专利名称：具有零点填充的双极化天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及双极化阵列天线，其包括布置用于经由到第 一天线端 口的连接辐射具有第一极化、构成第一天线辐射方向图的电^ 兹能量和 经由到第二天线端口的连接辐射具有第二极化、构成第二天线辐射方 向图的电》兹能量的至少两个双极化天线单元，第二极化与第 一极化正 交，第一天线辐射方向图和第二天线辐射方向图各具有主波束和多个
旁瓣，其中零点(null)位于旁瓣与相邻旁瓣或相邻时主波束之间的 角位置。
背景技术：
对于今天的移动通信传输，例如MIMO，常常期望使用双极化天 线。 一般，双极化天线包括具有第一极化的第一数量的第一天线单元 和具有第二极化的第二数量的第二天线单元。通常，第一和第二数量
是相等的，第一极化和第二极化是相互正交的，从而构成多个双极化 天线单元。第一天线单元连接到第一天线波束端口，第二天线单元连 接到第二天线波束端口。根据天线单元的数量，使用对应的分配网络。
常常为第一和第二极化提供有双正交极化天线单元，其中第一极 化与第一天线波束端口关联以及第二极化与第二天线波束端口关联。
可以通过对每个天线单元馈送某个相位来对每个极化的天线单 元的天线辐射方向图进行电倾斜。此类电倾斜要求对于每个极化使用 至少两个天线单元。电倾斜可以是固定的或可调整的，并通过设计分 配网络的方式来设置。在一些情况中，还为旁瓣控制对每个天线单元 施加某个振幅。
对于覆盖具有垂直列中的多个天线单元的天线的双极化扇区的每个极化，在宽主天线波束中，宽覆盖范围通常存在于方位角中，其
垂直于天线列(antenna column)的纵向延长。仰角中，沿着天线列的 纵向延长，通常在具有相邻旁瓣的窄天线波束中存在相对较窄的覆盖 范围。在仰角中的所谓的零向中，在旁瓣之间有非常低的天线增益。 在这些方向中，在天线辐射方向图中存在所谓的零点。对于两个极化 均存在这些零点。因此，在这些零向中路径增益非常低。
所期望的是增加零向中的路径增益，且保持阵列天线中包括的两 个辐射方向图之间的正交性。
在WO 2006/065172中的单极化子阵列天线中，每个子阵列天线 包括具有某个极化的多个天线单元，这些子阵列天线以使它们构成整 个阵列天线的方式安装。其中建议将具有不同极化的子阵列彼此混 合，以便提供零点填充(null-fill)。
文献WO 2006/065172仅涉及单极化天线，并且为零点填充提出 的解决方案要求一个附加的子阵列。
因此，需要一种在零向中具有增加的路径增益的双极化天线，且 保持极化之间的正交性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有相互正交的极化的双极化天线， 其布置用于实现零向中增加的路径增益且保持极化之间的正交性。
所述目的通过如本文开始提到的一种双;玟化阵列天线来实现。该 阵列天线还包括至少一个另外的双极化天线单元，其布置用于经由到 第一天线端口和第二天线端口的相应连接辐射具有两个相互正交的 极化、构成另外的天线辐射方向图的电磁能量，其中与第一天线端口 关联的所述至少 一个另外的双极化天线单元的极化与第 一极化偏离， 并且第一天线辐射方向图的至少一个零点具有与经由第一天线端口 辐射的那个另外的天线辐射方向图的任何零点不同的角位置，使得第 一天线方向图的所述至少一个零点至少部分地被填充。
5在一个优选实施例中，阵列天线包括至少两个另外的双极化天线 单元，其中与第一天线端口关联的所述另外的双极化天线单元的那些
极化具有不同旋转的定向。
在另一个优选实施例中，与第一天线端口关联的所述至少一个另 外的双极化天线单元的极化与第 一极化正交。
在另 一个优选实施例中，与第一天线端口关联的那些极化经由第 一分配网络与所述第 一天线端口关联，与第二天线端口关联的那些极 化经由第二分配网络与所述第二天线端口关联。
在另一个优选实施例中，将分配网络以如下方式布置它们向双 极化天线单元提供某个相位递减(phase taper)和/或振幅递减 (amplitude taper )。
在另 一个优选实施例中，将所述双极化天线单元布置在列中。 由从属权利要求明白另外的优选实施例。
从本发明获得许多优点。例如
-对于双极化天线，填充辐射方向图中的零点。
-增加了辐射方向图的旁瓣区域中的零向中的路径增益。
-保持辐射方向图之间的正交性。
-增加了辐射方向图合成的自由度的数量。
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中 图1示意示出根据本发明的阵列天线的前一见图； 图2示意示出根据本发明的阵列天线的侧视图； 图3示意示出天线单元及其馈电的放大视图； 图4示出总功率的仰角中的天线辐射方向图； 图5示意示出根据本发明的备选阵列天线的前视图； 图6示出二维阵列天线；以及 图7示出圓形布置的阵列天线。
具体实施例方式
在图1中，示出双正交极化阵列天线的前^L图，该双正交极化阵 列天线包括安置在列11中的九个双极化天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10。每个天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10被布置用于
