專利名稱：基站天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線裝置，包括許多的輻射單元，其中一部分在第一頻率或第一頻帶上輻射，另一部分在第二頻率或第二頻帶上輻射，以便同一個天線裝置能夠被用于不同頻率或頻帶。
本發(fā)明也涉及基站天線裝置，該設(shè)計能夠用于一個第一和一個第二頻帶，以便同一個天線裝置能夠被用于在不同頻帶上工作的不同的移動通信系統(tǒng)。
技術(shù)狀態(tài)在許多國家中移動通信領(lǐng)域正迅速發(fā)展，而且新的市場和更多國家不斷引進蜂窩通信系統(tǒng)。另外，在激烈擴展的移動通信市場上正不斷地在各個方面引進新的服務(wù)和應(yīng)用。眾所周知，工作在接近900MHz頻帶上的許多系統(tǒng)如NMT900、(D)-AMPS、TACS、GSM和PDC已經(jīng)非常成功。除此之外，已經(jīng)得出一個推論即需要工作在其它頻帶的系統(tǒng)。因此，為1800MHz和1900MHz附近頻帶專用的新系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計出來。例如，其中的DCS1800和PCS1900。當(dāng)然也有大量在900MHz頻帶(和附近)和1800或1900MHz中的和類似的在此未明確提出的其它系統(tǒng)?？紤]到近來的發(fā)展，也會清楚還將開發(fā)另外的系統(tǒng)。
可是，為蜂窩移動通信系統(tǒng)工作，需要大量的基站天線。不得不向所有蜂窩通信系統(tǒng)所覆蓋的地區(qū)提供基站天線安裝，此外如何安裝這些天線取決于所需要的質(zhì)量、地理作用范圍和移動單元的分布等。由于無線電傳播非常依賴于地勢以及地形和城市中的不規(guī)則性，基站天線的安裝不得不多少安裝得近些。
可是，基站天線的安裝在鄉(xiāng)村和城市中引起了來自審美觀念的反對。例如用于900MHz頻帶天線桿的安裝已經(jīng)引起許多議論和反對。另外用于其它頻帶基站天線裝置的安裝將產(chǎn)生更多反對和有時候確實導(dǎo)致不便，不僅是來自審美觀念。另外，天線裝置結(jié)構(gòu)很昂貴。
如果能夠使用已有的例如用于900MHz頻帶的基礎(chǔ)設(shè)施，新的基站天線裝置的引進將明顯有利。由于工作在較低和較高頻帶的兩種系統(tǒng)將并聯(lián)使用，如果用于不同頻帶的天線能夠共存在相同的桿上并尤其使用(共享)相同的天線孔徑，它將很有吸引力。今天已知能夠工作在兩個截然不同頻帶上的微帶天線的實例。實現(xiàn)這種情況的一種方法是將貼片相互疊放在一起。如果不同頻帶較近地隔開例如達(dá)到大約1.5∶1，它可以滿意地運行?？墒?，當(dāng)頻帶不太靠近隔開時，這種方案不能運行。其中的一個例子就是包括一個接地板的疊層雙頻率貼片單元，在該接地板上排列了例如一個圓形或一個矩形低頻貼片，在上面排列相似形狀的高頻貼片。在另一個已知結(jié)構(gòu)中，就象A.AbdelAziz等人在Proc.Journe’es Internationales de Nice sur lesAntennes (JINA 90)，pp321-324，Nov.1900，School ofEl.Engineering and Science Royal Military College ofScience，Shrivenham，England所公開的“雙頻帶圓極化微帶陣列單元”中的例子，提供了上面作出了許多窗口(四個窗口)的一個大的低頻貼片單元。在這些窗口中安放較小的貼片。該窗口并不明顯干擾較大貼片單元的特性。通過這種設(shè)計有可能使用用于兩個不同頻帶的同一個天線裝置，而兩個頻率由系數(shù)4分隔。這樣的頻帶分隔太大而不能被用于今天的工作在約900MHz和1800(1900-1950)MHz的有關(guān)移動通信系統(tǒng)。
另一個已知的技術(shù)是使用循環(huán)結(jié)構(gòu)的頻率選擇性質(zhì)。已經(jīng)知道當(dāng)以網(wǎng)格導(dǎo)線或穿孔窗方式印刷低頻貼片單元時，其能夠被疊印在另一個工作在較高頻率的陣列天線上，例如參照J(rèn).R.James等人的“疊印的二色性微帶天線陣列”IEE Proceedings，Vol.135，Pt.H，No.5，Oct.1988。對于頻帶比前面例子更分隔的雙頻帶工作，具有超過6∶1的比率，這可以滿意地運行。另外，US-A-5001493表示了一個提供多頻率的同時波束的多頻帶刪格焦點平面陣列天線。鍍金屬圖案提供了第一組第一長度的導(dǎo)電邊緣和第二組具有第二長度的導(dǎo)電邊緣。第一和第二組導(dǎo)電邊緣被分開饋電以提供第一和第二工作頻率上的第一和第二同時輸出波束?？墒撬膊荒芫哂写蠹s為二的用于上面所述移動通信的頻帶分隔。US-A-5001493表示了在第一頻率2.3倍的中間第二頻率上輻射的第二輻射單元和在第二頻率的大約1.1倍的高頻率上輻射的第三輻射單元。這樣在所述文件中所公開的天線裝置不能應(yīng)用在上述或一般頻帶分隔為大約系數(shù)2的移動通信系統(tǒng)。
