用于移动通信的基站的双频段双极化天线

摘要

本发明涉及一种用于移动通信基站的双频段双极化天线，其包括：反射板；形成在反射板上的至少一个第一辐射元件模块，驱动总的以字母X形式所提供的多个偶极子，并且被用于发送和接收第一频段的两个线性正交极化波；以及用于第二频段的至少一个第二辐射元件模块，所述第二辐射元件模块在反射板上的第一辐射元件模块之间交错。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双频段双极化天线，其用于（诸如PCS、蜂窝、或IMT-2000等）移动通信基站中的分集。

背景技术

通过应用空间分集方案或极化分集方案来设计移动通信基站的天线，以减少衰落现象。在空间分集方案中，发送天线和接收天线在空间上彼此隔开一定距离以上。因此，空间分集方案具有大的空间限制，而考虑到成本，使用空间分集方案是不理想的。据此，移动通信系统通常在采用极化分集方案的同时使用双频段双极化天线。

双频段双极化天线彼此垂直地布置。例如，双频段双极化天线用于发送（或者接收）两个线性的极化波，所述极化波可以分别竖直和水平地布置。然而，在实际应用中，以能够将极化波布置在相对于竖直线（或者水平线）的+45度和-45度的角度内的方式操作天线是非常重要的。通常，使用彼此充分隔开的两个频段来操作双频段双极化天线。双频段双极化天线的示例已经由KATHREIN-WERKE KG提交的韩国专利申请No. 2000-7010752（名称：双极化多范围天线）公开了。

图1是示意性地示出了传统的双频段双极化天线阵列的立体图，并且被公开在韩国专利申请No. 2000-7010785中。参照图1，传统的双频段双极化天线包括用于第一频段（较低的频段，下文中称作低频段）的第一辐射元件模块1和用于第二频段（较高的频段，下文中称作高频段）的第二辐射元件模块3。

两个辐射元件模块1和3设置在实际上具有方形形状的导电反射板5的前侧。馈送网络可以设置在反射板5的后侧，并且第一和第二辐射元件模块1和3通过该馈送网络彼此电连接。第一辐射元件模块包括多个偶极子1a，这些偶极子1a以基本方形布置。偶极子1a通过平衡装置7被机械地支撑在反射板5上或支撑在设置于反射板5的背部中的板上，并且电连接于反射板5和设置在反射板5的背部中的板。此时，反射板5的两个边缘包括侧壁6，侧壁6从反射板5的两个边缘以适当的高度伸出，从而改进了辐射特性。

第一辐射元件模块1的偶极子元件的长度被设定为具有使得对应于该偶极子元件的长度的电磁波能够通过该偶极子元件来发送或接收。因此，在双极化天线中，偶极子元件垂直于彼此布置。通常，偶极子元件1a中的每一个均以相对于竖直线（或者水平线）+45度和-45度的角度精确地布置，从而形成双极化天线，其简称为X极化天线。

第二辐射元件模块3可以被置放在包括形成方形的多个偶极子的第一辐射元件模块1之内或之外。第二辐射元件模块3的偶极子可以形成十字形而不是方形。垂直于彼此设置的两个偶极子3a也通过相应的平衡网被支撑在反射板5上，并被通过平衡网（balancing net）馈送。

第一辐射元件模块1和第二辐射元件模块3设置在反射板的前侧，并且彼此隔开不同的精确距离。在第一辐射元件模块1和第二辐射元件模块3的布置中，第一辐射元件模块1和第二辐射元件模块3彼此交错。进一步，如图1所示，由第一辐射元件模块1和第二辐射元件模块3形成的两个天线装置可以竖向安装在反射板5上，并且附加的第二辐射元件模块3’可以安装在所述两个天线装置之间的空间中。通过上述布置，获得了高的竖向增益。

上面的描述示出了传统的双频段双极化天线的构造的示例。进一步地，各种研究正在进行中，以实现双频段双极化天线阵列的最佳结构、天线的最佳尺寸、稳定特性、对束宽的易于调节、以及天线的易于设计等。

