双极化辐射装置 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述主要用于移动无线通信领域的双极化辐射装置。
背景技术
双极化天线优选地在移动无线通信领域800-1000MHz和1700-2200MHz内使用。在这里由一个天线产生两个正交的极化，尤其是使用两个相对于垂直线+45°或-45°定向的线性极化(X-极化)业已证实是合宜的。为了优化有效服务区的照明，使用有不同的水平半值宽度的天线，其中通过65°和90°的半值宽度作为合理的分级。
对于只有一个极化的天线，有在多种按先有技术的方案来实现这些不同的半值宽度。
例如采用简单的垂直定向的具有一个在相应的半值宽度上优化的反射器的偶极子作为垂直极化的天线。对于只有一个工作频率范围的天线同样已知半值宽度为90°的X-极化的天线的方案。为此例如采用十字偶极子或方形偶极天线或插接式辐射器(Patchstrahler)和相应设计的反射器，以便达到相应地水平的半值宽度。
此外按DE19722742A1建议了一种反射器几何结构，其中，在相对于反射器板侧向伸出的反射器侧面边界内加工有槽。若采用这种例如有十字偶极子或有特殊的偶极子结构的例如由DE19860121A1已知的反射器几何结构，则可实现水平的半值宽度在约85°与90°之间。当然此例仅涉及一种只是在一个工作频带中工作的天线。
但在双极化天线中，这种天线应在两个彼此远离的频率范围内工作，例如它们按系数2∶1彼此错开，则已知只有水平半值宽度约为65°的方案。
例如按DE19823749建议了一种偶极子辐射器的组合，由此对于两个频率范围(例如900MHz频带和1800MHz频带)可实现约65°的半值宽度。
例如由WO 00/01032已知采用插接式辐射器的相应的方案。
能在两个频带或两个工作频率范围工作并在这种情况下应有约90°的半值宽度的天线迄今都是不能转换的。
除此以外还可参见其他预公开的天线，它们显然同样不适合在半值宽度约90°时用于工作在两个互相错开的频率范围内，在这里例如涉及如在S.Maxi和Biffi Gentili的“Dual-Frequency PatchAntennas”(IEEE Antennas and Propagation Magazine，第39卷，NO.61997年12月)的公开出版物中所述的那些天线。一种有三倍结构和其极化时水平和垂直定向的双极化天线可参见Nobuhiro Kuga：“ANotch-Wire Composite Antenne for Polarization DiversityReception”(IEEE AP第46卷，NO.6，1998年6月，902-906页)。此天线产生一圆形方向图。但由此也未能得知有约90°的水平半值宽度的双频带天线。
【发明内容】
因此本发明的目的是创造一种辐射装置，它一方面可用于两个正交的极化，并能在此辐射装置中至少组合一个用于更高频带范围的辐射器，其中应能实现约90°的半值宽度。
按本发明通过在权利要求1或2中所说明的特征达到此目的。本发明有利的设计在从属权利要求中提供。
采用按本发明的双极化辐射装置第一次创造了建造这种天线的可能性，即它们在两个频率范围有90°的水平半值宽度。但与之无关地，这些辐射器结构也可应用于只需要在一个频率范围内工作的情况下。
【附图说明】
下面借助附图说明本发明。其中具体表示：
图1按本发明的双极化辐射装置示意透视图；
图2在图1中用透视图表示的辐射装置在垂直通过反射器平面的横截面内的示意侧视图；
图3按图1和2的实施例的示意俯视图；
图4辐射装置经修改的实施例的示意透视图；
图5图4所示实施例的侧视图；
