移动无线电天线的制作方法

文档序号:11235924阅读:409来源:国知局
移动无线电天线的制造方法与工艺

本发明涉及一种移动无线电天线,该移动无线电天线具有偶极发射器和设置在偶极发射器上的介电体。此外,本发明涉及一种移动无线电天线装置,该移动无线电天线装置具有多个天线、第一天线构成的第一子组和第二天线构成的第二子组。优选地,在此分别涉及移动无线电天线,以应用在移动无线电基站上。



背景技术:

介电棒形天线的使用目前仅在雷达技术的领域中是已知的。

这样,在公开内容“compact,dualpolarizeduwbantenna,embeddedinadielectric”(grzegorzadamiuk等人,ieeetransactionsonantennasandpropagation,第56卷,2010年2月2日)中公开了一种uwb天线,其中双极化的由两个狭缝形发射器组成的发射器设置在呈圆锥形式的介电体中。

公开内容“anultra-widebanddielectricrodantennafedbyaplanarcircularslot”(marioleib等人,ieeetransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,第59卷,第4期,第1082-1089页,2011年4月)同样示出了一种uwb天线,该uwb天线具有介电棒形发射器,该介电棒形发射器通过狭缝形天线来馈电。

公开内容“widebanddual-circularly-polarizeddielectricrodantennaforapplicationsinv-bandfrequencies”(m.w.rousstia等人,proceedingsofict.open2013,27-2811月,2013年,eindhoven,technischeeindhoven,2013年)、“highperformance60-ghzdielectricrodantennawithdualcircularpolarization”(m.w.rousstia等人,proceedingsofthe10theuropeanradarconference,(eurad),2013年10月9-11日,纽伦堡,ieee,第359至362页)以及“newmethodforultrawidebandandhighgainrectangulardielectricrodantennadesign”(jingpingliu等人,progressinelectromagneticsresearchc,第36卷,第131-143页,2013年)同样描述了棒形介电体在雷达技术领域中的应用。

在移动无线电领域中,仅已知在由多个偶极发射器构成的阵列天线中,具有低相对介电常数的薄介电板设置在各个偶极发射器上。

此外,在移动无线电领域中已知介电谐振天线,其中介电体本身用作发射器,该发射器通常经由狭缝来馈电。



技术实现要素:

本发明的任务是改进移动无线电天线的特性,并且尤其是改进了无线电天线在具有高单发射器密度的移动无线电天线装置中的可应用性。

该任务根据本发明通过根据权利要求1所述的移动无线电天线以及通过根据权利要求7所述的移动无线电天线装置来解决。本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

在第一方面,本发明示出了一种移动无线电天线,尤其是用于移动无线电基站的移动无线电天线,该移动无线电天线具有至少一个偶极发射器和设置在偶极发射器上的介电体。本发明的特征在于,介电体在主发射方向上的高度h为介电体在垂直于主发射方向上的横截面中的最大厚度d的至少30%。

通过根据本发明的设计,介电体作为用于由偶极发射器发射的移动无线电信号的波导起作用,并且偶极发射器的发射平面由此移动。发射平面的移动尤其指的是有效的发射器孔径的改变和/或移动和/或辐射的相中心在主发射方向上的移动。这能够实现由偶极发射器和介电体构成的组合尤其在具有多个天线的移动无线电天线装置的领域中的许多新的应用领域。

优选地,介电体的高度h在此为介电体的最大厚度d的至少50%,还优选的是,介电体的高度h在此为介电体的最大厚度d的至少70%。由此,提供了发射平面的相应大的移动。

在可能的实施形式中,介电体的高度h大于介电体的最大厚度d的85%,或设置大于介电体的最大厚度的150%。介电体的高度h向上至少原理上不受限。但,在所想要的应用方面优选h<6*d,进一步优选h<3*d。

优选适用于具有在55°到100°之间的水平半值宽度的天线,尤其是适用于65°+-10°或90°+-10°的水平半值宽度的天线。可替选地或附加地,适用于具有在23°到43°之间的水平半值宽度的天线,在此h<6*d和/或h>2*d。由此,考虑介电体的随高度变大而升高的聚束作用。

此外,可考虑的是,在多个天线可灵活连接在一起和/或单独运行的波束形成和/或波束赋形应用中针对各个天线使用具有不同高度的介电体。

根据本发明,在偶极发射器的主发射方向上测量介电体的高度h。厚度d在介电体的横截面上即在垂直于偶极发射器的主发射方向的平面中被测量。介电体在此不必具有对称的构型。介电体在偶极发射器的主发射方向上的最长的延伸视为介电体的高度,在横截面上即在垂直于主发射方向的平面中的最长的延伸视为介电体在高度平面上的厚度。介电体的最大厚度d由此是在介电体的横截面上在整个高度平面上所看的最大厚度。

根据本发明的移动无线电天线优选可以经由信号线路与移动无线电基站连接,以便接收和/或发射移动无线电信号。在此,根据本发明的移动无线电天线优选可以使用在如下频带中,该频带在100mhz与10ghz之间、优选在500mhz到6ghz之间的范围中。可替选地或附加地,天线可以具有谐振频率范围,该谐振频率范围在100mhz到10ghz之间、优选在500mhz到6ghz之间。原则上,也可以考虑更高的频率,尤其是在偶极发射器为电路板偶极的情况下。

根据本发明的介电体首先可以由任意介电材料来制造。例如,该介电体在此可以由均匀的介电材料制造。例如,介电体在此可以是实心塑料本体。

但可替选地,介电体也可以由具有较高的相对介电常数的第一材料和具有较低的相对介电常数的第二材料构成。例如,在此第一材料可以作为颗粒嵌入在第二材料中,反之亦然。可替选地,第二材料可以是气态的并且气泡形地嵌入在第一材料中。尤其是,在此空气气泡可以设置在第一材料中。

与所使用的材料无关地,介电体优选具有大于2的有效相对介电常数、还优选地大于2.5的有效相对介电常数。有效介电常数εr在此例如可以在2到4之间、还优选在2.5到3.5之间。

例如,在此可以使用相对介电常数在该范围中的实心材料,或使用具有高相对介电常数和嵌入的空气气泡的材料。此外,例如可以将具有较高的相对介电常数的的材料作为颗粒嵌入在具有较低的相对介电常数的材料中。