在陣列天線中，單元的周期性是0.5到1倍自由空間波長。較小的分隔用于掃描陣列天線。如果利用相同地區(qū)，在1800/1900MHz頻帶的輻射單元數(shù)量將是900MHz頻帶的兩倍。這意味著高頻天線比低頻天線將具有高3和6dB之間的增益。這部分彌補了使兩個頻帶有效作用區(qū)相似而在較高頻上所增加的路徑損耗。
今天使用分集天線裝置來減少衰落效應(yīng)。用兩個分開幾米的天線實現(xiàn)基站上的分集接收。今天，主要使用垂直極化的發(fā)射和接收天線。極化分集是減少衰落效應(yīng)的另一個方法。
發(fā)明概要因此，所需要的是能夠用于系數(shù)大約為二的頻帶分隔的天線裝置，或特別是能夠用于第一和第二頻率的一種天線輻射單元，其中頻率相差近似為系數(shù)二。尤其所需要的是一種天線裝置和一種基站天線裝置，它能夠用于分隔系數(shù)在大約1.6到2.25之間的兩個頻帶。
這樣，尤其所需要的是一種天線裝置或一種基站天線裝置，它能夠用于工作在900MHz頻帶上的移動通信系統(tǒng)，如NMT900，(D)-AMPS，TACS，GSM，PDC等，和工作在1800或1900MHz頻帶上的另一些移動通信系統(tǒng)，例如DCS1800，PCS1900等。
尤其需要一種設(shè)計，通過它能夠提供垂直/水平極化天線或分別±45°極化的天線。
由此，所需要的是一種天線裝置或基站天線裝置，其中相同天線桿能夠用于工作在兩個相差系數(shù)大約為二的不同頻帶上的兩個不同系統(tǒng)，尤其是已經(jīng)存在的天線桿或基礎(chǔ)設(shè)施能夠用于兩種系統(tǒng)，并且也用于工作在兩個頻帶的任何一個的未來的系統(tǒng)。
尤其需要一種雙頻或多頻天線裝置，它支持不同的極化狀態(tài)。尤其需要一種扇型天線裝置和多波束陣列天線裝置，它在同一個裝置中組合了至少兩個相差大約系數(shù)二的不同頻帶上的工作。
因此，提供了一種天線裝置，它包括一個導(dǎo)電接地板，至少一些在第一頻率上輻射的第一輻射單元和一些在第二頻率上輻射的第二輻射單元，其中對每個第一輻射單元至少排列了一組第二輻射單元。至少第一和第二輻射單元被排列在不同平面上。一組第二輻射單元相對所對應(yīng)的第一輻射單元有利對稱排列，以每個第二輻射單元部分重疊所對應(yīng)的第一輻射單元方式進行。每個輻射單元，即第一和第二輻射單元，具有至少一個等效諧振尺寸和第一輻射單元的等效諧振尺寸基本上是第二輻射單元等效諧振尺寸的兩倍，以便第二輻射單元在近似為第一輻射單元頻率或頻帶的兩倍的頻率或頻帶上輻射。
有利的是每個輻射單元包括一個導(dǎo)電材料制造的貼片。根據(jù)不同的實施例在第一和第二輻射單元的層和/或在接地板和輻射單元的最低層之間提供一層空氣。作為空氣的替代，可以使用電介質(zhì)層。這種電介質(zhì)層可以安放在輻射單元的各個層之間和也可以安放在輻射單元的最低層與接地板之間。接地板例如可以包括一層銅。有利的是第一輻射單元的至少一個諧振尺寸近似對應(yīng)第一頻率的波長的一半和第二輻射單元的至少一個諧振尺寸近似對應(yīng)第二頻率的波長的一半。激勵第一輻射單元以在較低頻率(或較低頻帶)上輻射，而激勵第二輻射單元以在較高頻率(或較高頻帶)上輻射。根據(jù)不同的實施例第一頻率輻射單元安放在第二輻射單元之上或之下。兩者交替都可。另外，根據(jù)不同實施例，輻射單元可以包括矩形貼片，方型貼片或圓形貼片。一般地一個天線裝置中的第一和第二輻射單元是相同形狀的，但也有可能例如第一輻射單元是方型或矩形而第二輻射單元是圓形，反之相同?？墒?，如果只使用一種線性極化，盡管本發(fā)明沒有限制但最好選擇矩形貼片。另一方面，矩形貼片不用于雙極化情況。
對于矩形貼片，一個尺寸有效諧振就足夠了，例如矩形的長度。如果使用方型輻射單元當(dāng)然貼片的邊應(yīng)是諧振的，如果使用圓形貼片它的直徑構(gòu)成諧振尺寸。對于雙極化應(yīng)用最好使用方型或圓形貼片。這里特別指的是線性極化。然而有可能如同所知的那樣將兩個線性極化合并成一個或兩個正交圓極化。在另一個改型實施例中，第一和第二單元的輻射單元諧振尺寸相對于前面描述的實施例不同地各自旋轉(zhuǎn)。這可用于單極化和也可雙極化。另一個實施例中，第一和第二輻射單元相互不同地旋轉(zhuǎn)以便第一和第二單元的極化各不重合。這種形式也能夠應(yīng)用于單極化和雙極化情況。
根據(jù)一個實施例，天線裝置包括一個第一輻射單元和四個第二輻射單元，由此形成一個單獨的雙頻率貼片天線單元。
