专利名称：天线元件，探测器；间隔器，天线和与多个装置通信方法
技术领域：
本发明的各个方面涉及天线元件、用于天线的近耦合馈电探测器；用于天线的电介质间隔器；天线(可以是单频带或多频带)以及与多个装置通信的方法。本发明优选但不仅仅使用于与多个地面移动装置进行通信用的基站天线。
背景技术：
在某些无线通信系统中，使用单频带阵列天线。但在许多现代无线通信系统网络中，运营商希望在现有移动通信系统和新系统中都能提供服务。在欧洲，GSM和DCS1800系统已共存，还希望与这些系统并行地操作新的第三代系统(UMTS通用移动通信系统)。在北美，网络运营商希望并行地操作AMPS/NADC、PCS和第三代系统。
作为这些系统在不同频带中的操作，对于每一频带都需要各自的辐射元件。为了对每个系统提供专用天线，在各站点都需要无法接受的大量天线。因此，期望提供一种具有可用于所有希望频带的一种结构的紧凑型天线。
用于蜂窝通信系统的基站天线一般采用阵列天线，以便允许进行辐射图形控制，特别是向下倾斜。由于阵列的窄带特性，期望对于各频率范围分别提供各自的阵列。当天线阵列叠置于单个天线结构中时，辐射元件必须排列在各阵列的物理几何限度内，同时使辐射元件之间的不希望的电相互作用最小。
US2003/0052825A1描述了一种双频带天线，其中环形环辐射对于地面通信容量来说的全向“环形(doughnut)”图形，内圆平板产生在期望的SATCOM频率下朝向极点的单波瓣。
WO99/59223描述了一种具有与高频交叉偶极子叠置的三个低频平板(patch)行的双频带微带阵列。附加高频交叉偶极子也被装配于低频平板之间。寄生板(sheets)安装在交叉偶极子下面。
Guo Yong-Xin，Luk Kwai-Man，Lee Kai-Fong在IEEE Transactionson Antennas and Propagation，Vol.49，No.1，pp 19-21，January 2001的“L-Probe Proximity-Fed Annular Ring Microstrip Antennas”中描述了一种单频带、单极化天线。L形探测器延伸过环的中心，因而对于双极化馈电装置来说，不能与其它L形探测器组合。
发明内容
第一示例性实施例提供一种用于与多个地面移动装置进行通信的多频带基站天线，该天线包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件；和与低频环元件叠置的高频元件。
高频元件可位于环的孔中而不会引起遮蔽问题。并且，可用元件之间的寄生耦合来控制高和/或低频波束宽度。
优选地，低频环元件的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。对于规定的外径，相对低的b/a比值可使环中心的可用空间最大化，以设置高频带元件。
天线可以是单极化的，或者，优选为双极化的。
典型地，高频元件和低频环元件实质上同心地叠置，尽管也可以是非同心的结构。
典型地，高频元件具有外周，低频环元件具有内周，当在垂直于天线的平面中观看时，所述内周完全围绕着高频元件的外周。这使遮蔽效应最小。
天线可用于与多个地面移动装置通信的方法中，该方法包括使用环元件以低频带与所述装置的第一组进行通信；和使用与环元件叠置的高频元件，以高频带与所述装置的第二组进行通信。
通信可以是单向的，或者，优选双向通信。
典型地，环元件通过具有第一半功率波束宽度的第一波束通信，高频元件通过具有第二半功率波束宽度的第二波束通信，第二波束宽度与第一波束宽度之差不大于50％。这可与其中波束宽度实质上不同的US2003/0052825A1相对比。
另一个示例性实施例提供一种多频带天线，该天线包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件；和与低频环元件叠置的偶极子元件。该天线可用于与多个装置通信的方法中，该方法包括使用环元件以低频带与所述装置的第一组进行通信；和使用与环元件叠置的偶极子元件，以高频带与所述装置的第二组进行通信。
我们已发现偶极子元件特别适于与环组合使用。偶极子元件具有相对小的面积(当在垂直于环的平面中观看时)，伸出环的平面，它们都可减小元件间的耦合。
另一个示例性的实施例提供一种天线元件，该元件包括环、和一个或更多个从环伸出的馈电探测器，其中环和馈电探测器由一个部件形成。
形成为一个部件可以容易和廉价地制造环和馈电探测器。典型地，各馈电探测器在环的周边与环相接。这允许馈电探测器和环可容易地由一个部件形成。
另一个示例性的实施例提供一种天线元件，该元件包括环；和具有耦合部的馈电探测器，耦合部与环邻近地设置，使得馈电探测器与环电磁耦合，其中馈电探测器的耦合部具有内侧面，当从垂直于环的平面观看时，在环的内周内不能看见该内侧面。