图6图4和5所示实施例的俯视图；
图7经修改的有孔状网格作为辐射装置的实施例与图6相应的俯视图；
图8另一种经修改的有凸的形状的辐射装置的实施例俯视图；
图9另一种经修改的有凹的形状的辐射装置的实施例示意俯视图；
图10再次修改的有侧向辐射器凸块的实施例的示意俯视图；
图11图10所示实施例进一步发展的俯视图，它有垂直于扩展凸块延伸地伸出的凸块；
图12图11所示实施例的侧视图；
图13双极化双频带有一个位于内部用于更高频率的插接式辐射器的辐射装置的示意俯视图；
图14按图13的辐射装置的透视图；
图15对图13的辐射装置略加修改后的辐射装置的示意俯视图；以及
图16按图15的实施例的示意透视图。
图1至3表示按本发明的双极化天线的第一种实施例。
【具体实施方式】
如由图1透视图、图2示意侧视图(垂直通过反射器平面的剖视图)和图3俯视图可以看出，按本发明的辐射装置主要有四个导电的辐射器1，亦即四个辐射器1a、1b、1c和1d。这四个辐射器1在俯视图中形成一个正方形结构。换句话说，具有所说明的辐射装置的天线在俯视图中按90°旋转对称或点对称地构成。
在俯视图中构成正方形结构的辐射器1在这里还可称为超绕杆式辐射器、臂式辐射器、杆式辐射器或统称为辐射器结构。
这四个在按图1至3所示实施例中杆状的辐射器1有大体上相同的约为0.2倍至1倍工作波长λ的长度。到反射器5平面3的距离约为工作波长的1/8至1/4。
因此由所描述的结构可以得知，在所示实施例中杆状的辐射器1在一个公共的辐射器平面7内平行于反射器平面排列。其中，分别处于相对位置的辐射器1，亦即在图示实施例中的辐射器1a和1c互相平行。此外，另外两个分别错开90°的辐射器，亦即在图示实施例中辐射器1b和1d同样互相平行地设置。一方面是1a和1c以及另一方面是1b和1d这两对互相平行设置的辐射器彼此垂直地或至少彼此近似于垂直地定位，由此得出一种天线装置，它可按两个互相垂直的极化发射和接收，具体而言在一个相对于水平面成+45°角的平面E1内定向以及在一个相对于水平面成-45°角的平面E2内定向。
由此实施例同样可以看出，四个辐射器1分别处于相对位置亦即互相远离的端部9，也就是说辐射器端部9a、9a′和9b、9b′以及9c、9c′和9d、9d′，相对于相邻辐射器的总是相邻的那个端点高频绝缘。换句话说辐射器的端部9a与相邻的辐射器端部9b′、辐射器端部9b与相邻的辐射器端部9c′、辐射器端部9c与相邻的辐射器端部9d′以及辐射器端部9d与相邻的辐射器端部9a′高频绝缘。四个辐射器1的每一个分别通过一导电的支架17优选地相对于反射器5固定和支承。在按图1至3的实施例中，支架17可分别由两根杆或杆件19组成，它们分别从一个优选地由反射器构成的基座21朝辐射器1按扩散的形状延伸到辐射器端部9，支架17机械装配和导电地安装在此基座21上。在这里此结构设计为，朝着相邻的辐射器端部，例如朝着彼此相邻地设置的辐射器1a和1b的辐射器端部9a和9b′延伸的杆件19，从基座21出发互相平行地相隔一定间距地延伸，由此在两根相邻杆或杆件19之间分别形成一个缝或间隙25。
由所描述的结构可以看出，杆或杆件19在反射器一侧或基座一侧的端部27通过导电的基座21、导电的反射器板5和/或导电连接件29互相连接。如所说明的那样，在这里附加地构成优选地与反射器5本身的导电连接。但是这种与反射器5的导电连接并不是强制性地必须存在的。
因此在按图1至3的已说明的实施例中，通过相关的辐射器1、延伸到辐射器1相关的辐射器端部的杆或支架17、19和位于基座一侧或反射器一侧的端部27，以及通过必要时设在它们之间导电的连接件29和/或导电的基座或通过反射器5本身，近似构成一个梯形的结构。