可是，在另一個實施例中提供大量第一輻射單元，并成組地安放對應(yīng)的第二輻射單元到其上以形成一個陣列網(wǎng)格。在陣列中，能夠使用上面描述的任何單元。在一個實施例中單元被成行和成列地排列，使諧振尺寸與行/列平行/正交。在另一個實施例中，單元旋轉(zhuǎn)以相對于它們排列的行/列形成近似45°角。
在又一個實施例中，對于每個第一輻射單元提供相互反向排列并與第一輻射單元部分重疊的兩個第二輻射單元。這尤其有利于包括一列這種單元的扇型天線。
該設(shè)計尤其包括一個雙頻率、雙極化天線或甚至更特別地多頻率、多極化天線。
可以以許多不同方式提供輻射單元的饋電。根據(jù)一個實施例應(yīng)用所稱的孔徑饋電。當(dāng)?shù)皖l輻射單元安放在高頻(較小)輻射單元之上時，這尤其有利。則對第二輻射單元通過設(shè)置在接地板上對應(yīng)輻射單元的孔徑從下面進行孔徑饋電。通過這種實施例，制造成本和電位寄生交調(diào)(PIM)源被減少。當(dāng)然第一輻射單元也通過設(shè)置在接地板中間的孔徑饋電。這樣的饋電由第一和第二微帶線提供，該微帶線不帶任何物理接觸而通過各自的孔徑激勵輻射單元。在一個改型實施例中，使用所謂探針饋電。如果高頻輻射單元安放在低頻輻射單元之上，該探針(在此)對第二輻射單元偏心饋電。
還提供一個基站天線裝置，其至少包括大量打算用于工作在第一頻帶上的第一移動通信系統(tǒng)的第一天線，和大量打算用于工作在近似于第一頻帶兩倍的第二頻帶上的第二移動通信系統(tǒng)的第二天線，其中用于第一和第二系統(tǒng)的天線分別共存于同一個天線桿上。這些天線，或輻射單元，是如同前面描述的那種。頻帶之間的分隔系數(shù)最好處于近似1.6-2.25∶1之間。根據(jù)不同的實施例，這些天線是扇型天線或多波束陣列天線。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是已經(jīng)提供的用于900MHz頻帶的基礎(chǔ)設(shè)施也能夠用于新的如大約1800MHz或1900MHz的頻帶。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是天線單元或輻射單元簡單和靈活，并保證簡單的饋電技術(shù)等。一個特別的優(yōu)點是同種輻射單元能夠用于兩種頻率，只是按諧振尺寸所給出的大小不同。能夠支持雙極化狀態(tài)也是一個優(yōu)點。
可是，還有一個優(yōu)點是不僅能夠提供雙頻率、雙極化天線裝置，也提供多頻率設(shè)計，即多于兩個的頻率。則例如另一個輻射單元層可以以相似的方式安放在最上層的頂上。如果例如在第一輻射單元之上安放四個第二輻射單元，可以在第二輻射單元之上安放十六個第三輻射單元，該單元在大約為第二頻率兩倍的一個第三頻率上輻射。
附圖的簡要說明下面將以非限制方式參考附圖對本發(fā)明做進一步描述

圖1A是包括方形貼片的雙頻率天線裝置的俯視圖，圖1B是圖1A的天線裝置沿1B-1B線的截面示意圖，圖2A是包括方形貼片的改型雙頻率天線裝置的俯視圖，圖2B是圖2A的天線裝置沿2B-2B線的截面示意圖，圖3A是包括矩形貼片的雙頻率天線裝置的俯視圖，圖3B是圖3A的天線裝置沿3B-3B線的截面示意圖，圖4A是另一個雙頻率天線裝置的俯視圖，其中貼片是圓形，圖4B是圖4A的天線裝置沿4B-4B線的截面示意圖，圖5是另一個天線裝置例子，其中第一和第二輻射單元具有不同的形狀，圖6是雙頻率/雙極化陣列天線的一個例子，圖7是天線陣列的另一個例子，其中第一和第二輻射單元的諧振尺寸相互形成45°角，圖8是陣列天線的又一個例子，圖9示意性地說明用于圖1A的輻射單元例子的孔徑饋電的例子，圖10示意性地說明圖2A的輻射單元的探針饋電，圖11是說明圖1A中所說明的一個設(shè)計的孔徑饋電的截面透視圖，圖12是包括用于單極化情況的饋電孔徑的接地板的俯視圖，圖13是扇型天線裝置的一個例子，圖14A是根據(jù)用于雙極化實施例的孔徑的例子，圖14B是用于雙極化設(shè)計的孔徑的例子。
發(fā)明的詳細(xì)說明圖1表示工作(接收/發(fā)射)在兩個不同頻率或兩個不同頻帶上的微帶天線裝置10的第一個例子。在圖1A的天線裝置10俯視圖中，第一輻射單元11安放在頂部。在此第一輻射單元11是方形。在第一輻射單元之下，安放了四個第二輻射單元。當(dāng)然第二輻射單元不非得以中心正對著的方式安放在第一輻射單元的角下。它們也可以在一個或兩個方向上靠近安放(或反之一樣)。這也適用于下面描述的參照圖3A、4A、5等的實施例。第一和第二輻射單元各自特別地包括所謂貼片單元。一個貼片單元是一個導(dǎo)電材料的貼片，例如銅。第二輻射單元12、13、14、15是相對于第一輻射單元對稱排列的，并部分重疊第一輻射單元11。兩個第二輻射單元中心之間的距離近似為對應(yīng)第二輻射單元頻率的自由空間波長的0.5-1倍。該距離可以例如對應(yīng)0.8X波長。在第一輻射單元11與第二輻射單元12、13、14、15的組之間提供一個空氣層。