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CN106233532A - 宽带天线、多频带天线单元以及天线阵列 - Google Patents

宽带天线、多频带天线单元以及天线阵列 Download PDF

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CN106233532A
CN106233532A CN201580020297.0A CN201580020297A CN106233532A CN 106233532 A CN106233532 A CN 106233532A CN 201580020297 A CN201580020297 A CN 201580020297A CN 106233532 A CN106233532 A CN 106233532A
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CN
China
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antenna
broad
band antenna
plate
distance
Prior art date
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Application number
CN201580020297.0A
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Inventor
比约恩·林德马克
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Kaelus AB
Original Assignee
Filtronic Wireless AB
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Publication date
Application filed by Filtronic Wireless AB filed Critical Filtronic Wireless AB
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Abstract

本申请公开了宽带天线，多频带天线单元和天线阵列。天线系统的宽带天线包括导电的板片，该板片包括四个槽缝。槽缝以旋转对称方式设置在板片中。每个槽缝从板片的周缘朝向板片的中心延伸。每个槽缝具有相关联的馈电点，该相关联的馈电点位于与该相关联的馈电点相关联的槽缝处。与相对设置的槽缝对相关联的馈电点被设置为采用射频信号馈电，使得天线的主辐射传播方向沿着所述板片的旋转对称轴线。这种天线设计能够实现在两个极化之间隔离方面的灵活性。这种天线设计可以进一步减小尺寸和重量。这种天线设计还能实现天线单元和天线阵列。

Description

宽带天线、多频带天线单元以及天线阵列
技术领域
本发明通常涉及宽带天线的领域。
背景技术
多频带宽带天线系统是在多个射频波段中提供无线信号的天线系统。它们通常用于无线通信系统，诸如GSM、GPRS、EDGE、UMTS、LTE和WiMax系统。
这些类型的天线系统通常包括被设置为提供期望的辐射的信号波束宽度和接收的信号波束宽度以及方位扫描角的多个辐射天线元件。
对于宽带天线，希望其实现在期望的方位角覆盖内呈现最小变化的接近均匀的波束宽度。这种宽带天线通常在宽广地理区域内提供均等的信号覆盖，同时支持多个无线应用。优选地，因为向移动站点传送和从移动站点接收使用不同的频率，所以在现代无线应用中波束宽度在宽的频率带宽上是一致的。还希望针对使用共同天线布置的不同无线服务具有共同的占地面积。
文献US6930650(等人)公开了一种具有四个天线元件装置的双极化天线布置，每个天线元件装置在相对的天线元件端部之间具有导电结构。天线元件装置在四个间隙的相应端部处馈电。
文献US7079083(等人)公开了一种多频带移动无线天线布置，包括设置在反射器前面并且适用于在两个不同频带中进行发射和接收的多个偶极子元件。用于更高频带的天线元件位于距反射器指定距离处。