该方案提供了一种紧凑的结构，特别适于在双极化天线中使用，和/或与在环内周与环叠置的高频元件一起使用。电磁耦合探测器由于可调节探测器与环之间接近的程度，因而优于常规的直接耦合探测器。
典型地，元件还包括第二环，第二环与第一环相邻地设置，以使第二环与所述第一环电磁耦合。这可改善天线元件的带宽。
另一个示例性的实施例提供一种双极化天线元件，该元件包括环；和两个或更多个馈电探测器，各馈电探测器具有耦合部，与环邻近地设置耦合部，以使馈电探测器与环电磁耦合。
另一个示例性的实施例提供一种天线馈电探测器，该馈电探测器包括馈电部；和固定于馈电部的耦合部，耦合部具有第一和第二相对的侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，在使用中，其与天线元件邻近地设置，使得馈电探测器与天线元件电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，耦合部的第一侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，耦合部的第二侧面呈现凸形。
这种类型的探测器特别适于与环元件结合使用，元件的“凹-凸”几何形状使该元件可与环对准而不会突出环内周或外周。在一个实例中，耦合部是弯曲的。在另一个实例中，耦合部为V形。
另一个示例性的实施例提供一种多频带天线，该天线包括两个或更多个组件，各组件包括低频环元件和与低频环元件叠置的高频元件。
环元件的紧凑特性使组件中心接近地隔开，同时在组件之间保护足够的空间。这使附加元件，例如填隙高频元件可位于阵列中各相邻组件对之间。寄生环可与各填隙高频元件叠置。寄生环提供与高频带元件类似的环境，高频带元件可改善绝缘及允许对各高频元件进行相同阻抗调谐。
另一个示例性的实施例提供一种多频带天线，该天线包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件和与低频环元件叠置的高频元件，其中低频环元件具有非圆形的内周。
成形为非圆形的内周以确保用于高频元件的足够间隙，而不会引起遮蔽效应。这能够使环的内周具有低于高频元件最大直径的最小直径。
另一个示例性的实施例提供一种微带天线，该天线包括接地面；与接地面通过空气间隙隔开的辐射元件；具有耦合部的馈电探测器，耦合部与环邻近地设置，使得馈电探测器与环电磁耦合；和设置于辐射元件与馈电探测器之间的电介质间隔器。
该方案与常规近馈电微带天线相比，在基板的相对侧面上设置辐射元件和馈电探测器。可容易地改变间隔器的尺寸，来控制探测器与辐射元件之间的耦合度。
另一个示例性的实施例提供一种电介质间隔器，该间隔器包括间隔器部分，其结构可以保持馈电探测器与辐射元件之间的最小间隔；和支撑部分，其结构可连接辐射元件与接地面，其中支撑部分和间隔器部分形成为一个部件。
由一个部件形成间隔器部分和支撑部分可使间隔器容易并且廉价地制备。
包含于说明书中且作为其一部分的附图展示本发明的实施例，结合上述本发明的概括说明和以下给出的实施例的详细描述，用于说明本发明的原理。
图1展示单个天线组件的透视图；图1a展示穿过PCB部分的剖面图；图2a展示微带环形环(MAR)的平面图；图2b展示MAR的透视图；图2c展示MAR的侧视图；图3a展示交叉偶极子(CDE)元件的透视图；图3b展示第一偶极子部件的正视图；图3c展示第一偶极子部件的后视图；图3d展示第二偶极子部件的正视图；图3e展示第二偶极子部件的后视图；图4展示双组件的透视图；图5展示天线阵列的透视图；图6a展示带有寄生环的天线阵列的平面图；图6b展示图6a的阵列的透视图；
图7a展示寄生环的平面图；图7b展示寄生环的侧面图；图7c展示寄生环的端视图；图7d展示寄生环的透视图；图8展示使用单个辐射元件的天线的透视图；图9A展示供选择的探测器的端视图；图9B展示探测器的侧视图；图9C展示探测器的平面图；图10展示正方形MAR的平面图；图11展示可包含正方形MAR的天线阵列；图12展示天线的等角图；图13展示天线一端的平面图；图14展示夹持固定器的端视图；图15展示夹持固定器的侧视图；图16展示夹持固定器的平面图；图17展示夹持固定器的第一等角图；图18展示夹持固定器的第二等角图；图19展示MAR的侧视图；图20展示MAR的顶部等角视图；图21展示MAR的底部等角视图；图22展示单频带天线；和图23展示与多个地面移动装置进行通信的双频带天线。
具体实施例方式
图1示出单个天线组件1，天线组件包括单低频微带环形换(MAR)2和在MAR2中居中的一个高频交叉偶极子元件(CDE)3。MAR2和CDE3被安装在印刷电路板(PCB)上。该PCB包括其上载有与MAR2耦合的微带馈线网络5的基板4，和与CDE3耦合的微带馈线网络6。如图1a(为PCB的局部剖面图)所示，基板4的另一面上载有接地面7。在图2a-c和图3a-f中分别示出MAR2和CDE3。