公开

技术问题

因此，已经实现了本发明以提供移动通信基站的双频段双极化天线，其能够达到最佳的结构布置、最佳的天线尺寸、稳定的天线特性、较简单的结构、对束宽的易于调节、以及对天线的易于设计。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动通信的基站的双频段双极化天线，该双频段双极化天线包括：反射板；形成在反射板上的一个或多个用以发送和接收用于第一频段的两个线性正交极化波的第一辐射元件模块，所述一个或多个第一辐射元件模块包括以大体“X”形的形式安装的多个偶极子；以及用于第二频段的一个或多个第二辐射元件模块，所述一个或多个第二辐射元件模块在反射上的第一辐射元件模块之间交错。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动通信的基站的双频段双极化天线，该双频段双极化天线包括：反射板；形成在反射板上的一个或多个用以发送和接收用于第一频段的两个线性正交极化波的第一辐射元件模块，所述一个或多个第一辐射元件模块包括以大体“>>”形或大体“<<”形的形式安装的多个偶极子；以及用于第二频段的一个或多个第二辐射元件模块，所述一个或多个第二辐射元件模块在反射上的第一辐射元件模块之间交错。

有益效果

根据本发明的双频段双极化天线，能够实现更佳的结构布置、最佳的天线尺寸、稳定的特性、较简单的结构、对束宽的易于调节、以及对天线的易于设计。

附图说明

图1是立体图，示意性地示出了传统的双频段双极化天线阵列；

图2是立体图，示意性地示出了根据本发明第一实施例的双频段双极化天线阵列；

图3是示意性地示出了包括在图2的第一辐射元件模块中的偶极子的结构的视图；

图4是图2所示的天线阵列的平面图；

图5是根据本发明第二实施例的双频段双极化天线阵列的立体图；

图6是示意性地示出了包括在图5的第一辐射元件模块中的偶极子的结构的视图；

图7是图5所示的天线阵列的平面图；

图8是根据本发明第三实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图9是根据本发明第四实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图10是根据本发明第五实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图11是根据本发明第六实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图12是根据本发明第七实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图13是根据本发明第八实施例的双频段双极化天线阵列的平面图；

图14是示意性地示出了根据本发明第一实施例的束特性的图表；

图15是示意性地示出了根据本发明第五实施例的束特性的图表；以及

图16是示意性地示出了根据本发明第七实施例的束特性的图表。

发明实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施例进行描述。

在下面的描述中，将论述诸如具体构造设备等具体的主题，但本领域普通技术人员将理解到，可以在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在其中进行各种形式和细节上的改变。

图2是立体图，示意性地示出了根据本发明第一实施例的双频段双极化天线阵列。图3是示意性地示出了包括在图2的第一辐射元件模块中的偶极子的结构的视图，而图4是图2的平面图。参照图2至4，该双频段双极化天线阵列包括安装在反射板15的前侧并具有低频段（例如，800 MHz频段）的多个第一辐射元件模块10（10总体指代包括10-1、10-2、10-3、和10-4的附图标记），以及被适当地置于第一辐射元件模块10之间并具有高频段（例如，2 GHz频段）的多个第二辐射元件模块20、22和24。

所述多个第一辐射元件模块中的一个第一辐射元件模块可以包括第一至第四偶极子10-1至10-4。

为了实现X极化波，第一辐射元件模块10具有大体X形结构，而不是传统的方形结构。也就是说，第一至第四偶极子10-1至10-4分别形成X形结构的端部。此时，如图4所示，第一和第三偶极子10-1和10-3形成具有+45度的角度的极化波，而第二和第四偶极子10-2和10-4形成具有－45度的角度的极化波。

图3示出了第一偶极子10-1的详细结构。参照图3，根据本发明的第一至第四偶极子10-1至10-4具有折叠式偶极子结构。

折叠式偶极子包括：被分成左侧元件和右侧元件并且具有根据相应的频率可变化的总长度的第一侧偶极子元件104和第二侧偶极子元件106；导电平衡-不平衡转换器（balun）102，其具有适当的形状以单独地支撑第一偶极子元件104和第二偶极子元件106中的每一个；馈送线路112，其朝平衡-不平衡转换器102的长度方向延伸并连接于第一偶极子元件104的内端；以及第三偶极子元件108，其在第一偶极子元件104和第二偶极子元件106的纵向方向上延伸、将第一偶极子元件104和第二偶极子元件106的外端互相连接、并且平行于偶极子元件104和106。此时，第一偶极子元件104和第二偶极子元件106、平衡-不平衡转换器102、馈送线路112、以及第三偶极子元件108能够通过平坦的金属表面上的金属图案彼此整体地连接。