文献US20130009834(Hefele等人)涉及一种双极化天线，包括水平极化的辐射元件以及垂直极化的辐射元件。
文献JPH07111418(Matsushita)公开了一种具有槽口的平面环形贴片天线。
上述参考文献公开了要求高复杂性压铸金属部件并且因此具有相当大重量的复杂机械结构。公开的天线元件由于其高度和整体大尺寸也是笨重的。
发明内容
实现克服了或者至少减轻了上述缺点的宽带天线是有利的。特别地，能够使天线具有减小的尺寸，以及维持的或者甚至改进的阻抗特性是。
为了更好地应对这些关注点的一个或多个，提供了一种具有在独立权利要求中所限定特征的宽带天线。在从属权利要求中限定优选的实施例。
因此，根据一个方面，提供了一种用于天线系统的宽带天线。天线包括导电的板片，该板片包括四个槽缝。槽缝以旋转对称方式设置在板片中。每个槽缝从板片的周缘或外周朝向板片的旋转对称中心延伸。每个槽缝具有相关联馈电点，该馈电点位于与该馈电点相关联的槽缝处。
与相对设置的槽缝对相关联的馈电点可以例如被设置为采用具有相同相位的射频信号馈电，使得天线的主辐射传播方向沿着板片的旋转对称轴线。这相对于诸如例如US20130009834和JP H07111418的现有技术是有利的，其中槽缝或槽口同相位地馈电(或者具有180°的相位差)使得水平极化辐射在水平平面中或附近具有最大值并且在旋转对称轴上为零。
以旋转对称方式布置四个槽缝使相对设置的槽缝对中的一对能够被馈电从而调节和/或减小从一个槽缝对的电场对另一个槽缝对的干扰效果。换言之，这种天线设计能够实现在两个极化之间隔离方面的灵活性。这种天线设计可以进一步减小尺寸并且减小重量。
通过在相同导电板片中或者换言之在单个导电板片中设置相对设置的槽缝，可以实现双极化天线。
根据实施例，与两个相对设置的槽缝对相关联的馈电点进一步被设置采用具有相同相位的射频信号馈电。
通过以旋转对称方式布置四个槽缝，当采用与馈入另一对的相位相等的相位馈电时，源自相对设置的槽缝对中的一对的电场强度可以在设置了相对设置的槽缝对中的另一对槽缝的位置处近似地减小。因此，可以减小来自一个槽缝对的电场对于另一个槽缝对的干扰效果。换言之，可以增大两个极化之间的隔离。
根据实施例，与两个相对设置的槽缝对相关联的馈电点进一步被设置为采用具有相同幅度的射频信号馈电。
通过以旋转对称方式布置四个槽缝，当采用与馈入另一对的幅度相等的幅度馈电时，源自相对设置的槽缝对中的一对的电场强度可以在设置了相对设置的槽缝对中的另一对槽缝的位置处近似减小。因此，可以减小来自一个槽缝对的电场对于另一个槽缝对的干扰效果。换言之，可以增大两个极化之间的隔离。
根据实施例，周缘可以位于距旋转对称中心第一距离处，每个馈电点可以位于距旋转对称中心第二距离处，并且第二距离可以小于所述第一距离。换言之，馈电点并未被设置为紧贴周缘。在与周缘分离的位置设置馈电终端点能够增大阻抗的可调节性。第一距离表示理论上的最大槽缝长度。槽缝的总长度影响天线的工作频率。
根据实施例，第二距离小于第一距离的0.5倍。第二距离-第一距离与槽缝的阻抗的实部也即槽缝的电阻成比例。该属性可以用于实现期望的有源阻抗。
根据实施例，每个槽缝结束于距旋转对称中心第四距离处。第四距离小于第二距离，因此槽缝长度是第一距离减去第四距离。换言之，每个馈电终端点位于沿着槽缝的某处。
根据实施例，每个槽缝具有相对于槽缝的纵向延伸而对称定形的展宽，该展宽从距板片的旋转对称中心第三距离处开始并且朝向板片的旋转对称中心。第三距离小于第二距离，由此馈电点进一步被设置为比展宽更远离旋转对称中心，从而增大有效槽缝长度，这在无法一直延伸槽缝至板片的旋转对称中心的情况下是有利的。这可以进一步维持馈电点的位置，同时扩展槽缝的有效长度。
根据实施例，宽带天线进一步包括用于间隔所述天线与反射器结构的支撑结构。可以选择间距的大小以便于改进天线性能。支撑结构可以在其内部包括至少部分地沿着旋转轴线延伸的至少一个通道。该通道可以被设置为保持针对天线馈电终端点的导引装置。如上所述槽缝对的馈电将在该对称轴线上导致零、或近似零的垂直也即z方向电场。因此，支撑结构对天线性能的影响可忽略。
根据实施例，天线包括设置在板片上的四个馈电终端点。每个馈电终端点被设置为获得馈电点中的一个。天线可以进一步包括四个导引装置。每个导引装置被设置为向馈电终端点中的一个馈送射频信号。
