專利名稱：雙極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在MIMO (多輸入多輸出)技術(shù)中使用的雙極化天線。
背景技術(shù)：
諸如WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球 微波接入互操作)之類的使用MIMO技術(shù)的通信服務(wù)現(xiàn)在將要開始。 MIMO技術(shù)是接收通過多個傳播路徑傳遞的多個電波從而提高傳輸速率和 通信質(zhì)量的技術(shù)。在這種技術(shù)中，優(yōu)選的是使用兩個或更多個天線并降低 所使用的兩個天線之間的相關(guān)性以獲得更大的效果。
具有以下特征的天線最適合用作使用WiMAX技術(shù)的通信服務(wù)的終 端包括具有不同極化性的天線元件從而降低天線元件之間的相關(guān)性；具 有全向輻射模式從而接收對于MIMO而言有效的大量多次反射波；以及具 有緊湊的大小。
專利文獻1:特開2003-347822號公報
專利文獻2:特開2005-167705號公報
專利文獻3:特開平07-086825號公報
專利文獻4:特開平09-064639號公報
專利文獻5:特開平10-107533號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
專利文獻1所公開的發(fā)明旨在提供具有高分集效應(yīng)以防止接收強度下 降的用于LAN的分集天線。為此，用于發(fā)射/接收垂直極化信號波的第一 天線和用于發(fā)射/接收水平極化信號波的第二天線被安裝在同一電介質(zhì)襯底 上。專利文獻2所公開的發(fā)明旨在提供具有簡單結(jié)構(gòu)、具有高產(chǎn)率且能夠 確保適合安裝的機械強度同時實現(xiàn)了在水平表面上的充分全向特性的水平 極化全向陣列天線。為此，提供了一對半環(huán)形的天線元件。
專利文獻3所公開的發(fā)明旨在提供能夠接收準微波頻帶的射頻信號的 定向分集天線。為此，在輻射元件之間提供了X/4相移電路。
專利文獻4所公開的發(fā)明涉及極化分集技術(shù)，其中，提供了之間關(guān)于 一極化表面不具有相關(guān)性的多個接收系統(tǒng)并且接收系統(tǒng)中的接收功率被切 換以降低傳播差異，并且該發(fā)明旨在提供一種分集天線電路，該分集天線 電路能夠在各個接收系統(tǒng)的接收操作期間抑制相互干擾并準確選擇這些接 收系統(tǒng)中具有較高接收靈敏度的一個。為此，提供了相互關(guān)聯(lián)的用于接收 水平極化表面中的信號的天線和用于接收垂直極化表面中的信號的天線。
專利文獻5所公開的發(fā)明旨在提供由印刷電路板制成的、通過利用印 刷電路板所獨有的特性(該特性是安裝在空氣中的天線所不具有的)而能 夠降低天線自身的尺寸的天線。為此，形成了幾乎等同于Brown天線的天 線，其中，印刷電路板上的饋電線圖案和外部導(dǎo)體圖案分別對應(yīng)于Brown 天線的同軸電纜的內(nèi)部導(dǎo)體和外部導(dǎo)體，而接地圖案和天線元件圖案分別 對應(yīng)于Brown天線的地線(接地側(cè)元件)和垂直導(dǎo)體(HOT側(cè)元件)。
在執(zhí)行使用分集技術(shù)或MIMO技術(shù)的無線電通信的情況下，通常使用 兩個天線。在這種情況下，優(yōu)選的是盡可能地降低兩個天線之間的相關(guān)性 并減小其尺寸。
傳統(tǒng)上，在使用MIMO技術(shù)的通信中使用的天線裝置包括并排布置的 全向單極化天線和全向雙極化天線。在這種方法中，兩個天線具有相同的 定向特性，從而當這兩個天線被彼此接近地布置時，無法將它們之間的相 關(guān)性降低到足夠的水平，結(jié)果無法充分獲得MIMO傳輸?shù)男Ч?br> 圖5A和5B各自示出了相關(guān)技術(shù)的天線的一個示例。在相關(guān)技術(shù)中， 作為垂直極化全向天線的兩個單極化天線或者兩個Brown天線被使用，且 被相互隔開。兩個天線均具有垂直極化和全向輻射特性，因此，當這兩個 天線被彼此接近地布置時，它們之間的相關(guān)性變得很大，結(jié)果無法充分獲 得分集或MIMO的效果。當兩個天線被相互隔開時，變得需要較大的空間來安裝這些天線。例如，假設(shè)在2.5GHz系統(tǒng)中兩個天線被分隔10倍波 長，則它們之間的距離超過了 lm，這對于終端而言是相當大的尺寸，從 而導(dǎo)致增加了同軸電纜損耗。
本發(fā)明的一個目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省空間并減小尺寸，并能夠降低 天線元件之間的相關(guān)性的雙極化天線。
解決問題的手段
