專利名稱：雙極化多頻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的一種雙極化多頻帶天線。
雙極化多頻帶天線用于發(fā)射(或接收)兩個(gè)線性正交的極化信號(hào)，它們例如可以是垂直及水平定向的。但在實(shí)踐中，尤其這樣的應(yīng)用場(chǎng)合有意義，其中極化部分相對(duì)垂直方向(或相對(duì)水平方向)+45°及-45°地定向。在雙極化多頻帶天線的情況下，天線工作在至少兩個(gè)頻帶中，這兩個(gè)頻帶通常具有兩個(gè)相距遠(yuǎn)的中心頻率。這里上中心頻率至少為下中心頻率的1.5倍。
在這種大頻帶距離的情況下，通常使用兩個(gè)在空間上彼此分開(kāi)布置的天線組件或天線陣列，即用于在一個(gè)頻帶范圍(頻帶)中發(fā)射或接收及在另一頻帶范圍中發(fā)射或接收。
雙極化天線本身是公知的。它用于同時(shí)地發(fā)送或接收兩個(gè)正交的極化信號(hào)。其中這種輻射裝置例如可由偶極，槽，平面輻射單元或所謂轉(zhuǎn)接輻射器形式的多個(gè)單元組成，它們譬如已由EP 0 685 900 A或公開(kāi)文獻(xiàn)“天線，第二部分，圖書(shū)學(xué)會(huì)，曼海姆/維也納/蘇黎世，1970年，第47至50頁(yè)”公知。在偶極結(jié)構(gòu)中優(yōu)先采用交叉布置的偶極(十字偶極)或雙偶極布置，它在俯視圖中具有一個(gè)方形結(jié)構(gòu)(偶極方陣)。
雙極化天線還由譬如WO 98/01923公知。
雙極化天線也還由出版物“雙頻轉(zhuǎn)接天線”，IEEE AP雜志，第13頁(yè)公知。其中描述了使用不同轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)的雙極化多頻帶天線，但它具有一系列的缺點(diǎn)。例如典型地，對(duì)于兩個(gè)極化信號(hào)的去耦不足。所述的實(shí)施形式僅在水平/垂直極化方向上才能實(shí)現(xiàn)。它通過(guò)簡(jiǎn)單的措施不能實(shí)現(xiàn)具有+45°/-45°定向的多重陣列裝置。
還具有對(duì)于各頻率范圍使用兩個(gè)上下分開(kāi)布置的天線的其它公知的天線形式。
最后，由DE-A1 362 079公知了一種微帶天線，不過(guò)它適用于在僅具有一個(gè)極化方向的兩個(gè)頻率范圍中輻射信號(hào)。該天線結(jié)構(gòu)不僅具有低的增益，而且用這種天線可實(shí)現(xiàn)的輻射圖不能用于陣列天線，這也表明了它的缺點(diǎn)。
相應(yīng)地，本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)立一種雙極化、尤其是所謂X極化多頻帶天線，它能避免上述缺點(diǎn)。它還應(yīng)能至少在兩個(gè)相隔足夠遠(yuǎn)的頻率范圍中工作。此外它能有利地具有兩個(gè)極化方向之間很好的去耦。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)將按照在權(quán)利要求1及2中給出的特征來(lái)解決。本發(fā)明的有利構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的雙極化多頻帶天線具有至今未料到的優(yōu)點(diǎn)及特征。這些優(yōu)點(diǎn)不僅涉及到去耦，帶寬，靈敏度，而且涉及到天線的靈活性。根據(jù)本發(fā)明的天線的特點(diǎn)在于，它具有至少一個(gè)偶極方陣類型的十字偶極形狀的輻射組件，它位于一個(gè)反射器的前面及它能以在兩個(gè)彼此正交地定向的雙極化方向上工作，即它們通常優(yōu)先選取相對(duì)垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。該偶極方陣形式的輻射組件可工作在一個(gè)較低頻率范圍中。但根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在設(shè)有另外的偶極，用于以雙極化方向工作在第二較高頻帶中，其中另外的偶極被設(shè)置在偶極方陣內(nèi)。此外，另外的偶極最好構(gòu)成十字偶極。在此情況下，這些偶極單元平行或垂直于偶極方陣的偶極單元，即也具有在X天線情況下的相對(duì)垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。