根据实施例，每个导引装置包括微带线或同轴电缆。可以选择包括在导引装置中的微带线或同轴电缆的特性阻抗，从而减小在导引装置与主同轴传输线之间接头处的波反射。
根据实施例，天线被设置为沿两个正交极化方向辐射射频信号，从而有利地实现无需其他天线间隔的多样性。
根据实施例，以旋转对称方式定形板片的周缘。换言之，板片边缘的一部分的形状以旋转对称方式沿着周缘重复。
根据实施例，板片是圆形的。
根据实施例，板片的边缘具有朝向板片旋转对称中心延伸的凹入切口。每个切口可以被设置在两个相邻槽缝之间。因此，切口与槽缝交替地被设置，优选地以旋转对称方式交替地被设置。术语切口不应该被解释为限定于通过真实切割或其他金属加工作业而在周缘中完成的凹陷，但是仅仅作为板片形状的描述性术语。该形状能够减小两个相对切口之间板片的宽度，因此能够在维持天线的槽缝长度的情况下使天线阵列每个连续米的天线数目增大。
根据实施例，从相对设置的槽缝的第一配对得到的极化可以不同于从相对设置的槽缝的第二配对得到的极化。特别地，各自的极化可以相互正交。特别地，沿着主辐射传播方向的各自得到的极化可以相互正交。
根据实施例，提供了一种多频带天线。多频带天线单元包括至少一个第一宽带天线，该第一宽带天线是根据之前实施例中任意一个的第一宽带天线，以及设置在第一宽带天线之上或之下的至少一个第二宽带天线。多频带天线单元可以进一步包括设置在第一宽带天线和第二宽带天线之间的至少一个平面寄生元件。寄生元件的存在和定位可以影响第一宽带天线和/或第二宽带天线的阻抗以及辐射方向图。具体地，寄生元件可以影响下部天线的阻抗并且同时影响上部天线的辐射方向图，因为寄生元件可以用作针对上部天线元件的反射器。
根据实施例，寄生元件包括与在下部宽带天线中包括的板片平行设置的平面部分，并且具有二次曲线形状。寄生元件可以进一步具有沿多频带天线单元的主辐射传播方向向上突出的侧壁。
可以选择寄生元件的二次曲线形状的宽度与侧壁高度之间的比例，以便于实现将要从上部天线元件辐射的期望的方位角波束宽度。
根据实施例，寄生元件的二次曲线形状的宽度大于与下部宽带天线的中心工作频率相对应的波长的1/5但是小于1/3。可以选择所述宽度以便有利地影响针对第二天线的阻抗匹配。
根据实施例，上部宽带天线被设置为在第一频带中辐射无线电信号，并且下部宽带天线被设置为在第二频带中辐射无线电信号，所述第一频带的中心工作频率高于所述第二频带的中心工作频率。
两个宽带天线组合为一个多频带天线单元能够将两个紧密相邻的频带的组合利用虚拟地操作为具有对应第一频带带宽和第二频带带宽之和的带宽的一个频带。
根据实施例提供了一种天线阵列。天线阵列包括如之前任意实施例中所限定的多个宽带天线。
根据实施例，天线阵列可以包括根据本发明的多个多频带天线单元以及根据本发明的多个宽带天线。多频带天线单元和宽带天线可以被交替地设置在行中，使得在所述行中的第一天线元件与相邻天线单元的中心之间的距离是恒定的。
实施例提供了一种具有平面板片的天线，制造者能够针对馈电网络使用印刷电路板、PCBs，这对匹配点角度来说是方便的。此外，可以将每个槽缝的有源阻抗(当同相且相等幅度地同时激励相同极化地两个槽缝时看到的阻抗)调谐至100欧姆阻抗，从而在两个正交极化中提供宽带操作时，允许两个馈电容易地与共同的50欧姆传输线匹配。
本发明的宽带天线、多频带天线以及天线阵列也可以制造成较小尺寸，从而减小了必需的总体积以及现场安装天线的重量。
注意，本发明的实施例涉及权利要求中所述特征的所有可能组合。
附图说明
参考附图，现在将在实施例的以下示意性和非限定性详细说明中更详细描述该和其他特征方面。
附图设计用于阐明并解释本发明的不同实施例，其中：
－图1A-图1D示出了根据本发明的包括在天线元件10的四个不同实施例中的各个板片；
－图2示出了根据本发明实施例的单波段宽带频率覆盖天线元件的顶视图和侧视图；
－图3示出了根据本发明另一实施例的天线元件的顶视图和侧视图；
－图4示出了具有天线的天线单元的顶视图和侧视图，天线在它们各自的槽缝中包括对称设置的切口；
－图5示出了同轴电缆形成支撑结构的天线单元的顶视图和侧视图。
－图6示出了根据本发明的天线阵列的实施例。