参照图2a-c，MAR2包括上环10、下环11和四个T形探测器12a、12b。由具有引脚13和一对臂15的单个T形金属件形成各T形探测器12a、12b。将引脚13向下弯折90度来形成短截线14，，短截线14通过PCB中的通孔，然后焊接到馈线网络5上。引脚13和短截线14一起构成馈电部，且臂15一起构成耦合部。参照图1，每个臂15都具有其远端远离馈电部50、内侧面51和外侧面52以及与下环11容性耦合的上表面53。臂15相对于环沿圆周延伸，具有与下环11的外周相同的曲率中心。因此，当垂直于上表面53观看时，外侧面52为凸形，当垂直于上表面53观看时，内侧面51为凸形。
T形探测器的臂15与下环11容性耦合，而下环11又与上环10容性耦合。环10、11和T形探测器12a、12b分别被穿过T形探测器的臂15和下环11中的孔的塑料间隔器16分隔。间隔器16按照搭扣配合(snap fit)装入孔中，并具有与下面参照图17所述的臂122类似的结构。
异相驱动T形探测器12a，以在第一极化方向上提供横跨环的平衡馈电，异相驱动T形探测器12b，以在垂直于第一极化方向的第二极化方向上提供横跨环的平衡馈电。
使用电磁(或近)耦合馈电探测器的优点在于(相对于进行直接导电连接的直接耦合馈电探测器来说)可调节在下环11与T形探测器之间的耦合度，以达到调谐的目的。也可以通过改变元件之间的距离(调节间隔器16的长度)和/或通过改变T形探测器的臂15的面积来调节耦合度。
从图1和2c可知，在上环10、下环11、T形探测器的臂15、PCB之间存在空气间隙。在第一供选择的近耦合装置(未示出)中，通过提供单环作为在两层基板外表面上的涂层，也可没有空气间隙地构成MAR。在基板两层之间设置近耦合微带短截线馈线，在两层基板的相对的外表面上设置接地面。可是，图1和2a-2c中所示的优选实施例具有优于该供选择实施例的多个优点。首先，具有增加T形探测器的臂15与下环11之间距离的能力。在该供选择的实施例中，只有增加基板厚度才能实现该功能，并且不能无限地增加。第二，可由金属板压制环10和11，这是一种廉价的制造方法。第三，由于使T形探测器的引脚13离开了接地面7，因而通过调节引脚13的长度，便可容易地改变接地面与环10、11之间的距离。已发现通过增加该距离可改善天线的带宽。
在第二供选择的近耦合装置(未示出)中，MAR可具有单环11或一对叠置环10、11，和用L形探测器代替T形探测器。L形探测器的引脚类似于T形探测器的引脚13，但只有向环中心径向延伸的单个耦合臂。第二供选择的实施例享有与第一供选择的实施例相同的三个优点。但是，采用径向延伸的L形探测器，由于耦合臂内边缘之间的干扰，因而难以围绕双极化馈电的环设置多个L形探测器。L形探测器的内部件还减小了CDE3的可用体积。
应该指出，如图2a所示，当在垂直于环的平面图中观看时，在环的内周内不能看到T形探测器臂的凹形内侧面51。这使该中心容积(即，环内周的投影容积，投射到接地面)可以用来安装CDE。它还确保T形探测器间隔开，以使干扰最小。
T形探测器臂15的“凹-凸”形状与下环的形状一致，从而使耦合区域最大并留出中心容积。
上环10有比下环11更大的外径(尽管在供选择的实施例中它较小)。但各环的内径和形状相同。特别是，环的内周为具有四个按90度间隔形成的凹口19。各凹口19具有一对直的且成一定角度的侧壁17和底部18。如图1和图6a的平面图可知，CDE3的直径大于环的最小内径。设置凹口19能够使环的内径最小，同时对CDE3的臂提供足够的间隙(clearance)。使环的内径最小可使性能得到改善，特别是高频性能。
下环11的最小外径为b，最大内径为a，比值b/a大约为1.36。上环12的最小外径为b′，最大内径为a′，比值b′/a′大约为1.40。该比值可以改变但一般低于10，优选低于2.0，最好低于1.5。较低的b/a比值使用于定位CDE的中心容积最大。
参照图3a-e，由三个部件形成CDE3，即第一偶极子部件20、第二偶极子部件21和塑料定位固定部件22。第一偶极子部件包括形成有向下延伸的窄缝24的绝缘PCB23。PCB23的正面载有短截线馈线25，PCB23的背面载有偶极子辐射元件，该辐射元件包括一对偶极子引脚26和臂27。第二偶极子部件21与第一偶极子部件20的结构类似，只是具有向上延伸的窄缝28。通过对偶极子部件20、21一起开窄缝，然后安装固定部件22，确保偶极子部件保持以直角锁定，组装CDE3。
PCB23具有一对插入PCB4中的窄缝(未示出)的短截线29。馈线25具有在要焊接到微带馈线网络6的一端上形成的焊盘30。
