者通过导线109及109.1与馈给端子52相连接。该调节机构31例如与一个部分圆形状的接触单元或铜单元33形成直接的或电容性的连接，在后者两个对立的端部区域与移相器端子35相连接，从移相器端子各通过下个分支导线109.2连接到分频器21上的馈给网络侧端子23.2。在该图示实施例中所谓的部分圆形状的接触单元或铜单元33最好用条形导体或微型条形导体技术制造，并且设置在一个底板(基板)28上。
用于频带f1的辐射图通过固定的馈给网络部分来实现，通过它可固定地设置一个确定的辐射图。但通过可变调节的移相单元27可实现由可变馈给网络对第二频带f2的辐射图的调节，由此可调节辐射的形成及尤其是辐射的下降，即在频带f2中的主波瓣的俯角可被调节。
根据图3的实施例相对图2的实施例的变化在于，这里对于两个频带f1及f2设置了一个馈给网络7，它在两个频带f1及f2中各设有一个相应的辐射结构，及由此尤其可实现不同的调节和/或主波瓣可变的垂直下降。
在根据图4的实施例中使用了一种天线阵列，它不是由单辐射器1，而是由双极化辐射器2组成。该双极化辐射器2例如可由方偶极或交叉偶极组成，即使用了偶极-单辐射器1。一个双极化辐射器2(或例如在一个方偶极中具有两个平行设置的偶极辐射器)的每个偶极-单辐射器通过一个共同的导线17或17′与一个分频器21相连接。如从图4中还可看到的，由此从四个偶极辐射器的每个引出两个导线17，17′，每个导线被引导到分频器21的辐射器侧端子19。因此在四个双极化偶极辐射器2的情况下具有八个分频器。在该实施例中通常在n个双极化偶极辐射器2的情况下需要2n个分频器21。图4中上方的用于频率f1的端子5.1对应于+45°的极化，而在图4下方的用于频率f2端子5.1′对应于-45°的极化，也就是图4中所示的属于一个交叉偶极的偶极辐射器被设置成+45°/-45°地定向。
双极化偶极辐射器2的每个彼此平行定向的偶极1a或1b可通过两个后联的馈给网络频率选择地被组合，并且在图4的该实施例中通过各个配置的移相器27频率选择地被组合。由此对于每个极化其辐射图及尤其是俯角既可对第一频率f1也可对第二频率f2分开地调节和/或改变。
最后来参见根据图5的实施例。图5也表示用于双极化天线2的结构，其中在图5中设有的每个双极化天线2包括一个交叉偶极2′及一个包围交叉偶极2′的方偶极2″。
方偶极2″的各个彼此平行布置的辐射器1a或1b通过一个可变馈给网络7相连接，其中一个辐射结构2″的彼此平行布置的具有相同辐射的单辐射器1a通过一个移相器27与第二个辐射器结构2″的相同定向地平行布置的单辐射器1a组合连接，及移相器27的馈给连接侧端子接着通过分支点211连接到一个共同的馈给端子5.3。相应的连接也使用于该方偶极结构的第二极化，其中通过馈给端子5.3′及通过接着的分支点211′连接到移相器27并再通过其两个输出端与相应辐射器结构2″的两个平行的偶极辐射器1b相连接。
端子5.3及5.3′也用于接收或发送具有第一及第二极化的第三频带。该频带f3例如可在在824至960MHz之间。
对于设在方偶极内的交叉偶极10′则相对地实现在两个频带f1及f2中的频率选择的分配，其中馈给端子侧输出端相应于图4的实施例，对于两个极化中的每个通过移相器27与用于f1及f2的两个馈给端子组合连接。频带f1例如可覆盖1920至2170MHz及第二频带f2可覆盖1710至1880MHz的范围。
图5也表示具有三个带范围的双极化天线，其中对于所有三个频带及两个正交极化的辐射图及尤其是俯角可不同地调节。
当然对于最后所述的例子也可变型地设置用于第三频带的频率选择的带分配。同样在需要时对于各个频带可实现无个别调节俯角的固定连接，例如借助图2所概要表示的。
在所有实施例中分频器最好用滤波器结构来实现，它尤其可被组合在天线的外壳内。其中滤波器结构也可由屏蔽的条状导体结构或三板式结构组成。
作为替换或部分替换及补充，该滤波器结构也可构成同轴滤波器。
借助已说明的实施例可看到，相应的天线至少包括两个单辐射器。但也可能设置多于两个的单辐射器，它们属于同一组。在此情况下可仅实现一组单辐射器，但也可实现多组单辐射器，如在双极化天线的例子中所描述的。
为了实现良好的去耦，分频器应相对另一频率范围具有至少6dB，8dB或10dB的抑制波段的衰减，最好该值至少为15dB，尤其是至少为20dB。
为了必要时附加地增大另一频带中的抑制衰减，在借助所述馈给网络连接后在天线的输出端上可设置附加的滤波器。最后可这样地实现散热的改善，即将滤波器固定在反射器板上。其中滤波器在反射器板上可彼此机械地叠放。
借助图6表示出一种变型，它基本上可根据所述图1至5的所有实施例变换。
