用於多頻率工作的天線的製作方法

2023-10-25 12:02:02 8

專利名稱：用於多頻率工作的天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於多頻率工作的天線。
背景技術：
對於移動式無線電範圍的網使用者，重要的是，可同時使用用於不同頻率的天線。但因為對於不同的業務在饋給範圍或網的規劃方面均有不同的要求，並需要不同的輻射特性，尤其是對於垂直特性的不同垂直俯角。理想的是，對於不同頻率的主波瓣具有不同的垂直俯角。但是，用迄今公知的技術方案對於很鄰近的頻率這是不可能作到的。
迄今僅公知了這樣的方案，對於不同的頻率範圍使用不同的輻射器。這例如可由彼此套疊的偶極子組成，例如由DE-A1 198 23 749可看到一種雙偶極子多頻率範圍的天線。但是它是有缺點的，即由該裝置的幾何布置引起的頻帶不能直接地相鄰，而必需具有1∶2的比例。
此外，從出版物「電子通訊」(「Electronic Letters」)，1999年8月，第35卷第17期，第1399-1400頁由Yeunjeong，Kim，Wansuk Yun及Youngjoong Yoon公開了一種雙帶片狀天線，它具有用於兩個不同頻率的不同連接端子。但其中用於每另一頻率的連接端子彼此正交地極化。對於雙極化及多頻率的方案不能從中推知。它的另一缺點是具有四個不同的彼此疊放的介電層的高成本層結構。
相對地，雖然寬帶天線可工作在相鄰的頻率範圍或非常寬的頻率上，但是對於不同的頻率範圍不能實現不同的，尤其是可變地調節的輻射特性。在出版物「電子通訊」(「Electronic Letters」)，2000年3月，第36卷第6期，第487-488頁由D.H.Wemer及.D.Lee著的文章「使用片斷單元的雙極化多帶頻率選擇表面的設計」中公開了一種雙極化片斷天線，它可工作在大的頻帶上。但是這種天線結構不包括可分開調節的輻射圖。
由WO 98/43315公知了一種發射/接收天線，它對於第一極化在天線陣列的各個輻射器上設有複式的濾波器，以便由此使天線陣列對於接收頻率範圍(Rx)及對於發送頻率範圍(Tx)分配不同的輸入及輸出端。如果對於不同頻率(Rx-Tx)不能通過正交極化來實現去耦，則不利地在複式濾波器的輸入或輸出端上在兩個頻帶的一個中至少需要一個分離放大器。此外需要分離放大器，是因為在頻帶(Rx及Tx)之間不能實現足夠的去耦。另外不能看出對於產生不同頻率範圍的不同俯角的激勵。
最後由WO 84/04855 A1公知了一種雙帶天線陣列。它包括多個單輻射器，它們可工作在兩個頻帶中。可工作在兩個頻帶中的輻射器的每個輸出端設有一個分頻器，其中在輻射器側端子上的頻帶在饋給網絡側端子上至少分成兩個部分頻帶。其中饋給網絡這樣地構成，即在用於相應部分頻帶的分頻器上的饋給網絡側端子為了形成輻射及尤其為了主波瓣俯角的不同調節以預定及可變化調節的相位和/或幅值而相互連接起來。
但這種天線陣列被證明是難實現及成本高的，陣列中每個需要在各個頻帶之間實現抑制波段的衰減。

發明內容
因此本實用新型的任務是，建立抑制天線裝置，它工作在不同頻帶時可實現不同的、尤其是彼此無關地調節的輻射特性，及最好在兩個頻帶之間總的高去耦度時不用附加的有源元件，及它具有相對小的成本。
根據本實用新型該任務將根據權利要求1中給出的特徵來解決。本實用新型的有利構型被描述在從屬權利要求中。