辐射具有第一垂直极化和第二水平极化的电;兹能量。列11沿着阵列天 线1的纵向延长延伸，阵列天线1具有第一端12、第二端13。每个 天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10示出为两个交叉正交缝隙的 形式，其中每个垂直定向的缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h、 22h (沿着阵列天线1的纵向延长定向的)与水平极化相关，每 个水平定向的缝隙14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22v (即与阵列天线1的纵向延长垂直定向的)与垂直极化相关。缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h、 22h与14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22v交叉，并因此成对地共处，每对具有相同 的相位中心并构成所述双极化天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10 之一》
还参考图2,其中示出阵列天线的短端的侧-亂图，缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h、 22h与14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22v从电介质载体24的一侧上的铜层23来蚀刻，电 介质载体24例如由玻璃纤维加固的PTFE构成。每个缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h、 22h与14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22v由微带分配网络馈电(未示出，属于公知技术)， 该微带分配网络从电介质载体24的另 一侧上的铜层25来蚀刻。
如图3中详细所示，其中示出第一天线单元2中的缝隙14v、 14h 的》文大前一见图，第一《鼓带导体26作为第一分配网络的一部分，在电 介质载体24的所述另一侧上垂直于水平极化缝隙14h的主延长经过 并在某个距离之后终止。而且，第二微带导体27作为第二分配网络 的一部分，在电介质载体24的所述另一侧上垂直于垂直极化缝隙14v
7的主延长经过并在某个距离之后终止。这种类型的缝隙馈电(slot feed) 在本领域中是先前公知的。微带导体26、 27穿过相应的缝隙14v、 14h 而偏离它们的中心，这归因于它们的交叉配置。
现有技术文献US 6018320中示出一种包括叉形缝隙馈电的缝隙 馈电的示例。
正如先前公知的，可以将金属矩形形式的贴片(未示出)安置在 缝隙上方某个距离以便增加带宽，从而产生孔径馈电贴片单元 (aperture-fed patch element )
九个天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10之间的距离是相等 的并以不出现栅瓣的方式选取。
自第一端12起的前8个天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的水 平极化缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h由第一分配 网络馈电，第 一分配网络设计成以相同的相位和相同的振幅对缝隙 14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h々赍电。
根据本发明，自第一端12起的与第二端13相邻安置的第九个天 线单元10的垂直极化缝隙22v也由第一分配网络^溃电。
第一分配网络根据第一天线端口 28是在发射还是在接收，将往 返于第一天线端口 28的功率相除或相加。为了简明起见，在下文中， 假定阵列天线1正在发射。因此，施加到第一天线端口 28的信号被 分配到所述前8个天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的水平极化缝 隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h和第9个天线单元10 的垂直极化缝隙22v,其中以相同的相位和相同的振幅对所有缝隙 14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h、 22v々赍电。
沿着列11的高度方向的、前8个缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h辐射的仰角中的天线辐射方向图在主波束与所有旁瓣 之间的角度方向中具有零点。第9个缝隙22v辐射的天线辐射方向图， 在与前8个缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h相同的 仰角切口 (elevation cut)中，在与前8个缝隙14h、 15h、 16h、 17h、18h、 19h、 20h、 21h辐射的天线辐射方向图相同的角方向中没有零点。 因此，不同极化的第9个缝隙22v执行对前8个缝隙14h、 15h、 16h、 17h、 18h、 19h、 20h、 21h辐射的功率辐射方向图的零点填充，如图 4所示，其公开总功率的仰角中的天线辐射方向图30。此处，总功率 表示任何两个正交极化中的部分功率之和。
在x轴上，显示以度为单位的仰角角度，而在y轴上，显示以dB 为单位的归一化增益。第一天线端口 28处信号的结果极化不是完全 水平的，而是由于第9个垂直极化缝隙22v的原因是旋转的。由此， 对第一天线端口 28处的信号执行零点填充。
