具有非对称辐射图案的双极化喇叭天线的制作方法

背景技术：

1.技术领域

本公开内容总体上涉及电磁天线。更具体地，本公开内容涉及具有非对称或椭圆形辐射图案的喇叭型电磁天线。更具体地，方位角平面中的辐射图案与仰角平面中的辐射图案相比具有较宽的波束宽度，反之亦然，仰角平面中的辐射图案与方位角平面中的辐射图案相比具有较宽的波束宽度。

2.相关技术的描述

无线通信网络通常包括“主”节点，“主”节点被称为接入点或基站或enodeb(即，不同的无线技术使用不同的术语)，其中“主”节点正为被称为客户端站/终端或cpe(用户驻地设备)(也取决于特定技术)的多个“侧”节点服务。每个节点包括连接至合适天线的发射器。要求“主”节点天线具有特定的辐射图案，以用信号覆盖特定的地理区域。在地面网络的情况下，主节点天线被称为扇区天线，由于主节点天线在方位角平面中创建了作为围绕节点的圆形区域的一部分的角扇区。

通常需要扇区天线具有有特定波束宽度的角覆盖范围，但是在仰角平面中，波束应当窄很多。

近来，喇叭天线作为用于同时发送/接收两个正交极化信号的具有对称的圆形波束截面和双极化(水平和垂直)天线系统的扇区天线已经变得越来越流行。喇叭天线的主要好处是大幅减少或事实上消除了它们的辐射图案中的旁瓣，从而在降低密集部署时的干扰方面确保了优异的现场性能。

对于双线性极化(即，水平和垂直)喇叭天线，针对两个极化，实现具有等同形状的非对称辐射是一项困难的任务。为了在扇区覆盖范围内的每个点处提供相同的天线性能或无线网络的相同性能，在双线性(水平和垂直)极化天线中具有相同的波束形状是必要的。

技术实现要素：

本公开内容描述了针对水平极化和垂直极化两者等同地具有非对称辐射图案的新型双线性极化喇叭天线结构。

提供了一种针对两个极化等同地具有非对称辐射图案的双线性水平极化和垂直极化(h+v)的喇叭天线。喇叭天线形状沿纵轴不是旋转地对称的，并且因此其截面为卵形或矩形。当由较小的截面尺寸水平取向时，方位角平面中的辐射图案将具有较宽的波束宽度(即约60度)，而仰角平面中的辐射图案将具有较窄的波束宽度(即约15至20度)。关键特征在于，根据本公开内容，方位角平面中的截面具有在天线嘴部部分处比位于嘴部与喉部之间的外扩部分中的宽度或物理尺寸窄的宽度或物理尺寸，如图2和图8所示。喉部可以具有圆形截面形状，因此在天线的位于图1的右侧上的输入端口处形成了圆形波导。在一些实施方式中，喉部(a)可以具有不同的形状或截面，例如但不限于正方形或矩形形状。

一种具有多个非对称辐射图案的喇叭型电磁天线，其中，方位角平面中的第一辐射图案与仰角平面中的第二辐射图案相比具有较宽的波束宽度。

优选地，在一些实施方式中，第一辐射图案在约30度至约90度之间的范围内，并且第二辐射图案在约15度至约30度之间的范围内。更具体地，方位角平面中的辐射图案将具有较宽的波束宽度(即在一些实施方式中为约60度)，而仰角平面中的辐射图案将具有较窄的波束宽度(即在一些实施方式中为约15度至约20度)。

