双极化高增益及宽带互补天线的制作方法

本公开一般地涉及双极化高增益及宽带互补天线的实施例。

背景技术：

包括磁电偶极的线性极化天线的常规天线技术与高增益和宽带特性相关联。然而，这种技术有一些缺点，其中一些缺点可以参考下文描述的各种实施例进行说明。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请提供一种双极化天线，包括：接地面；折叠式偶极部，电耦接到所述接地面；短路贴片天线部，包括被电耦接到所述折叠式偶极部的开口端；以及金属板，位于所述双极化天线的底部。

附图说明

参考以下附图描述本公开的非限制性实施例，其中在所有附图中，除非另有说明，类似的附图标记指代类似的部件。

图1示出根据各种实施例的双极化天线的电偶极的框图；

图2示出根据各种实施例的双极化天线的磁偶极的框图；

图3示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口和双极化天线的第二端口的馈电机构(feeding mechanisim)的俯视框图；

图4示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口和双极化天线的第二端口的馈电机构的侧视框图；

图5示出根据各种实施例的用于双极化天线的组合式馈电机构的俯视框图；

图6示出根据各种实施例的用于双极化天线的组合式馈电机构的侧视框图；

图7示出根据各种实施例的用于双极化天线的组合式馈电机构的另一侧视框图；

图8示出根据各种实施例的双极化天线的立体框图；

图9示出根据各种实施例的双极化天线的俯视框图；

图10示出根据各种实施例的双极化天线的侧视框图；

图11示出根据各种实施例的双极化天线阵列的框图；

图12和图13示出根据各种实施例的分别用于双极化天线的第一端口和第二端口的、相对于频率的测量的SWR和模拟的SWR；

图14示出根据各种实施例的双极化天线的两个端口之间的测量的隔离和模拟的隔离；

图15-图16示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口和第二端口的、相对于频率的测量的增益和模拟的增益；

图17-图21示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口的测量的和模拟的辐射图；以及

图22-图26示出根据各种实施例的用于双极化天线的第二端口的测量的和模拟的辐射图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述本公开的各个方面，附图中示出示例性实施例。在以下描述中，出于说明的目的，阐述许多特定细节以便提供对各种实施例的彻底理解。然而，本公开可以实施为许多不同的形式并且不应被解释为限于这里阐述的示例性实施例。

在有效结合双极化天线的带宽和增益增强方面，常规的天线技术有一些缺点。本文公开的各种实施例提供了双极化高增益及宽带天线，其利用折叠式偶极和短路贴片天线，而与小尺寸和高经济效益设计相关联。

例如，天线(例如双极化天线)可以包括接地面(例如，导电表面)、折叠式偶极(例如半波偶极)、电耦接到接地面的部分、包括电耦接到折叠式偶极部的开口端的短路贴片天线、以及位于底部(例如双极化天线的底部)的金属板。

在一实施例中，接地面可以包括两个H形接地面，并且折叠式偶极部 可以电连接至两个H形接地面。在另一个实施例中，折叠式偶极部可以包括四个折叠式偶极。在又一个实施例中，短路贴片天线部可包括电耦接到四个折叠式偶极的四个开口端(例如，包括前述开口端)。

在一实施例中，双极化天线还可以包括两个端口，每个端口包括一对馈电源。在这点上，每个端口的一对馈电源中的每个馈电源可以被配置为产生电偶极和磁偶极。在一个实施例中，电偶极的幅值可以相等。此外，磁偶极的幅值亦可以相等。

在另一个实施例中，金属板可以被配置为降低天线的反向辐射(back radiation)。在又一个实施例中，金属板可以包括反射器或另一接地面。在一个实施例中，一对馈电源中的每个馈电源可以包括一对微带线、具有短路销钉(shorting pin)的短截线、以及一对L形带状线(strip)(例如，电连接到所述一对微带线和所述短截线)。

在一实施例中，接地面可以包括H形接地面。另外，一对馈电源中每个馈电源的一对微带线、所述短截线和一对L形带状线可以印刷、形成等在基板的顶层上。此外，H形接地面可以印刷、形成等在基板的底层上。

在一个实施例中，天线可包括巴伦源(balun source)，例如，对应于接地面的开口部。在一个实施例中，一对馈电源中的每个馈电源可以形成Marchand巴伦源，例如，可以在接地面的相应的开口槽两端提供180°相位差。

在另一实施例中，天线阵列可以包括接地面、一组双极化天线及位于底部(例如天线阵列的底部)的金属板。此外，该组双极化天线的双极化天线可以包括电耦接到接地面的折叠式偶极天线部、及包括例如使用电耦接到折叠式偶极部的开口端的短路贴片天线部。

在又一个实施例中，该组双极化天线的相邻双极化天线可以通过被限定的间隔隔开。在一个实施例中，金属板可以位于该组双极化天线下方。

在一个实施例中，双极化天线可以包括接地面、电耦接到接地面的折叠式偶极天线、包括电耦接到折叠式偶极天线的开口部的短路贴片天线、及位于折叠式偶极天线下方的金属板。在一实施例中，接地面可以包括H形接地面，例如，电连接到折叠式偶极天线。在另一个实施例中，折叠式偶极天线可以包括四个折叠式偶极。