在折叠式偶极子中，当通过馈送线路112提供电流时，沿着图3中的箭头所示的方向在第一偶极子元件104和第二偶极子元件106中产生天线模式电场，并且沿着与第一偶极子元件104和第二偶极子元件106中的方向相同的方向（图3中的箭头指示）在第三偶极子元件105中感应出电场。折叠式偶极子在宽频段特性方面和天线的水平束宽的变化方面更稳定，并且与普通的偶极子相比具有更简单的馈送结构。

在根据本发明的使用折叠式偶极子的第一辐射元件模块10的第一至第四偶极子10-1、10-2、10-3和10-4中，第一和第三偶极子10-1和10-3被以使它们具有+45度的倾斜并且感应出+45度的电场的形式安装，该电场配置（arrange）并直接形成所有极化波中+45度的极化波。类似地，第二和第四偶极子10-2和10-4被以使它们具有－45度的倾斜并且感应出－45度的电场的形式安装，该电场配置并直接形成所有极化波中－45度的极化波。

同时，图2和4示意性地示出了作为第二辐射元件模块20、22和24的示例的印刷电路板（PCB）型辐射元件。包括图1所示的传统第二辐射元件模块3的用于高频段的典型辐射元件模块能被用作第二辐射元件模块20、22、和24。

另外，在图2和4中，例如，第一辐射元件模块10安装在两个部分，并且第二辐射元件模块分别安装在基本具有“X”形的第一辐射元件模块10的安装范围的中心、上部、以及下部。结果，安装在两个部分的第一辐射元件模块10与预定数量的第二辐射元件模块交错。然而，上述布置仅仅是为了描述方便的示例，并且不言而喻，第一或第二辐射元件模块的总数以及模块之间的间隔能够根据具体的天线阵列的设计而改变。基本上，可将第二辐射元件模块（一个或多个）与设置第一辐射元件模块的竖直或水平方向上的安装的中心轴线平行设置。

图5是根据本发明第二实施例的双频段双极化天线阵列的立体图，图6是示意性地示出了包括在图5的第一辐射元件模块中的偶极子的结构的视图，以及图7是图5所示的天线阵列的平面图。参照图5至7，根据本发明第二实施例的双频段双极化天线阵列包括安装在反射板15的前侧的多个第一辐射元件模块12（12总体指代包括12-1、12-2、12-3和12-4的附图标记），以及多个第二辐射元件模块20、22和24，如同图2至4所示的第一实施例的结构，第二辐射元件模块20、22和24被以使它们在第一辐射元件模块12之间适当地交错的形式安装。

此时，根据本发明第二实施例的第一辐射元件模块12的详细结构不同于第一实施例的结构。也就是说，如图6中详细示出地，包括在第一辐射元件模块12中的第一至第四偶极子12-1、12-2、12-3和12-4具有与第一实施例的第一至第四偶极子相同的折叠式偶极子形状。然而，如图4所示，第一至第四偶极子12-1、12-2、12-3和12-4在偶极子元件的外端之中具有至少一个弯曲部分（图6中的A）。图5至7的第二实施例以示例的形式示意性地示出了在其中偶极子元件的所有外端都弯曲的结构。此时，弯曲部分不超过偶极子元件总长的一半。

在普通的偶极子结构中，在偶极子元件的外端中产生的强电场可能对邻近的偶极子元件具有影响。然而，具有上述弯曲结构的折叠式偶极子能够降低施加到邻近的偶极子元件的强电场。

另外，如根据本发明第一实施例的图4的画圈部分B1所示，当第一辐射元件模块布置成“X”形时，辐射元件模块的偶极子变得彼此更靠近，从而产生强耦合，这导致不同极化波对彼此有影响。此时，如根据本发明第二实施例的图7的画圈部分B2所示，极化波被具有弯曲结构的折叠式偶极子彼此隔开，从而减小极化波的影响。

图8是根据本发明第三实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图8，根据本发明第三实施例的双频段双极化天线阵列包括第一辐射元件模块10（10总体指代包括10-1、10-2、10-3、和10-4的附图标记），该第一辐射元件模块10包括具有与图2至4所示的第一实施例的第一至第四偶极子相同的折叠式偶极子结构的第一至第四偶极子10-1至10-4。此时，第一辐射元件模块10具有“>>”形结构或“<<”形结构，而不是一般的X形结构。也就是说，在第三实施例中，在具有第一辐射元件模块的X形结构的第一实施例中所描述的第一偶极子10-1和第二偶极子10-2的位置被交换。