以与上述相同的方式，将其余9个缝隙14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22h连接到第二分配网络，第二分配网络连接到第二 天线端口29。因此，施加到第二天线端口 29的信号^皮分配到前8个 天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的垂直极化缝隙14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v和第9个天线单元10的水平极化缝隙22h, 其中当第9个双极化天线单元旋转90。时以相同相位和以相同振幅对 所有缝隙14v、 15v、 16v、 17v、 18v、 19v、 20v、 21v、 22h々赍电。由 此，以与针对第一天线端口 28描述的相同的方式对第二天线端口 29 处的信号执行零点填充。第二天线端口 29处信号的结果极化不是完 全垂直的，而是由于第9个水平4及化缝隙22h的原因是;5走转的。
以此方式，保持了第一天线端口 28和第二天线端口 29的辐射方 向图之间的极化正交性，因为第9个天线单元10将相应的极化旋转 到相同程度，并由第 一和第二分配网络向天线单元施加相似的振幅和 相位特性。
本示例中上述的第9个天线单元10因此通过具有不同于阵列天 线1的其余天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的极化定向而构成填 充零点的零点填充天线单元。
必要的是以合适的相位和/或振幅对第9个相应的缝隙22v、 22h 馈电，以便获得期望的零点填充，但重要的是当其旋转90°时对第9
9个天线单元10的缝隙22v、 22h都施加相同的相对相位和振幅，以便 保持正交性。
上文参考图l描述的实施例示例描述了本发明的原理。更一般来 说，根据本发明的阵列天线中的单元的数量可以改变。阵列天线中可 以有多于一个零点填充天线单元，并且它/它们可以在阵列天线中具有 沿着天线单元的列的任何适合位置。
零点填充双极化天线单元10的极化无需与相应的其他天线单元 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的极化正交。在图5中，示出根据本发明的 备选阵列天线31的前视图。此阵列天线与参考图1描述的阵列天线 相似，使用相同类型的天线单元。此处，与图l所示的阵列天线相似， 该阵列天线包括9个双极化天线单元32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40。
但是，此处将第7个双极化天线单元38相对于其他双极化天线 单元32、 33、 34、 35、 36、 37、 39、 40旋转某个角度。这意味着构 成零点填充天线单元的第7个双极化天线单元38包括相对于其他双 极化天线单元的缝隙旋转角度a的两个正交缝隙38a、 38b。
因此，图1与图5之间的差异在于零点填充天线单元10、 38在 阵列天线中有不同的位置，以及图5的零点填充天线单元38旋转某 个任意角度a，而图1的零点填充天线单元10旋转90°。图5因此示 出可用于本发明的许多实施例之一。
一般来说，与其他天线单元32、 33、 34、 35、 36、 37、 39、 40 的共极化分量正交的零点填充天线单元10、 38的结果极化分量，在 零点填充天线单元10、 38的所述结果极化分量与其他天线单元32、 33、 34、 35、 36、 37、 39、 40的共极化分量相干扰时，有助于填充与 其他天线单元32、 33、 34、 35、 36、 37、 39、 40的共极化分量相关 的辐射方向图中的至少 一个零点。
而且，应该理解，水平极化或垂直极化因制造误差和环境因素而 不是精确的。在本发明的上下文中，所有极化均按它们要处于理想情况来提及，虽然它们的确切外观可能是不精确的。在本发明中，零点 填充天线单元旨在具有与相应天线端口关联的极化，这些极化与连接 到所述相应天线端口的其他天线单元的极化不同。
本发明的主要概念是为每个天线端口 28、 29提供两个重叠的天 线辐射方向图，其中这些天线辐射方向图的一些或所有零点不一致。
本发明并不局限于上述实施例，而是在所附权利要求的范围内可 以自由;也改变。
例如，双正交极化天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10可以 由可生成直线形、圆形或椭圓形极化的任何适合类型的辐射结构来组 成，例如，贴片、偶^ l或它们的组合。
而且，可以结合本发明使用普通振幅和/或相位递减，以便例如获 取期望的旁瓣电乎。可以使用线性相位递减来获取期望的波束倾斜。 可以通过时间延迟来实现相位偏移。当然，还可以将这些技术组合。
天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10之间的距离还可以选取 成使得栅瓣出现，阵列天线由此构成所谓的稀疏阵列天线。
可以不均匀地安置天线单元2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10。
所使用的分配网络可以采用非本文描述的微带分配网络的任何 其他适合形式。例如可以使用同轴电缆和离散功率分配器单元。优选 地，连接到天线端口 28、 29的分配网络具有相同的相互相位和振幅 特性。
所示的天线列11是垂直定向的，但是可设想此类天线列的任何 定向。
参考图6，其中示出二维阵列天线41的前视图，彼此之间并排地
布置两个或更多天线列11。 112..... 11N,从而形成二维阵列天线
41。天线列11。 112..... llN的数量以获得期望的二维阵列天线41