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種雙極化天線，該雙極化天線由形成在印刷電 路板上且輻射兩種極化波的垂直極化天線和水平極化天線構(gòu)成，其特征在 于，垂直極化天線具有以下配置第一微帶線從印刷電路板的下部開始沿 印刷電路板的縱向延伸；第一導(dǎo)電輻射元件被布置在第一微帶線的一端； 相位延遲電路串聯(lián)連接到第一導(dǎo)電輻射元件；第二導(dǎo)電輻射元件被添加到 相位延遲電路的一端；第三導(dǎo)電輻射元件被添加到接地導(dǎo)體，接地導(dǎo)體被 布置在印刷電路板的、第一導(dǎo)電輻射元件和第一微帶線在其上相應(yīng)部分連 接的表面的背側(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)點
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠在水平面上形成全向模式的小型雙極化天線。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第一實施例的側(cè)面透視圖1B是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第一實施例的頂視圖1C是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第一實施例的前表面透視圖1D是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第一實施例的后表面透視圖2A是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第二實施例的側(cè)面透視圖2B是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第二實施例的頂視圖2C是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第二實施例的前表面透視圖2D是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第二實施例的后表面透視6圖3A是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第三實施例的側(cè)面透視圖3B是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第三實施例的頂視圖3C是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第三實施例的前表面透視圖;
圖3D是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第三實施例的后表面透視圖;
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第四實施例的側(cè)面透視圖4B是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第四實施例的頂視圖4C是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第四實施例的前表面透視圖;
圖4D是根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第四實施例的后表面透視圖;
圖5A是示出相關(guān)技術(shù)的單極化天線的一個示例的視圖；以及
圖5B是示出相關(guān)技術(shù)的Brown天線的一個示例的視圖。
標號說明
1:印刷電路板
10:天線
11:元件
12:延遲元件
13:元件
14:元件
15:饋電線
16:饋電線
20:天線
21:元件
22:元件
23:饋電線
24:饋電線
具體實施例方式
1)根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線由形成在印刷電路板上的垂直極化天線
和水平極化天線構(gòu)成。垂直極化天線具有以下配置微帶線從印刷電路板的下部開始沿印刷電路板的縱向延伸；長度大約為1/4波長的導(dǎo)電輻射元 件被布置在微帶線的一端；180度相位延遲電路串聯(lián)連接到導(dǎo)電輻射元 件；長度大約為1/2波長的導(dǎo)電輻射元件被添加到相位延遲電路的一端； 開口朝下、垂直部分長度大約為1/4波長的倒U形的導(dǎo)電輻射元件被添加 到接地導(dǎo)體，其中，接地導(dǎo)體被布置在印刷電路板的、1/4波長導(dǎo)電輻射 元件和微帶線在其上相應(yīng)部分連接的表面的背側(cè)。水平極化天線具有以下 配置在與垂直極化天線的微帶線隔開大約0.1到0.3波長的距離、且向 上延伸至垂直極化天線的180度相位延遲電路的高度的部分處，與垂直極 化天線的微帶線并行地布置微帶線；各自長度大約為1/4波長的半圓弧形 狀的輻射元件被布置為使得其一端與印刷電路板的前側(cè)和背側(cè)上的微帶線 都相連接，從而允許圓弧部分的表面水平延伸，并使得其另一端被布置成 接近180度相位延遲電路。