另一種方式，在第一和第二輻射單元之間分別提供一個電介質(zhì)層。如果在第一和第二輻射單元之間存在空氣，可以安放塑料接線柱或類似物作為間隔元件(在圖中未表示)。在第二輻射單元之下安放一個導(dǎo)電層16。這些以簡化的方式在圖1B中加以說明，該圖是沿圖1A中的1B-1B線的截面圖。根據(jù)一個實施例，在第二輻射單元與導(dǎo)電層16之間提供一層空氣。另一種方式，在第二輻射單元12、13、14、15與導(dǎo)電層16之間提供一層電介質(zhì)。第一和第二輻射單元被分別激勵(激勵)或分開饋電以分別在第一或較低工作頻率和第二或較高工作頻率上再輻射能量或同時輸出波束。第一和第二頻率相差一個近似1.6-2.5之間的系數(shù)，或在第一和第二工作頻率之間存在一個系數(shù)2，以便第一貼片單元或輻射單元11能夠用于工作在大約800-900MHz頻帶上的通信系統(tǒng)，而第二輻射單元12、13、14、15能夠用于工作在大約1800-1900MHz頻帶上的通信系統(tǒng)。第一和第二輻射單元分別具有第一和第二有效諧振尺寸。對于第一輻射單元11，有效諧振尺寸是由方形單元的邊長A10給定的。以類似的方式，第二輻射單元12、13、14、15的有效諧振尺寸是由同樣的方形第二輻射單元的邊長a10給定的。諧振尺寸A10和a10分別近似于相關(guān)的第一和第二頻率的半波長。如果使用空氣，諧振尺寸(在此為A10和a10)由下式給出A10＝λ1/2和a10＝λ2/2其中λ1和λ2是自由空間中的波長?？墒侨绻诘谝缓偷诙椛鋯卧c接地板之間安放電介質(zhì)材料，尺寸能夠制造得更小并取決于電介質(zhì)材料的有效介電常數(shù)，即A10=λ1/2ϵr]]>其中εr是相對介電常數(shù)；對于a10類似。能夠以下面進一步討論的任何適當(dāng)方式提供饋電。根據(jù)一個實施例使用所謂孔徑饋電。根據(jù)其它實施例使用探針饋電或另一種方式電磁能量能夠通過諧振器或饋電的任何組合來耦合。
在一個優(yōu)選的實施例中，較低的第二輻射單元即高頻貼片從下面進行孔徑饋電。第一輻射單元也從下面饋電。由此能夠減少制造成本和進一步減少電位寄生交調(diào)(PIM)源。
在圖2A中說明一個改型的雙頻率天線裝置20。在圖2B中說明了一個沿圖2A中的2B-2B線的簡化截面圖。
在此情況下方形貼片也用于第一和第二輻射單元?？墒?，在此情況下第二輻射單元22、23、24、25安放在第一輻射單元21之上。這樣高頻輻射單元安放在低頻輻射單元之上，與圖1A和1B中所說明的實施例相反。在此情況下，也可以在第一輻射單元21與導(dǎo)電接地板26之間安放一個電介質(zhì)層或另一種方式在它們之間提供空氣。以類似的方式，可以在第一和第二輻射單元之間安放一個電介質(zhì)層或另一種方式在它們之間也提供空氣。在此情況下，諧振尺寸也是分別由形成第一21和第二22、23、24、25輻射單元的方形貼片的邊長A20和a20所給定的。盡管與參照圖1A描述的實施例相比不太有利于使用孔徑饋電，在此也能夠使用不同的饋電技術(shù)。
圖3A還公開了另一種雙頻率天線裝置30。在此情況下第一輻射單元31安放在頂部，即較低頻率單元。第一輻射單元31的形狀為矩形和等效諧振尺寸L30是由矩形的長度所給定的。如同在上面所描述的實施例，第二輻射單元32、33、34、35具有與第一輻射單元31相同的形狀和它們以對稱并部分重疊的方式排列。第二較高頻率輻射單元在此也是矩形(盡管情況未必是這樣，它們也可以采用其它或不同形狀)和它們具有為各自矩形長度的有效諧振尺寸l30。在圖3B中也說明了沿圖3A的3B-3B線的截面圖，并與上面描述的實施例類似也可以分別地在導(dǎo)電接地層36和第二輻射單元之間和第一與第二輻射單元之間提供電介質(zhì)或空氣。在此有效諧振尺寸L30和l30也基本上對應(yīng)于與如上述大約相差系數(shù)2的所需要頻率相對應(yīng)波長的一半，以便設(shè)計30能夠用于上面討論的通信系統(tǒng)。如果只使用一個線性極化，矩形貼片尤其有利。原則上方形貼片(或至少是對稱貼片)尤其有利于雙極化應(yīng)用，其中兩個尺寸是諧振的，并由此具有給定的尺寸。對于單極化情況，一個尺寸是不諧振的。該非諧振尺寸則可以確定在非諧振尺寸平面上的波束寬度。
可是應(yīng)注意，參照圖3A的上述實施例當(dāng)然可以不同地排列，以便第二較高頻率輻射單元安放在第一較低頻率輻射單元之上。
在圖4A中說明另一種雙頻率天線裝置40。在圖4B中示意性的說明了簡化的沿4B-4B線的截面圖。在此設(shè)計中，第一和第二輻射單元分別包括圓形貼片。第一輻射單元41安放在第二輻射單元42、43、44、45之上，第二輻射單元以第一輻射單元為中心并且以部分重疊的方式安放。
在此在接地板46與第二輻射單元之間和/或在第二輻射單元與第一輻射單元41之間也安放空氣或一個電介質(zhì)材料(至少部分覆蓋單元之間的空間)。