介电体的材料在此可以具有近似恒定的介电常数,或具有介电常数的梯度。

优选地,介电体具有沿着主发射方向上指向的对称轴线。由此得到特别均匀的远场图。

特别优选地,对称性在此是轴向对称性和/或旋转对称性。特别优选地,介电体在此关于在介电体的主发射方向上定向的对称轴线旋转对称,即其具有圆形的横截面。在此情况下,最大厚度d对应于介电体的横截面的最大直径。

可替选地,介电体可以关于沿偶极发射器的主发射方向上定向的对称轴线而轴向对称,例如具有呈优选规则的多边形例如四边形或方形的形状的横截面。在此情况下,最大厚度d对应于介电体的横截面的最大对角线。

优选地,介电体具有棒形区域。介电体的厚度在棒形区域中优选与最大厚度d偏差了最大30%,并且更为优选最大15%。在此,介电体在高度平面上的最大延伸理解为介电体在高度平面上的厚度。可替选地或附加地,介电体在棒形区域中的横截面与介电体的最大横截面优选偏差了最多30%并且还优选偏差了最大15%。

优选地,介电体至少在棒形区域中在每个高度平面中都具有如下横截面,所述横截面由圆形或者优选规则的多边形例如四边形、六边形、八边形等构成。但原则上可以考虑具有波导功能和/或孔径移动功能的任何形状。

特别优选地,介电体在棒形区域中具有在高度方向上保持不变的厚度和/或在高度方向上保持不变的横截面。棒形区域优选具有柱体形状,优选圆柱形状或矩形形状。

优选地,棒形区域的高度在介电体的高度的50%到100%之间、更优选地在65%到100%之间。

可替选地或附加地,介电体可以具有透镜区域。在透镜区域中,介电体优选具有在高度方向上改变的横截面。优选地,介电体在透镜区域中的横截面关于介电体的最大横截面改变了至少30%并且还优选改变了至少50%。

特别优选地,透镜区域具有截断的锥体或截断的反锥体或截断的棱锥体或截断的棱锥体。优选地,截断的锥体或反锥体或截断的棱锥体或反棱柱体的最小直径或最小对角线在此为截断的锥体或反锥体或截断的棱锥体或反棱柱体的最大直径或最大对角线的30%到80%之间,还优选在40%到70%之间。

优选地,透镜区域的高度在介电体的高度h的5%到50%之间、更优选地在10%到35%之间。

优选地,介电体不仅具有棒形区域而且具有透镜区域。优选地,透镜区域在此情况下设置在棒形区域的背离偶极发射器的侧上。可替选地,介电体可以具有仅仅一个棒形区域,该棒形区域具有沿着高度方向略微改变的横截面。

与介电体的具体形状无关地,该介电体优选在主发射方向上设置在偶极发射器上。此外优选地,在偶极发射器本身的区域中没有设置介电体,即偶极发射器并不嵌入介电体中,而是在主发射方向上设置在介电体上。

在此,介电体根据本发明可以直接放置到偶极发射器上,并且尤其与之接触,或经由优选不大于2mm的窄间隙与偶极发射器分爱地设置。

如果介电体具有对称轴线,则该对称轴线与偶极发射器的对称轴线重合。在主发射方向上延伸的轴线理解为偶极发射器的对称轴线,形成偶极发射器的偶极部段相对于该轴线对称地设置。

根据本发明的偶极发射器优选是双极化的偶极发射器。在此,本发明人已认识到:介电体可以用作用于这样的发射器的极化的波导。优选地,发射器的这两个极化彼此正交和/或具有单独的端口,以供给移动无线电信号。

优选地,双极化的偶极发射器的这两个偶极具有相同的对称轴线,其中这两个偶极优选关于共同的对称轴线交叉地设置。例如,可以涉及偶极方形件。

偶极发射器优选具有插口区域,该插口区域在主发射方向上延伸,并且偶极发射器具有设置在插口区域上的偶极部段,所述偶极部段优选垂直于主发射方向地延伸。

根据本发明所使用的偶极发射器可以包括一个或多个附加的发射器,其必要时也基于其他发射原理。尤其是,一个或多个附加的发射器可以集成到偶极发射器。例如,偶极发射器可以具有一个或多个狭缝,所述狭缝作为狭缝发射器起作用,使得根据本发明所使用的偶极发射器在电学上看是由偶极发射器和狭缝发射器构成的组合。

在本发明的一个优选的设计方案中,在介电体的最大厚度d与高度h、天线的最低谐振频率范围的中频的波长λ以及介电体的相对介电常数之间存在如下关系:

和/或

特别优选地满足如下关系:

和/或

优选地,适于具有在55°与100°之间的水平半值宽度的天线,尤其是适于具有65°+-10°或90°+-10°的水平半值宽度的天线。

优选

可替选地或附加地,适用于具有在23°到43°之间的水平半值宽度的天线或具有大于40%的相对带宽的天线

由此加以考虑的是,针对非常高的聚束或带宽会需要相较于波长更大的直径的乘数。

在此,在本发明的范围内以谐振频率范围表示发射器的相关的频率范围,其具有好于6db的或好于10db或好于15db的反射损失。所选择的反射损失的极限值在此与天线的具体应用有关。中频定义为在谐振频率范围中最高频率与最低频率的算术平均。

在假定有如下元件来优化阻抗匹配和/或阻抗变换的情况下,根据本发明优选,谐振频率范围并且由此中频在史密斯图中的阻抗状况方面被确定。

在根据本发明的天线的应用的过程中,最低谐振频率范围优选理解为天线的用于发射和/或接收的最低谐振频率范围。

在此已证明的是,通过上文所说明的尺寸设计可以实现发射平面的特别有效的移动,因为介电体特别好地作为波导工作。

介电体的定向性一方面可以通过使用不同的本体形状和本体大小来影响。此外,可考虑与导电的和/或金属的元件的组合来影响天线的特性。

优选地,根据本发明在介电体中和/或在介电体上设置了导电的和/或金属的元件。通过这样的金属元件尤其可以影响聚束作用。

在第一变型方案中,导电的和/或金属的元件可以是介电体的内表面或外表面的涂层。在第二变型方案中,可以涉及设置在介电体中和/或在介电体上的导电的和/或金属的片。两个变型方案可以彼此组合。