在此实施例中，辐射器1的供电在四个间隙或缝25的各自的端部，亦即在辐射器端部9进行。在这里，在此四个角或部位13的供电优选地借助同轴电缆31进行，在按图3的示意俯视图中示意表示了同轴电缆31。
在这种情况下内导体31′与辐射器1的一端以及外导体31″与相邻辐射器1处于相邻位置的端部分别电连接。换句话说，例如同轴电缆31的外导体31″与辐射器1a的辐射器端部9a电连接，而内导体31′与相邻的辐射器1b的相邻辐射器端部9b′电连接。
因此分别在辐射器1成对的彼此相邻的端部9，亦即在所提及的四个部位或角13构成供电部位，在这种情况下辐射装置的供电分别在这些供电部位，亦即在缝或间隙25背对反射器侧的端部沿直径处于相对位置的部位或角，亦即在各自的间隙端已提及的供电部位113同相地进行。这例如可以借助从中央供电点出发等长的同轴电缆通过联接实现。因此对每个正交的极化形成两个中央供电点35a和35b，它们同时互相有高的去耦。
因为支架17的杆或杆件19并因而缝或间隙25有长度为λ/4，所以辐射器端部9可以在基座或反射器侧无困难地短路。从而在本例中这些与供电电缆共同起对称化的作用。
在按图2的示意横截面图中表示了反射器的横截面，反射器还可包括在外部的横向于或垂直于反射器平面3延伸的侧面界壁5′。
下面参见下一个实施例。
借助图4和5表示另一种实施例。此实施例与按图1至3所示实施例的差别在于，以各辐射器1和侧向连接在辐射器1端部的杆或杆件19以及支承着杆19的基座21为周界，必要时以反射器5和/或提及的导电连接件29为周界的面，不是自由的或留空的，而是设计为全面电连接并因而封闭的面。也就是说由此造成了四个辐射器1或辐射器结构1，它们各有一闭合的面构件39。此面构件39在上部的界边1′分别意味着是与图1至3所示实施例中类似的辐射器1。侧面界边19′意味着是构成相关的缝或相关的间隙25的边界的杆或杆件19。位于下部的边27′类似于基座或反射器侧的连接件29。
按图4至6的实施例与按图1至3的实施例另一个差别是，在垂直剖视图中此面构件39设计为折角的，面构件在下部的基座侧或反射器侧的部分39′从中央段出发向外略有扩散地延伸(例如按一角度20°至70°，优选地30°至60°，尤其约45°)，反之，该面构件39的一个离反射器有间距的并位于外面的部分39″仅沿垂直方向定位，亦即垂直于反射器5。这样的设计提供了下列可能性：缝或间隙25的总长度并因而类似于按图1的支架杆19的界边19′的总长度，同样仍可为工作频率的λ/4(优选地平均工作频率)，所以通过面构件39可在基座或反射器侧实现位于辐射器上端部平行于反射器延伸的界边19′的短路，从而构成真正的辐射器1。按图2的实施例还说明，按图1的实施例当然不一定采用直线延伸的杆或杆件19，而是在按图1至3的实施例中杆或杆件也可以在互相平行延伸的情况下有一种类似于在按图3至5的实施例中那样弯折的形状来构成缝25。
由于各个面构件39的这种弯折的结构因而如此设计的辐射器的总高度较低。
按图4至6的实施形式还可按这样的方式设计，即只设在上部的矩形面构件39″，以及取代在下部的在俯视图中分别设计为梯形的面构件39′设缺口，在这种情况下上部的面构件39″通过侧面支承件19固定。
借助于按图7的示意俯视图只表示面构件39与上面所说明的实施例不同，不必设计为全面闭合的，而是也可以例如制有孔状网格43。可以设想任意可能的其他修改。
在按图8的实施例中选择了一种总体结构，其中各辐射器1不是由直线延伸的杆或界边构成的，而是由在俯视图中凸的或甚至部分圆形的辐射器1构成。若处于相对位置交叉的缝或间隙25不是以固定杆或杆件19为界，这些边19′是按90°错开的面构件39的一部分，则它们设计为按部分截锥形或部分圆柱形定向地延伸。