所有附图是示意性的，无需按照比例绘制，并且通常仅示出了便于阐明实施例所需的部件，其中可以省略其他部件。遍及说明书相同附图标记涉及相同的元件。
具体实施方式
将参照图2描述根据实施例的宽带天线10。宽带天线可以可互换地称作宽带天线元件10。
宽带天线包括导电的板片20，该板片包括四个槽缝30a、30b、30c、30d。槽缝以旋转对称方式设置在板片中。
每个槽缝从板片20的周缘40或外周40朝向板片20的旋转对称中心延伸，为了该说明书的目的，板片20可以可替代地称作盘片20。每个槽缝30a、30b、30c、30d具有位于其相关联槽缝处的相关联的馈电点51a、51b、51c、51d。
与例如相对设置的槽缝对30a、30c相关联的馈电点被设置为被馈电以使得天线的主辐射传播方向沿着板片20的旋转对称轴。
通过以旋转对称方式布置四个槽缝，当采用相等相位馈电时，源自相对设置的槽缝对中的一对的电场强度可以在设置了另一对槽缝的位置处近似地减小。因此，可以减小来自一个槽缝对的电场对于另一个槽缝对的干扰效果。换言之，可以增大两个极化之间的隔离。
甚至当馈入相对设置的槽缝对中的第一对的射频信号仅近似等于馈入相对设置的槽缝对中的第二对的射频信号的相位时，也可以改进隔离效果。
作为示例，可以容忍在相位之间多达10度的偏离。
以类似方式，当采用相等幅度馈电时，源自相对设置的槽缝对中的一对的电场强度近似地在设置另一对槽缝的位置处呈现最小值。
甚至当馈入相对设置的槽缝对中的第一对的射频信号仅近似等于馈入相对设置的槽缝对中的第二对的射频信号的相位时，也可以改进隔离效果。
在相位和幅度均近似相等的实施例中，当被馈电时，源自相对设置的槽缝对中的一对的电场强度在设置另一对槽缝的位置处呈现最小值，使得针对实用目的干扰效果几乎消失。
板片可以是圆形的或者以一些其他方式旋转对称。
图2进一步示出了分别与馈电终端点50a、50c和50b、50d相关联的两个相对设置的馈电点对51a-51c和51b-51d。
如本领域技术人员广泛已知的，具有多个馈电点的天线将具有有源阻抗，也已知为驱动点阻抗。例如，考虑天线元件的第一槽缝30a和第二槽缝30c：如果采用相同相位和幅度激励所述槽缝，则我们将得到沿着旋转对称轴的辐射。为了将天线与期望的阻抗匹配，重要的是考虑第一和第二槽缝之间的相互耦合。相关阻抗随后称作有源或驱动点阻抗，其被计算如下：如果槽缝30a和30c的阻抗分别是Zaa和Zcc，并且互阻抗是Zac＝Zca，给定分别激励槽缝30a和30c的馈电电流Ia和Ic，槽缝30a的有源阻抗，也称作驱动点阻抗是：
Za,驱动点＝Zaa+Zac*Ic/Ia。当Ia＝Ic，例如具有相等相位和幅度时，有源阻抗简化为：Za,驱动点＝Zaa+Zac。
如例如由图1所示，盘片20的周缘40位于距旋转轴线第一距离R1处，并且每个馈电点位于距旋转对称轴线第二距离R2处。第一和第二距离之间的关系使得第二距离R2小于第一距离R1，也即R2<R1。优选地，第二距离R2小于第一距离R1的0.5倍，也即R2<0.5R1。较小的R2提供了槽缝阻抗的较小的实部以及较小的电阻。这可以用于实现期望的有源阻抗。
此外，根据另一实施例，每个槽缝30a、30b、30c、30d向内延伸，并且在距盘片20的旋转对称轴线第四距离R4处终止(参见图1A－1D)，其中第四距离R4小于第二距离R2，也即R4<R2。本发明人使用的天线元件具有以下设置：R1＝32mm，R2＝13mm，R4＝6.5mm，以运行在1710－2690MHz的频带中。
通常，槽缝的总长度也即R1－R4影响辐射天线元件10的工作频率。例如，为了运行在1710MHz至2690MHz的频带中，合适的槽缝长度是20至35mm，这对应于2200MHz中心频率下的波长的0.15至0.25倍。
例如在图1A和图2中示出为具有恒定槽缝宽度的槽缝可以被设计为匹配天线阻抗。较宽的槽缝增大天线元件的电抗，因此使其更具电感性，而较窄槽缝将使其更具电容性。
也可能使用一直改变至盘片周缘的槽缝宽度，例如指数型槽缝宽度变细、线性阶梯形变细或线性倾斜变细。