喇叭型电磁天线是双极化喇叭天线。该天线是双线性水平极化和垂直极化的喇叭天线，并且针对水平极化的第一辐射图案和针对垂直极化的第二辐射图案在形状上基本等同。

喇叭型电磁天线通常包括嘴部、喉部和设置在嘴部与喉部之间的至少一个锥形部分，其中，嘴部具有比锥形部分的宽度小的宽度。

附图说明

图1是天线的实施方式的透视图，其示出了方位角平面。

图2示出了图1的天线在方位角平面中的截面。

图3是图1的天线的透视图，其示出了仰角平面。

图4示出了图3的天线在仰角平面中的截面。

图5是图1的天线的侧视图。

图6示出了图5的天线在切割平面a-a中的截面。

图7是天线的实施方式的透视图，其示出了方位角平面。

图8示出了图7的天线在方位角平面中的截面。

图9是图7的天线的透视图，其示出了仰角平面。

图10示出了图9的天线在仰角平面中的截面。

图11是图7的天线的侧视图。

图12示出了图11的天线在切割平面a1-a1中的截面。

图13示出了针对水平极化的本公开内容的天线的辐射图案的形状的三维图示。

图14示出了图13的三维辐射图案在方位角平面中的顶视图。

图15示出了图13的三维辐射图案在仰角平面中的侧视图。

图16示出了针对水平极化的在本公开内容的天线的方位角平面中的极坐标图和辐射图案的形状。

图17示出了针对水平极化的在本公开内容的天线的仰角平面中的极坐标图和辐射图案的形状。

图18示出了针对垂直极化的本公开内容的天线的辐射图案的形状的三维图示。

图19示出了图18的三维辐射图案在方位角平面中的顶视图。

图20示出了图18的三维辐射图案在仰角平面中的侧视图。

图21示出了针对垂直极化的在本公开内容的天线的方位角平面中的极坐标图和辐射图案的形状。

图22示出了针对垂直极化的在本公开内容的天线的仰角平面中的极坐标图和辐射图案的形状。

在每个附图中，对多于一个附图所共有的部件或特征用相同的附图标记指示。

具体实施方式

图1是所公开的天线100的实施方式的透视图，其示出了穿过天线100的中心的方位切割平面110。天线100具有嘴部104和喉部101。

在图2中示出了穿过方位角平面110的天线100的截面。图2的最右侧的部分101是作为天线的圆形波导输入端口的具有圆形截面的天线的喉部区段a，喉部区段a具有内部宽度x或115。区段102表示外扩区域b，外扩区域b在其左侧处具有内部宽度y或120。区段103是锥形区段c，锥形区段c在其左侧处具有内部宽度z或125，其中，区段103延续至嘴部104或区段d。在一些实施方式中，天线的嘴部(d)可以定形状为任何通常使用的形状例如平滑的外扩，天线的嘴部(d)可以根据特定的要求包含波纹或扼流圈。

在一些实施方式中，尺寸115是36.6毫米(mm)，尺寸120是54.7(mm)，并且尺寸125是48.3(mm)。

针对本文所公开的天线的任何实施方式，宽度z始终小于宽度y，从而针对双线性极化特别是水平极化和垂直极化使得天线能够达到非常相似或等同的辐射图案。参见图13和图18，其分别示出了针对水平极化和垂直极化两者辐射图案的很大程度的相似性。对于y的任何给定的值，当z较小时，方位辐射图案变宽。宽度x始终小于宽度y。宽度x还始终小于宽度z。

图3示出了天线100，其中仰角切割平面130穿过天线100的中心，并且瞄准轴135也穿过天线100的中心。在一些实施方式中，天线100可以从如图3所示的取向绕轴135沿顺时针或逆时针方向转动90度，使得如图13至图22所示的辐射图案将反转。或者换句话说，在转动天线之后方位角平面中的辐射图案将变得与转动之前仰角平面中的辐射图案相同，并且在转动之后仰角平面中的辐射图案将变得与转动之前方位角平面中的辐射图案相同。在转动天线时，方位角平面中的辐射图案和仰角平面中的辐射图案将反转，但是针对水平极化和垂直极化两者将仍然基本等同，同时还保持非对称或椭圆形形状。意味着当转动90度时，方位中的辐射图案将比仰角平面中的辐射图案窄，并且因此具有非对称或椭圆形形状。