作為出人意料特徵必需指出，根據本實用新型的天線裝置可用很小的濾波器成本實現輻射特性的獨立調節。這樣，可用甚至低於約15dB、例如從8至12dB的分頻器的抑制衰減實現幾乎獨立的輻射特性。其中根據本實用新型可以設計，用多級、即至少用兩級來構成所需的總抑制衰減，合適的方式是，僅在饋給網絡側端子上附加濾波器結構，它設在該端子的前面或後面，即至少設在一個分支點和/或預設移相器的前面的饋給導線區段中。
在此情況下出人意料的主要是，可使用這樣的濾波器結構，它們允許通過一個無源的饋給網絡連接，及其中對於每個極化具有足夠高的不同頻帶之間的去耦合。
根據本實用新型可藉助一個可選擇頻率的濾波器結構的形式來實現，它最好以足夠的抑制衰減允許一個頻帶分配在兩個部分頻帶中。使用固定的饋給網絡或最好利用移相器的可變構型的饋給網絡允許單輻射器這樣地連接，以致對於相應的頻率範圍可進行所需的輻射圖的調節，即尤其是垂直俯角可根據需要及必要性最好分開地被調節。
最後，因為一個小的抑制衰減足夠用於輻射圖的形成，雖然要求如30dB或更高的去耦值，但根據本實用新型一個特別有利的實施形式，僅在饋給輸入端上產生附加濾波器的成本。這可實現為了對於每個極化提高去耦，僅需一個附加的濾波器。由此可著重選擇地避免對於每個偶極子或每個偶極子組設置附加濾波器。


以下將藉助實施例來詳細地說明本實用新型。其附圖為圖1具有四個偶極子的天線陣列的第一實施例，它與一個固定的饋給網絡相連接；圖2對圖1的一個變型實施例，其中對於一個頻率範圍的連接藉助固定連接及對於第二頻率範圍的連接可藉助移相器可變地進行；圖2a用於表明移相器的圖2中一個片斷的放大圖；圖3另一實施例，其中對於兩個頻率範圍的連接通過移相器可變地進行；圖4具有雙極化輻射器及兩個頻率範圍的天線陣列，其中對於每個頻率範圍的每個極化藉助移相器進行連接；圖5一個雙帶天線的實施例，其中第二頻帶可頻率選擇地分布在頻帶f2及f3中並由此得到一個三範圍天線；及圖6對圖2的一個變型實施例，它表明可配置一個分頻器及一組至少兩個單輻射器。
具體實施方式
以下將討論圖1中所示的第一實施例。該圖中概要表示的天線陣列包括四個單輻射器1，在所示實施例中為偶極子1′的類型，通常例如以垂直定向布置在垂直設置的反射器前面。
單輻射器1通過一個固定的或固定接線的饋給網絡由饋給端子5.1及5.2饋給信號。在此青況下，根據單輻射器1的數目，由每個饋給端子5.1或5.2開始連接到饋給導線9的多重分支，即由饋給端子5.1經過饋給導線9及分支點11到饋給分支導線9.1並經過相應的下個分支點13到達下個饋給分支導線9.2。相應地，該連接適用於另一饋給端子5.2，它與饋給導線109、分支點111、饋給分支導線109.1、分支點113及饋給分支導線109.2連接。饋給導線同時包括阻抗變換，對於後者為簡要起見不再描述。
其中單輻射器1各通過其相應輸出端17a及導線17與一個分頻器21的一個輻射器側端子19相連接，該分頻器再與兩個饋給網絡側端子23.1及23.2相連接，並且可對第一頻帶f1及第二頻帶f2作選擇。在此情況下，分頻器21可通過頻率選擇的濾波結構來構成。
在饋給分支側的端子23.1及23.2上連接有相應的饋給分支導線9.2及109.2，以致所有的單輻射器1可頻率選擇地與用於第一頻帶f1的饋給端子5.1或與用於第二頻帶f2的饋給端子5.2相連接。
分頻器21以足夠的抑制波段衰減即例如15dB或甚至小於10dB地至少在兩個部分頻帶中被分配。在此情況下，這樣地進行組合連接，即對於相應頻帶預先固定地進行不同的輻射圖調節。該預調節可這樣進行，即譬如對於兩個頻帶其垂直俯角不同。
