用于移动通信基站的双极化天线和使用双极化天线的多波段天线系统

摘要

本发明涉及一种双极化天线，其包括反射板，以及辐射模块，该辐射模块包括第一至第四辐射元件，第一至第四辐射元件具有各自的第一至第四辐射臂，第一至第四辐射臂具有各自弯曲部分。第一至第四辐射臂的弯曲部依次地彼此相邻，并依次地形成‘┐’、‘┌’、‘┘’和‘└’形状结构。‘┐’、‘┌’、‘┘’和‘└’形状结构分别位于第三象限、第四象限、第二象限和第一象限上。第一至第四辐射元件具有从第一至第四辐射臂的弯曲部分向反射板整体地延伸的支承体。该辐射模块包括安装成向第一和第三辐射臂传送信号的第一馈电线，和安装成向第二和第四辐射臂传送信号的第二馈电线。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信（PCS、蜂窝、IMT-2000等）基站天线，更具体地来说涉及双极化天线和使用双极化天线的多频带天线系统。

背景技术

目前，随着移动通信变得普通且无线宽带数据通信变得活跃，多种频带正在变得可用于充分地补偿缺陷频带。主要使用的频带是低频带（698至960 MHz）和高频带（1.71至2.17 GHz或2.3至2.7 GHz）。再者，基于多天线的MIMO（多输入多输出）技术是一种用于提高数据传输速度的基本技术，且应用于如LTE（长期演进）和移动WiMAX的最近移动通信网络系统。

但是，当安装多个天线以在多个不同频带处支持MIMO时，安装成本提高并且在实际外部环境中安装天线的发射塔空间显著地不足。再者，发射塔租赁成本增加和天线管理效率变成重要的问题。

因此，迫切地需要三波段天线来替代双波段天线。虽然将高频带插入在低频带天线的安装空间中，并由此可以根据双波段天线保持低频带天线的宽度，但是插入高频带天线而不在实现三波段天线时增加天线宽度是困难的。

同时，由于公众恐惧从天线辐射的电磁波对人体有害，移动通信提供商尽可能地隐蔽天线，并以环境友好的方式装饰天线，从而使得天线的尺寸尤其重要。再者，因为除非本地居民同意安装，否则安装天线往往被禁止，所以仅在天线宽度不超过常规方式安装的低频天线的宽度（例如，约300 mm）的情况下才能更改和安装最近的移动通信网络天线。当然，仍存在例如风压负荷和施加于发射塔的负荷的典型问题。

因此，虽然最近的移动通信网络系统中迫切地需要三波段天线，但是常规宽的天线宽度可能无法在市场中被认可。

发明内容

技术问题

因此，鉴于上文提及的问题完成了本发明，并且本发明的方面是提供一种用于移动通信基站的双极化天线，以用于优化双极化天线的结构布置和天线尺寸以利于天线设计，以及提供一种使用所述双极化天线的多波段天线系统。

本发明的另一方面在于提供一种用于移动通信基站的双极化天线，以用于收窄天线的宽度和在有限的宽度中实现三波段天线，以及使用所述双极化天线的多波段天线系统。

技术解决方案

根据本发明的一方面，提供一种双极化天线，其包括：反射板；以及辐射模块，该辐射模块包括第一至第四辐射装置，第一至第四辐射装置分别包括具有弯曲部分的第一至第四辐射臂，其中第一至第四辐射臂的弯曲部分依次地彼此相邻且在四个方向上彼此对称以在从顶部看时形成‘╬’形状，第一至第四辐射装置具有在第一至第四辐射臂的弯曲部分处朝反射板整体地延伸的支承体，以及该辐射模块包括安装来向第一和第三辐射臂传递信号的第一馈送线和安装来向第二和第四辐射臂传递信号的第二馈送线。

根据本发明的另一方面，提供一种多波段天线系统，其包括：反射板；第一辐射模块，第一辐射模块包括第一至第四辐射装置，第一至第四辐射装置分别包括具有弯曲部分的第一至第四辐射臂，其中第一至第四辐射臂布设在反射板上，以使弯曲部分依次地彼此相邻且在从顶部看时形成‘╬’形状；以及