可替选地或附加地,可以设计,导电的和/或金属的元件包围介电体的外环周。尤其是,在此可以涉及对介电体的外环周的金属化。可替选地,导电的和/或金属的元件可以在垂直于主发射方向的平面中延伸。特别优选地,在该情况下使用金属片,其在垂直于偶极发射器的主发射方向的平面中延伸。这样的金属片在此例如可以设置在介电体的透镜件与棒形件之间。

导电的和/或金属的元件尤其可以用于改善在介电体的聚束作用不怎么强的频率范围中的聚束作用。

根据本发明,导电的和/或金属的元件具有聚束作用,其对于频率fmet而言是最大的。此外,优选地介电体具有聚束作用,其对于频率fdiel而言是最大的。根据本发明,在此频率fmet和fdiel不同。导电的和/或金属的元件的聚束作用和介电体的聚束作用由此对于不同的频率范围而言是最大的,使得根据本发明的天线的远场特性通过介电体和导电和/或金属的元件的组合在更大的频率范围上得以改善。

优选地,在此频率fmet小于频率fdiel。导电的和/或金属的元件由此对于更小的频率而言被优化,介电体对于更大频率被优化。

可替选地或附加地,频率fmet在此可以小于天线的最低谐振频率范围的中频fres,并且频率fdiel大于中频fres。

此外可替选地或附加地,优选在这两个频率fdiel和fmet之间可以存在一定的间距。优选在此适用于如下关系:

│fdiel-fmet│/fdiel>0.1*fdiel,更优选的是│fdiel-fmet│/fdiel>0.2*fdiel。

根据本发明的天线优选具有反射器,在该反射器上设置偶极发射器。该反射器优选具有传导的反射器平面,该反射器平面垂直于偶极发射器的主发射方向。

在一个可能的实施形式中,反射器可以具有子反射器。优选地,该子反射器构成为反射器框架。在一个特别优选的实施形式中,反射器框架的棱边长大于介电体的最大厚度d。

在另一可能的实施形式中,在偶极发射器与反射器之间的间距可以在0.05λ到0.5λ之间,优选在0.1λ到0.4λ之间。λ在此是天线的最低谐振频率范围的中频的波长。

在另一可能的实施形式中,反射器可以具有聚束作用,其对于频率fref而言是最大的。此外,介电体优选具有聚束作用,该聚束作用对于频率fdiel而言是最大的,其中这两个频率fref和fdiel并不一致。由此,在更大的频率范围上实现聚束作用,因为反射器和介电体分别对于不同的频率范围而言最优地聚束。

根据第一子变型方案,频率fref小于频率fdiel,即反射器相较于介电体针对更低的频率而设计。

在第二子变型方案中,频率fref小于天线的最低谐振频率范围的中频fres,并且频率fdiel大于中频fres。

在第三子变型方案中,在频率成分fdiel与fref之间可以存在一定的间距。尤其是,在此优选│fdiel-fref│/fdiel>0.1*fdiel,更优选的是│fdiel-fref│/fdiel>0.2*fdiel。

在反射器方面的变型方案和上述实施形式可以分别单独地实现。但优选的是,这些变型方案彼此组合。

根据本发明的天线尤其可以与其他天线一起用作天线装置的组成部分。

本发明在第二方面包括移动无线电天线装置,该移动无线电天线装置具有:多个天线,尤其是用于移动无线电基站;具有一个或多个第一天线构成的第一子组和由一个或多个第二天线构成的第二子组。在此,第一天线分别包括偶极发射器,所述偶极发射器具有设置在偶极发射器上的第一介电体,其中第一介电体的高度h1为第一介电体的最大厚度d的至少30%。第二天线分别包括不带介电体的发射器,或带有其他第二节点元件的发射器。优选地,在此尤其使用多个第一天线。

本发明的发明人在此已认识到:介电体在具有多个天线的移动无线电天线装置中的使用实现影响移动无线电天线的远场值。尤其是通过介电体仅使用在发射器的第一子组中或对于发射器的不同子组使用不同的介电体的方式,可以改变该子组的相应的发射器的有效发射平面。

优选地,在此设置多个第一天线,其中第一天线的偶极发射器具有相同的谐振频率范围。尤其是,在此可以使用第一天线来在相同的移动无线电频带中运行。在一个优选的实施形式中,第一天线的偶极发射器相同地实施。

可替选地或附加地可以设计为,第一天线的偶极发射器具有相同的发射平面和/或具有在共同的反射器之上的高度hs1。这能够实现简单地将第一天线的偶极发射器并且由此第一天线连接在一起。

此外根据本发明可以设计为,设置多个第二天线,其中第二天线的发射器具有相同的谐振频率范围。由此,可以使用第二天线在相同的移动无线电频带中运行。在一个优选的实施形式中,第二天线的偶极发射器相同地实施。

可替选地或附加地可以设计为,第二天线的偶极发射器具有相同的发射平面和/或具有在共同的反射器之上的高度hs2。由此就可以简单地将第二天线的发射器并且由此将第二天线连接在一起。

此外可以设计为,第一天线的第一介电体分别具有相同的高度h1。此外,优选地第一介电体彼此相同地实施。第一介电体由此分别以相同的方式影响第一天线的发射器的辐射特征。

此外可以设计为,第二介电体只要使用就分别具有相同的高度h2。此外,优选地第二介电体彼此相同地实施。由此,第二介电体分别以相同的方式影响第二天线的发射器的辐射。

优选地,第一介电体与第二介电体在其被使用时尤其在其高度方面是不同的。第一介电体和第二介电体由此分别以不同的方式影响第一天线的偶极发射器的辐射和第二天线的发射器。

特别优选如下实施例,其中仅使用第一介电体并且第二天线的发射器没有介电元件。

在本发明的一个优选的实施形式中,第一天线的偶极发射器是双极化的偶极发射器。由此,最佳地使用在移动无线电天线装置之内的位置。

此外,第二天线的发射器可以是双极化的发射器。可替选地或附加地,第二天线的发射器可以是偶极发射器。尤其是,第二天线的发射器可以是双极化的偶极发射器。然而,本发明同样与第二天线的其他发射器一起使用。

根据本发明的天线装置的天线的第一子组可以具有用于发射和/或接收移动无线电信号的单独的端口。尤其是,天线的第一子组可以与天线的第二子组单独用于发射和/或接收移动无线电信号。