在本说明书全文中，提及“一个实施例”，或“一实施例”，是指结合该实施例描述的特定的特征，结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书全文中不同的地方出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的不一定全部指的是同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式进行组合。

为此，在详细描述或所附权利要求中使用术语“包括(include)”、“具有”、“含有”等类似的词语，这样的术语旨在是包容性的，以类似于术语“包括(comprising)”的方式作为开放性过渡词，而不排除任何附加或其他元素。此外，术语“或”意在表示包容性“或”而不是排他性“或”。也就是说，除非另有指定，或从上下文清楚可见，“X采用A或B”旨在表示任何自然的包容性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B，则在任何以上实例中均满足“X采用A或B”。此外，本申请和所附权利要求书中所用的冠词“一(a)”和“一个(an)”应一般性地解释为表示“一个或多个”，除非另有指定或从上下文中明确得知其针对于单数形式。

此外，词语“示例性”和/或“示范性”在本文中用于表示用作示例、实例或举例说明。为避免疑义，本文中公开的主题内容不受这些示例限定。另外，本文中描述为“示例性”和/或“示范性”的任何方面或设计不一定被解释为优于或胜过其他方面或设计，也不意在排除本领域普通技术人员在本公开直接启示下可知的等同的示例性结构和技术。

在有效结合双极化天线的带宽和增益增强方面，常规的天线技术有一些缺点。另一方面，本文中公开的各种实施例提供了利用折叠式偶极和短路贴片天线的有效的、小尺寸的双极化高增益及宽带互补天线。在此，现在参照图1和图2，示出根据各种实施例的双极化天线的电偶极(110，120，130，140)和磁偶极(210，220，230和240)的框图(100和200)。如图1和图2所示，端口102和104包括两个馈电源─用于端口102的A₁和B₁以及用于端口104的A₂和B₂。每个馈电源被配置为产生一个电偶极─A₁为端口102产生电偶极110，B₁为端口102产生电偶极120，A₂为端口104产生电偶极130，以及B₂为端口104产生电偶极140。另外，每个馈电源被配置为产生一个磁偶极─A₁为端口102产生磁偶极210，B₁为端口102产生磁偶 极220，A₂为端口104产生磁偶极230，以及B₂为端口104产生磁偶极240。

在一实施例中，这两个馈电源的幅值在每个端口处相同，例如，对于端口102，电偶极110＝电偶极并且磁偶极210＝磁偶极对于端口104，电偶极130＝电偶极并且磁偶极230＝磁偶极在此，双极化天线有效地产生两个电偶极和两个磁偶极，其电特性()和()被加倍─实现了比常规的磁电偶极天线高大约3dB的增益。

现在参照图3，示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口(102)和双极化天线的第二端口(104)的馈电机构的俯视框图(300)。在此，端口102的馈电机构、网络等(例如，见下文410)包括H形接地面350和一对微带线310和电连接到一对L形带状线340的具有短路销330的短截线320。在图4所示的实施例中，一对微带线310、短截线320和一对L形带状线340可以被印刷、形成等在基板420的顶层上，并且H形接地面350可以被印刷形成等在基板420的底层上，以形成馈电机构410。

端口104的馈电机构、网络等(例如，见下文440)包括H形接地面395和一对微带线360，及电连接到一对L形带状线390的具有短路销钉380的短截线370。在图4所示的实施例中，一对微带线360、短截线370和一对L形带390可以被印刷、形成等在基板430的底层上，并且H形接地面395可以被印刷形成等在基板430的顶层上，以形成馈电机构440。

下面的表I限定了对应于用于双极化天线的第一和第二端口(102和104)的馈电机构的几何参数，其中λ₀是天线的中心频率的自由空间波长。

表I

图5示出根据各种实施例的用于双极化天线的组合式馈电机构俯视框图(500)。如图5所示，双极化组合式馈电机构可以通过将馈电机构410和馈电机构440垂直相交来形成─如图6所示，将H形接地面350固定到H形接地面395。在此，为更加容易地观看双极化天线结构，馈电机构410和440的坐标分别被旋转了φ＝-45°和45°。

馈电点510可以位于各对微带线(例如，310，360)的中间。在一实施 例中，短路短截线(例如，320，370)可用于对双极化天线进行微调和/或阻抗匹配。在另一个实施例中，每个L形的带状线(例如，340，390)可具有与H形接地面(例如，350，395)的开口槽(多个)重叠的部分。此外，每个馈电机构(例如，410，440)可形成Marchand巴伦源，可以在接地面的开口槽两端，在A^-₁和A⁺₁、B^-₁和B⁺₁、A^-₂和A⁺₂、或B^-₂和B⁺₂处提供精确的180°相位差，具有最小传输损耗和相等的平衡阻抗。