第二或第三辐射模块，第二或第三辐射模块安装在反射板上具有‘╬’形状的第一辐射模块的安装点的左侧和右侧的上侧和下侧的至少其中之一处。

有利效果

如上所述，用于移动通信基站的双极化天线和使用所述双极化天线的多波段天线系统能够优化双极化天线的结构布置和天线尺寸以利于天线的设计，以及收窄天线的宽度并在有限宽度中实现三波段天线。

附图说明

图1是示出常规双极化天线的示例的透视图。

图2是示出使用图1的天线实现三波段双极化天线的虚拟结构的平面图。

图3是示出根据本发明实施例的双极化天线的结构的透视图。

图4是沿着图1的直线A-A'截取的剖面视图。

图5是图1的中心上端的放大透视图。

图6A是图1的第一修改结构的透视图。

图6B是图1的第二修改结构的透视图。

图7是根据本发明实施例的示出使用双极化天线的多波段天线系统的示意平面图。

图8A是示出图7的修改结构的平面图。

图8B是图8B的透视图。

图9是根据本发明另一个实施例的示出双极化天线中的双极化形成状态的示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细地描述本发明的示范实施例。同时，首先将描述常规双极化天线的结构以帮助理解本发明。

图1是示出常规双极化天线的示例的透视图，并示出“Andrew公司”的美国专利号6,034,649中公开的结构。参考图1，在常规双极化天线中，辐射模块1具有彼此交叉地安装的第一和第二偶极1a和1b，并由此作为整体以“X”形式实现。第一偶极1a包括两个半偶极1a'和1a"，两个半偶极1a'和1a"相对于垂直轴或水平轴成+45度来安装，以及第二偶极1b也包括两个半偶极1b'和1b"，两个半偶极1b'和1b"成-45度来安装。第一和第二偶极1a和1b的半偶极la'、la"、lb'和lb"通过平衡转换器（balun）和基座2支承在反射板上。

然后，由大致类似钩形的多个微带钩3以非接触耦合方法在第一偶极1a的两个半偶极1a'和1a"之间以及第二偶极1b的两个半偶极1b'和1b"之间传递信号。安装多个夹子4以支承多个微带钩3，并保持微带钩3与偶极之间的间隔。

以此方式，通过大致X形式实现的辐射模块1生成“X”形双极化。当前移动通信基站天线主要支持双极化分集和主要使用的常规偶极天线为采用“X”形式的。

但是，考虑到以“X”形式天线结构实现三波段天线的情况，如图2所示，位于其中心的低频带偶极的外端与位于其左侧和右侧表面上的高频带偶极的外端相邻，以及天线的辐射特征因所产生的干扰而显著地失真。此问题可以容易地通过放大天线的宽度来解决而未达到排除干扰的影响的程度，但是该措施存在尺寸上的问题并且无法被市场接受。

本发明提供新形式的天线结构，其脱离了常规X形式的偶极结构，这尤其在应用三波段天线时将天线宽度减到最小。

图3是根据本发明实施例的示出双极化天线的结构的透视图，其中出于方便，以虚线示意性示出馈送结构。图4是沿着图1的直线A-A'截取的剖面视图。图5是图1的中心上端的放大透视图，其中示出包括馈送结构的截断形式。

参考图3至图5，根据本发明实施例的双极化天线可以通过第一频带（例如，约700至1000 MHz的频带）的第一辐射模块10来实现。第一辐射模块10包括弯曲部分，以及例如包括第一至第四辐射装置，第一至第四辐射装置分别包括具有‘┐’形状的第一至第四辐射臂11、12、13和14。于是，第一至第四辐射臂11、12、13和14的弯曲部分依次地彼此相邻且在四个方向上彼此对称以在从顶部看时形成‘╬’形状。