在图6的实施例中可看到，与图2不同地，例如对具有两个单反射器1的组100配置一个分频器21。其中单反射器1的组100不仅可具有两个单反射器1，1′，而且也可具有包括多个单反射器1，1′、例如三个单反射器，它们例如通过一个共同的求和点及一个后联导线连接到一个分频器21的输入端。
通过图6还附加地表示出可设置附加滤波器121，它也可在所有其它实施例中设置，它最好在通过馈给网络7的连接后被设置在一个天线的输出端上，并最好固定在反射器板上。通过该附加滤波器121的设置，可用成本合理及简单的方式进一步改善对于后联单辐射器的滤波器21的抑制衰减。

Claims (17)

1.用于至少两个频带的天线阵列，具有以下特征：
-具有至少两个单辐射器(1，2)，
-该至少两个单辐射器(1，2)可工作在两个频带(f1，f2)中，
-可工作在两个频带(f1，f2)中单辐射器(1，2)的每个输出端(17a)被配置一个分频器(22)，其中在辐射器侧端子(17a)上的频带在馈给网络侧端子(5.1，5.2)上被分离成至少两个部分频带，
-预设的馈给网络这样构成，即用于相应部分频带(f1，f2)的分频器(22)的馈给网络侧端子(23.1，23.2)为了形成辐射及尤其是为了调节主波瓣的俯角以预定的和/或可变调节的相位和/或幅值相组合连接，其特征在于，具有以下特征：
-为了实现对另外一个或多个频带范围足够的抑制衰减设有一个多级的滤波器结构，
-除构成实现抑制衰减的第一滤波结构的分频器(210外，还设有附加滤波器(121)，它们可设有相应的馈给网络端子(5.1，5.2)上或连接在其前面或设在连接在馈给网络端子(5.1，5.2)后面的馈给导线区段(109)中，后者被连接到第一分频器(21，27)的馈给网络侧上。
2.根据权利要求1的天线，其特征在于：对一个分频器(21)配置一个具有至少两个单辐射器(1，1′)的组(100)。
3.根据权利要求1或2的天线，其特征在于：至少对于一个频带(f1，f2，…，fn)分频器(21)的输出端(23.1，23.2)通过相应的移相器(27)至少间接地与相应的馈给网络端子(5.1，52，…，5.n)相连接。
4.根据权利要求1至3中一项的天线，其特征在于：所有的单辐射器(1，2)或单辐射器(1，2)的组(2，2′，2″)通过相应的分频器(21)及相应的移相器(27)与相应的馈给网络端子(5.1，5.2，…，5.n)这样地连接，即对于所有频带辐射图可被不同地调节及由此尤其是主波瓣的俯角可被不同地调节。
5.根据权利要求1至4中一项的天线，其特征在于：设有至少两个双极化的辐射器结构(1，2)。
6.根据权利要求1至5中一项的天线，其特征在于：双极化的辐射器结构(1，2)的包括用于在两个不同的频带中的每个极化的辐射的辐射器结构(1，2)，其中至少对于一个极化设有一个通过固定馈给网络或使用移相器(27)的可变馈给网络(7)的频带分离。
7.根据权利要求1至6中一项的天线，其特征在于：分频器(21)由滤波器结构组成，它们尤其包括屏蔽的条状导体结构或三板式结构。
8.根据权利要求1至7中一项的天线，其特征在于：分频器(21)由滤波器结构组成，它们包括同轴滤波器。
9.根据权利要求1至8中一项的天线，其特征在于：分频器相对另一频率范围具有至少6dB，8dB或10dB的抑制波段的衰减，尤其该值至少为15dB，最好是至少为20dB。
10.根据权利要求1至9中一项的天线，其特征在于：分频器的抑制波段的衰减分量低于约15dB，最好低于约10dB，例如约在8dB至12dB，其中总的去耦最好为30dB或更大。
11.根据权利要求1至10中一项的天线，其特征在于：分频器(21)在两个频带(f1，f2)中借助可不同调节的移相器(27)实现组合连接。
12.根据权利要求1至11中一项的天线，其特征在于：分频器(21)对于至少一个频带固定地组合连接及对于至少另一个频带中借助移相器(27)可变地组合连接。
13.根据权利要求1至12中一项的天线，其特征在于：至少设有用于至少另一频带(f3)的独立频带(2′)，以致天线至少可工作在三个频带(f1，f2，…，fn)中。
14.根据权利要求1至13中一项的天线，其特征在于：馈给网络(7)使用分频器(21)这样地构成，即它设有多于两个频带的分配。
15.根据权利要求1至14中一项的天线，其特征在于：滤波器、即分频器(21)和/或附加设置的滤波器(121)被固定在反射器板上。
16.根据权利要求15的天线，其特征在于：附加滤波器(121)被机械地彼此叠放在辐射器板上。
17.根据权利要求1至16中一项的天线，其特征在于：滤波器结构被组合在天线外壳中。
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