在本發(fā)明的另一種構(gòu)型中設(shè)計(jì)了用于較低頻帶并同時(shí)作為所謂對(duì)稱部分工作的偶極的相應(yīng)支架被這樣地構(gòu)型和/或布置和/或定尺寸，即在較高頻率范圍中不會(huì)出現(xiàn)任何諧振或是在較高頻率范圍中至少不會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的諧振。
被表明有利的還有偶極離反射器或反射器平面的高度依據(jù)與對(duì)其分配的頻率相關(guān)的波長(zhǎng)來(lái)算不大于一個(gè)波長(zhǎng)。有利的值在相應(yīng)工作波長(zhǎng)的1/8至1/2的區(qū)間中。
在根據(jù)本發(fā)明的天線中出人意料的是，它一方面是寬帶的及另一方面在兩個(gè)極化方向之間有很好的去耦合。它的主要特點(diǎn)在于，借助根據(jù)本發(fā)明的天線可以保證兩個(gè)輻射組件的水平半值帶寬無(wú)論在較低頻帶范圍還是在較高頻帶范圍是相同或幾乎相同的，即基本上大小相等。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的天線不僅具有偶極方陣及設(shè)在其中的十字偶極，而且根據(jù)一種天線陣型式具有多個(gè)這樣的方偶極及設(shè)在各個(gè)方偶極中的另外偶極、并最好以十字偶極形式構(gòu)成時(shí)，尤其能體現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。在這種實(shí)施形式中尤其可以作出在用于發(fā)射及接收較低頻帶的兩個(gè)偶極方陣之間設(shè)置另一個(gè)用于發(fā)射較高頻帶的另一輻射組件。
但是這另一輻射組件最好不是構(gòu)成十字偶極，而是同樣構(gòu)成偶極方陣。
以下將借助附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖為

圖1根據(jù)本發(fā)明的雙極化多頻帶天線的一個(gè)實(shí)施例的概要俯視圖；圖2平行于反射器的一個(gè)概要側(cè)視圖；圖3圖1及圖2中所給出實(shí)施例的概要透視圖；圖4具有組合成一個(gè)陣列的多個(gè)天線組件的一個(gè)變型實(shí)施例；圖5相對(duì)圖4的一個(gè)變型實(shí)施例；圖6根據(jù)圖5實(shí)施例的一個(gè)俯視圖；及圖7根據(jù)圖5及6的實(shí)施例的一個(gè)側(cè)視圖。
在圖1及2中給出了一個(gè)雙極化多頻帶天線的反射器的概要俯視圖及平行于它的反射器方向的側(cè)視圖，該天線包括用于第一頻率范圍的第一輻射組件1及用于第二頻率范圍的第二輻射組件3。
這兩個(gè)輻射組件1,3被設(shè)置在一個(gè)反射器5的前面，后者在圖示實(shí)施例中構(gòu)成約為方形。該反射器是導(dǎo)電的。在反射器的背面具有一個(gè)饋入網(wǎng)絡(luò)，在該饋入網(wǎng)絡(luò)上第一及第二輻射組件被分開(kāi)地電連接。其中第一輻射組件1由多個(gè)偶極1a組成，即在圖示實(shí)施例中由四個(gè)偶極1a組成，它們被布置成一個(gè)偶極方陣。這些偶極1a通過(guò)所謂的對(duì)稱部分7被機(jī)械地保持在反射器或位于反射器后的板上及通過(guò)所述的饋入網(wǎng)絡(luò)形成電連接，即被饋入信號(hào)。
在圖示的實(shí)施例中，該反射器板本身在水平的輻射方向上具有一個(gè)垂直于反射器板平面15并升高到一定高度上的一個(gè)反射器邊緣6,由此能以有利的方式影響輻射圖。
第一輻射組件的偶極單元的長(zhǎng)度是這樣地確定的，即通過(guò)它可以發(fā)射或接收與一個(gè)較低頻率范圍相應(yīng)的電磁波。通過(guò)偶極單元的正交定向由此以公知的方式產(chǎn)生了一個(gè)雙極化天線。在該實(shí)施例中偶極1a的定向是相對(duì)垂直方向(或同樣相對(duì)水平方向)成一個(gè)+45°及-45°的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并構(gòu)成一種被簡(jiǎn)稱為X極化的天線。
在根據(jù)偶極方陣構(gòu)成的第一輻射組件1中現(xiàn)在設(shè)有第二輻射組件3。在圖示的實(shí)施例中該第二輻射組件3不是構(gòu)成偶極方陣，而是構(gòu)成一個(gè)十字偶極的形狀。兩個(gè)彼此正交布置的偶極3a同樣通過(guò)其配屬的對(duì)稱部分9被機(jī)械地保持在反射器或位于反射器后的板上及被饋電信號(hào)。