MAR2的小覆盖区域防止CDE3的遮蔽。通过使CDE3在MAR2中居中，提供对称的环境，使得高频带的端口-端口绝缘良好。以平衡的方式驱动MAR，可对低频带提供端口-端口的良好绝缘。
图4中示出双天线组件35。双天线组件35包括如图1所示的组件1。邻近组件1安装附加的高频CDE36。微带馈线网络6如所示那样延伸以对CDE36馈电。CDE36可以与CDE3相同。作为选择，为了调谐的目的，可调节CDE36的谐振尺寸(例如调节偶极子臂长度、高度等)。
作为用作建筑物内部移动无线通信网络的部件的天线，可使用图1中所示的一个组件，或图4中所示的双组件。但在绝大多数外部基站应用中，优选图5中所示形式的阵列。图5的阵列包括一行五个双天线组件35，各组件35与图4中所示的组件相同。为了简化，在图5中省略了PCB。馈线与馈线5、6类似，只是被延长以一起驱动组件。
根据要求的天线增益规范，可考虑不同的阵列长度。为了保持阵列均匀和避免光栅瓣，在CDE之间设置的间隔是MAR之间间隔的一半。
在使用中，沿垂直线安装组件35。在没有MAR的情况下，CDE的方位半功率波束宽度为70-90度。MAR使CDE的方位半功率波束宽度变窄至50-70度。
图6a和6b中示出供选择的天线阵列。该阵列与图5中所示的阵列类似，只是增加了附加的寄生环40。图7a-d中详细示出一个寄生环40。环40由单张压制的金属板形成，包括带有四个引脚42的圆形环41。在环内周环与各引脚的连接处形成凹槽(未标识)。这使得引脚42可容易地向下弯折90度成为所示构形。引脚42在其远端形成有短截线(未标识)，短截线将被装入PCB中的孔(未示出)中。与T形探测器的引脚13相比，寄生环40的引脚42不焊接到馈电网络5，尽管它们可以焊接到接地面7。因此，环40用作“寄生”元件。提供寄生环40，意味着CDE36周围的环境与CDE3周围的环境相同，或至少类似。寄生环40的外径小于MAR的外径，以将寄生环固定到可用空间。可是，内径可以相似，以提供相容的电磁环境。
图8中示出另一种天线。该天线包括单个辐射环45(结构与图7a-7d中所示的寄生环40相同)。环引脚46与PCB48上的馈电网络47耦合。与图6a和6b中的环40(用作寄生元件)相比，图8中所示的45直接与馈电网络耦合并由此用作辐射元件。
在环45与PCB48之间提供空气间隙。在供选择的实施例(未示出)中，可用电介质材料填充空气间隙。
图9A-9C中示出供选择的电磁探测器60。探测器60可作为对图1和2中所示T形探测器的替代品。探测器60具有馈电部分，馈电部分由带有短截线62的引脚61和相对于引脚61呈90度弯曲的臂63。从臂63延伸出六个弯曲的耦合臂，各臂具有远端64，凹形内侧面65，凹形外侧面66和上耦合平面67。尽管图9A-9C中示出六个耦合臂，在供选择的实施例中可只提供四个臂。在这种情况下，在图9C的等价图中探测器将呈现H形。
图10中示出供选择的天线组件70。与图1的圆形MAR相比，组件70具有带正方形内周72和正方形外周73的正方形MAR71。用形成有馈电引脚(未示出)和从馈电引脚端部延伸的一对臂74的T形探测器代替图1和2的实施例中所示的T形探测器。臂74是直的，与凹形外侧面75和凸形内侧面76一起形成V形。CDE76(与图1的CDE3相同)与环61共中心地叠置，其臂延伸到正方形内周72的对角线角落。
图11中示出由组件70的阵列形成的天线。在组件70之间设置填隙(interstitial)高频带CDE77。尽管在图11中只示出三个组件，但可使用任何其它个数的组件(例如图5中所示的五个组件)。
图12和13中示出供选择的多频带天线100。与图5的天线相同，天线100提供低互调的宽频带操作，和辐射元件具有相对小的覆盖区域。天线100可以较低成本制备。
铝板托盘提供平面反射器101和一对带有角度的侧壁102。在反射器101的正面上载有五个双频带组件103，背面上载有PCB104(未示出)。通过穿过反射器101中的孔105的塑料铆钉(未示出)，将PCB固定于反射器101的背面。可选择地，也可用双面胶带将PCB固定到反射器上。与反射器101的背面接触的PCB的正面载有连续的铜接地面层。PCB的背面载有馈电网络(未示出)。
同轴馈电电缆(未示出)穿过侧壁102中的电缆孔111、112和反射器101中的电缆孔113。同轴电缆的外导体被焊接到PCB铜接地面层。中心导体通过PCB中的馈电孔114到达其背面侧，在此焊接到馈电轨迹上。为了展示的目的，在图13中可见馈电网络的一个馈电轨迹110。可是，应注意实际上在图13的平面图中馈电轨迹110是不可见的(由于其被设置于PCB的反面)。