根据上述构造，第一辐射元件模块10的第一至第四偶极子10-1、10-2、10-3和10-4中的第一和第三偶极子10-1和10-3被彼此平行地安装并且具有+45度的倾斜。根据第一和第三偶极子10-1和10-3被安装的情况中的每一种，第一和第三偶极子10-1和10-3直接形成天线的所有极化波中+45度的极化波。类似地，第二和第四偶极子10-2和10-4彼此平行地安装并且具有－45度的倾斜。第二和第四偶极子10-2和10-4根据第二和第四偶极子10-2和10-4被安装的情况中的每一种，直接形成天线的所有极化波中－45度的极化波。

同时，图8示出了安装在四个部分的四个第二辐射元件模块20和22，其与包括安装在六个部分的六个第二辐射元件模块的第一实施例不同，在该第一实施例中：安装在六个部分的六个第二辐射元件模块用于安装在两个部分中的两个第一辐射元件模块，这六个第二辐射元件模块中的三个第二辐射元件模块对应于两个第一辐射元件模块中的一个第一辐射元件模块。因此，通过对本发明实施例的结构进行组合，实现天线的易于设计是可能的，例如控制第二辐射元件模块的最佳数量和各个模块之间的间隔。

图9是根据本发明第四实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图9，根据第四实施例的双频段双极化天线阵列几乎与图8所示的第三实施例的双频段双极化天线阵列的构造相同。然而，此时，包括在根据本发明第四实施例的第一辐射元件模块12（12总体指代包括12-1、12-2、12-3、和12-4的附图标记）中的第一至第四偶极子（12-1、12-2、12-3、和12-4）采用具有图5至7所示的第二实施例的弯曲部分的折叠式偶极子结构。

图10是根据本发明第五实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图10，根据本发明第五实施例的双频段双极化天线阵列的结构与根据图2至4所示的本发明第一实施例的双频段双极化天线阵列的结构几乎相同。然而，用于实现800 MHz的第一辐射元件模块10中的X极化波的第一至第四偶极子10-1、10-2、10-3和10-4具有这样的结构：在其中，导电平衡-不平衡转换器102的安装范围不应与2 GHz的第二辐射元件模块20、22和24的限定在中心轴线上的安装范围交叠，并且导电平衡-不平衡转换器102应被放置地尽可能远离第二辐射元件模块20、22、24，使得平衡-不平衡转换器102被安装在所有第一辐射元件模块10的左部和右部。也就是说，如图10所示，平衡-不平衡转换器102中的每一个都以倾斜的形状安装，使得平衡-不平衡转换器102具有下端，该下端比上端距离第二辐射元件模块20更远。

当第一辐射元件模块10的平衡-不平衡转换器120被靠近第二辐射元件模块20、22和24布置时，交叉极化比（CPR）特性可能恶化。因此，平衡-不平衡转换器的上述安装使得CPR特性能够被改善。

因此，平衡-不平衡转换器102倾斜地安装使得平衡-不平衡转换器102的下端布置得比上端距离第二辐射元件模块20、22和24更远的这种结构，具有能够改善CPR特性的属性。此时，平衡-不平衡转换器102的上述结构能够用于具有图1所示的典型钻石结构的第一辐射元件模块和具有上述的一般X形结构的第一辐射元件模块。当平衡-不平衡转换器102的上述结构用于具有钻石结构的第一辐射元件模块时，从前视图上看，平衡-不平衡转换器被放置在第一辐射元件模块的一般钻石结构的外部，而不是对应于在传统的平衡-不平衡转换器结构中所描述的第一辐射元件模块的钻石结构的内部的范围。

图11是根据本发明第六实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图11，根据本发明第六实施例的双频段双极化天线阵列结构与根据图5至7所示的本发明第二实施例的双频段双极化天线阵列结构几乎相同。然而，与图10所示的修改的示例一样，800 MHz的第一辐射元件模块12的第一至第四偶极子12-1、12-2、12-3和12-4具有这样的结构：在该结构中，导电平衡-不平衡转换器的安装范围不与第二辐射元件模块20、22、和24的安装范围交叠，并且导电平衡-不平衡转换器被放置地尽可能远离第二辐射元件模块20、22和24。结果，平衡-不平衡转换器被放置在所有第一辐射元件模块12的左部和右部。