諧振尺寸在此由輻射單元的直徑給定。第一輻射單元41的諧振尺寸由圓形貼片的直徑(兩倍的半徑)給定，在此半徑表示為R40，R40=1.841λ1/2πϵr≈0.29λ1/ϵr]]>以類似的方式，第二輻射單元的諧振尺寸由相應(yīng)第二輻射單元的對應(yīng)直徑2Xr40給定。另一方面，如同參照方形實施例所討論的那樣同樣情況適用。當(dāng)然第一輻射單元能夠安放在第二或較高頻率輻射單元之下。就象方型貼片，圓形貼片尤其有利于雙極化應(yīng)用，不過如果只使用一個線性極化它們當(dāng)然也可以使用。
在圖5中公開了雙頻率天線裝置的另一個例子。在此第一和第二輻射單元具有不同的形狀。在此特別情況下，第一輻射單元51安放在頂部并包括一個方形貼片，由方型的邊長給定諧振尺寸A50。第二輻射單元52、53、54、55是圓形和相對于第一輻射單元51以部分重疊的方式對稱排列。對于第二輻射單元，由兩倍的半徑r50給定諧振尺寸?？墒菓?yīng)清楚第一輻射單元當(dāng)然能夠安放在第二輻射單元之下。在此情況下，在第一和第二輻射單元之間和較低輻射單元和導(dǎo)電接地板(未在圖中說明)之間也安放空氣和/或電介質(zhì)。
參照對涉及工作頻率從而諧振尺寸之間關(guān)系的圖1A的討論，當(dāng)然也適用于圖2A、3A、4A、5和下面的附圖。
在圖6中說明陣列網(wǎng)格形式的天線裝置60。該天線裝置61包括(在此)規(guī)則地排列在矩形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的30個第一輻射單元601，602，......6030。對于每個第一輻射單元601，602，......，以類似圖1A中描述的設(shè)計方式安放四個第二輻射單元62、63、64、65。該第一輻射單元安放在頂部，也類似于圖1A，和涉及圖1A的討論在此也是合適的。由于輻射單元是矩形和確實分別包括兩個諧振尺寸即方形的邊長，設(shè)計60尤其包括一個雙頻率、雙極化設(shè)計。當(dāng)然能夠以任何方式形成陣列網(wǎng)格，如三角形、圓形和橢圓形等，包括天線裝置10、20、30、40、50中的任何一個或關(guān)于何種輻射單元安放在頂部和它們?nèi)绾涡D(zhuǎn)的任何改型。對于一個雙頻率、雙極化天線裝置60，都使用一個不論在此是否說明的公共接地板并能夠以上面討論的任何方便的方式饋電。當(dāng)然輻射單元的數(shù)量可以是任何適合的數(shù)量。在一個實施例中，在一組中第二輻射單元之間的距離與在水平和垂直方向的相鄰組的相鄰第二單元之間的距離是相同的。在一個有利的實施例中，第二輻射單元之間的距離接近于在0.5-1λ之間。尤其是其盡可能的低，如大約0.5λ以提供陣列的大掃描角性能，即避免柵瓣。在另一個實施例中，該距離在垂直方向與水平方向不完全相同，例如水平方向略小。
在圖7中說明了陣列網(wǎng)格70形式的另一個天線裝置，包括(在此個別情況下)九個雙頻率天線單元701，702，......709。在此情況下，第一輻射單元701，702，......709也安放在對應(yīng)第二輻射單元721，731，741，751......之上，為清楚的原因只提供了第一雙頻率天線701的第二輻射單元參照符號。當(dāng)然第二輻射單元也可以反而安放在第一輻射單元之上；和前面所述實施例的任何改型都是可能的。第一和第二輻射單元在此情況下也都是方形，第一輻射單元是，第二輻射單元也是。另外，第二輻射單元721，731，741，751......也分別相對于第一輻射單元711，712，......719對稱安放，但區(qū)別在于各個諧振尺寸A70和a70之間分別相互形成近似45°的一個角。輻射單元是對稱的，和每個輻射單元如上面所述包括兩個諧振尺寸，即方形的邊長。可是，第一和第二輻射單元的諧振尺寸分別相互形成一個45°的角。
圖8表示一個陣列90的改型實施例，包括極化為±/-45°的許多雙頻率天線單元901，......，9013。第一輻射單元911，......，9113安放在對應(yīng)的第二輻射單元921，931，941，951；.....，之上，但是在一個改型實施例中(未示出)，第一輻射單元安放在對應(yīng)的第二輻射單元之下。第一和第二輻射單元的極化分別在第一和第二頻帶上是類似的。由于(對于雙極化情況)雙極化電磁波的傳播特性是相同的和與使用垂直和水平極化的情況相比較提供相似的衰減(其對于兩種極化基本上相同)，±45°極化的天線已經(jīng)證明是有利的。
圖9是對應(yīng)圖1B的簡化的截面圖，輻射裝置在此表示為10`。它說明孔徑饋電的例子。在接地板16`上，對每個第一和第二輻射單元提供若干孔徑。在圖9中表示出了對應(yīng)第一輻射單元11`的孔徑，但是只表示了兩個對應(yīng)第二輻射單元的孔徑；孔徑18`對應(yīng)第二輻射單元12`和孔徑19`對應(yīng)第二輻射單元13`。當(dāng)然，還有用于其它第二輻射單元的孔徑。通過微帶線171，181，191，第一輻射單元11`和第二輻射單元12`、13`被通過孔徑激勵，可是與微帶線沒有任何物理接觸?？讖交旧暇哂信c所對應(yīng)的輻射單元諧振尺寸相同的長度，和它們安放得與諧振長度相垂直。