移相器(未示出)安装于移相器托盘115上。托盘115具有沿托盘各侧面的长度延伸的侧壁。侧壁被折叠成为C形并拧紧固定于反射器101。
与图1、4和8的结构(其中馈电网络面对辐射元件，没有插入屏蔽)相比，反射器101和PCB铜接地面提供了可减小馈电网络与辐射元件之间不希望的耦合的屏蔽。
各双频带组件103与图4中所示的组件35类似，因此下面只说明不同之处。
用四个介质夹持固定器120将环形环和MAR的T形探测器隔开地装配于反射器上，图14-18中详细示出一个夹持固定器120。
首先参照图17的透视图，夹持固定器120有一对支撑引脚121、一对间隔器臂22和一个L形主体部分123。参照图15，各支撑引脚121的端部载有一对弹簧夹123，各弹簧夹具有肩部124。各间隔器臂122分别具有一对下、中和上凹槽128、129和130。与各对凹槽邻接地设置一对下、中和上截头圆锥体接线夹125、126和127。各臂还具有可使接线夹128-130向内弯曲的一对开口131、132。一对片簧133在引脚121之间向下延伸。夹持固定器120被形成为注塑模制迭尔林TM乙缩醛树脂(DelrinTMacetal resin)单个部件。主体部分123形成有开口134来减小壁厚度。这有助于注塑模制处理。
各组件103包括图19-21中详细示出的MAR。应指出为了清楚起见，从图19-21中省略CDE。MAR组装如下。
将间隔器臂穿过T形探测器中的一对孔(未示出)，各T形探测器分别连接到各自的夹持固定器上。间隔器臂122的下接线夹125向内弯曲并弹回，将T形探测器牢固地固定于下凹槽128中。
MAR包括下环140和上环141。各环都有八个孔(未示出)。下环140中的孔比上环141中的孔大。这使间隔器臂的上接线夹127容易穿过下环中孔。由于下环140被向下推到间隔器臂上，孔的侧面与向内弯曲然后弹回的中接线夹126啮合，以牢固地将环固定于中凹槽129中。以类似方式将上环141向下推进上凹槽130中，通过接线夹127，接线夹127弹回以在原位牢固地固定上环。
在组装之后，将各夹持固定器的支撑引脚121重新固定到反射器101的孔(未示出)中，将T形探测器143焊接到馈电网络上，从而将MAR安装于板上。当弹簧夹子123弹回原位时，将反射器101固定于弹簧夹子的肩部124与引脚121的底面之间。通过片簧133的作用来进行任何松驰，片簧133而对反射器101施加拉力，将肩部124压紧反射器。
夹持固定器120容易制备，被形成为单一部件。在凹槽128-130之间的精确间隔使得元件之间的距离可以被准确控制。支撑引脚121和主体部分123对元件提供相对刚性的支撑结构，将振动能量从T形探测器与PCB之间的焊接连接处转移开。
图22中示出另一个供选择的天线。图22的天线与图12的天线相同，只是天线是单频带天线，仅有MAR辐射元件(没有高频CDE)。在单频带天线中不需要图22中所示双频带天线的某些特征(例如MAR的成形的内周，反射器中用于CDE的孔)，因而在实际中可以省略。
图23中示出上述多频带天线的典型应用领域。基站90包括天线杆(mast)91和多频带天线92。天线92以低频带向低频带操作的地面移动装置95发送下行链路信号93，接收来自低频带操作的地面移动装置95的上行链路信号94。天线92还以低频带向高频带操作的移动装置98发送下行链路信号96，接收来自高频带操作的移动装置98的上行链路信号97。可以独立地改变高频带和低频带波束的下倾(downtilt)。
在优选实例中，低频带辐射器有足够的宽频带，能够在806-960MHz之间的任何波长频带下操作。例如低频带可以是806-869MHz、825-894MHz或870-960MHz。类似地，高频带辐射器有足够的宽频带，能够在1710-2170MHz之间的任何波长频带下操作。例如高频带可以是1710-1880MHz、1850-1990MHz或1920-2170MHz。可是，应该知道根据预定的应用，也可以使用其它频带。
与常规低频带辐射器元件相比，可在其最低谐振模式(TM11)下操作的MAR的相对紧凑特性使MAR可有间隔地相对接近地在一起。这改善了天线性能，尤其是当高和低频带元件的波长比相对高时。例如图12的天线可以以大于2.1∶1的频率比操作。CDE和MAR具有2∶1的间隔比。按波长来看，在各频带的中频下，CDE间隔0.82λ且MAR间隔0.75λ。这样，中频之间的比值为2.187∶1。在频带的高点，CDE间隔0.92λ且MAR间隔0.81λ(高点频率之间的比值为2.272∶1)。
尽管通过其实施例的描述已展示了本发明，尽管已详细说明了这些实施例，但申请人的目的并不是要将所附权利要求的范围限制或界定到这些细节。
例如可用平板件或“行波”元件代替CDE。
