高增益和宽频带互补天线的制作方法
【专利摘要】高增益和宽频带互补天线。公开了一种天线，该天线包括与至少一个短路贴片天线连接的至少一个偶极子以及至少两个天线馈源。
【专利说明】高增益和宽频带互补天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天线，特别是一种用于传送和接收无线电频率信号的适配天线，但本发明不限于此。这样的天线也可被用作构造天线阵列的天线元件。
【背景技术】
[0002]在现代无线通信的基站天线的设计中一般有两个重点，也就是操作带宽和增益。有更广泛带宽的基站天线可能覆盖更多频率信道、增加信道容量及提高制造公差。另一方面，构造天线阵列是提高增益最简单和有效的方法。如果阵列元件的增益增加了 3db，对于同样的总增益，阵列元件的总数能减少一半，因此减少了阵列天线的大小。所以，提供宽频带和高增益特性的天线元件是重要的。有几个已知的提高带宽和增益的方法。然而，大多这类技术不能同时使用。另外，即使天线元件同时是宽频带的和高增益的，结构也通常是非常复杂或庞大的。
[0003]因而本发明的目的是提供一种减少上述缺点或者至少提供一种可用的可供商业和公众选择的天线和天线阵列。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种天线，该天线包括与至少一个短路的贴片天线连接的至少一个偶极子以及至少两个天线馈源。
[0005]根据本发明的第二方面，提供了一种由多个天线形成的天线阵列，其中至少一个天线包括与至少一个短路贴片天线连接的至少一个偶极子及至少两个天线馈源。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中:
[0007]图1A是显示了根据本发明的天线的电偶极子的电流方向的示意图；
[0008]图1B是显示了如图1A所示的天线的磁偶极子的电流方向的示意图；
[0009]图2A是根据本发明的实施方式在宽带模式中的天线的透视图；
[0010]图2B是图2A的天线的俯视图；
[0011]图2C是图2A的天线的主视图；
[0012]图3显示了针对图2A的天线的频率的测量和模拟的驻波比(SWR)；
[0013]图4显示了针对图2A的天线的频率的测量和模拟的增益；
[0014]图5A至图5H显示了图2A的天线的测量和模拟的辐射图；
[0015]图6A是根据本发明的又一实施方式的在高增益模式的天线的透视图；
[0016]图6B是图6A的天线的俯视图；
[0017]图6C是图6A的天线的主视图；
[0018]图7显示了针对图6A的天线的频率的测量和模拟的SWR ；
[0019]图8显示了针对图6A的天线的频率的测量和模拟的增益；[0020]图9A至图9F显示了图6A的天线的测量和模拟的辐射图；
[0021]图1OA和图1OB显示了根据本发明的又一实施方式的、具有不同形状的平面偶极子的天线；
[0022]图1lA和图1lB显示了根据本发明的附加实施方式的折叠式天线；
[0023]图12A至图12C显示了根据本发明可以在天线中采用的各种形状的馈電探针；
[0024]图13A至图13C显示了根据本发明可以在天线中采用的各种形状的接地平面；以及
[0025]图14A和图14B显示了仍根据本发明的又一实施方式的双极化天线的配置。【具体实施方式】
[0026]图1A和图1B显示了根据本发明的实施方式的天线的构造的基本原则。更特别地，图1A和图1B显示了具有电短路的平面偶极子12和贴片天线14的双馈电互补天线，一般标记为10。这类导致了极好的电性能的宽带天线的组合，包括低反向辐射、低交叉极化、对称的辐射模式、在频率带宽上的高增益和稳定的辐射模式。
[0027]在这个实施方式中，天线10有两个天线馈源，位于图2A中虚线点标记的位置A和位置B，并且相位为同相。许多平衡一不平衡变压器的设计都能够被用作天线馈源，诸如同轴平衡一不平衡变压器、耦合线平衡一不平衡变压器和Marchand (玛春德巴伦)平衡一不平衡变压器。
[0028]如图1A和图1B所示，每个天线馈源生成一个电偶极子O:或?)和一个磁偶极子(M或M)。两个天线馈源的幅度 是相同的(? = ? = ；?且= 因为在天线10中有两个放到适当位置的馈电源，所以能有效地产生两个电偶极子和两个磁偶极子。他们的辐射(2J + 2M )将被翻倍并且获得比传统的磁电偶极子天线高3db的增益。
[0029]根据本发明的实施方式，图2A至图2C显示了天线的各种视图，该天线一般标记为50。天线50通过将矩形平面偶极子52 (具有由金属板形成的偶极子贴片52a，52b)连接至短路贴片天线54 (包括接地平面56a，以及一对相互平行并且相互分隔开的金属板56b、56c)的开口端形成,并具有用于减少后瓣(back lobe reduction)位于短路贴片天线54之下的大金属平面58。偶极子52经由所述两个金属板56b、56c与短路贴片天线54连接。短路贴片天线54的接地平面56a与偶极子贴片52a、52b及大金属平面58平行，且与一对金属板56b、56c垂直。
[0030]短路贴片天线54的接地平面56a为H形并且电连接或物理连接到大金属平面58。根据短路贴片天线54的接地平面56a与大金属平面58的连接类型，大金属平面58可以是接地平面或反射板。如果大金属平面58和短路贴片天线54的接地平面56a相互电连接，则大金属平面58是接地平面。另一方面，如果大金属平面58和短路贴片天线54的接地平面56a物理连接而不是电连接，则大金属平面58是反射板。H形的接地平面56a在大金属平面58以上并与其分隔开H2的距离,超小型版本(SubMiniature version) A (SMA)连接器60用于在H形接地平面56a和大金属平面58之间支持和提供电连接。