在按图9的实施例中，辐射器1不是凸的而是成形为凹的。此外在此实施例中也可以将在上部的辐射器1仍设计为导电的杆状装置或类似装置，它们通过相应的杆或杆件19固定。但在杆之间的自由面也仍可全面封闭，从而构成类似于图4和5所示实施例中的面构件39。
尤其借助图8和9可以看出，辐射器1在例如采用相应的面构件39的情况下可有辐射器边1′，它们在供电部位13、113之间不仅设计为直线延伸，而是在俯视图中从一个在中央的中间段出发观察，也可以设计为向外突出的凸的形状或甚至凹的形状。在这里可根据辐射器1的形状或采用全面或部分全面的有面段39的或构成相应的自由空间39′的辐射件1。
此外借助图10还可采取措施实现改善辐射特性，即，在可能杆状的辐射器1上，或在面构件39的情况下在相应地构成真正的辐射器1的界边1′上，优选地可在中央和平行于反射器5定向地伸出向外突出的导电的连接凸耳或凸块45。
在按图11和12的实施例中，在凸耳或凸块45位于外部的端部47上设另一个加长段49，在此实施例中优选地垂直于反射器平面3定向。在按图11的俯视图中还表示，分别成对地互相错开90°优选地平行于反射器平面3延伸的凸耳或凸块45，可具有不同长度尺寸地沿反射器平面3延伸。这同样也适用于优选地垂直于反射器平面3设置的加长凸块49。
因此借助于已说明的实施例介绍了一种双极化天线，亦即辐射装置，它在一个频带内工作并与此同时可以有大的例如约90°的半值宽度。
同时，例如多个这种借助于图1至11说明的辐射装置可优选地在一个公共的反射器3前按垂直的布局互相上下排列。若已提及的辐射器1或界边1′按所说明的实施水平或互相垂直排列，则由此得到一种X-极化的天线，其中一个极化相对于水平面按+45°定向以及另一个极化相对于水平面按-45°定向。因此在俯视图中这些极化方向与缝或间隙25的走向一致。
但按一种经扩展的天线结构现在可构成一种总天线装置，它也适用于在两个频带或频率范围内工作，这两个频带彼此远离并例如约相差一个系数2∶1。换句话说可以构成一种天线，它例如可以在900MHz频率范围和1800MHz频率范围内工作，或例如可以在900MHz频率范围和2000MHz或2100MHz频率范围内工作。
借助于按图13和14的实施例这一点这样实现，即，在借助于图1至11说明的双极化辐射装置的内部，设另一个用于工作在更高频带内的辐射装置。
在按图13和14的实施例中，这一点通过一插接式天线(Patchantenne)51实现，它在俯视图中例如有正方形的结构，以及可位于大约界边1′亦即辐射器1的高度处。
在按图15和16的实施例中，为了在更高的频带中工作使用一原则上由DE19860121A1已知的矢量偶极天线装置53，本申请全面参见其公开的内容并作为本申请的内容。在这种矢量偶极天线53中，偶极子半部在结构上分别由两个互相垂直定向的半偶极子构件构成，其中，朝各自的偶极子半部延伸的对称或基本上或近似于对称的导线端部的连接按这样的方式进行，即，总是将相邻的互相垂直的偶极子半部的相应的导线半部电连接。沿直径处于相对位置的偶极子半部的供电针对第一个极化进行，以及与之正交的第二个极化去耦。在图15和16中表示的在里面的形式上为所说明的矢量偶极天线53的天线构件因此也适用于发射或接收X定向的极化，亦即+45°和-45°定向的极化。换句话说在里面的矢量偶极天线53与外部从下向上设计为楔形的天线构件的极化平行。
当然还可设想不同于至此说明的实施例，可以使用和装入在本发明范围内辐射器类型的其他组合，例如十字偶极子。