在图7所示的实施例(多个)中，间隙710可被包括在H形接地面(例如，350，395)之间(例如参见图6)，在H形接地面之间不存在间隙。

现在参照图8-图10，示出根据各种实施例的双极化天线的立体图、双极化天线的俯视图和双极化天线的侧视图。如图8和图9所示，双极化组合式馈电机构的H形接地面(例如，350，395)(参见图5)可以被连接到四个折叠式偶极(810)。在此，折叠式偶极(例如，2a和2b)可连接到竖直取向的短路贴片天线(例如，由2c、2d和2e形成)的开口端，具有位于这样的馈电机构下方的金属板820，用于降低反向辐射。

在一个或多个实施例中，折叠式偶极(810)的长度D₁、和短路贴片天线(参见2c，2d和2e)的高度h_D分别为0.245λ_o和0.115λ_o。在其他(多个)实施例中，短路贴片天线的两个竖直金属板(2c和2e)的间隔P_s1为0.171λ_o。在又一些其他实施例(多个)中，金属板(820)的尺寸L_R可以被优化以获得小于-20dBi的反向辐射。

如图10所示，支柱1010可以是绝缘体或导体，并且可以将馈电机构(410和440)与金属板820分隔开，例如，当支柱1010为绝缘体时，金属板820可以作为用于双极化天线的电磁波的反射板。在另一个实施例中，当支柱为导体时，350和395可以电连接至金属板820(例如，其变成接地面)。连接器1020可以被电耦合、连接、短路等至馈电点510(见上文)。此外，下面的表Ⅱ限定了对应于由图8-图10所示的双极化天线的几何参数，其中λ₀是双极化天线的中心频率的自由空间波长：

表II

图11示出根据各种实施例的双极化天线阵列的框图(1100)。双极化天线单元(1110，1120，1130，1140)可以包括如上所述双极化天线(还参见图5-图10)。在此，如图11所示，双极化天线阵列包括放置在金属板1105上的、由元件间距L_es间隔开的四个双极化天线。为了为一些无线通信系统获得特定增益或半功率波束宽度，可以构造M×N的天线阵列。

图12-图13分别示出根据各种实施例的用于双极化天线的第一端口(102)和第二端口(104)的、相对于频率的测量的和模拟的驻波比(SWR)。在此，双极化天线分布在端口102处具有55.9％的较宽的测量的阻抗带宽(从2.36GHz至4.19GHz，SWR≤2)和在端口104处具有51.7％的测量的阻抗带宽(从2.44GHz至4.14GHz，SWR≤2)

图14示出根据各种实施例的双极化天线的两个端口(例如，102和104)之间的测量的和模拟的隔离。在此，在双极化天线的整个工作带宽上测量的隔离(isolation)为超过35dB。

图15-图16示出根据各种实施例的双极化天线的第一端口(102)和第二端口(104)的、相对于频率的测量的和模拟的增益。在此，双极化天线在每个端口处具有稳定的增益和10.5dBi的平均测量增益，在端口102处从9.28dBi至10.78dBi变化，并且在端口104处从9.54dBi至10.52dBi变化。

图17-图21示出根据各种实施例的双极化天线的第一端口(102)的测量的和模拟的辐射图。在此，双极化天线的测量的和模拟的辐射图被示出在频率2.6GHz、2.9GHz、3.2GHz、3.5GHz、和3.8GHz处。

对于下面的表III中描述的端口102处的半功率波束宽度，在两个平面中测量的波束宽度在2.6GHz处也为57.4°。当工作频率从2.6GHz增加至3.8GHz时，波束宽度从57.4°单调减小到40°。

表III

图22-图26示出根据各种实施例的双极化天线的第二端口(104)的测量的和模拟的辐射图。在此，在频率2.6GHz、2.9GHz、3.2GHz、3.5GHz、和3.8GHz处示出双极化天线的测量的和模拟的辐射图。

如下面的表IV中描述的，端口104处的半功率波束宽度的变化与端口102的相同，并且波束宽度也随工作频率的增加从52°降低到39°。在一实施例中，馈电机构的馈电点(510)的高度在高的工作频率处可引起两个端口的高交叉极化(cross polarization)。在此，高交叉极化可以通过降低馈电点510的高度而被降低，而同时双极化天线的整体高度保持相同，例如，以增加增益变化为代价。

表IV

本公开示出的实施例的以上描述，包括在摘要中所描述的，并不意在穷举或限制本公开实施例为所公开的精确形式。虽然本文中描述具体的实施例和示例用于说明的目的，但是本领域技术人员能够认识到，在这样的实施例和示例的范围内考虑的各种修改是可能的。

因此，虽然已经结合各种实施例和相应的附图描述了本公开主题，但应理解，在适用时，可以使用其它相似的实施例，或可对所描述的实施例进行修改和增加，用于实施所公开主题的相同、相似、或替代功能而不与其偏离。因此，所公开的主题不应限于本文所述的任何单个实施例，而是应在根据下面所附的权利要求的宽度和范围内解释。