專利名稱：雙極化多頻帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的一種雙極化多頻帶天線。
雙極化多頻帶天線用于發(fā)射(或接收)兩個線性正交的極化信號，它們例如可以是垂直及水平定向的。但在實踐中，尤其這樣的應(yīng)用場合有意義，其中極化部分相對垂直方向(或相對水平方向)+45°及-45°地定向。在雙極化多頻帶天線的情況下，天線工作在至少兩個頻帶中，這兩個頻帶通常具有兩個相距遠(yuǎn)的中心頻率。這里上中心頻率至少為下中心頻率的1.5倍。
在這種大頻帶距離的情況下，通常使用兩個在空間上彼此分開布置的天線組件或天線陣列，即用于在一個頻帶范圍(頻帶)中發(fā)射或接收及在另一頻帶范圍中發(fā)射或接收。
雙極化天線本身是公知的。它用于同時地發(fā)送或接收兩個正交的極化信號。其中這種輻射裝置例如可由偶極，槽，平面輻射單元或所謂轉(zhuǎn)接輻射器形式的多個單元組成，它們譬如已由EP 0 685 900 A或公開文獻(xiàn)“天線，第二部分，圖書學(xué)會，曼海姆/維也納/蘇黎世，1970年，第47至50頁”公知。在偶極結(jié)構(gòu)中優(yōu)先采用交叉布置的偶極(十字偶極)或雙偶極布置，它在俯視圖中具有一個方形結(jié)構(gòu)(偶極方陣)。
雙極化天線還由譬如WO 98/01923公知。
雙極化天線也還由出版物“雙頻轉(zhuǎn)接天線”，IEEE AP雜志，第13頁公知。其中描述了使用不同轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)的雙極化多頻帶天線，但它具有一系列的缺點。例如典型地，對于兩個極化信號的去耦不足。所述的實施形式僅在水平/垂直極化方向上才能實現(xiàn)。它通過簡單的措施不能實現(xiàn)具有+45°/-45°定向的多重陣列裝置。
還具有對于各頻率范圍使用兩個上下分開布置的天線的其它公知的天線形式。
最后，由DE-A1 362 079公知了一種微帶天線，不過它適用于在僅具有一個極化方向的兩個頻率范圍中輻射信號。該天線結(jié)構(gòu)不僅具有低的增益，而且用這種天線可實現(xiàn)的輻射圖不能用于陣列天線，這也表明了它的缺點。
相應(yīng)地，本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)立一種雙極化、尤其是所謂X極化多頻帶天線，它能避免上述缺點。它還應(yīng)能至少在兩個相隔足夠遠(yuǎn)的頻率范圍中工作。此外它能有利地具有兩個極化方向之間很好的去耦。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)將按照在權(quán)利要求1及2中給出的特征來解決。本發(fā)明的有利構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的雙極化多頻帶天線具有至今未料到的優(yōu)點及特征。這些優(yōu)點不僅涉及到去耦，帶寬，靈敏度，而且涉及到天線的靈活性。根據(jù)本發(fā)明的天線的特點在于，它具有至少一個偶極方陣類型的十字偶極形狀的輻射組件，它位于一個反射器的前面及它能以在兩個彼此正交地定向的雙極化方向上工作，即它們通常優(yōu)先選取相對垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。該偶極方陣形式的輻射組件可工作在一個較低頻率范圍中。但根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在設(shè)有另外的偶極，用于以雙極化方向工作在第二較高頻帶中，其中另外的偶極被設(shè)置在偶極方陣內(nèi)。此外，另外的偶極最好構(gòu)成十字偶極。在此情況下，這些偶極單元平行或垂直于偶極方陣的偶極單元，即也具有在X天線情況下的相對垂直及水平方向+45°及-45°上的定向。