但可替选地,根据本发明的天线装置的天线的第一子组和第二子组也可以具有共同的端口来发射和/或接收移动无线电信号。

根据本发明可以设计为,第一子组的天线和/或第二子组的天线分别形成一个或多个阵列天线并且具有共同的端口来发射和/或接收移动无线电信号。

尤其是,第一子组的第一天线可以一起连接成一个或多个阵列天线。尤其是,第一子组的第一天线在此可以经由一个或多个移相器与一个或多个共同的端口连接。

同样地,第二子组的第二天线可以形成一个或多个阵列天线,并且尤其经由一个或多个移相器与一个或多个共同的端口连接。

在一个可替选的实施形式中,第一子组的天线可以分别具有单独的端口来发射和/或接收移动无线电信号。可替选地或附加地,第二子组的天线可以分别具有单独的端口来发射和/或接收移动无线电信号。通过各个天线的单独的端口,波束形成或波束赋形应用是可能的。尤其是,各个天线在此优选可以一起连接成不同的阵列天线,和/或分别单独针对单独的通道来运行。

根据本发明的介电体的使用在许多不同的天线装置中具有优点。根据天线装置的实施方式,介电体在此可以用于使天线的相应的子组的发射平面移动离开彼此,并且朝向彼此运动,或提高设置在较低处的发射器的发射平面,以便改善发射特征。

在根据本发明的移动无线电天线装置的第一变型方案中,介电体使第一天线和第二天线的发射平面移动离开彼此。尤其是在此,第一介电体可以用于使第一天线的发射平面运动离开第二天线的发射平面。由此,减小在根据本发明的移动无线电天线装置中第一天线和第二天线的耦合。

发射平面的这样的移动在此尤其在第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器设置在共同的平面中和/或具有在共同的反射器之上的相同高度hs时才使用。在此情况下,第一天线和第二天线的发射器就本身而言具有相同的发射器平面。然而,通过使用介电体实现了第一天线相较于第二天线具有不同的发射平面。尤其是在此,第一天线的发射平面设置在第二天线的发射平面之上。

优选地,通过第一介电体对发射平面的移动v和第一天线的偶极发射器在共同的反射器之上的高度hs在此具有如下关系:0.5hs>v。可替选地或附加地,第一介电体的高度h1和第一天线的偶极发射器在共同的反射器之上的高度hs2在此具有如下关系:0.5hs>h1。

发射平面的根据本发明的移动在此尤其可以使用在移动无线电天线装置中,其中第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器具有相同的谐振频率平面和/或相同地构建。根据特定的应用目的,在此第一天线和第二天线都可以用于相同的或不同的移动无线电频带。甚至当第一天线的偶极发射器和第二天线的偶极发射器在此具有相同的谐振频率范围和/或相同地构建时,通过发射器和介电体形成的单天线的谐振频率范围仍然可以是不同,因为介电体的使用也对通过发射器和介电体形成的天线的谐振频率范围有影响。

在此不仅在第一子组和第二子组的天线分别形成一个或多个阵列天线时而且在第一子组和第二子组的天线分别具有单独的端口来发射和接收移动无线电信号时,都可以使用根据本发明的发射平面的移动。在另一可能的设计方案中,第一天线和第二天线可以共同地一起连接成一个或多个阵列天线。

在本发明的另一实施变型方案中,介电体使第一天线和第二天线的发射平面朝向彼此运动。因此,第一介电体可以用于使第一天线的发射平面朝向第二天线的发射平面运动。

在此尤其是,当第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器设置在不同的平面中和/或在共同的反射器之上具有不同高度hs1和hs2时,可以使用这种使发射平面朝向彼此运动。在这样的布置中,第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器原理上具有不同的发射平面。在发射器的发射平面之间的间距可以通过介电体的使用来减小。

在一个优选的实施形式中,在发射平面之间仍然保留的间距a相对于第一偶极发射器在共同的反射器之上的高度hs1具有如下关系:a>0.5hs1,优选a>0.2hs1。在此,间距a也可以完全变为0,即发射平面彼此平等。

优选在第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器具有相同的谐振频率范围和/或相同地构建时,才使用这样的对发射平面的朝向彼此的运动。此外优选地,在第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器共同一起连接成一个或多个阵列天线时,使用这样的设计方案。尤其是,由此可以使通过第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器形成的阵列天线的单发射器的发射平面对齐。

在本发明的第三变型方案(其可与第一变型方案和/或第二变型方案组合)中,第一天线的偶极发射器设置在第一平面中,而第二天线具有金属结构,所述金属结构设置在第一平面之上的第二平面中。在此设计为,第一介电体至少伸到第二天线的金属结构的第二平面和/或第一天线的偶极发射器的发射平面至少提升到第二平面上。通过使用介电体由此防止了:第二天线的金属结构以与在现有技术中常常碰到的方式影响第一天线的偶极发射器的发射特征。

尤其是,在第一天线的偶极发射器在共同的反射器之上的高度hs1小于第二天线的发射器在共同的反射器之上的高度hs2时,使用这样的设计方案。

此外尤其是,当第一天线的偶极发射器的最低谐振频率范围的中频高于第二天线的发射器的最低谐振频率范围的中频时或当相较于第二天线使用第一天线来在更高的频带中进行发射时,可以使用这样的设计方案。在此情况下,第二天线的发射器通常大于第一天线的偶极发射器,并且因此突出于第一天线的偶极发射器。通过根据本发明借助第一介电体的使用使第一天线的偶极发射器的发射平面移动,可以极大地改善其发射功率,因为其受第二天线的发射器影响极少。

在一个可能的设计方案中,第二天线的发射器构建为偶极发射器,并且设置在第一天线的偶极发射器的平面之上的平面中。尤其是,第二天线的发射器在此可以具有插口,所述插口高于第一天线的偶极发射器的插口,使得第二天线的发射器的设置在该插口上的偶极部段设置在第一天线的发射器的偶极部段之上。在此情况下,第一介电体实施为,使得其至少伸至第二天线的偶极发射器的偶极部段并且优选伸出于所述偶极部段。优选在此情况下,第一天线和第二天线用于不同的频带和/或具有不同的谐振频率范围。