即，虽然第一至第四辐射臂11、12、13和14的布设方向和位置是不同，但是第一至第四辐射臂11、12、13和14可以具有相同的结构。例如，第一辐射装置11的弯曲部分的弯曲角度可以是例如直角，并且包括第一和第二导电辐射臂11a和11b，第一和第二导电辐射臂11a和11b中‘┐’形状的端部形成，例如90度，并且第一和第二导电辐射臂11a和11b设计成具有预定的长度。然后，在第一和第二辐射臂11a和11b的连接部分（即第一辐射臂11的弯曲部分）处形成朝天线反射板5整体地延伸的支承体11c。然后，可以通过螺旋联接器（screw coupling）或焊接将支承体11c固定地附着到反射板5。相似地，第二至第四辐射臂12、13和14包括第一辐射臂12a、13a和14a、第二辐射臂12b、13b和14b，以及支承体12c、13c和14c。例如，第一至第四辐射臂11、12、13和14依次地形成‘╬’形状中的‘┐’、‘┌’、‘┘’和‘└’形状。即，‘┐’、‘┌’、‘┘’和‘└’部分分别位于第三象限平面、第四象限平面、第二象限平面和第一象限平面中。

一眼看出第一至第四辐射装置在其外观上与偶极结构相似，但是可以看到它们实际采用蝴蝶结结构。即，正如下文将描述的，支承体11c、12c、13c和14c形成馈送结构的部分，以及第一辐射臂11a、12a、13a和14a和第二辐射臂11b、12b、13b和14b根据对应频率在支承体11c、12c、13c和14c的相反一侧上形成适合的辐射表面。然后，如所示，第一辐射臂11a、12a、13a和14a和第二辐射臂11b、12b、13b和14b配置成使得辐射装置面对另一个辐射装置的表面（附图中的横向表面）的宽度大于辐射装置从中辐射信号的表面（附图中的上表面）。实现此配置以将对另一个辐射模块的影响减到最小并通过与相邻辐射臂的阻抗匹配（调整）实现平滑辐射。

同时，在描述第一辐射模块10的馈送结构中，安装具有带线结构的第一馈送线21以通过与第一和第三辐射臂11和13的支承体11c和13c的非接触耦合传送信号，以及安装第二馈送线22以通过与第二和第四辐射臂12和14的支承体12c和14c的非接触耦合传送信号。

然后，在支承体11c、12c、13c和14c的中央纵轴处形成用于在面向第一和第二馈送线21和22的带线的同时保持预设空间距离的平行表面，以便通过非接触耦合方法在其之间传递信号。可以在支承体11c、12c、13c和14c的平行表面与第一和第二馈送线21和22的带线之间的预设位置处，安装具有用于支承馈送线21和22以及保持馈送线与支承体之间的间距恒定不变的适合结构的隔离件31、32、33和34，以便保持间距距离。隔离件31、32、33和34可以包括例如，位于支承体11c、12c、13c和14c的平行（paral）表面与第一和第二馈送线21的带线之间的阴螺纹结构，以及通过在第一和第二馈送线21和22和/或支承体11c、12c、13c和14c的位置处形成的孔耦合到该阴螺纹结构的阳螺纹结构。

在对第一和第二馈送线21和22的安装结构的更详细描述中，第一馈送线21从第一辐射臂11的支承体11c的下侧延伸到其上侧，同时成带线结构部分地沿着反射板5延伸，超过第一辐射臂11的弯曲部分向第三辐射装置的第三辐射臂13延伸以便面对斜线方向，并且超过第三辐射臂13的弯曲部分进一步延伸到第三辐射臂13的支承体13c。相似地，第二馈送线22沿着第二辐射臂12和第四辐射臂14的支承体12c和14c来形成。根据该结构，第一和第二馈送线21和22在第一辐射模块10的中间部分处彼此交叉（彼此间隔开），以及可以在该交叉部分处提供具有适合结构的隔离件41以防止两个馈送线之间的接触，并防止传送的信号相互影响。

同时，从支承体11c、12c、13c和14c的中央纵轴，第一和第二馈送线21和22的平行表面的外侧（即，支承体11c、12c、13c和14c的侧表面）进一步延伸以包围第一和第二馈送线21和22的带线。由于这些支承体起接地端子的作用，所以该结构能够呈现出更为改善的接地性能。即，因为该延伸结构朝带线倾斜以包围支承体，所以能够减少信号的丢失。