2) —種雙極化天線，包括具有與1)相同配置的垂直極化天線和具有 以下配置的水平極化天線與1)的配置的情況一樣，在與垂直極化天線 的微帶線隔開大約0.1到0.3波長的距離、且向上延伸至1)的垂直極化天 線的180度相位延遲電路的高度的部分處，與垂直極化天線的微帶線并行 地布置微帶線；該微帶線朝向印刷電路板的側(cè)面并從與相位延遲電路相對 應(yīng)的部分起在水平方向上向印刷電路板的側(cè)面略微延伸；各自具有大約 1/5到1/3波長的長度的微帶線被布置為使得它們在向上和向下方向上從在 印刷電路板的下部開始延伸的微帶線岔開；并且各自具有大約1/4波長的 長度的多個半圓弧形狀的輻射元件被布置為使得其一端與印刷電路板的前 側(cè)和后側(cè)上的各自具有大約1/5到1/3長度的微帶線相連接，從而允許圓 弧部分的表面在水平方向上延伸，并使得其另一端被布置為接近垂直極化 天線的導(dǎo)電輻射元件。
3) 2)的雙極化天線的垂直極化天線的導(dǎo)電輻射元件的寬度被增大。
4) 以錐形方式增加2)和3)的雙極化天線的水平極化天線的半圓弧 輻射元件的一端的寬度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線由形成在印刷電路板上的垂直極 化天線和水平極化天線構(gòu)成。垂直極化天線具有以下配置微帶線從印刷電路板的下部開始沿印刷電路板的縱向延伸；長度為大約1/4波長的導(dǎo)電 輻射元件被布置在微帶線的一端；180度相位延遲電路串聯(lián)連接到該導(dǎo)電 輻射元件；長度大約為1/2波長的導(dǎo)電輻射元件被添加到相位延遲電路的 一端；并且開口朝下、垂直部分長度大約為1/4波長的倒U形的導(dǎo)電輻射 元件被添加到接地導(dǎo)體，其中，接地導(dǎo)體被布置在印刷電路板的、1/4波 長導(dǎo)電輻射元件和微帶線在其上相應(yīng)部分連接的表面的背側(cè)。水平極化天 線具有以下配置在與垂直極化天線的微帶線隔開大約0.1到0.3波長的 距離的部分處與垂直極化天線的微帶線并行布置微帶線；并且長度大約為 1/4波長的半圓弧形狀的輻射元件與微帶線相連接以使得圓弧部分的表面 在水平方向上延伸。
以下將參考附圖來詳細描述實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線是在使用MIMO技術(shù)的通信中采用的天線。 近年來，在使用WiMAX技術(shù)的通信系統(tǒng)中采用MIMO技術(shù)，并且通過采 用根據(jù)以下實施例的多波束天線，可有效地利用MIMO技術(shù)。
MIMO是這樣一種技術(shù)，該技術(shù)使用分別在發(fā)射側(cè)和接收側(cè)的多個天 線并使用多個不同傳播路徑來執(zhí)行信號傳輸從而增加傳輸速率。在這種情 況下，優(yōu)選的是分別在發(fā)射側(cè)和接收側(cè)使用的多個天線之間的相關(guān)性較 小。例如，在接收側(cè)使用兩個天線的情況下，它們被盡可能遠地相互隔 開，從而它們之間的相關(guān)性變小。
根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線是通過組合以下兩種天線來構(gòu)成的 一種是 垂直極化天線，另一種是水平極化天線。這兩種天線，即，垂直極化天線 和水平極化天線在理論上是相互不電耦合的，因而它們之間的相關(guān)性變得 極小。因此，雙極化天線被認為是最適合使用MIMO技術(shù)的通信的。
一般而言，在這兩種天線被相互接近地布置時，天線的輻射元件被使 得在物理上相互接近，從而使得很難調(diào)整阻抗匹配。但是，在這種情況 下，通過僅將與這兩種天線的水平極化和垂直極化輻射元件相對應(yīng)的部分 彼此接近地布置，同時將饋電部分及其饋電線部分保持相互遠離，可獲得 令人滿意的特性。
利用這種配置，具有不同極化性的兩個天線在水平面上形成了全向模
9式。其結(jié)果是，兩個天線之間的相關(guān)性變得極小。此外，因為兩個天線被 彼此接近地布置，所以可以減小整個天線的尺寸。
通過在使用分集技術(shù)或MIMO技術(shù)的通信中采用其間不存在相關(guān)性的 兩個天線，可以穩(wěn)定線路功率水平，從而提高線路質(zhì)量或傳輸速率。
圖1A到1D是示出根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第一實施例的配置圖。 圖1A是側(cè)面透視圖，圖1B是頂視圖，圖1C是前表面透視圖，圖1D是 后表面透視圖。
根據(jù)本實施例的天線包括布置在印刷電路板1上的天線10和20。