在图4中示出了穿过仰角平面130的天线100的截面。在该截面中示出了区段101至104或者换句话说区段a至d，并且区段101至104对应于以上如图2所示的区段101至104。在仰角平面中，天线在喉部与嘴部之间是外扩的，如图4、图5、图10和图11所示。

图5示出了图1的天线100的侧视图连同如以上图2和图4所述的区段101至104。切割平面a-a或轴140被示出为穿过天线100的中心。切割平面a-a或轴140在方位角平面上。

图6示出了从如图5所示的轴140或a-a截取的天线100的截面。示出了区段101至104连同如上所述的尺寸z、y和x。

图7是所公开的天线200的另一实施方式的透视图，其示出了方位切割平面210穿过天线200的中心。天线200具有嘴部205和喉部201。

在图8中示出了穿过方位角平面210的天线200的截面。图8的最右侧的区段201是作为天线的圆形波导输入端口的具有圆形截面的天线的喉部区段a，喉部区段a具有内部宽度x或215。区段202表示外扩区域b，外扩区域b在其左侧处具有内部宽度y或220。区段203表示另一区域e，另一区域e在其左侧处也具有内部宽度y或220。区段204是锥形区段c，锥形区段c在其左侧处具有内部宽度z或225，其中，区段204延续至嘴部205或区段d。

在一些实施方式中，尺寸215是36.6(mm)，尺寸220是53.6(mm)，并且尺寸225是45.1(mm)。

在一些实施方式中，在区段e中使天线的内部区段具有恒定尺寸y可以在天线频率范围内对天线参数的稳定性具有积极影响。换句话说，在一些实施方式中，波束宽度和天线增益在天线的频率范围内不变化。此外，其可以有助于针对天线的两个极化实现等同的辐射参数。当波具有足够长的具有恒定尺寸(例如，在本实施方式中的尺寸y)的波导部分时，在波导中行进的波趋于稳定，并且然后不失真地行进穿过波导。

在一些实施方式中，区段b和e中的内部宽度y可以彼此等同、更大或更小，并且通常这些区段的数目可以比图8中示出的数目多。在一些实施方式中，天线的嘴部(d)可以定形状为任何通常使用的形状例如平滑的外扩，天线的嘴部(d)可以根据特定的要求包含波纹或扼流圈。

如上所述，宽度z始终小于宽度y，从而针对双线性极化特别是水平极化和垂直极化使得天线200能够达到非常相似或等同的辐射图案。参见图13和图18，其分别示出了针对水平极化和垂直极化两者辐射图案的很大程度的相似性。对于y的任何给定的值，当z较小时，方位辐射图案变宽。宽度x始终小于宽度y。宽度x还始终小于宽度z。

在一些实施方式中，如图2和图8所示的尺寸x，或者换句话说，馈电波导的直径决定了下限截止频率。具有比下限截止频率低的频率的任何电磁波不会传播穿过波导。增加x也增加了可以传播的最低频率。

图9示出了天线200，其中仰角切割平面230穿过天线200的中心，并且瞄准轴235也穿过天线200的中心。在一些实施方式中，天线200可以从如图9所示的取向绕轴235沿顺时针或逆时针方向转动90度，使得如图13至图22所示的辐射图案将反转。或者换句话说，在转动天线之后方位角平面中的辐射图案将变得与转动之前仰角平面中的辐射图案相同，并且在转动之后仰角平面中的辐射图案将变得与转动之前方位角平面中的辐射图案相同。在转动天线时，方位角平面中的辐射图案和仰角平面中的辐射图案将反转，但是针对水平极化和垂直极化两者将仍然基本等同，同时还保持非对称或椭圆形形状。意味着当转动90度时，方位中的辐射图案将比仰角平面中的辐射图案窄，并且因此具有非对称或椭圆形形状。

在图10中示出了穿过仰角平面230的天线200的截面。在该截面中示出了区段201至205或者换句话说区段a、b、e、c和d，并且区段201至205对应于以上如图9所示的区段201至205。