MAR、寄生环40或单辐射环45可以是方形、菱形或椭圆形环(或任何期望的环几何形状)，来代替圆形环。优选地，由导电材料的连续环形成环(可以制备成单个部件，也可以不制备成单个部件)。
尽管所展示的辐射元件都是双极化元件，但作为选择，也可以使用单极化元件。例如与图1和12中所示的使用四个探测器的双极化结构相反，可仅由环相对侧面上的单对探测器驱动单辐射环45。
并且，尽管展示了平衡的馈电结构，但也可以以非平衡方式驱动元件。例如可仅由单个探测器，而不是环相对侧面上的一对探测器驱动MAR或单环45的各极化。
本领域的技术人员将容易明白其它优点和改进。因此，本发明的更宽方面不限于这些具体细节、代表性的装置和方法和所展示的实例。因此，背离这些细节也不会背离申请人总的发明构思的实质或范围。
权利要求
1.一种用于与多个地面移动装置进行通信的多频带基站天线，该天线包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件；和与低频环元件叠置的高频元件。
2.如权利要求1的天线，其中低频环元件的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。
3.如权利要求1的天线，其中低频元件是双极化元件，高频元件是双极化元件。
4.如权利要求1的天线，其中低频环元件是微带环元件。
5.如权利要求1的天线，其中高频元件和低频环元件实质上同心地叠置。
6.如权利要求1的天线，其中高频元件具有外周，低频环元件具有内周，当在垂直于天线的平面中观看时，所述内周完全围绕着高频元件的外周。
7.一种通信系统，包括按照权利要求1的天线的网络。
8.与多个地面移动装置通信的方法，该方法包括使用环元件以低频带与所述装置的第一组进行通信；和使用与环元件叠置的高频元件，以高频带与所述装置的第二组进行通信。
9.如权利要求8的方法，其中与所述第一和第二装置的所述通信是双向通信。
10.如权利要求8的方法，其中所述环元件通过具有第一半功率波束宽度的第一波束通信，所述高频元件通过具有第二半功率波束宽度的第二波束通信，第二波束宽度与第一波束宽度之差不大于50％。
11.如权利要求8的方法，其中所述环元件通过具有小于120°的第一半功率波束宽度的第一波束通信，所述高频元件通过具有小于120°的第二半功率波束宽度的第二波束通信。
12.如权利要求11的方法，其中第二半功率波束宽度小于90°。
13.一种多频带天线，包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件；和与低频环元件叠置的偶极子元件。
14.如权利要求13的天线，其中偶极子元件是交叉偶极子元件。
15.如权利要求13的天线，其中低频环元件的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。
16.如权利要求13的天线，其中低频元件是双极化元件，高频元件是双极化元件。
17.如权利要求13的天线，其中低频环元件是微带环元件。
18.如权利要求13的天线，其中高频元件和低频环元件实质上同心地叠置。
19.如权利要求13的天线，其中高频元件具有外周，低频环元件具有内周，当从垂直于天线的平面观看时，所述内周完全围绕着高频元件的外周。
20.一种通信系统，包括按照权利要求13的天线的网络。
21.与多个装置通信的方法，该方法包括使用环元件以低频带与所述装置的第一组进行通信；和使用与环元件叠置的偶极子元件，以高频带与所述装置的第二组进行通信。
22.一种天线元件，包括环、和一个或更多个从环延伸出的馈电探测器，其中环和馈电探测器由一个部件形成。
23.如权利要求22的天线元件，其中环位于平面中，馈电探测器从环的平面伸出。
24.如权利要求22的天线元件，其中通过弯折馈电探测器，使其离开环的平面，来形成各馈电探测器。
25.如权利要求22的天线元件，其中通过压制一个金属板来形成该一个部件。
26.如权利要求22的天线元件，其中各馈电探测器在环的周边与环相接。
27.如权利要求26的天线元件，其中周边是环的内周。
28.如权利要求22的天线元件，其中各馈电探测器在形成于环周边的凹槽与环相接。
29.如权利要求22的天线元件，其中环的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。
30.如权利要求22的天线元件，其中环为双极化元件。
31.一种天线，包括一个或更多个按照权利要求22的天线元件。
32.一种通信系统，包括按照权利要求31的天线的网络。
33.制造按照权利要求22的天线元件的方法，该方法包括用一个部件形成环和馈电探测器。
34.如权利要求33的方法，其中环位于平面中，通过弯折馈电探测器，使其离开环的平面，来形成各馈电探测器。
35.如权利要求33的方法，其中通过压制一个金属板材来形成环和馈电探测器。