圖10是類似于圖2B的表示天線裝置20`的截面圖(對應(yīng)圖2B的天線裝置20)，該設(shè)計通過例如本身公知的饋電方法-探針饋電來饋電。通過探針27`、28`、29`，第一輻射單元21`和第二輻射單元22`和23`通過同軸線(例如)饋電。在此其它第二輻射單元也以類似方式饋電。
在圖11中說明天線裝置100的截面透視圖。天線裝置包括一個第一輻射單元104和四個第二輻射單元105、106、107、108，第一輻射單元104安放在第二輻射單元的頂部。當(dāng)然，它也或許已是陣列網(wǎng)格，但為清楚的原因未表示。一個例如銅的導(dǎo)電接地板102安放在一個電介質(zhì)基片101上。在導(dǎo)電接地板102的頂部安放了一個電介質(zhì)層103。在改型實施例中，也可以是空氣，在此情況下通過使用塑料接線柱或類似物提供第二輻射單元與接地板之間的間隔。為清楚起見在第一和第二輻射單元之間未表示出電介質(zhì)層，然而通常提供了這樣的一層(至少覆蓋空間的一部分)。在此也可以作為另一種方法采用空氣層形式。在導(dǎo)電接地板102上提供了若干饋電孔徑114、115、116、117、118。饋電孔徑的尺寸與輻射單元的尺寸相關(guān)并基本上相同。通過微帶線124、125、126、127、128對第一和第二輻射單元饋電。饋電是通過以正交方式橫向跨過孔徑而沒有任何物理接觸的微帶線124、125、126、127、128提供的。如果每個輻射單元只有一個孔徑，提供一個單極化波束。在圖14A和14B中說明了雙極化情況下孔徑的兩個例子。
在圖12中更清楚地說明了導(dǎo)電接地板102，其中提供了孔徑?？讖?04、105、106、107、108分別對應(yīng)于第一和第二輻射單元。微帶線124以如上所述的正交方式安放在接地板102和交叉孔徑104之下，并且微帶線124、125、126、127、128在孔徑105、106、107、108之下以類似方式通過。
圖13圖示地說明了根據(jù)本發(fā)明的扇型天線80的例子。扇型天線包括一列若干第一輻射單元81A、......、81E，其中對每個第一輻射單元安裝兩個第二輻射單元82A、83A；......；82E、83E。所有第二輻射單元都沿一個公共垂直中心線排列。
在扇型天線的改型實施例(未表示出)中，可以使用一列例如參照圖1A-圖5中任何一個所述的單元或其任何改型，其任何類型的旋轉(zhuǎn)等，即對于第一輻射單元帶有兩個或四個第二輻射單元。
對于雙極化情況，接地板上的孔徑能夠采用分別在圖14A和14B中所說明的形式。在圖14A中，兩個縫隙204、205以相互正交的方式相互交叉。它們分別通過微帶線224和225饋電。
在圖14B中，縫隙之一能夠被分成以正交方式安放在縫隙214兩側(cè)的兩個縫隙215A、215B。圖14A、14B所描述的孔徑然后被安放在對應(yīng)每個輻射單元的接地板上，其尺寸取決于各自的輻射單元的尺寸。每個極化有一個饋電微帶線。第一微帶線234正交地穿過中心縫隙214和第一和第二分支微帶235A、235B，分別穿過縫隙215A、215B。該分支連接起來形成一個公共第二微帶線以提供第二極化。接地板236僅被示意性地表示出。
當(dāng)然本發(fā)明不僅限于所示的實施例，它能夠以許多方式改變，而僅受權(quán)利要求書范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一個天線裝置(10；20；30；40；50；60；70；80；90；100)，包括一個導(dǎo)電接地板(16；26；36；46；102)，在第一頻率或第一頻帶上輻射的許多第一輻射單元(11；21；31；41；51；61；711，......，719；81A，......，81E；911，......，9113)和在第二頻率或第二頻帶上輻射的大量第二輻射單元(12-15；22-25；32-35；42-45；52-55；62-65；721-751；82A，83A-82E，83E；921-951)，對于每個第一輻射單元安放一組第二輻射單元，特征在于第一和第二輻射單元輻射單元被分別安放在不同的平面上，一組中的第二輻射單元(12-15；22-25；32-35；42-45；52-55；62-65；721-751；82A，83A-82E，83E；921-951)至少成對地以這樣的方式相對于所對應(yīng)的第一輻射單元(11；21；31；41；51；61；711，......，719；81A，......，81E；911，......