图11示出了图7的天线200的侧视图连同如以上图8和图10所述的区段201至205。切割平面a1-a1或轴240被示出为穿过天线200的中心。切割平面或轴240在方位角平面上。

图12示出了从如图11所示的轴240或a1-a1截取的天线200的截面。示出了区段201至205连同如上所述的尺寸z、y和x。如图2、图6、图8和图12所描绘的，区段c中的宽度z比区段b或e中的锥形部分的宽度y小，或者换句话说，在方位角平面中，在设置在喉部x与区段c中的尺寸z之间的锥形部分y之前存在区段c中的外扩部分。

图13示出了在轴x、y和z上针对水平极化的本公开内容的天线的辐射图案的形状的三维图示300。示出了如由轴y和z限定的仰角平面301连同如由轴x和z限定的方位角平面302。

图14示出了图13的三维辐射图案300的形状在方位角平面302中的顶视图。在一些实施方式中，根据需要方位角平面中的波束宽度可以在30度至90度、30度至45度、30度至60度的范围内或者可以为30度、45度、60度或90度。

图15示出了图13的三维辐射图案300的形状在仰角平面301中的侧视图。

图16示出了针对水平极化的本公开内容的天线的方位角平面302中的辐射图案300的极坐标图和形状。根据如所示的引导线310和315测量波束宽度320。在图上的天线增益为-6db的点处测量引导线310和315。这两条引导线之间的角度或波束宽度320为60度。

图17示出了针对水平极化的本公开内容的天线的仰角平面301中的辐射图案300的极坐标图和形状。根据如所示的引导线325和330测量波束宽度335。在图上的天线增益为-6db的点处测量引导线325和330。这两条引导线之间的角度或波束宽度335为20度。

图18示出了针对垂直极化的本公开内容的天线的辐射图案的形状在轴x、y和z上的三维图示400。示出了如由轴y和z限定的仰角平面401连同如由轴x和z限定的方位角平面402。

图19示出了图18的三维辐射图案400的形状在方位角平面402中的顶视图。在一些实施方式中，根据需要方位角平面中的波束宽度可以在30度至90度、30度至45度、30度至60度的范围内或者可以为30度、45度、60度或90度。

图20示出了图18的三维辐射图案400的形状在仰角平面401中的侧视图。

图21示出了针对水平极化的本公开内容的天线的方位角平面402中的辐射图案400的极坐标图和形状。根据如所示的引导线410和415测量波束宽度420。在图上的天线增益为-6db的点处测量引导线410和415。这两条引导线之间的角度或波束宽度420为60度。

图22示出了针对垂直极化的本公开内容的天线的仰角平面401中的辐射图案400的极坐标图和形状。根据如所示的引导线425和引导线430测量波束宽度435。在图上的天线增益为-6db的点处测量引导线425和430。这两条引导线之间的角度或波束宽度435为20度。

在一些实施方式中，当根据-6db标记测量时，针对水平极化和垂直极化两者，波束宽度彼此之间的差异不超过1db。如图16和图21所示，当根据-6db标记测量时，针对水平极化和垂直极化两者的方位波束宽度均测量为60度。类似地，如图17和图22所示，当根据-6db标记测量时，针对水平极化和垂直极化两者，仰角波束宽度均测量为20度。因此，尽管对于将方位波束宽度与仰角波束宽度进行比较，辐射图案为非对称或椭圆形，但是针对水平极化和垂直极化两者当比较对应的方位波束宽度和对应的仰角波束宽度时，辐射图案也具有等同或基本等同的波束宽度或波束特性。

还应当注意，本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”等来修饰各种元件。除非特别说明，否则这些修饰词不会暗示所修饰元件的空间、次序或分层顺序。

尽管已经参照一个或更多个示例性实施方式描述了本公开内容，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适合本公开内容的教导。因此，意在本公开内容不限于作为构想到的最佳模式公开的特定实施方式，而是本公开内容将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。