第二天线在此可以由多个偶极构成,所述偶极设置成方形形状和/或交叉形状和/或t形形状。

在可以与上文中所描述的实施形式组合的另一实施形式中,在第二天线的发射器的区域中可以设置第三发射器。优选地,第三发射器具有相同的谐振频率范围和/或用于与第一天线的偶极发射器相同的频带。可替选地或附加地,第一天线的偶极发射器和第二天线的发射器可以具有不同的谐振频率范围和/或用于不同的频带。

通过在第二天线的发射器的区域中设置第三发射器,这些发射器通常不能具有与第一天线的偶极发射器相同的平面。尤其是,第三发射器在此设置在第二天线的发射器上并且由此设置在与第一天线的偶极发射器不同的平面中。此外可替选地或附加地,第一天线的偶极发射器设置在第二天线的发射器之间。

在这样的设计方案中,第一介电体具有双重功能。一方面,其改善了第一天线的发射可能性,因为第二天线的发射器由于第一天线的偶极发射器的发射平面的移动对其发射阻碍较少。此外,通过第一介电体,使第一天线的偶极发射器的发射平面接近第三发射器的发射平面。

在一个可能的实施形式中,第二天线的辐射器可以具有发射器元件,所述发射器元件平行于和/或垂直于和/或倾斜于发射方向地延伸。在此,第三发射器可以设置在平行于和/或垂直于和/或倾斜于发射方向延伸的发射器元件之内。可替选地或附加地,第三发射器可以是双极化的发射器。

第一天线的偶极发射器和第三发射器可以相同地构建。

尤其是,当第一天线的偶极发射器和第三发射器一起连接成阵列天线和/或可一起连接成阵列天线时,可以使用最后所描述的移动无线电天线装置的实施形式。尤其是,第一天线的偶极发射器和第三发射器在此经由一个或多个移相器组合成一个或多个阵列天线。

根据本发明的移动无线电天线装置优选包括至少一列或行的天线,其中在该列或该行中的第一天线和第二天线交替地设置,和/或其中第二天线设置在由第一天线构成的两个列或行之间。尤其是,阵列天线在此可以具有多个列和行,其中第一天线和第二天线在多个列和行中分别交替地设置,和/或其中第二天线设置在由第一天线构成的多个列和行之间。

该移动无线电天线装置还可以具有壳体,在该壳体之内设置有第一天线和第二天线。此外,该移动无线电天线装置优选具有端口,该移动无线电天线装置可以经由所述关口与移动无线电基站连接。此外,在该壳体中可以设置移相器,该移动无线电天线装置经由移相器一起连接成阵列天线。

在根据本发明的第二方面的移动无线电天线装置中,优选地使用移动无线电天线用作第一天线,如根据本发明的第一方面所详细描述的那样。

这尤其是涉及第一天线的第一介电体的设计方案和/或尺寸,其优选如上文中关于第一方面所描述的那样进行。

在此尽管原则上,第二天线可以根据本发明的第一方面来构建。但优选地,第二天线不具有介电体并且因此并不根据本发明的第一方面构建。

附图说明

现在参照实施例以及附图详细地示出了本发明。在附图中示出:

图1:根据本发明的移动无线电天线的第一实施例;

图2:在根据现有技术的移动无线电天线与根据图1的第一实施例的移动无线电天线之间的比较视图;

图3:在图1所示的实施例中在2.6ghz的发射频率处的电场分布;

图4:在图1中所示的本发明的实施例,其中绘出了介电体的最大厚度d和高度h;

图5:具有不同高度的介电体的根据本发明的移动无线电天线的四个实施例;

图6:两个图表,所述图表示出了与频率有关的s参数和与图5中所示的四个实施例的发射角度有关的天线增益

图7:四个图表,所述图表示,出了介电体高度h为200nm的图5中所示的最后的实施例的电场分布,更确切地说在2.6ghz的发射频率处针对第一端口和第二端口分开示出;

图8:由图1中示出的四个实施例中的第一和最后的实施例,带有在2.6ghz的发射频率处的天线增益的两个视图;

图9:公式和图表,其示出了中频的波导的棒形区域和透镜区域的最大厚度与相对介电常数的关系;

图10:根据现有技术的移动无线电天线和根据本发明的移动无线电天线的两个实施例,以及示出介电常数和各个端口的增益的图表;

图11:描述用于图10所示的移动无线电天线的天线图的宽度的图表;

图12:根据本发明的具有金属元件和/或金属的涂层的移动无线电天线的另一实施例;

图13:根据现有技术的移动无线电天线和根据本发明的移动无线电天线的三个实施例,所述移动无线电天线的介电体在透镜区域的构造方面不同;

图14a:描述用于图13所示的移动无线电天线的在2.6ghz的频率处的远场有用极化的图表;

图14b:描述了用于图13所示的移动无线电天线的在2.6ghz的频率处的远场交叉极化的图表;

图15:根据本发明的天线装置的第一实施例;

图16:图15所示的根据本发明的具有两个对比天线装置的天线装置的第一实施例和图表,该图表描述了与频率有关的天线装置的增益;

图17:两个图表,所述图表描述了图16中所示的天线装置的定向性,其中描述了与频率有关的在3db处的宽度;

图18:根据本发明的天线装置的第二实施例;

图19:图18所示的第二实施例的立体视图;

图20:根据本发明的天线装置的第三实施例;以及

图21:图20所示的天线装置的第三实施例的立体视图。

具体实施方式

图1至图3示出了根据本发明的移动无线电天线的第一实施例。优选地,在此涉及移动无线电天线,该移动无线电天线可以经由信号线路与移动无线电基站连接,以便接收和/或发射移动无线电信号。

移动无线电天线的实施例由偶极发射器1构成,在该偶极发射器上设置有介电体2。偶极发射器1具有插口3,该插口承载偶极部段4。偶极部段4在垂直于移动无线电天线的主发射方向的平面中延伸。而插口沿着主发射方向延伸。

偶极发射器1设置在反射器10上,该反射器板形地构成并且在垂直于主发射方向的平面中延伸并且由此平行于偶极部段4的平面延伸。通过插口3,偶极部段4被保持在高于反射器10的高度hs中。

在该实施例中,偶极发射器1是双极化的偶极发射器。第一极化通过由两个对置的偶极部段4形成的第一偶极形成,第二极化通过另外两个同样对置的偶极部段4形成。这两个极化正交地并且交叉叠置。在该实施例中,偶极发射器实施为偶极方形件,在该偶极方形件中这四个偶极部段围绕共同的轴线设置并且占据方形件的四个扇区。