此外，每个槽缝可以具有对称定形的展宽60。每个这种展宽可以从距旋转对称轴第三距离R3处开始，并且朝向盘片的旋转对称中心向内延伸。每个展宽应该从距旋转对称中心第三距离R3处开始，第三距离R3小于限定了馈电终端点位置的第二距离R2。取决于盘片的距离R1的大小以及源自馈电网络的传输线31、32的位置，可能无法如从天线阻抗点角度期望的那样将槽缝延伸远至盘片的旋转对称中心。那么可以优选的是通过使槽缝在最靠近盘片的旋转对称中心的内端部处更宽而增大槽缝的有效长度。因此，根据又一实施例，每个展宽60具有最大宽度WMax，其是每个槽缝宽度的Cslot倍，其中Cslot是常数。在一个实施例中，槽缝具有最小宽度Wslot。
图1A-1D示出了天线元件10的不同实施例的板片20。注意的是在该情形中板片20具有四个对称设置的槽缝，每个槽缝具有相关联的展宽60，该相关联的展宽60的形状指向径向向内的方向。
这允许在延伸槽缝的有效长度的同时在馈电点处维持槽缝馈电。
图2和图3示出了具有相关联的支撑结构80的单频天线元件的不同实施例。参照图2，天线元件具有借由支撑结构80而位于导电反射器8之上的导电盘片20。在该实施例中支撑结构80围绕板片的旋转对称轴对称地设置并沿着板片的旋转对称轴延伸，并且支撑结构80被设置为以在与天线元件10相关联的反射器8之上预定距离而支撑天线元件10。如由本领域技术人员广泛已知的，如上所述槽缝对的馈电将在该对称轴上导致零、或接近零、垂直也即z方向的电场。因此，支撑对于天线的影响可忽略。
可选地，支撑结构80可以在其内部具有至少部分地沿着板片的旋转对称轴延伸的一个或多个通道81。所述通道81包围了传输线31、32，传输线31、32可以是同轴传输线并连接至导引装置70a、70b、70c、70d，导引装置可以是条带导引装置并将馈电终端点50a、50b、50c、50d连接至天线系统中所包括的馈电网络。馈电网络包括向宽带天线10馈入合适幅度和相位的射频RF信号所需的所有部件。
RF信号经由两个分离的无线信号导引装置的第一对70a、70c(例如条带线或其他合适的信号导引)而耦合至两个相对设置的第一槽缝对30a、30c。第一对导引装置70a、70c在该示例中包括具有基本上相等的电长度的两个条带线。类似地，两个分离的无线信号导引装置的第二对70b、70d具有基本上相等的电长度并耦合至相对设置的第二槽缝对30b、30d。
图3示出了另一实施例。图3中的实施例具有支撑结构80，该支撑结构80具有从盘片中心径向向外延伸并且被设置为在反射器8上更牢固地托住导电盘片的支撑臂82。在该情况下第一对导引装置70a、70c也在靠近盘片20中心的点处连接至第一传输线31，并且第二对导引装置70b、70d连接至第二传输线32。两个传输线30和32然后经由设置在支撑结构80的通道内的合适的无线信号导引而连接至天线系统的馈电网络。馈电网络在该情况下如图3中所示位于反射器8之下。
在图3中所示的实施例中，无线传输导引装置70a、70b、70c、70d在形式上为位于介电支撑层12b的顶部上的微带线，并且射频传输线31、32在形式上为设置在支撑结构80的通道内并且连接至馈电网络的同轴传输线。此外，在图3中所示的实施例中，导电盘片20具有与介电支撑层12b相同的大小，但是也可能具有大于介电支撑层12b的盘片20。
根据一个实施例，因为同轴传输线31、32可以有助于间隔盘片，所以支撑结构80可以至少部分地由同轴传输线31、32形成。这在图5中示出。当使用同轴传输线时，通常需要用于固定或者进一步机械支撑盘片20’的塑料支架或类似物。这些塑料支架随后视作是包括在如图5中所公开的分布式支撑结构80中的部件。塑料支架并不影响电磁场，并且可以因此相互独立和/或独立于天线的其他部件而布置。
换言之，支架并不必须例如对称地设置。
优选地但是并非必须地，针对条带线70b、70d以及第一传输线30使用不同的特性阻抗以避免在接头处失配。例如，针对条带线70b、70d使用100欧姆的特性阻抗并且针对射频导引30使用50欧姆的特性阻抗。该选择使条带线70b、70d与射频导引31之间的接头处的波反射最小化。
如果能更好地将天线阻抗与天线系统的参考阻抗匹配，则特性阻抗的其他选择是可能的。类似的要求适用于导引装置70a、70c的另一条带线结构以及射频导引32。