36.一种天线元件，包括环；和具有耦合部的馈电探测器，耦合部与环邻近地设置，使得馈电探测器与环电磁耦合，其中馈电探测器的耦合部具有内侧面，当从垂直于环的平面观看时，在环的内周内不能看见该内侧面。
37.如权利要求36的天线元件，其中馈电探测器包括馈电部；和连接于馈电部的耦合部，耦合部具有内侧面和相对的外侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，其与环邻近地设置，使得馈电探测器与环电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，内侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，外侧面呈现凸形。
38.如权利要求37的天线元件，其中耦合部包括两个或更多个从馈电部延伸的臂，各臂具有第一和第二相对侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，其与环邻近地设置，使得馈电探测器与环电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，第一侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，第二侧面呈现凸形。
39.如权利要求36的天线元件，其中内和外侧面是弯曲的。
40.如权利要求37的天线元件，其中馈电部包括与耦合面成一角度设置的馈电引脚。
41.如权利要求37的天线元件，其中馈电部和耦合部由一单件材料形成。
42.如权利要求36的天线元件，其中馈电探测器的耦合部相对于环在圆周方向上延伸。
43.如权利要求36的天线元件，其中环具有一对通过内周边缘和外周边缘连接的主面，馈电探测器与环的一个主面电磁耦合。
44.如权利要求36的天线元件，其中馈电探测器的耦合部邻近于环的第一侧面，和其中该元件还包括第二馈电探测器，第二馈电探测器具有邻近于环的第二侧面的耦合部，使得第二馈电探测器与环的所述第二侧面电磁耦合。
45.如权利要求44的天线元件，其中环的第一侧面与环的第二侧面相对。
46.如权利要求44的天线元件，其中环的第一侧面与环的第二侧面邻近。
47.如权利要求36的天线元件，包括在馈电探测器与环之间的空气间隙。
48.如权利要求36的天线元件，其中耦合部围绕环在圆周方向延伸。
49.如权利要求36的天线元件，还包括第二环，第二环与第一环相邻地放置，以使第二环与所述第一环电磁耦合。
50.如权利要求36的天线元件，其中环的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。
51.一种天线，包括一个或更多个按照权利要求36的天线元件。
52.一种通信系统，包括按照权利要求51的天线的网络。
53.一种多频带天线，包括两个或更多个组件的阵列，各组件包括低频环元件和与低频环元件叠置的高频元件。
54.如权利要求53的天线，其中低频环元件的最小外径为b，最大内径为a，其比值b/a小于1.5。
55.如权利要求53的天线，其中低频环元件是双极化元件，高频元件是双极化元件。
56.如权利要求53的天线，其中低频环元件是微带环元件。
57.如权利要求53的天线，其中高频元件和低频环元件实质上同心地叠置。
58.如权利要求53的天线，其中高频元件具有外周，低频环元件具有内周，当在垂直于天线的平面中观看时，所述内周完全围绕着高频元件的外周。
59.如权利要求53的天线，包括在阵列中位于各对相邻组件之间的一个或更多个填隙高频元件。
60.如权利要求53的天线，其中基本上按直线排列组件。
61.如权利要求53的天线，其中仅由一行所述组件构成阵列。
62.如权利要求53的天线，其中低频环元件具有基本上圆形的外周。
63.如权利要求53的天线，包括沿天线轴间隔开的两个或更多个主组件的阵列，各主组件包括低频环元件和与低频环元件叠置的高频元件；和两个或更多个辅助组件，各辅助组件位于各相邻主组件对之间，包括填隙高频元件。
64.如权利要求53的天线，其中该或各辅助组件包括与填隙高频元件叠置的寄生环。
65.一种通信系统，包括按照权利要求53的天线的网络。
66.一种天线馈电探测器，包括馈电部；和连接于馈电部的耦合部，耦合部具有第一和第二相对的侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，在使用中，其与天线元件邻近地设置，使得馈电探测器与天线元件电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，耦合部的第一侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，耦合部的第二侧面呈现凸形。