最後，在圖1的實施例中(如在根據圖6的實施例中還要詳細說明的)在兩個饋給網絡側端子5.1及5.2上各連接了一個附加濾波器121，以便提高總的抑制衰減。由此可這樣地設計分頻器21，即它僅具有很小的抑制衰減。
圖2所示的實施例相應於圖1中的進一步構型，但其區別在於，對於頻率f2不是固定地組合連接在分支點113上，而是在這裡各設有一個可變調節的移相器27。在此情況下，這些移相器可這樣地構成，即基本上如由WO98/21779中所公知的。換言之，設有一個可繞一個轉動軸29調節的調節機構31，後者通過導線109及109.1與饋給端子52相連接。該調節機構31例如與一個部分圓形狀的接觸單元或銅單元33形成直接的或電容性的連接，在後者兩個對立的端部區域與移相器端子35相連接，從移相器端子各通過下個分支導線109.2連接到分頻器21上的饋給網絡側端子23.2。在該圖示實施例中所謂的部分圓形狀的接觸單元或銅單元33最好用條形導體或微型條形導體技術製造，並且設置在一個底板(基板)28上。
用於頻帶f1的輻射圖通過固定的饋給網絡部分來實現，通過它可固定地設置一個確定的輻射圖。但通過可變調節的移相單元27可實現由可變饋給網絡對第二頻帶f2的輻射圖的調節，由此可調節輻射的形成及尤其是輻射的下降，即在頻帶f2中的主波瓣的俯角可被調節。
根據圖3的實施例相對圖2的實施例的變化在於，這裡對於兩個頻帶f1及f2設置了一個饋給網絡7，它在兩個頻帶f1及f2中各設有一個相應的輻射結構，及由此尤其可實現不同的調節和/或主波瓣可變的垂直下降。
在根據圖4的實施例中使用了一種天線陣列，它不是由單輻射器1，而是由雙極化輻射器2組成。該雙極化輻射器2例如可由方偶極或交叉偶極組成，即使用了偶極-單輻射器1。一個雙極化輻射器2(或例如在一個方偶極中具有兩個平行設置的偶極輻射器)的每個偶極-單輻射器通過一個共同的導線17或17′與一個分頻器21相連接。如從圖4中還可看到的，由此從四個偶極輻射器的每個引出兩個導線17，17′，每個導線被引導到分頻器21的輻射器側端子19。因此在四個雙極化偶極輻射器2的情況下具有八個分頻器。在該實施例中通常在n個雙極化偶極輻射器2的情況下需要2n個分頻器21。圖4中上方的用於頻率f1的端子5.1對應於+45°的極化，而在圖4下方的用於頻率f2端子5.1′對應於-45°的極化，也就是圖4中所示的屬於一個交叉偶極的偶極輻射器被設置成+45°/-45°地定向。
雙極化偶極輻射器2的每個彼此平行定向的偶極1a或1b可通過兩個後聯的饋給網絡頻率選擇地被組合，並且在圖4的該實施例中通過各個配置的移相器27頻率選擇地被組合。由此對於每個極化其輻射圖及尤其是俯角既可對第一頻率f1也可對第二頻率f2分開地調節和/或改變。
最後來參見根據圖5的實施例。圖5也表示用於雙極化天線2的結構，其中在圖5中設有的每個雙極化天線2包括一個交叉偶極2′及一個包圍交叉偶極2′的方偶極2″。
方偶極2″的各個彼此平行布置的輻射器1a或1b通過一個可變饋給網絡7相連接，其中一個輻射結構2″的彼此平行布置的具有相同輻射的單輻射器1a通過一個移相器27與第二個輻射器結構2″的相同定向地平行布置的單輻射器1a組合連接，及移相器27的饋給連接側端子接著通過分支點211連接到一個共同的饋給端子5.3。相應的連接也使用於該方偶極結構的第二極化，其中通過饋給端子5.3′及通過接著的分支點211′連接到移相器27並再通過其兩個輸出端與相應輻射器結構2″的兩個平行的偶極輻射器1b相連接。
端子5.3及5.3′也用於接收或發送具有第一及第二極化的第三頻帶。該頻帶f3例如可在在824至960MHz之間。