此外，第一对导引装置70a、70c在相对设置的第一对槽缝30a、30c上从第一射频传输线31延伸。这将激励横跨槽缝30a、30c的电磁场，该电磁场将沿第一线性极化方向远离天线元件10而传播。由第二距离R2限定的馈电点的位置是导引装置横跨槽缝之处，并且影响天线阻抗使得更靠近盘片旋转对称中心的位置，也即比R2更小的数值，将提供较低的电阻，而远离盘片20中心的位置将增大电阻。横跨槽缝30b、30d的电磁场可以沿与第一极化方向正交的第二线性极化方向远离天线元件10传播。
为了避免不同导引装置之间的交叉，如果它们并未绝缘，在具有微带线时就是这种情形，则可以实施空气桥44，如图3、图4和图5中所示。
此外，希望维持各对导引装置70a、70c和70b、70d的相同长度以及相位关系，这可以通过分别改变单个导引装置的长度而实现。
多频带天线单元的实施例在图4中示出。取决于每个天线元件10、100的各自的工作频率，多频带天线单元200包括如上所述的至少一个第一宽带天线元件10，以及设置在第一宽带天线元件10之上或之下的至少一个第二宽带天线元件100。
天线单元200也可以包括设置在第一宽带天线元件10和第二宽带天线元件100之间的至少一个第一寄生元件120。应该注意，寄生元件120在图4中是透明的。第一寄生元件包括与下部宽带天线中包括的板片平行设置的平面部分，并且具有二次曲线形状。寄生元件可以进一步具有沿多频带天线单元的主辐射传播方向向上突出的侧壁。
第二寄生元件可以设置在上部天线之上。第二寄生元件可以设置在距上部天线一间距处。可以与上部天线的属性相关地设置第二寄生元件的间距、大小和形状。
优选地，上部宽带天线元件10被设置为在第一频带f1中辐射无线电信号，并且下部宽带天线元件100被设置为在第二频带f2中辐射无线电信号。第一频带的中心工作频率高于第二频带的中心工作频率，并且最高频带的最低频率高于较低频带的最高频率。
第一元件和第二元件一起形成了双宽带天线单元。
为了控制上方较高频率的天线元件10的方位角波束宽度以及下方较低频率的元件100的阻抗，具有四个侧边120a－d的寄生元件120如图4中所示位于天线系统的导电板片112之上一定距离处。寄生元件120通常将影响下部较低频率的天线元件的阻抗，并且同时影响用作下部较低频率的天线元件的反射器的上部较高频率的天线元件的辐射。
优选地，寄生元件120的宽度大于较高频率天线元件的大小，也即WL>2R1。选择寄生元件120的侧边尺寸WL和壁高度WH以便于针对第一较高频率天线元件实现期待的方位角波束宽度。可以使用合适的导电材料、诸如例如薄片金属构造寄生元件120。
此外，选择第一寄生元件的侧边尺寸WL和在导电盘片20之上的高度HP从而为较低频率天线元件提供良好的阻抗匹配。已经注意的是，为了良好性能，第一寄生元件120可以具有长度WL，该长度WL大于与较低宽带天线的中心工作频率对应的波长的1/5但是小于1/3，也即λcof/5<WL<λcof/3。
第二寄生元件可以设置在最顶部天线之上。第二寄生元件可以小于第一寄生元件。参考图4中的双宽带天线单元的实施例，双宽带天线单元110包括之前所述的高频宽带天线元件HFBAE 10，其位于对应的低频宽带天线元件LFBAE 100之上，LFBAE 100的尺寸对应地缩减以在频率通常比为HFBAE工作所选择的频率低的期望频带中提供有效的工作。LFBAE类似于之前所述的HFBAE而构造。
LFBAE由直接紧贴位于介电支撑层112b下方的导电盘片20’构成。可以使用本领域技术人员已知的任何工业工艺从诸如铝的薄片金属切割的合适的金属盘片而制成导电盘片20’。
类似于HFBAE，在该情形中LFBAE的导电盘片20’由四个槽缝30a’、30b’、30c’、30d’划分为四个象限(或叶片)21’、22’、23’、24’，除了金属叶片的一些部分并未由介电支撑层覆盖之外。
对于某些实施例采用介电支撑层112b完全覆盖金属叶片是没有必要的，并且进一步增加了费用。已经进一步确定，远离激励槽缝30a’、30b’的叶片边缘可以被扇形地切割为具有凹入形状，因为这允许在多频带天线阵列附近布置HFBAE(也参见图5)。因此，如图4中所示，对角线距离DL1将大于扇形例如切割的十字距离DL2，而并未不利地影响天线元件性能。
如图4中所公开，LFBAE元件位于反射器8a之上(沿正z方向)距离H1处，并且可以采用被合适地配置的支撑结构80而支撑。支撑结构80具有两组射频导引，其具有馈电LFBAE和HFBAE辐射器的对应对。根据实施例，距离H1与高度HP的关系可以为2HP<H1<6HP。