偶极发射器的这两个极化在该实施例中彼此独立地用于发射和/或接收移动无线电信号,并且为此具有独立的端口12和13。

在偶极发射器1上根据本发明设置介电体2。该介电体2具有下侧,该介电体利用下侧设置在通过偶极发射器1的偶极部段4形成的平面上。节点体的下侧可以包括机械固定区域,用于与偶极固定。该机械固定区域例如可以作为凸部和/或凹槽伸入偶极的区域中。介电体的下侧优选至少除了机械固定区域之外是平的,和/或平行于偶极部段4的平面或垂直于天线的主发射方向的平面地延伸。

优选地,介电体的下侧直接放置到偶极部段4上,或仅通过窄的空气间隙(优选最大2mm并且优选最大1mm的空气间隙)与偶极部段分开。

在图1所示的实施例中,介电体由棒形区域8和透镜区域9构成。在棒形区域8中,介电体具有在主发射方向上保持不变的横截面,其中该横截面是在垂直于主发射方向的平面中的横截面。而在沿发射方向设置在棒形区域8的与偶极发射器背离的侧上的透镜区域9中,介电体具有沿主发射方向改变的横截面。

在该实施例中,介电体具有旋转对称性。介电体的对称轴线平行于偶极发射器1的主发射方向伸展并且与偶极发射器1的对称轴线重合。

在棒形区域8中,介电体实施为实心圆柱体。透镜区域9在该实施例中实施为反圆锥形。但对于透镜区域而言,如在下文中还要阐述的那样,也可以考虑其他形状。此外,也可以完全省去透镜区域9,使得整个介电体构成为介电棒。

根据本发明的介电体用于使偶极发射器的发射平面6沿着主发射方向移动,使得由偶极发射器1和介电体2形成的天线的发射平面7设置在偶极发射器1本身的发射平面6之上。发射平面的移动能够如下文还要详细描述的那样实现许多应用,尤其是在根据本发明的移动无线电天线与其他天线组合成天线装置的情况下。

在该实施例中,天线还具有子反射器框架11,子反射器框架设置在板形的主反射器10上并且包围天线。子反射器框架实现定向性的改善。

根据本发明的发射平面的移动通过图3中所示的电场图覆盖。如可从这些图表中看到的那样,通过放置到天线上的介电体,最强的电场分布的区域由此从偶极发射器1的偶极部段的平面沿着发射方向移动到发射平面中,更确切地说,至少移动了介电体2的棒形区域8的高度。

在图4中再次示意性地绘出了介电体的尺寸。尤其是,在此绘出了介电体2的最大厚度d即其在垂直于主发射方向的平面中的延伸以及介电体的高度h即在发射方向上的最大延伸。

根据本发明,使用如下介电体,其中高度h为最大厚度d的至少30%。优选地,高度h为最大厚度d的至少50%,还优选的是,高度h为最大厚度d的至少70%。由此,根据本发明实现了发射平面的相应移动。

可替选地或附加地,棒形区域8的高度即棒形区域在主延伸方向上的延伸为最大厚度d的至少20%,优选为最大厚度d的至少30%,还优选的是,为最大厚度d的至少40%。

介电体或介电体的棒形区域的高度h至少在原理上不受限。图5在此示出了四个不同的实施例,所述实施例在介电体的高度h方面不同。在所有实施例中,介电体具有50mm的直径d。高度h在这四个实施例中为50mm、75mm、100mm或200mm。在这四个实施例中,曾使用如下介电体,在该实施例中仅由棒形区域构成并且没有透镜区域。

图7在上部图表中示出了在1.7ghz至2.7ghz的频率范围中与频率有关的在极化中的s参数。在此,清楚的是,s参数的变化曲线与高度h有关。此外,高度h也对谐振频率范围的位置有影响,其中较大的高度一般来说扩宽谐振频率范围。

图6中下部的图表示出了针对介电体的不同高度的远场图。介电体越长,则在主发射方向上的定向性就越高,即在phi=0度时,并且在远场图中形成的最小值和最大值就越多。

局部最小值/最大值的数量上升归因于电磁场的相长和/或相消的叠加。在此,可以得到:局部最小值和最大值通过沿着介电体的轴线的不同的发射点而产生,即能量的一部分沿着该本体(发射模式)和能量的一部分又被传导(限制模式)。

图7示出了针对高度为50mm和200mm的介电体在2.6ghz的频率的电场(单位v/m)。在这两种本体高度的情况下,电场完全穿透介电体。此外,电场在高度h为200mm的本体的情况下沿着z轴即沿着主发射方向周期重复。这阐明了辐射的相中心沿着z轴并且由此沿着主发射方向的移动和波导函数。

图7示出了天线端口1的电场并且由此示出了极化1,以及天线端口2的电场并且由此在极化2中。这两个场彼此正交,由此实现在这两个天线端口之间的绝缘或脱耦。

图7一方面示出了当介电体要作为波导工作时介电体的高度h不允许超过一定的最小高度。

同时,也阐述了随着长度增加而出现的旁瓣。这可以通过场不完全传导穿过介电体并且在相应的场最大值处的部分辐射予以解释。

在图8中再次三维地示出了针对介电体的50mm的高度和200mm的高度在2.6ghz时极化中的天线增益。如可清楚地看到的那样,主瓣的定向性由于介电体延伸而明显增大,然而出现旁瓣。

在将介电体视为棒形发射器时,得到根据本发明的所要保护的在介电体的高度h与介电体的厚度d之间的关系。图9在此示出了这样的棒形发射器与谐振频率范围的中频的波长和在棒形发射器的情况下有效相对介电常数的相关性。

在左侧描述了棒形区域的直径dmax,leiter和由此介电体的最大厚度以及在透镜区域的最薄部位处的直径dmin,spitze的公式。在右侧再次在图表中以图形方式示出了该相关性。介电体的最大厚度因此不能任意地选择,而是必须根据波长和相对介电常数来选择。

对于本发明的此目的,在此选择介电体在如下区域中的最大厚度d,尤其是棒形区域的最大厚度:

优选

针对高度h,波长和相对介电常数的类似相关性至少作为下限。

优选

由此也得到所要保护的在介电体的高度h与最大厚度d之间的关系。

介电体的最大厚度d对波导特性以及由此对由偶极和介电体形成的天线的发射特性的影响现在再次参照图10和11予以详细描述。在图10的上部分再次一方面示出了在没有介电体(000)的比较例以及分别具有不同大小的介电体的两个实例001和002。

在该实施例中,反射器分别具有144mm的长度和宽度,子反射器具有97mm的长度和宽度和21mm的高度。所使用的偶极发射器在所有实施方式中都为相同的发射器,其中谐振频率范围在1.7ghz到2.7ghz之间。

在实例001中,介电体具有在本发明的意义下的90mm的直径和由此最大厚度d以及90mm的高度,在实例002中介电体具有在本发明的意义下的50mm的直径和由此最大厚度d以及50mm的高度。所使用的材料的相对介电常数分别为2.8。

在图10的图表中示出了针对三个天线的与频率有关的增益和定向性。该图表示出了在使用介电体时定向性和增益的改善。该效果在实例002即具有较小直径d的介电体对较高频率相较于对较低频率表现明显更强。

此外,具有较小直径d的介电体的使用也引起谐振频率范围改变。对于较大介电体而言在1.8到2.7之间的总频率范围可用,而较小的介电体在实例002中将可用的范围限制到2.1到2.7之间的频率。对于较低的频率而言,较小的介电体由于其小直径因而明显不再作为波导工作。但对此未包含图表。

图11中的图表现在示出了针对这三个实例的在10db或3db时的孔径角。这里还又示出了在使用根据本发明的介电体时的较小的孔径角。

介电体优选具有大约2的有效相对介电常数、还优选地具有大约2.5的有效相对介电常数。

这例如可以通过由具有相应的相对介电常数的实心材料制造介电体来实现。替代于此,该本体也可以由具有例如6的较高的相对介电常数的材料制造,并且具有空气孔,空气孔又减小了介电体的有效相对介电常数。代替于此,也可以使用具有低相对介电常数的材料,具有高相对介电常数的颗粒被注入到该材料中。示例性地,在此具有30的相对介电常数的颗粒可以被引入到具有1的相对介电常数的基质材料中。

有效相对介电常数在此在一个优选的实施形式中在介电体的延伸部上是恒定的。

然而,为了影响发射特性也可以使用具有相对介电常数的梯度的材料。

此外,为了影响发射特性可考虑如下匹配:

在图12中绘出了偶极或偶极部段4在发射器10之上的高度hs。众所知周地,反射器在此具有对于如下频率的最高聚束作用(bündelwirkung),对于所述频率的波长λ满足关系hs=λ/4。

此外,介电体的波束功率如上所示的那样与介电体的最大厚度d或直径有关。根据本发明,现在可以将在偶极与反射器之间的间距hs设计得对于低频率而言最优,而介电体圆柱体的最大厚度d或直径设计得对于高频率最优。

天线的发射特性还可以通过在介电体的区域中使用金属和/或导电的对象来影响。这样,例如一个或多个金属片或板14可以安置在介电体中或安置在介电体上。尤其是,在此垂直于主发射方向的金属片可以集成到介电体中或安置在其下侧上。可替选地或附加地,可考虑的是,介电体的表面配备有表面金属化部15。优选地,表面金属化部15在此仅设置在介电体的外环周上。通过这样的金属的和/或导电的元件也可以影响天线的定向性。优选地,电的和导电的元件在此设计为,其聚束作用对于其他频率范围相较于在偶极与反射器之间的间距hs的聚束作用和/或介电体的聚束作用最优。

透镜区域的影响借助图13和图14在此予以详细探究。在图13中示出了四个实施例000至003。在实施例000中在此涉及没有介电体的对比例。实施例001具有实施为反圆柱体的透镜区域,实施例002具有实施为圆锥体的透镜区域,以及实施例003不带透镜区域地实施。

图14a示出了用于有用极化的天线的远场图,图14b示出了交叉极化的天线的远场图。在此可看到的是,如已在上文中所示的那样,通过使用介电体可以提高在发射方向上的定向性和增益。然而,实例001和002的不同的透镜形状始终对图表完全没有影响。实例003的图表的略微不同的设计方案适当地通过介电体的较大有效高度h和上文已讨论的对在较大的高的情况下对旁瓣(nebenmaxima)的放大来予以解释。

根据本发明的对发射平面的改变尤其在具有高单发射器密度的阵列天线装置中可以用于改变远场特征。尤其是,根据本发明的介电体在此只使用在天线的一部分中,使得其发射平面被移动到如下高度,该高度优选与其余发射器的发射平面有关。

图15示出了根据本发明的移动无线电天线装置的第一实施例,该移动无线电天线装置具有:第一组的第一天线21,所述第一天线构成为根据本发明的天线并且由具有介电体23的偶极发射器构成;和第二子组的第二天线22,所述第二天线没有介电体。在该实施例中,第一天线21和第二天线22的偶极发射器相同地实施。通过在第一天线21中使用介电体23,所述天线的发射平面相对于第二天线移动。

第一天线和第二天线的偶极发射器设置在共同的反射器10上并且因此在没有介电体23的情况下具有相同的发射平面。各个发射器的孔径或发射平面的移动因此减小了各个天线的相互耦合。由此,可以改善近场耦合并且由此改善远场值如天线的孔径角和定向性。

在该实施例中,天线装置具有多个行24、24’和多个列25、25’、25’’。带有介电体23的第一点天21和不带这样的介电体的第二天线22在此不仅在行上而且在列上分别交替。

图16作为对比例v000示出了天线装置,在该天线装置中所有天线不带介电体地实施并且作为对比例v001示出了如下设计方案,在该设计方案中所有天线都具有介电体。图15中所示的根据本发明的天线装置的实施例作为实例v002示出。

在图16的下部分示出了与频率有关的各个实例的增益和定向性。在图17中示出了在10db和3db时的远场图的宽度。如可从两个图表中看到的那样,根据本发明的实施例不仅至少在主瓣的区域中具有最好的定向性而且在主瓣的区域中具有最好的增益。