天線10由元件11、延遲元件12、元件13構(gòu)成，這些元件在印刷電 路板1上形成為導(dǎo)電圖案并且相互串聯(lián)連接。天線10與饋電線15相連 接。在印刷電路板1的后表面上，布置了形成為導(dǎo)電圖案的饋電線16。饋 電線15和16在印刷電路板1的前側(cè)和后側(cè)上成對，從而構(gòu)成微帶線。饋 電線16的上側(cè)寬度與饋電線15的寬度相當或略微大于饋電線15的寬度。 即，饋電線16在其上側(cè)差不多充當平衡傳輸線。饋電線16的寬度朝饋電 線16的下端以錐形方式變寬。g卩，饋電線16在其下側(cè)充當完全非平衡微 帶線。倒U形元件14與饋電線16的上端相連接。
元件13和14的寬度分別被設(shè)置為大約1/4波長，因而元件13和14 像套筒天線(sleeve antenna) —樣電操作。元件11的寬度被設(shè)置為大約 1/2波長，這樣在元件ll上分布了與元件13中的電流同相的電流。S卩，延 遲元件12的電氣寬度也被設(shè)置為大約1/2波長，使得穿過延遲元件12的 高頻電流在相位上被延遲180° ，從而元件11和13中的高頻電流的相位 變?yōu)橄嗤?。結(jié)果，從元件ll、元件13和元件14輻射的電波的相位在橫向 變?yōu)橄嗤?，從而輻射了在水平方向上具有全向模式的垂直極化電波。
天線20由各自形成為半圓弧形狀導(dǎo)電片的元件21和22、在印刷電路 板1的前表面上形成為導(dǎo)電圖案的饋電線23、以及在其后側(cè)形成為導(dǎo)電圖 案的饋電線24構(gòu)成。元件21和22分別通過焊接與饋電線23和24的上部 相連接。元件21和22相對于印刷電路板1水平地以成對方式布置，從而 從上看基本上呈現(xiàn)圓形形狀。饋電線23和24在印刷電路板1的前后兩側(cè) 上成對，以構(gòu)成微帶線。饋電線24的上側(cè)寬度與饋電線23的寬度相當或者略微大于饋電線23的寬度。S卩，饋電線24在其上側(cè)差不多充當平衡傳 輸線。饋電線24的寬度朝饋電線24的較低端逐漸增加。即，饋電線24在 其下側(cè)充當完全非平衡微帶線。
元件21和22分別具有大約1/4波長的長度，并且被配置為具有像通 過將水平耦極子繞成圓弧形狀而獲得的那樣的形狀。利用這種配置，可以 獲得全向水平極化輻射模式。
取決于所使用的波長，饋電線15和23相互隔開大約0.1到0.3波長的 距離。
圖2A到2D是示出根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第二實施例的配置圖。 圖2A是側(cè)面透視圖，圖2B是頂視圖，圖2C是前表面透視圖，圖2D是 后表面透視圖。
圖2A到2D所示的雙極化天線的配置與圖1A到1D所示的雙極化天 線的不同之處在于取代天線20而布置了天線30。天線30包括兩組成對元 件21和22。這兩組上側(cè)元件和下側(cè)元件分別通過形成在印刷電路板1的 前/后表面上的饋電線31而相互連接，并通過饋電線32和33而被導(dǎo)向印 刷電路板1的低端部分。即，通過饋電線31并行地向每對上側(cè)和下側(cè)元 件21和22饋電。上側(cè)和下側(cè)元件21之間的距離被設(shè)置為0.4到0.7波 長。當從饋電線31和32的接合處開始測量時，到上側(cè)或下側(cè)元件21的距 離是1/5到1/3波長。
圖3A到3D是示出根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第三實施例的配置圖。 圖3A是側(cè)面透視圖，圖3B是頂視圖，圖3C是前表面透視圖，圖3D是 后表面透視圖。
圖3A到3D所示的雙極化天線的配置與圖2A到2D所示的雙極化天 線的不同之處在于取代天線10布置了天線40。天線40與天線10的不同 之處在于分別取代元件11和13而使用了元件41和43。元件41和43在 它們中心部分的寬度比元件11和13的寬。通過增加元件的寬度，可獲得 寬帶特性。
圖4A到4D是示出根據(jù)本發(fā)明的雙極化天線的第四實施例的配置圖。 圖4A是側(cè)面透視圖，圖4B是頂視圖，圖4C是前表面透視圖，圖4D是后表面透視圖。
圖4A到4D所示的雙極化天線的配置與圖2A到2D所示的雙極化天 線的不同之處在于取代天線20布置了天線50。天線50與天線20的不同 之處在于分別取代元件21和22而使用了元件51和52。元件51和52的 一端的寬度以錐形方式朝上下兩個方向變寬。利用這種配置，可以獲得寬 帶特性。
本申請基于并要求按照巴黎公約的在先日本專利申請No.2007-104837 (于2007年4月12日提交)的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié) 合于此。