該第二輻射組件3工作在一個(gè)較高頻率范圍中，在圖示的實(shí)施例中該較高頻率的中心頻率約為第一輻射組件1的較低中心頻率的兩倍。借助這種布置將在兩個(gè)頻率范圍中產(chǎn)生出約60°的水平半值帶寬，并同時(shí)達(dá)到相對(duì)不同的±45°極化方向的高去耦值。但同樣可設(shè)想一個(gè)類似結(jié)構(gòu)，它不使用X形定向的，而采用一種垂直/水平的定向，其中一個(gè)偶極單元1a或3a水平地定向，及正交的偶極單元對(duì)其垂直地定向。
如從根據(jù)圖2的側(cè)視圖可清楚地看到的，無(wú)論是第一還是第二輻射組件1,3被布置在反射器5前面一段距離上，并且在不同的距離上。偶極在反射器上面的高度應(yīng)不大于所屬工作頻率的工作波長(zhǎng)，最好不大于所屬工作波長(zhǎng)的一半。但該距離優(yōu)選為大于所屬工作波長(zhǎng)的1/16，尤其大于所屬工作波長(zhǎng)的1/8。
出人意料的是，盡管采用了輻射組件相互拼入的重疊結(jié)構(gòu)，即其中第一輻射組件由一個(gè)偶極方陣組成及第二輻射組件優(yōu)選地由一個(gè)十字偶極組成，這樣構(gòu)成的天線卻具有優(yōu)異的特性。對(duì)于兩個(gè)頻率范圍的兩種輻射組件得到了彼此類似的始未料及的輻射圖，對(duì)此可能的解釋主要在于，第一輻射組件的偶極單元1a對(duì)于第二輻射組件3起到反射器的作用。
由圖4表示出一個(gè)擴(kuò)展的雙極化多頻帶天線，它給出具有更高天線增益值的一個(gè)實(shí)施例。
對(duì)此，需要將根據(jù)圖1至3所述的多個(gè)偶極結(jié)構(gòu)相應(yīng)級(jí)聯(lián)地布置。在圖示的實(shí)施例中，這樣構(gòu)成的雙極化多頻帶天線由兩個(gè)借助圖1至3所描述的天線結(jié)構(gòu)組成，其中各輻射組件彼此也以±45°的方向定向，及這兩個(gè)在圖1中單獨(dú)給出的天線結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展方向是在垂直方向中上下地布置。同樣地，這些天線組件也可在水平的擴(kuò)展方向上被組裝成一個(gè)天線陣列。最后，也可將多個(gè)天線組件以多個(gè)行及列的方式相互側(cè)向及上下級(jí)聯(lián)地布置。
在這樣形成的每個(gè)用于較低頻率范圍的第一輻射組件1之間的中間空間中將填放用于較高頻率范圍的相應(yīng)輻射組件結(jié)構(gòu)，即放置附加的第二輻射組件3’。換言之，在圖示的實(shí)施例中，在一個(gè)反射器板的前面布置了兩個(gè)輻射組件1及一個(gè)具有偶極單元3b的第二輻射組件3。這樣形成的天線具有高的垂直方向的增益，其中這兩個(gè)輻射組件可達(dá)到相同的約60°水平方向的半值帶寬。
最后借助圖5的實(shí)施例表示布置在第一輻射組件1中的輻射組件3可以不同于設(shè)置在第一輻射組件1之間中間空間中的第二輻射組件3’。因?yàn)橛蓤D4及5可以看出，在圖4中被布置在兩個(gè)輻射組件1之間的附加輻射組件3由一個(gè)十字偶極、即一個(gè)十字形狀的偶極結(jié)構(gòu)組成，而在根據(jù)圖5的實(shí)施例中則由一個(gè)偶極方陣、即具有偶極單元3b的一個(gè)通常類似偶極方陣的偶極結(jié)構(gòu)3”組成。通過(guò)它們的精細(xì)適配及調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)較高及較低的頻率范圍的輻射結(jié)構(gòu)半值帶寬的更好平衡。
權(quán)利要求
1．雙極化多頻帶天線,具有至少一個(gè)輻射組件(1)，后者具有彼此正交布置的偶極(1a)，用于發(fā)射或接收具有兩個(gè)線性正交極化方向的電磁波，其中偶極單元(1a)按照一個(gè)偶極方陣的型式構(gòu)成，它位于一個(gè)反射器(5)的前面，其中偶極單元(1a)最好相對(duì)垂直方向以+45°及-45°的方向定向；及具有另一個(gè)用于發(fā)射或接收與第一頻帶范圍相隔遠(yuǎn)的頻帶范圍的輻射組件，其特征在于具有以下特征-對(duì)于較高頻率范圍設(shè)置的另一第二輻射組件(3)在該天線的俯視圖中被布置在第一輻射組件(1)的偶極方陣的內(nèi)部，-第二輻射組件(3)由彼此正交定向的偶極單元(3a)組成，-第二輻射組件(3)的偶極單元(3a)平行或垂直于一個(gè)偶極方陣形式的第一輻射組件(1)的偶極單元(1a)地定向，及-較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