再者，因为支承体11c、12c、13c和14c在电气上用作至带线的接地端子，所以支承体的长度根据λ/4设计成实现开放（open）状态（接地状态）。

由于馈送结构的原因，如图9所示，第一辐射臂11和第三辐射臂13相对于垂直轴形成‘X’极化的+45度极化，以及第二和第四辐射臂12和14形成-45度极化。

图6A是图1的第一修改结构的透视图。图6B是图1的第二修改结构的透视图。图6A和图6B中所示的结构与图1所示的结构相比，其特征特别在于馈送结构。例如，在图6A所示的结构中，第一馈送线21超过第一辐射臂11的弯曲部分以延伸到面向斜线方向的第三辐射臂13，但是不超过第三辐射臂13的弯曲部分以向内延伸。

例如，在图6B所示的结构中，第一馈送线21超过第一辐射臂11的弯曲部分以延伸到面向斜线方向的第三辐射臂13，并且通过焊接或熔接直接连接到第三辐射臂13的弯曲部分。

同时，可以看到，本发明的馈送结构采用所谓的过桥方法，不同于侧桥方法，侧桥方法中，馈送线安装在如图1所示的偶极结构中辐射装置的侧表面之间。

再者，因为支承体包括用作馈送线的接地端子的空气带平衡转换器结构，该馈送线具有本发明的馈送结构中的带线结构，本发明的馈送结构与在具有常规偶极结构的常规辐射结构中采用平衡转换器结构的方法相比，能够更简单且高效地实现。

图7是根据本发明实施例的示出使用双极化天线的多波段天线系统的示意平面图。参考图7，根据本发明实施例的多波段多天线系统包括，例如用于第一频带（例如约700至1000 MHz的频带）的第一辐射模块10、用于第二频带（例如1.7至2.2 GHz的频带）的第二辐射模块50-1和50-2以及用于第三频带（例如，2.3至2.7 GHz的频带）的第三辐射模块60-1和60-2。

第一辐射模块10可以具有根据如图2至图4所示的本发明实施例的双极化天线结构。

虽然第二辐射模块50-1和50-2和第三辐射模块60-1和60-2可以具有根据图2至图4所示的本发明实施例的天线结构，但是，它们可以采用多种常规偶极结构的天线结构和可以将如四面体形式、‘X’形式和菱形形式的多种形式应用于整个外部形式。

然后，将第二辐射模块50-1和50-2和第三辐射模块60-1和60-2安装在作为整体具有‘╬’形状的第一辐射模块10的安装点的左侧和右侧的上侧和下侧。即，假定天线系统的布设结构形成四面体形状，则将第二辐射模块50-1和50-2和第三辐射模块60-1和60-2分别安装在四面体形状的角部处，并且将第一辐射模块10安装在四面体形状的中心。

然后，具有‘╬’形状的第一辐射模块10在安装点的左侧和右侧的上部和下部处具有空闲空间，以及第二和第三辐射模块50-1、50-2、60-1和60-2安装成使得第二辐射模块50-1和50-2以及第三辐射模块60-1和60-2的安装点至少部分地与第一辐射模块10的安装点的空闲空间重叠。

由于安装结构的原因，可以减小天线系统的整体尺寸，并且能够在实现多个波段（特别为三波段）的天线系统时进行优化。

而且，在辐射装置中辐射结构的外端生成强电场以便生成与相邻辐射装置的信号干扰，以及在根据本发明的天线系统的结构中，可以在与侧减小的第一辐射模块10的辐射装置的外端相邻的第二与第三辐射模块之间保证足够的距离。

同时，图8A和8B示出图7的修改的结构的平面图和透视图，以及如图8A和图8B所示，第一至第三辐射模块10全部可以具有根据图2至图4所示的本发明实施例的双极化天线结构。

可以按上文描述配置根据本发明实施例的用于移动通信基站的双极化天线和使用所述双极化天线的多波段天线系统。同时，虽然本发明描述中描述了详细的实施例，但是在不背离本发明的范围的前提下可以进行多种修改。