在本發(fā)明的另一種構(gòu)型中設(shè)計了用于較低頻帶并同時作為所謂對稱部分工作的偶極的相應(yīng)支架被這樣地構(gòu)型和/或布置和/或定尺寸，即在較高頻率范圍中不會出現(xiàn)任何諧振或是在較高頻率范圍中至少不會出現(xiàn)相關(guān)的諧振。
被表明有利的還有偶極離反射器或反射器平面的高度依據(jù)與對其分配的頻率相關(guān)的波長來算不大于一個波長。有利的值在相應(yīng)工作波長的1/8至1/2的區(qū)間中。
在根據(jù)本發(fā)明的天線中出人意料的是，它一方面是寬帶的及另一方面在兩個極化方向之間有很好的去耦合。它的主要特點在于，借助根據(jù)本發(fā)明的天線可以保證兩個輻射組件的水平半值帶寬無論在較低頻帶范圍還是在較高頻帶范圍是相同或幾乎相同的，即基本上大小相等。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的天線不僅具有偶極方陣及設(shè)在其中的十字偶極，而且根據(jù)一種天線陣型式具有多個這樣的方偶極及設(shè)在各個方偶極中的另外偶極、并最好以十字偶極形式構(gòu)成時，尤其能體現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點。在這種實施形式中尤其可以作出在用于發(fā)射及接收較低頻帶的兩個偶極方陣之間設(shè)置另一個用于發(fā)射較高頻帶的另一輻射組件。
但是這另一輻射組件最好不是構(gòu)成十字偶極，而是同樣構(gòu)成偶極方陣。
以下將借助附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖為
圖1根據(jù)本發(fā)明的雙極化多頻帶天線的一個實施例的概要俯視圖；圖2平行于反射器的一個概要側(cè)視圖；圖3圖1及圖2中所給出實施例的概要透視圖；圖4具有組合成一個陣列的多個天線組件的一個變型實施例；圖5相對圖4的一個變型實施例；圖6根據(jù)圖5實施例的一個俯視圖；及圖7根據(jù)圖5及6的實施例的一個側(cè)視圖。
在圖1及2中給出了一個雙極化多頻帶天線的反射器的概要俯視圖及平行于它的反射器方向的側(cè)視圖，該天線包括用于第一頻率范圍的第一輻射組件1及用于第二頻率范圍的第二輻射組件3。
這兩個輻射組件1,3被設(shè)置在一個反射器5的前面，后者在圖示實施例中構(gòu)成約為方形。該反射器是導(dǎo)電的。在反射器的背面具有一個饋入網(wǎng)絡(luò)，在該饋入網(wǎng)絡(luò)上第一及第二輻射組件被分開地電連接。其中第一輻射組件1由多個偶極1a組成，即在圖示實施例中由四個偶極1a組成，它們被布置成一個偶極方陣。這些偶極1a通過所謂的對稱部分7被機械地保持在反射器或位于反射器后的板上及通過所述的饋入網(wǎng)絡(luò)形成電連接，即被饋入信號。
在圖示的實施例中，該反射器板本身在水平的輻射方向上具有一個垂直于反射器板平面15并升高到一定高度上的一個反射器邊緣6,由此能以有利的方式影響輻射圖。
第一輻射組件的偶極單元的長度是這樣地確定的，即通過它可以發(fā)射或接收與一個較低頻率范圍相應(yīng)的電磁波。通過偶極單元的正交定向由此以公知的方式產(chǎn)生了一個雙極化天線。在該實施例中偶極1a的定向是相對垂直方向(或同樣相對水平方向)成一個+45°及-45°的角度來實現(xiàn)的，并構(gòu)成一種被簡稱為X極化的天線。
在根據(jù)偶極方陣構(gòu)成的第一輻射組件1中現(xiàn)在設(shè)有第二輻射組件3。在圖示的實施例中該第二輻射組件3不是構(gòu)成偶極方陣，而是構(gòu)成一個十字偶極的形狀。兩個彼此正交布置的偶極3a同樣通過其配屬的對稱部分9被機械地保持在反射器或位于反射器后的板上及被饋電信號。