尽管已经描述了双宽带天线元件结构，相同设计原理可以适用于三频带以及更多频带天线元件单元。
根据实施例，下部天线可以被设置为允许指定用于上部天线的传输线对31、32从天线单元之下的馈电网络延伸穿过下部天线的板片。传输线对的传输线可以是同轴传输线。在该实施例中，可以经由第二对传输线33、34向下部天线馈电，如图5中所示。
此外，说明书也涉及一种天线阵列，该天线阵列包括多个多频带天线单元200以及多个第一宽带天线元件10。当前天线阵列被配置为使得多频带天线单元100和第一宽带天线元件10交替地设置成行以使得在行中的第一天线元件10与相邻天线单元200的中心之间的距离是恒定的。
将参考图6描述双宽带天线阵列300的实施例。在该非限定性示例中，各自包括LFEBAE和HFBAE 200’的三个天线单元以及四个HFBAE 10沿着Y轴、也即沿着反射器8a的纵向中心线CL交替地设置成行。尺寸SD1和SD2优选地相等以使得高频阵列具有遍布阵列的均匀间距。基于天线可接受的总长度而选择距离SD0，并且如果可能的话设置为接近SD1的数值。如本领域技术人员广泛已知的，尺寸SD1和SD2必须选择为小于1倍波长以避免在垂直图形中存在多个最大值或光栅波瓣。如果天线阵列的主波束被转向远离水平面，则距离必须甚至更小，并且0.5倍波长的距离将确保针对任何转向角不存在光栅波瓣。实际上，难以采用该小间距安装天线元件，并且发现数值SD1＝SD2＝112mm为在较低频段790-960MHz以及较高频段1710-2690MHz(作为示例)中的操作提供了良好的工作性能。在较低频带中，我们因此具有224mm或中心频率875MHz下的波长的0.65倍的阵列间距。在较高频带中，间距是112mm或中心频率2200MHz下的波长的0.82倍。
如由本领域技术人员可以易于理解的，上述天线阵列可以包括在宽带天线系统中。也实现了，宽带天线系统可以包括天线元件与天线单元的任意组合。
宽带天线系统优选地适用于发射和/或接收用于无线通信系统诸如GSM、GPRS、EDGE、UMTS、LTE、高级LTE以及WiMAx系统的无线传输信号。
本领域技术人员认识到，如上所述的实施例是示例性实施例，而不是实施例的穷举列表。许多修改和变形可能在所附权利要求的范围内。
额外地，通过研习附图、说明书公开以及所附权利要求可以由本领域技术人员理解并实施对于所公开实施例的变形。在权利要求中，词语“包括”并未排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引述某些措施的纯粹事实并未指示无法有益地使用这些措施的组合。

Claims (22)

1.一种包括导电的板片(20)的宽带天线(10)，所述板片包括以旋转对称方式设置在所述板片(20)中的四个槽缝(30a，30b，30c，30d)，其中
每个槽缝(30a，30b，30c，30d)从所述板片(20)的周缘(40)朝向所述板片的旋转对称中心延伸并且具有相关联的馈电点(51a，51b，51c，51d)，所述馈电点(51a，51b，51c，51d)位于与所述馈电点(51a，51b，51c，51d)相关联的槽缝(30a，30b，30c，30d)处；以及
与相对设置的槽缝(30a，30b，30c，30d)对相关联的所述馈电点(51a，51b，51c，51d)被设置为采用射频信号馈电，使得所述天线的主辐射传播方向沿着所述板片的旋转对称轴线。
2.根据权利要求1所述的宽带天线(10)，其中，与两个相对设置的槽缝(30a，30b，30c，30d)对相关联的馈电点进一步被设置为采用具有相同相位的射频信号馈电。
3.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，与两个相对设置的槽缝对相关联的馈电点进一步被设置为采用具有相同幅度的射频信号馈电。
4.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，所述周缘(40)位于距所述旋转对称中心第一距离(R1)处，每个馈电点(51a，51b，51c，51d)位于距所述旋转对称中心第二距离(R2)处，并且所述第二距离(R2)小于所述第一距离(R1)。