2．雙極化多頻帶天線，用于發(fā)射和/或接收兩個(gè)頻帶范圍中的具有兩個(gè)線性正交極化方向的電磁波，具有以下特征-具有一個(gè)偶極方陣型式第一天線裝置(1)，它包括彼此正交布置的偶極(1a)，-具有一個(gè)第二天線裝置(3)，它包括彼此正交布置的偶極(3a)，它在根據(jù)偶極方陣型式構(gòu)成的第一天線裝置(1)的內(nèi)部與其同心地布置，及-第一及第二天線裝置(1,3)被布置在一個(gè)反射器(5)的前面，其特征在于還具有以下特征-第二天線裝置(13)由一個(gè)十字偶極(3)組成，-十字偶極(3)的偶極(3a)平行或垂直于第一天線裝置(1)的偶極(1a)地定向，及-較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的雙極化天線，其特征在于偶極單元(1a,3a)在反射器(5)上面的高度或最大距離小于各偶極單元(1a,3a)所配屬的工作波長(zhǎng)，最好小于工作波長(zhǎng)的一半。
4．根據(jù)權(quán)利要求1,2或3的雙極化天線，其特征在于偶極單元(1a,3a)在反射器(5)上面的最小距離等于或大于所屬工作波長(zhǎng)的1/16，優(yōu)選地大于所屬工作波長(zhǎng)的1/8。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)的雙極化天線，其特征在于為較低頻帶設(shè)置的天線裝置(1)的偶極單元(1a)的支架被這樣地定尺寸和/或構(gòu)型和/或傾向，即在較高頻率范圍中的工作與諧振無(wú)關(guān)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的雙極化天線，其特征在于第一天線裝置(1)的偶極單元(1a)的支架通過(guò)所屬偶極單元(1a)的對(duì)稱部分構(gòu)成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)的雙極化天線，其特征在于該天線這樣地構(gòu)成，即偶極單元(1a,3a)與垂直于反射器(5)的并通過(guò)第一天線裝置(1)的偶極方陣的角放置的平面形成對(duì)稱的布置。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)的雙極化天線，其特征在于多個(gè)天線裝置(1)及布置在其中的第二天線裝置(3)在擴(kuò)展方向上、最好在垂直擴(kuò)展方向上彼此上下地設(shè)置在一個(gè)反射器(5)的前面。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的雙極化天線，其特征在于在兩個(gè)相鄰的第一天線裝置(1)之間的中間空間(15)設(shè)有另一第二天線裝置(3’,3”)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的雙極化天線，其特征在于設(shè)在中間空間(15)中的另一第二天線裝置(3’)由一個(gè)十字偶極組成。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的雙極化天線，其特征在于設(shè)在中間空間(15)中的第二天線裝置(3”)以一個(gè)偶極方陣的型式構(gòu)成。
全文摘要
一種改進(jìn)的雙極化多頻帶天線,具有第一及第二輻射組件(1,3),各用于發(fā)射或接收一個(gè)第一頻帶及一個(gè)與其相隔開(kāi)的第二頻帶中的一個(gè),其特征在于具有以下特征:對(duì)于較高頻率范圍設(shè)置的另一第二輻射組件(3)在該天線的俯視圖中被布置在第一輻射組件(1)的偶極方陣的內(nèi)部;第二輻射組件(3)由彼此正交定向的偶檢單元(3a)組成;第二輻射組件(3)的偶極單元(3a)平行或垂直于一個(gè)偶極方陣形式的第一輻射組件(1)的偶極單元(1a)地定向;及較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
文檔編號(hào)H01Q5/00GK1303528SQ99806591
公開(kāi)日2001年7月11日 申請(qǐng)日期1999年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者M·格特爾, R·加布里爾, G·克林格爾 申請(qǐng)人:凱特萊恩工廠股份公司