，9113)對稱排列，以至每個第二輻射單元部分重疊所對應(yīng)的第一輻射單元，以及每個輻射單元具有至少一個有效諧振尺寸(A10，a10；A20，a20；L30，l30；2R40，2r40；A50，2r50；A70，a70；A90，a90)，第一輻射單元(A10；A20；L30；2R40；A50；A70；A90)的有效諧振尺寸基本上是第二輻射單元(a10；a20；l30；2r40；2r50；a70；a90)的有效諧振尺寸的兩倍，以便第二輻射單元在近似于第一輻射單元頻率或頻帶兩倍的頻率或頻帶上輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種裝置，特征在于每個輻射單元包括一個導(dǎo)電材料的貼片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種裝置，特征在于在第一和第二輻射單元之間提供一個空氣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種裝置，特征在于所安裝的一個電介質(zhì)材料至少部分占據(jù)第一和第二輻射單元的層之間的空間。
5.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于在接地板和輻射單元的最低層之間提供一個空氣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一個的一種裝置，特征在于在接地板與輻射單元的最低層之間安裝一個電介質(zhì)材料(103)，該材料至少部分占據(jù)接地板與輻射單元最低層之間的空間。
7.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于第一和/或第二輻射單元(31，32，33，34，35)包括矩形貼片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一個的一種裝置，特征在于第一和/或第二輻射單元(11，12，13，14，15；21，22，23，24，25；51；61，62，63，64，65；711，721，731，741，751，......；81A，82A，83A，......；911，921，931，941)包括方形貼片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一個的一種裝置，特征在于第一和/或第二輻射單元包括圓形貼片(41，42，43，44，45；52，53，54，55)。
10.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于它包括一個第一輻射單元和四個第二輻射單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任何一個的一種裝置，特征在于提供了許多的第一輻射單元，對于它們的每個存在四個對應(yīng)的第二輻射單元，和特征在于它們排列成一個陣列網(wǎng)格。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任何一個的一種裝置，特征在于它包括一個第一輻射單元(81A；81B；81C；81D；81E)和兩個第二輻射單元(82A，83A；......；82E，83E)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10或12中的任何一個的一種裝置，特征在于帶有對應(yīng)的第二輻射單元的許多第一輻射單元(80A，80B，80C，80D，80E)被排列成一列從而形成一個扇型天線(80)。
14.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于只使用一個線性極化。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任何一個的一種裝置，特征在于使用雙極化和特征在于每個輻射單元具有兩個諧振尺寸。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15中的一種裝置，特征在于在兩個頻帶上都產(chǎn)生相似的極化。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15中的一種裝置，特征在于第一和第二輻射單元的諧振尺寸(A70；a70)分別相互形成大致45°角，以便在第一和第二頻帶上產(chǎn)生的極化分別相差45°。
18.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于第一輻射單元的至少一個諧振尺寸近似于所對應(yīng)的第一輻射頻率的半波長(λ1/2)，和第二輻射單元的至少一個諧振尺寸近似于所對應(yīng)的第二輻射頻率的半波長(λ2/2)。