在图15所示的实施例中,第一天线和第二天线可以一起构成为阵列天线。尤其是在一行或一列的天线可以经由移相器与共同的端口连接,或因为其涉及双极化的天线而与两个共同的端口连接。在该情况下优选在这样的阵列天线的第一天线和第二天线之间进行相位比较,以便补偿在该阵列天线之内介电体对相位的影响。

但可替选地,第一天线也可以形成在一个或多个阵列天线之下,而第二天线分别形成在一个或多个独立的阵列天线之下。在此情况下,优选在一列或一行之内的第一天线经由移相器与一个或多个共同的端口连接,而在一列或一行之内的第二天线经由一个或多个移相器与一个或多个端口连接。

在另一实施例中,各个天线也可以分别具有单独的端口,以便例如能够针对波束形成或波束赋形应用灵活地连接在一起或可以单独地运行。优选地,在此情况下天线装置是有源天线装置,在有源天线装置中每个单天线配设有单独的放大器。

但,根据本发明的天线装置也可以是不带放大器的无源天线。

在图15所示的根据本发明的移动无线电装置的实施例中,使用双极化的偶极发射器作为发射器。尤其是,该发射器在此如已在上文中关于图1所示的实施例所详细阐述的那样来实施。第一天线和第二天线在该实施例中唯一的区别在于,将根据本发明的介电体使用在第一天线中,而偶极发射器相同地实施。优选地,介电体在此可以如上文中已描述的那样来实施。

在图18中示出了根据本发明的天线装置的第二实施例。

在图18的上部分中首先示出了根据现有技术的天线。其具有第一天线31和第二天线32。第一天线用于在较高频带中进行发射和/或接收,而天线用于在较低频带中进行发射和/或接收。第一天线和第二天线在此分别是偶极发射器。由于第二天线的偶极发射器针对较低的频率设计,所以这些偶极发射器距共同的反射器10与第一天线的偶极发射器相比具有较大的间距。由此,第一天线31的发射平面6在第二天线的偶极部段的平面34之下。这在现有技术中导致第一天线的发射功率受到极大影响。

该效应根据本发明通过如下方式得以防止:在其他方面相同构建的情况下在第一天线31上设置介电体33,该介电体将第一天线31的发射平面从其偶极发射器的发射平面6提升到第二天线32的偶极部段的平面34之上。由此,第一天线31的发射特征不再受第二天线的存在负面影响。移动v和同义地介电体33的高度h在该实施例中由此大于第一天线31的偶极发射器的发射平面6与第二天线的偶极发射器的发射平面34之间的间距k。

在图18所示的实施例中,第一天线的偶极发射器又是双极化的偶极发射器。尤其是,偶极发射器在此如已在上文中关于图1所示的实施例所详细阐述的那样来实施。

而第二天线32的偶极构建为vh极,即使用彼此间隔开的偶极32,其分别相对彼此正交地极化。这经由180°混合耦合器一起连接成x极。

第二天线在此例如可以用作用于在698mhz到960mhz之间的移动无线电频带的低频带天线,第一天线用作为用于1710mhz与2690mhz之间的频率范围的高频带天线。

如在图19(该图19在此以立体视图描述了图18所示的实施例)中所示,第一天线在此设置成四列,每列各两个天线,其中第二天线设置在这样形成的行之间。

第二天线32的偶极也可以设置成方形,其中每个第一天线32都在这样的方形之间。此外,在由第二天线32构成的这样的方形之间还可以设置第一天线31。可替选地或附加地,第二天线32页可以以交叉形式设置。

在图20和图21中示出了根据本发明的天线装置的第三实施例。在图20的上部中,又示出了根据现有技术的天线,而在下部中示出了本发明的配备介电体的实施例。

根据本发明的天线装置具有天线41,第二天线42和第三天线43。第一天线41和第三天线43用于在相同的频带中进行发射,而第二天线42用于在较低的频带中进行发射。

在此,第三天线43设置在第二天线42的区域中,并且在发射方向上相对于第一天线41向上错移。第二天线42还具有金属元件,所述金属元件伸入在第一体现41的偶极发射器的发射平面之上的平面中。

在该实施例中,第二天线在此是具有相对于主发射方向倾斜伸展的侧壁47和48的天线,在所述侧壁之间形成狭缝49,所述狭缝作为狭缝发射器起作用。倾斜伸展的侧壁47和48在此共同形成一种漏斗。在漏斗状的天线之间设置有第一天线41的偶极发射器。可替选地,第二天线也可以由偶极发射器构成,所述偶极发射器设置成方形。

在根据现有技术的天线中,第一天线的辐射因此受第二天线42的在发射方向上设置在之上的金属元件极大影响。此外,第一天线41的偶极发射器和第三天线43的偶极发射器具有不同的发射平面45和46。

两个问题根据本发明通过将介电体44使用在第一天线1的偶极发射器上来消除。介电体的高度h在此对应于在第三天线的偶极发射器的发射平面46与第一天线的偶极发射器的发射平面45之间的间距。

这一方面引起第一天线和第三天线基本上具有相同的发射平面。此外,第一天线的发射平面被提升到第二天线的金属元件的平面之上,而且其发射特性不再受到负面影响。

第一天线和第三天线的偶极发射器可以是双极化的偶极发射器。尤其是,这两个极化的偶极在此彼此交叉地设置。偶极发射器在此可以如关于图1的实施例所详细描述的那样实施。

第一天线和第三天线的偶极发射器可以在构造上相同地实施和/或具有相同的谐振频率范围。偶极发射器通常仅就其固定而言在插口区域中有略微不同。

优选地,第一天线和第三天线用于在相同的频带中进行发射和/或接收。第一天线和第三天线在此可以一起连接成一个或多个阵列天线,并且尤其经由一个或多个移相器与一个或多个共同的端口连接。

第二天线与第一天线和/或第三天线相比优选用于在更低的频带中进行发射和/或接收。优选地,第二天线一起连接成一个或多个阵列天线,并且尤其可以经由一个或多个移相器与一个或多个端口连接。

第二天线42和第一天线41设置在共同的反射器10上。第三天线设置在第二天线之内,并且优选具有自己的反射器,该反射器同样设置在第二天线42之内。第一天线还可以具有框架状的子反射器11。

与具体的设计方案无关地,在根据本发明的移动无线电天线装置中优选使用如在上文中已关于根据本发明的天线所详细描述的那样的天线作为第一天线。尤其是这适用于介电体的尺寸和/或设计方案。

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