該第二輻射組件3工作在一個較高頻率范圍中，在圖示的實施例中該較高頻率的中心頻率約為第一輻射組件1的較低中心頻率的兩倍。借助這種布置將在兩個頻率范圍中產(chǎn)生出約60°的水平半值帶寬，并同時達(dá)到相對不同的±45°極化方向的高去耦值。但同樣可設(shè)想一個類似結(jié)構(gòu)，它不使用X形定向的，而采用一種垂直/水平的定向，其中一個偶極單元1a或3a水平地定向，及正交的偶極單元對其垂直地定向。
如從根據(jù)圖2的側(cè)視圖可清楚地看到的，無論是第一還是第二輻射組件1,3被布置在反射器5前面一段距離上，并且在不同的距離上。偶極在反射器上面的高度應(yīng)不大于所屬工作頻率的工作波長，最好不大于所屬工作波長的一半。但該距離優(yōu)選為大于所屬工作波長的1/16，尤其大于所屬工作波長的1/8。
出人意料的是，盡管采用了輻射組件相互拼入的重疊結(jié)構(gòu)，即其中第一輻射組件由一個偶極方陣組成及第二輻射組件優(yōu)選地由一個十字偶極組成，這樣構(gòu)成的天線卻具有優(yōu)異的特性。對于兩個頻率范圍的兩種輻射組件得到了彼此類似的始未料及的輻射圖，對此可能的解釋主要在于，第一輻射組件的偶極單元1a對于第二輻射組件3起到反射器的作用。
由圖4表示出一個擴(kuò)展的雙極化多頻帶天線，它給出具有更高天線增益值的一個實施例。
對此，需要將根據(jù)圖1至3所述的多個偶極結(jié)構(gòu)相應(yīng)級聯(lián)地布置。在圖示的實施例中，這樣構(gòu)成的雙極化多頻帶天線由兩個借助圖1至3所描述的天線結(jié)構(gòu)組成，其中各輻射組件彼此也以±45°的方向定向，及這兩個在圖1中單獨給出的天線結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展方向是在垂直方向中上下地布置。同樣地，這些天線組件也可在水平的擴(kuò)展方向上被組裝成一個天線陣列。最后，也可將多個天線組件以多個行及列的方式相互側(cè)向及上下級聯(lián)地布置。
在這樣形成的每個用于較低頻率范圍的第一輻射組件1之間的中間空間中將填放用于較高頻率范圍的相應(yīng)輻射組件結(jié)構(gòu)，即放置附加的第二輻射組件3’。換言之，在圖示的實施例中，在一個反射器板的前面布置了兩個輻射組件1及一個具有偶極單元3b的第二輻射組件3。這樣形成的天線具有高的垂直方向的增益，其中這兩個輻射組件可達(dá)到相同的約60°水平方向的半值帶寬。
最后借助圖5的實施例表示布置在第一輻射組件1中的輻射組件3可以不同于設(shè)置在第一輻射組件1之間中間空間中的第二輻射組件3’。因為由圖4及5可以看出，在圖4中被布置在兩個輻射組件1之間的附加輻射組件3由一個十字偶極、即一個十字形狀的偶極結(jié)構(gòu)組成，而在根據(jù)圖5的實施例中則由一個偶極方陣、即具有偶極單元3b的一個通常類似偶極方陣的偶極結(jié)構(gòu)3”組成。通過它們的精細(xì)適配及調(diào)整可以實現(xiàn)較高及較低的頻率范圍的輻射結(jié)構(gòu)半值帶寬的更好平衡。
權(quán)利要求
1．雙極化多頻帶天線,具有至少一個輻射組件(1)，后者具有彼此正交布置的偶極(1a)，用于發(fā)射或接收具有兩個線性正交極化方向的電磁波，其中偶極單元(1a)按照一個偶極方陣的型式構(gòu)成，它位于一個反射器(5)的前面，其中偶極單元(1a)最好相對垂直方向以+45°及-45°的方向定向；及具有另一個用于發(fā)射或接收與第一頻帶范圍相隔遠(yuǎn)的頻帶范圍的輻射組件，其特征在于具有以下特征-對于較高頻率范圍設(shè)置的另一第二輻射組件(3)在該天線的俯視圖中被布置在第一輻射組件(1)的偶極方陣的內(nèi)部，-第二輻射組件(3)由彼此正交定向的偶極單元(3a)組成，-第二輻射組件(3)的偶極單元(3a)平行或垂直于一個偶極方陣形式的第一輻射組件(1)的偶極單元(1a)地定向，及-較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