19.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于第一低頻輻射單元(11；31；41；51；61；711，......；911，......；104；81A，......)安裝在帶有第二輻射單元(12，13，14，15；32，33，34，35；42，43，44，45；52，53，54，55；62，63，64，65；721，731，741，751，921，931，941，951；105，106，107，108；82A，83A)的一個層之上的層中。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任何一個的一種裝置，特征在于第二輻射單元(22，23，24，25)安裝在第一輻射單元(21)之上。
21.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的一種裝置，特征在于在接地板上提供具有與所對應(yīng)的諧振尺寸近似相同的諧振長度的孔徑(17`，18`，19`；114，115，116，117，118；104，105，106，107，108；204，205；214，215，216)和特征在于使用孔徑饋電。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的一種裝置，特征在于第二輻射單元安裝在第一輻射單元之下和特征在于由通過所述孔徑激勵第一和第二輻射單元的第一(171；124)和第二微帶線(181，191；125，126，127，128)提供饋電以具有所需要的頻率。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的一種裝置，特征在于在接地板上對于每個輻射單元提供一個第一孔徑(204；214)和一個第二孔徑(205；215A，215B)，第一孔徑提供一個具有第一極化和第一頻率的信號和第二孔徑提供一個具有第二極化的信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的一種裝置，特征在于對于一個輻射單元相互正交地安裝兩個孔徑(204，205；214；215A，215B)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-20中的任何一個的一種裝置，特征在于使用探針饋電。
26.用于移動通信的基站天線裝置，包括打算用于一個工作在第一頻帶上的移動通信系統(tǒng)的許多第一天線(11；21；31；41；51；61；711，......，719；81A，...，81E；911，......，9113)，特征在于它還包括打算用于一個工作在近似為第一頻帶兩倍的第二頻帶上的移動通信系統(tǒng)的許多第二天線(12-15；22-25；32-35；42-45；52-55；62-65；721-751；82A，83A-82E，83E；921-951)，以便用于第一和第二系統(tǒng)的天線使用相同的天線孔徑，該第一和第二天線包括一個天線裝置，其中對許多的第一輻射單元以成組的方式在不同的平面上安裝許多第二輻射單元，以便第二輻射單元組部分重疊所對應(yīng)的第一輻射單元，第一輻射單元的諧振尺寸基本上為第二輻射單元諧振尺寸的兩倍。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的基站天線裝置，特征在于第二頻帶頻率是大約第一頻帶頻率的1.6-2.25倍。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27的基站天線裝置，特征在于該天線是扇形天線(80)或多波束陣列天線(60；70；90)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26-28中的任何一個的基站天線裝置，特征在于第一系統(tǒng)工作在800-900MHz頻帶中，如NMT900、AMPS、TACS、GSM或PDC和第二系統(tǒng)工作在近似1800-1900MHz頻帶中，如DCS1800或PCS1900。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基站天線裝置(10),包括許多在第一頻帶輻射的第一輻射單元(11)和大量在第二頻帶輻射的第二輻射單元(12,13,14,15)。第一和第二輻射單元被排列在不同平面上。第二輻射單元(12,13,14,15)相對于包括大量在第一頻帶中輻射的第一輻射單元(11)以如下方式排列,即每個第二輻射單元與對應(yīng)的第一輻射單元部分重疊。每個輻射單元具有至少一個諧振尺寸(A
文檔編號H01Q1/24GK1248348SQ9880274
公開日2000年3月22日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月24日
發(fā)明者A·德內(nèi)賴德, M·約翰松, Z·西普斯 申請人:艾利森電話股份有限公司