對於設在方偶極內的交叉偶極10′則相對地實現在兩個頻帶f1及f2中的頻率選擇的分配，其中饋給端子側輸出端相應於圖4的實施例，對於兩個極化中的每個通過移相器27與用於f1及f2的兩個饋給端子組合連接。頻帶f1例如可覆蓋1920至2170MHz及第二頻帶f2可覆蓋1710至1880MHz的範圍。
圖5也表示具有三個帶範圍的雙極化天線，其中對於所有三個頻帶及兩個正交極化的輻射圖及尤其是俯角可不同地調節。
當然對於最後所述的例子也可變型地設置用於第三頻帶的頻率選擇的帶分配。同樣在需要時對於各個頻帶可實現無個別調節俯角的固定連接，例如藉助圖2所概要表示的。
在所有實施例中分頻器最好用濾波器結構來實現，它尤其可被組合在天線的外殼內。其中濾波器結構也可由屏蔽的條狀導體結構或三板式結構組成。
作為替換或部分替換及補充，該濾波器結構也可構成同軸濾波器。
藉助已說明的實施例可看到，相應的天線至少包括兩個單輻射器。但也可能設置多於兩個的單輻射器，它們屬於同一組。在此情況下可僅實現一組單輻射器，但也可實現多組單輻射器，如在雙極化天線的例子中所描述的。
為了實現良好的去耦，分頻器應相對另一頻率範圍具有至少6dB，8dB或10dB的抑制波段的衰減，最好該值至少為15dB，尤其是至少為20dB。
為了必要時附加地增大另一頻帶中的抑制衰減，在藉助所述饋給網絡連接後在天線的輸出端上可設置附加的濾波器。最後可這樣地實現散熱的改善，即將濾波器固定在反射器板上。其中濾波器在反射器板上可彼此機械地疊放。
藉助圖6表示出一種變型，它基本上可根據所述圖1至5的所有實施例變換。
在圖6的實施例中可看到，與圖2不同地，例如對具有兩個單反射器1的組100配置一個分頻器21。其中單反射器1的組100不僅可具有兩個單反射器1，1′，而且也可具有包括多個單反射器1，1′、例如三個單反射器，它們例如通過一個共同的求和點及一個後聯導線連接到一個分頻器21的輸入端。
通過圖6還附加地表示出可設置附加濾波器121，它也可在所有其它實施例中設置，它最好在通過饋給網絡7的連接後被設置在一個天線的輸出端上，並最好固定在反射器板上。通過該附加濾波器121的設置，可用成本合理及簡單的方式進一步改善對於後聯單輻射器的濾波器21的抑制衰減。
權利要求1.用於至少兩個頻帶的天線陣列，具有以下特徵-具有至少兩個單輻射器(1，2)，-該至少兩個單輻射器(1，2)可工作在兩個頻帶(f1，f2)中，-可工作在兩個頻帶(f1，f2)中單輻射器(1，2)的每個輸出端(17a)被配置一個分頻器(22)，其中在輻射器側端子(17a)上的頻帶在饋給網絡側端子(5.1，5.2)上被分離成至少兩個部分頻帶，-預設的饋給網絡這樣構成，即用於相應部分頻帶(f1，f2)的分頻器(22)的饋給網絡側端子(23.1，23.2)為了形成輻射及尤其是為了調節主波瓣的俯角以預定的和/或可變調節的相位和/或幅值相組合連接，其特徵在於，具有以下特徵-為了實現對另外一個或多個頻帶範圍足夠的抑制衰減設有一個多級的濾波器結構，-除構成實現抑制衰減的第一濾波結構的分頻器(210外，還設有附加濾波器(121)，它們可設有相應的饋給網絡端子(5.1，5.2)上或連接在其前面或設在連接在饋給網絡端子(5.1，5.2)後面的饋給導線區段(109)中，後者被連接到第一分頻器(21，27)的饋給網絡側上。
2.根據權利要求1的天線，其特徵在於對一個分頻器(21)配置一個具有至少兩個單輻射器(1，1′)的組(100)。