的方式来选取。
参考图7，其中示出圆形阵列天线42的俯视图，将5个天线列 lla、 llb、 llc、 lld、 lle按圆形布置。圆形布置的天线列的数量可以以获得期望的圓形阵列天线42的方式来改变。
如果阵列天线中有多于一个零点填充天线单元，则它们的极化可 以是不同的。换言之，对于所使用的一些或所有零点填充单元，可以 将这些零点填充单元的极化相互旋转。
权利要求
1.一种包括至少两个双极化天线单元(2、3、4、5、6、7、8、9；32、33、34、35、36、37、39、40)的双极化阵列天线(1、31)，所述至少两个双极化天线单元(2、3、4、5、6、7、8、9；32、33、34、35、36、37、39、40)被布置用于经由到第一天线端口(28)的连接辐射具有第一极化、构成第一天线辐射方向图的电磁能量，以及经由到第二天线端口(29)的连接辐射具有第二极化、构成第二天线辐射方向图的电磁能量，所述第二极化与所述第一极化是正交的，所述第一天线辐射方向图和第二天线辐射方向图各具有主波束和多个旁瓣，其中零点位于旁瓣与相邻旁瓣或相邻时所述主波束之间的角位置，其特征在于，所述阵列天线(1、31)包括至少一个另外的双极化天线单元(10、38)，布置用于经由到所述第一天线端口(28)和所述第二天线端口(29)的相应连接辐射具有两个相互正交的极化、构成另外的天线辐射方向图的电磁能量，其中与所述第一天线端口(28)关联的所述至少一个另外的双极化天线单元(10、38)的极化与所述第一极化偏离，并且所述第一天线辐射方向图的至少一个零点具有与经由所述第一天线端口(28)辐射的那个另外的天线辐射方向图的任何零点不同的角位置，使得所述第一天线方向图的所述至少一个零点至少部分地被填充。
2. 如权利要求1所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，所述阵列天线(1、 31)包括至少两个另外的双极化天线单元(10、38)，其中与所述第一天线端口 (28)关联的所述另外的双极化天线单元(10、 38)的那些极化具有不同旋转的定向。
3. 如前面权利要求中任一项所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，与所述第一天线端口 (28)关联的所述至少一个另外的双极化天线单元(10、 38)的极化是与所述第一极化正交的。
4. 如前面权利要求中任一项所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，与所蜂第一天线端口 (28)关联的那些极化经由第一分配网络与所述第一天线端口 (28)关联，与所述第二天线端口 (29)关联的那些极化经由第二分配网络与所述第二天线端口 (29)关联。
5. 如权利要求4所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，所述分配网络以如下方式布置它们向所述双^ l化天线单元(2、 3、`4、 5、 6、 7、 8、 9、 10; 32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40)提供某个相位递减和/或振幅递减。
6. 如前面权利要求中任一项所述的双极化阵列天线(1、 31),其特征在于，将所述双极化天线单元(2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10;`32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40)布置在列(11)中。
7. 如前面权利要求中任一项所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，连接到所述天线端口 (28、 29)的分配网络具有相同的相互相4立和振幅特'lt。
8. 如权利要求7所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，将至少两列(11。 112..... 11N)并排布置，从而形成二维阵列天线(41 )。
9. 如权利要求7所述的双极化阵列天线(1、 31)，其特征在于，将多个列(lla、 llb、 llc、 lld、 lle)按圆形布置,从而形成圓形阵列天线(42)。
全文摘要
本发明涉及一种包括至少两个双极化天线单元(2、3、4、5、6、7、8、9；32、33、34、35、36、37、39、40)的双极化阵列天线(1、31)，所述至少两个双极化天线单元布置用于经由到第一天线端口(28)的连接辐射具有第一极化、构成第一天线辐射方向图的电磁能量，并经由到第二天线端口(29)的连接辐射具有第二极化、构成第二天线辐射方向图的电磁能量，第二极化与第一极化是正交的，第一天线辐射方向图和第二天线辐射方向图各具有主波束和多个旁瓣且含有零点。阵列天线(1、31)包括至少一个另外的双极化天线单元(10、38)，其布置用于经由到第一天线端口(28)和第二天线端口(29)的相应连接辐射具有两个相互正交的极化、构成另外的天线辐射方向图的电磁能量，其中与第一天线端口(28)关联的所述至少一个另外的双极化天线单元(10、38)的极化与第一极化偏离，使得第一天线方向图的所述至少一个零点至少部分地被填充。
文档编号H01Q21/08GK101663796SQ200780052853
公开日2010年3月3日 申请日期2007年5月4日 优先权日2007年5月4日
发明者A·德尼里德, L·曼霍尔姆, M·约翰逊, S·彼得森, U·恩格斯特伦 申请人:艾利森电话股份有限公司