2．雙極化多頻帶天線，用于發(fā)射和/或接收兩個頻帶范圍中的具有兩個線性正交極化方向的電磁波，具有以下特征-具有一個偶極方陣型式第一天線裝置(1)，它包括彼此正交布置的偶極(1a)，-具有一個第二天線裝置(3)，它包括彼此正交布置的偶極(3a)，它在根據(jù)偶極方陣型式構(gòu)成的第一天線裝置(1)的內(nèi)部與其同心地布置，及-第一及第二天線裝置(1,3)被布置在一個反射器(5)的前面，其特征在于還具有以下特征-第二天線裝置(13)由一個十字偶極(3)組成，-十字偶極(3)的偶極(3a)平行或垂直于第一天線裝置(1)的偶極(1a)地定向，及-較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的雙極化天線，其特征在于偶極單元(1a,3a)在反射器(5)上面的高度或最大距離小于各偶極單元(1a,3a)所配屬的工作波長，最好小于工作波長的一半。
4．根據(jù)權(quán)利要求1,2或3的雙極化天線，其特征在于偶極單元(1a,3a)在反射器(5)上面的最小距離等于或大于所屬工作波長的1/16，優(yōu)選地大于所屬工作波長的1/8。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項的雙極化天線，其特征在于為較低頻帶設(shè)置的天線裝置(1)的偶極單元(1a)的支架被這樣地定尺寸和/或構(gòu)型和/或傾向，即在較高頻率范圍中的工作與諧振無關(guān)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的雙極化天線，其特征在于第一天線裝置(1)的偶極單元(1a)的支架通過所屬偶極單元(1a)的對稱部分構(gòu)成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項的雙極化天線，其特征在于該天線這樣地構(gòu)成，即偶極單元(1a,3a)與垂直于反射器(5)的并通過第一天線裝置(1)的偶極方陣的角放置的平面形成對稱的布置。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項的雙極化天線，其特征在于多個天線裝置(1)及布置在其中的第二天線裝置(3)在擴(kuò)展方向上、最好在垂直擴(kuò)展方向上彼此上下地設(shè)置在一個反射器(5)的前面。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的雙極化天線，其特征在于在兩個相鄰的第一天線裝置(1)之間的中間空間(15)設(shè)有另一第二天線裝置(3’,3”)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的雙極化天線，其特征在于設(shè)在中間空間(15)中的另一第二天線裝置(3’)由一個十字偶極組成。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的雙極化天線，其特征在于設(shè)在中間空間(15)中的第二天線裝置(3”)以一個偶極方陣的型式構(gòu)成。
全文摘要
一種改進(jìn)的雙極化多頻帶天線,具有第一及第二輻射組件(1,3),各用于發(fā)射或接收一個第一頻帶及一個與其相隔開的第二頻帶中的一個,其特征在于具有以下特征:對于較高頻率范圍設(shè)置的另一第二輻射組件(3)在該天線的俯視圖中被布置在第一輻射組件(1)的偶極方陣的內(nèi)部;第二輻射組件(3)由彼此正交定向的偶檢單元(3a)組成;第二輻射組件(3)的偶極單元(3a)平行或垂直于一個偶極方陣形式的第一輻射組件(1)的偶極單元(1a)地定向;及較高與較低頻帶的中心頻率的比例在1.5至4之間。
文檔編號H01Q5/00GK1303528SQ99806591
公開日2001年7月11日 申請日期1999年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者M·格特爾, R·加布里爾, G·克林格爾 申請人:凱特萊恩工廠股份公司