5.根据权利要求4所述的宽带天线(10)，其中，所述第二距离小于所述第一距离的0.5倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，每个槽缝(30a，30b，30c，30d)终止于距所述旋转对称中心第四距离(R4)处，所述第四距离(R4)小于所述第二距离(R2)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，每个槽缝(30a，30b，30c，30d)具有相对于所述槽缝的纵向延伸对称定形的展宽(60)，所述展宽(60)从距所述板片的所述旋转对称中心第三距离(R3)处开始并且朝向所述板片的所述旋转对称中心延伸，所述第三距离(R3)小于所述第二距离(R2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，进一步包括，用于间隔所述天线(10)与反射器结构(8)的支撑结构(80)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，进一步包括四个馈电终端点(50a，50b，50c，50d)和四个导引装置(70a，70b，70c，70d)，每个馈电终端点被设置为获得所述馈电点中的一个，每个导引装置被设置为向所述馈电终端点中的一个馈送所述射频信号。
10.根据权利要求9所述的宽带天线(10)，其中，每个导引装置包括微带线或同轴电缆。
11.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，所述天线(10)被设置为沿两个正交极化方向辐射射频信号。
12.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，以旋转对称方式定形所述板片的所述周缘。
13.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，所述板片(20)是圆形的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，所述板片(20)的边缘具有凹入切口，每个切口被设置在两个相邻槽缝之间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，相对设置的槽缝对被设置在单个导电的板片(20)中。
16.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，从相对设置的槽缝的第一配对(30a，30c)得到的极化不同于从相对设置的槽缝的第二配对(30b，30d)得到的极化。
17.根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)，其中，从相对设置的槽缝的第一配对(30a，30c)得到的极化正交于从相对设置的槽缝的第二配对(30b，30d)得到的极化。
18.一种多频带天线单元(200)，包括至少一个第一宽带天线(10)，以及设置在所述第一宽带天线(10)之上或之下的至少一个第二宽带天线(100)；并且进一步包括设置在所述第一宽带天线(10)和所述第二宽带天线(100)之间的至少一个平面寄生元件(120)，所述第一宽带天线(10)是根据前述权利要求中任一项所述的宽带天线(10)。
19.根据权利要求18所述的多频带天线单元(200)，其中，所述寄生元件(120)包括与下部宽带天线中包括的板片平行设置的平面部分，并且具有二次曲线形状。
20.根据权利要求19所述的多频带天线单元(200)，其中，所述寄生元件(120)的二次曲线形状的宽度(WL)大于与所述下部宽带天线的中心工作频率相对应的波长的1/5但是小于1/3。
21.根据权利要求18－20中任一项所述的多频带天线单元(200)，其中，所述上部宽带天线被设置为在第一频带(f1)中辐射无线信号，并且所述下部宽带天线被设置为在第二频带(f2)中辐射无线信号，所述第一频带(f1)的中心工作频率高于所述第二频带(f2)的中心工作频率。
22.一种天线阵列，包括多个根据权利要求1至17中任一项所述的宽带天线(10)。
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