3.根據權利要求1或2的天線，其特徵在於至少對於一個頻帶(f1，f2，…，fn)分頻器(21)的輸出端(23.1，23.2)通過相應的移相器(27)至少間接地與相應的饋給網絡端子(5.1，52，…，5.n)相連接。
4.根據權利要求1至3中一項的天線，其特徵在於所有的單輻射器(1，2)或單輻射器(1，2)的組(2，2′，2″)通過相應的分頻器(21)及相應的移相器(27)與相應的饋給網絡端子(5.1，5.2，…，5.n)這樣地連接，即對於所有頻帶輻射圖可被不同地調節及由此尤其是主波瓣的俯角可被不同地調節。
5.根據權利要求1至4中一項的天線，其特徵在於設有至少兩個雙極化的輻射器結構(1，2)。
6.根據權利要求1至5中一項的天線，其特徵在於雙極化的輻射器結構(1，2)的包括用於在兩個不同的頻帶中的每個極化的輻射的輻射器結構(1，2)，其中至少對於一個極化設有一個通過固定饋給網絡或使用移相器(27)的可變饋給網絡(7)的頻帶分離。
7.根據權利要求1至6中一項的天線，其特徵在於分頻器(21)由濾波器結構組成，它們尤其包括屏蔽的條狀導體結構或三板式結構。
8.根據權利要求1至7中一項的天線，其特徵在於分頻器(21)由濾波器結構組成，它們包括同軸濾波器。
9.根據權利要求1至8中一項的天線，其特徵在於分頻器相對另一頻率範圍具有至少6dB，8dB或10dB的抑制波段的衰減，尤其該值至少為15dB，最好是至少為20dB。
10.根據權利要求1至9中一項的天線，其特徵在於分頻器的抑制波段的衰減分量低於約15dB，最好低於約10dB，例如約在8dB至12dB，其中總的去耦最好為30dB或更大。
11.根據權利要求1至10中一項的天線，其特徵在於分頻器(21)在兩個頻帶(f1，f2)中藉助可不同調節的移相器(27)實現組合連接。
12.根據權利要求1至11中一項的天線，其特徵在於分頻器(21)對於至少一個頻帶固定地組合連接及對於至少另一個頻帶中藉助移相器(27)可變地組合連接。
13.根據權利要求1至12中一項的天線，其特徵在於至少設有用於至少另一頻帶(f3)的獨立頻帶(2′)，以致天線至少可工作在三個頻帶(f1，f2，…，fn)中。
14.根據權利要求1至13中一項的天線，其特徵在於饋給網絡(7)使用分頻器(21)這樣地構成，即它設有多於兩個頻帶的分配。
15.根據權利要求1至14中一項的天線，其特徵在於濾波器、即分頻器(21)和/或附加設置的濾波器(121)被固定在反射器板上。
16.根據權利要求15的天線，其特徵在於附加濾波器(121)被機械地彼此疊放在輻射器板上。
17.根據權利要求1至16中一項的天線，其特徵在於濾波器結構被組合在天線外殼中。
專利摘要具有至少兩個單輻射器(1,2)及用於至少兩個頻帶(f1,f2,…,fn)的天線的改進是通過以下特徵實現的:－可工作在至少兩個頻帶(f1,f2,…,fn)中單輻射器(1)的每個輸出端或一組相應的單輻射器(1)的輸出端被配置一個分頻器(21),其中在輻射器側端子上的頻帶在饋給網絡側端子(23.1,23.2)上被分離成至少兩個部分頻帶(f1,f2,…,fn),－饋給網絡(7)這樣構成,即用於相應部分頻帶的分頻器(21)的饋給側端子(23.1,23.2)為了形成輻射及尤其是為了調節主波瓣的俯角以預定的和/或可變調節的相位和/或幅值相組合連接。
文檔編號H01Q1/24GK2514507SQ0123438
公開日2002年10月2日 申請日期2001年7月18日 優先權日2000年7月18日
發明者R·加布裡爾, M·戈特爾 申請人:凱特萊恩工廠股份公司