图12是根据本发明第七实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图12，根据本发明第七实施例的双频段双极化天线阵列与根据图10所示的本发明的第五实施例的双频段双极化天线阵列几乎相同。然而，根据本发明第七实施例的天线阵列具有与第五实施例不同的第一辐射元件模块10与第二辐射元件模块20和22之间的相互布置结构。

也就是说，在图10所示的结构中，例如，第一辐射元件模块10安装在两个部分，并且第二辐射元件模块20、22和24分别安装在具有一般“X”形的第一辐射元件模块10的安装范围的中心部、上部和下部。然而，如图12所示，根据第七实施例的天线阵列具有这样的结构，其中：第二辐射元件模块20和22未安装在第一辐射元件模块10的“X”形的中心。第二辐射元件模块20（图12中的20-1和20-2）与“X”形的中心偏离，它们包括在第一辐射元件模块10的安装范围内，并且分别安装在“X”形的上部和下部。

进一步地，附加的第二辐射元件模块21可被安装在安装于两个部分的第一辐射元件模块10之间的空间内，以便保持第二辐射元件模块之间的规则的布置间隔。

与第二辐射元件模块安装在第一辐射元件模块10的“X”形的中心的结构相比，图12所示的第一辐射元件模块10与第二辐射元件模块20、22和21之间的相互布置结构可以减少对CPR特性具有不利影响的因素，从而改善CPR特性。

图13是根据本发明第八实施例的双频段双极化天线阵列的平面图。参照图13，根据本发明第八实施例的双频段双极化天线阵列与根据图10所示的本发明的第五实施例的双频段双极化天线阵列几乎相同。然而，如同图12所示的第七实施例，第二辐射元件模块20和22未安装在第一辐射元件模块10的“X”形的中心。第二辐射元件模块20（图12中的20-1和20-2）偏离“X”形的中心，它们被包括在第一辐射元件模块10的安装范围内，并且分别安装在“X”形的上部和下部。

进一步地，如同图12所示的第七实施例，在图13所示的第八实施例中，附加的第二辐射元件模块21可被安装在安装于两个部分的第一辐射元件模块10之间的空间内，以便保持第二辐射元件模块之间的规则的布置间隔。

图14是示意性地示出了根据本发明第一实施例的束特性的图表，而图15是示意性地示出了根据本发明第五实施例的束特性的图表。参照图14和15，与第一实施例的CPR特性相比，在第五实施例中测得了改善的总的CPR特性，其包括在0度的角度内从16.3 dB所变化的21.4 dB，在+60度的角度内从8.1 dB所变化的11.8 dB，以及在－60度的角度内从5.7 dB所变化的10.6 dB。

另外，图16是示意性地示出了根据本发明第七实施例的束特性的图表。参照图16，与第五实施例中的CPR特性相比，在第七实施例中测得了更为改善的总的CPR特性，其包括在0度的角度内从21.4 dB所变化的25.3 dB，在+60度的角度内从11.8 dB所变化的13.6 dB，以及在－60度的角度内从10.6 dB所变化的14.3 dB。

如上所述，实施根据本发明实施例的双频段双极化天线是可能的。尽管已经参照其特定的优选实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员将理解到，可以在不脱离本发明范围的情况下对其在形式上进行各种改变。例如，在上面的描述中，在图10和11中分别示意性地示出了第一实施例和第二实施例的修改示例，并且类似的修改可以被应用到图8和9所分别示意性示出的第三实施例和第四实施例。也就是说，图8和9中所示意性示出的第一辐射元件模块具有这样的结构：在该结构中，平衡-不平衡转换器可以安装在所有第一辐射元件模块的左部和右部，以便尽可能地远离第二辐射元件模块来安装平衡-不平衡转换器。因此，本发明可以包括多种改变和修改，并且因此本发明的范围不由所描述的实施例限定，而应当由权利要求和权利要求的等同来限定。

工业应用性

尽管已经出于示例性目的描述了本发明的多个示例性实施例，但是本领域普通技术人员将理解到，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，多种修改、添加和删减都是可能的。