67.如权利要求66的天线馈电探测器，其中耦合部包括从馈电部延伸的两个或更多个臂，各臂具有第一和第二相对侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，在使用中，其与天线元件邻近地设置，使得馈电探测器与天线元件电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，各臂的第一侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，各臂的第二侧面呈现凸形。
68.如权利要求67的天线馈电探测器，其中耦合部包括从馈电部延伸的四个或更多个臂，各臂具有第一和第二相对侧面，其远端远离馈电部；和耦合面，在使用中，其与天线元件邻近地设置，使得馈电探测器与天线元件电磁耦合，其中当垂直于耦合面观看时，各臂的第一侧面呈现凸形，和当垂直于耦合面观看时，各臂的第二侧面呈现凸形。
69.如权利要求66的天线馈电探测器，其中第一和第二侧面是弯曲的。
70.如权利要求69的天线馈电探测器，其中第一和第二侧面具有实质上共同的曲率中心。
71.如权利要求66的天线馈电探测器，其中馈电部包括以相对于耦合面成一角度设置的馈电引脚。
72.如权利要求66的天线馈电探测器，其中馈电部和耦合部由一单件材料形成。
73.一种多频带天线，包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件和与低频环元件叠置的高频元件，其中低频环元件具有非圆形的内周。
74.如权利要求73的天线，其中内周形成有用于对高频元件提供间隙的一个或更多个凹口。
75.如权利要求73的天线，其中低频的内周在凹口之间基本上是圆形的。
76.如权利要求73的天线，其中该或各凹口具有底部和一对非平行的侧壁。
77.如权利要求73的天线，其中低频环元件具有围绕其内周规则地分布的两个或更多个凹口，各凹口为高频元件的相应部分提供间隙。
78.如权利要求73的天线，其中环内周的最小直径低于高频元件的最大直径。
79.一种通信系统，包括按照权利要求73的天线的网络。
80.一种微带天线，包括接地面；与接地面通过空气间隙隔开的辐射元件；具有耦合部的馈电探测器，与环邻近地设置耦合部，使得馈电探测器与环电磁耦合；和设置于辐射元件与馈电探测器之间的电介质间隔器。
81.如权利要求80的天线，还包括将辐射元件连接到接地面的电介质支撑部件。
82.如权利要求81的天线，其中电介质支撑部件连接到电介质间隔器。
83.如权利要求82的天线，其中电介质支撑部件和电介质间隔器被形成为一个部件。
84.如权利要求80的天线，其中电介质间隔器穿过馈电探测器中的孔和辐射元件中的孔。
85.如权利要求80的天线，其中电介质支撑部件穿过环中的孔。
86.如权利要求80的天线，包括在馈电探测器与辐射元件之间的空气间隙。
87.如权利要求80的天线，其中辐射元件是环。
88.一种通信系统，包括按照权利要求80的天线的网络。
89.一种用于权利要求80的天线的电介质间隔器，该间隔器包括间隔器部分，其可以保持馈电探测器与辐射元件之间的最小间隔；和支撑部分，其可将辐射元件连接到接地面，其中支撑部分和间隔器部分形成为一个部件。
90.如权利要求89的夹持固定器，其中间隔器部分包括一对搭扣配合连接器。
91.如权利要求90的夹持固定器，其中各搭扣配合连接器包括凹槽和与凹槽相邻的弹性接线夹。
92.如权利要求89的夹持固定器，其中支持部分包括一个或更多个搭扣配合连接器。
93.如权利要求92的夹持固定器，其中各搭扣配合连接器包括凹槽和与凹槽相邻的弹性接线夹。
94.一种双极化天线元件，包括环；和两个或更多个馈电探测器，各馈电探测器具有耦合部，耦合部与环相邻地设置，以使馈电探测器与环电磁耦合。
全文摘要
描述一种用于与多个地面移动装置进行通信的多频带基站天线。该天线包括一个或更多个组件，各组件包括低频环元件；和与低频环元件叠置的高频元件。该元件包括接地面；和被引导离开接地面的馈电探测器，具有与环邻近地设置以使馈电探测器与环电磁耦合的耦合部。电介质夹持固定器在馈电探测器与环之间提供间隔器，并将环连接到接地面。所述另一个天线元件包括环、一个或更多个从延伸出的馈电探测器，其中环和馈电探测器由一个部件形成。
文档编号H01Q21/00GK1577974SQ20041000780
公开日2005年2月9日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年6月26日
发明者彼得·约翰·比休莱斯, 杨景舜 申请人:安德鲁公司