[0031]在本实施方式中，偶极子52的每一侧具有宽度P1和长度D1, D1大约为0.25 λ μ其中λ。是天线50的中心频率的自由空间波长。短路贴片天线54具有Ht的高度，大约
0.18 λ 0Ο对于宽带操作，短路贴片天线54的两个板56b、56c的距离Ps接近0.1 λ 0,而偶极子52和短路贴片天线54的宽度P1应大约是0.64 λ QO如天线的后瓣要小于_20dBi (或者比20dB更大的前后比)，大金属平面58的大小能够被调整并且优选地大约为I λ。乘以I λ 0。
[0032]天线50具有两个源且他们位于图2Α中的位置A和位置B。在这个天线50中，Marchand平衡一不平衡变压器被用作天线馈源。馈电组件由三个部分组成，即一对L形带62、T形接合微带线64及H形的接地平面56a。所有这三个部分由金属和/或导电材料构成。两个L形带62电连接至T形接合微带线64，并且他们都位于H形的接地平面56a之上。两个L形带62和T形接合微带线64 (联合形成馈电网络)以及H形的接地平面56a被基底65分隔开，诸如空气或某些其他介电材料。
[0033]接地平面56a具有一对伸长板66，在他们的中部彼此结合并且在伸长板66的每一纵端通过槽68彼此隔开。每一 L形带62具有在H形的接地平面56a上与所述槽68重叠的部分，并且这些组合的每一个组合都形成了天线馈源。天线50的馈电位置位于点F。每个源都是一个变压器平衡-不平衡转换器，该一个变压器平衡一不平衡转换器能够在图2B中C1和C2的H形槽68的宽度方向以最小的损耗和相等的平衡阻抗提供精确的180°相移。
[0034]由两个L形带62和T形接合微带线64组合的馈电网络的形状是一对镜像的gamma形带。天线50的阻抗是典型的50 Ω。T形接合微带线64因此被设计有采用50 Ω的输入端口和采用100 Ω的两个输出端口。在X方向和y方向，两个L形带62的长度能够向天线50提供感抗和容抗(电抗)，并且他们最优为100 Ω。
[0035]以下表1A和IB显示了如图2A至图2C所示的天线50的参数的示例性尺寸(采用mm以及依据λ。)。
[0036]表 IA
[0037]
【权利要求】
1.一种天线，该天线包括与至少一个短路贴片天线连接的至少一个偶极子以及至少两个天线馈源。
2.根据权利要求1所述的天线，其中每个所述天线馈源是一个变压器平衡一不平衡转换器。
3.根据权利要求2所述的天线，其中两个所述变压器平衡一不平衡转换器相互同相。
4.根据权利要求2所述的天线，其中每一个所述变压器平衡一不平衡转换器在操作中被匹配以生成一个电偶极子和一个磁偶极子。
5.根据权利要求1所述的天线，其中所述至少两个天线馈源具有相同的幅度和相位。
6.根据权利要求1所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线包括两个金属板和一个接地平面。
7.根据权利要求6所述的天线，其中所述金属板实质上垂直于所述接地平面。
8.根据权利要求6所述的天线，其中所述接地平面实质上平行于所述至少一个偶极子。
9.根据权利要求6所述的天线，其中所述至少一个偶极子经由所述两个金属板与所述至少一个短路贴片天线连接。
10.根据权利要求 1所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线电连接至金属接地平面。
11.根据权利要求10所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线的所述接地平面与所述金属接地平面隔开。
12.根据权利要求1所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线被物理连接至金属反射板。
13.根据权利要求12所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线的所述接地平面与所述金属反射板隔开。
14.根据权利要求1所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线的所述接地平面具有两个伸长板，所述两个伸长板通过实质上该两个伸长板的中间部位相互连结并在该两个伸长板的每一纵端或邻近该两个伸长板的每一纵端通过槽彼此隔开。
15.根据权利要求14所述的天线，其中所述至少一个短路贴片天线的所述接地平面为大致H形。
16.根据权利要求14所述的天线，其中每个所述伸长板为大致矩形、三角形、多边形或T形。
17.根据权利要求10所述的天线，其中每个所述天线馈源包括T形接合微带线、一对L形带和所述至少一个短路贴片天线的所述金属接地平面。
18.根据权利要求17所述的天线,其中所述一对L形带连接至所述T形接合微带线。
19.根据权利要求17所述的天线，其中所述一对L形带和所述T形接合微带线与所述至少一个短路贴片天线的所述金属接地平面隔开。
20.根据权利要求17所述的天线，其中所述T形接合微带线和所述L形带通过介电材料层与所述至少一个短路贴片天线的所述金属接地平面隔开。
21.根据权利要求17所述的天线，其中每一个所述L形带的一部分与所述至少一个短路贴片天线的所述接地平面的一个所述槽交叉。
22.根据权利要求1所述的天线，其中所述至少一个偶极子是平面的或者折叠的。
23.根据权利要求1所述的天线，其中所述天线包括十字形接地平面、四个偶极子贴片、一个在所述十字形接地平面上的馈线、以及一个在所述十字形接地平面之下的馈线。
24. 一种由多个天线构成的天线阵列，所述多个天线中的至少一个天线是根据权利要求I所述的天线。
【文档编号】H01Q19/10GK103682588SQ201210501087
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】陈志豪, 黄衡, 黎孝华, 苏国勤, 陆贵文, 薛泉 申请人:香港城市大学