雖然已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是應(yīng)當了解，在不脫 離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種改變、 替換和替代。此外，發(fā)明人意圖保留所要求保護的本發(fā)明的所有等同物， 即使在審査期間權(quán)利要求經(jīng)過修改也是如此。
工業(yè)適用性
本發(fā)明可被用作使用WiMax或MIMO技術(shù)的基站天線或終端天線。
權(quán)利要求
1.一種雙極化天線，所述雙極化天線由形成在印刷電路板上且輻射兩種極化波的垂直極化天線和水平極化天線構(gòu)成，其特征在于所述垂直極化天線具有以下配置第一微帶線從印刷電路板的下部開始沿該印刷電路板的縱向延伸；第一導(dǎo)電輻射元件被布置在所述第一微帶線的一端；相位延遲電路串聯(lián)連接到所述第一導(dǎo)電輻射元件；第二導(dǎo)電輻射元件被添加到所述相位延遲電路的一端；并且第三導(dǎo)電輻射元件被添加到接地導(dǎo)體，所述接地導(dǎo)體被布置在所述印刷電路板的、所述第一導(dǎo)電輻射元件和第一微帶線在其上相應(yīng)部分連接的表面的背側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其特征在于 所述第一導(dǎo)電輻射元件的長度被設(shè)置為大約1/4波長。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其特征在于-所述相位延遲電路的相位延遲被設(shè)置為180° 。
4. 如權(quán)利要求l所述的雙極化天線，其特征在于 所述第二導(dǎo)電輻射元件的長度被設(shè)置為大約1/2波長。
5. 如權(quán)利要求l所述的雙極化天線，其特征在于 所述第三導(dǎo)電輻射元件具有開口朝下的倒U形狀。
6. 如權(quán)利要求l所述的雙極化天線，其特征在于所述水平極化天線具有以下配置第二微帶線被與所述垂直極化天線 的所述第一微帶線并行布置，并向上延伸至所述垂直極化天線的所述相位 延遲電路的高度；并且半圓弧形狀輻射元件在所述印刷電路板的前后兩側(cè)上與所述第二微帶線的一端相連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的雙極化天線，其特征在于 所述第二微帶線與所述第一微帶線隔開大約0. 1到0. 3波長的距離。
8. 如權(quán)利要求6所述的雙極化天線，其特征在于每個所述半圓弧形狀輻射元件具有長度為大約1/4波長的半圓弧形 狀，并且被布置為使得其一端連接到所述第二微帶線，以便使圓弧部分的 表面水平地延伸，并使得其另一端被布置為接近所述相位延遲電路。
9. 如權(quán)利要求1所述的雙極化天線，其特征在于所述水平極化天線具有以下配置第三微帶線被與所述垂直極化天線 的所述第一微帶線并行布置，向上延伸至所述垂直極化天線的所述相位延 遲電路的高度，朝向所述印刷電路板的側(cè)面并從與所述相位延遲電路相對 應(yīng)的部分開始向所述印刷電路板的側(cè)面略微水平延伸；具有相同長度的第 四和第五微帶線被布置為使得它們從所述第三微帶線開始在向上和向下兩 個方向上岔開；并且各自具有大約1/4波長的長度的半圓弧形狀輻射元件 被布置為使得其一端在所述印刷電路板的前后兩側(cè)上與所述第四和第五微 帶線相連接，以便使圓弧部分的表面在水平方向上延伸，并使得其另一端 被配置為接近所述垂直極化天線的導(dǎo)電輻射元件。
10. 如權(quán)利要求9所述的雙極化天線，其特征在于 所述第三微帶線與所述垂直極化天線的微帶線隔開大約0. 1到0. 3波長的距離。
11. 如權(quán)利要求9所述的雙極化天線，其特征在于-所述第五微帶線的長度被設(shè)置為大約1/5到1/3波長。
12. 如權(quán)利要求9所述的雙極化天線，其特征在于 所述垂直極化天線的所述導(dǎo)電輻射元件的寬度被增大。
13. 如權(quán)利要求9所述的雙極化天線，其特征在于所述水平極化天線的所述半圓弧輻射元件的一端的寬度以錐形方式增大。
全文摘要
提供了天線元件之間的相關(guān)性低的雙極化天線。雙極化天線是使用一印刷電路板由垂直極化天線和水平極化天線構(gòu)成從而輻射兩種極化波的天線。垂直極化天線特征在于包括從印刷電路板的下部起沿印刷電路板的縱向延伸的第一微帶線，被布置在微帶線一端的第一導(dǎo)電輻射元件，與微帶線串聯(lián)連接的相位延遲電路，被添加到相位延遲電路一端的第二導(dǎo)電輻射元件，以及被添加到第一導(dǎo)電輻射元件和第一微帶線連接表面的背側(cè)接地導(dǎo)體的第三導(dǎo)電輻射元件。
文檔編號H01Q21/24GK101542841SQ200880000349
公開日2009年9月23日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者倉本晶夫, 游佐宏行 申請人:日本電氣株式會社