本公開一般地涉及雙極化高增益及寬帶互補(bǔ)天線的實(shí)施例。

背景技術(shù)：

包括磁電偶極的線性極化天線的常規(guī)天線技術(shù)與高增益和寬帶特性相關(guān)聯(lián)。然而，這種技術(shù)有一些缺點(diǎn)，其中一些缺點(diǎn)可以參考下文描述的各種實(shí)施例進(jìn)行說明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本申請?zhí)峁┮环N雙極化天線，包括：接地面；折疊式偶極部，電耦接到所述接地面；短路貼片天線部，包括被電耦接到所述折疊式偶極部的開口端；以及金屬板，位于所述雙極化天線的底部。

附圖說明

參考以下附圖描述本公開的非限制性實(shí)施例，其中在所有附圖中，除非另有說明，類似的附圖標(biāo)記指代類似的部件。

圖1示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的電偶極的框圖；

圖2示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的磁偶極的框圖；

圖3示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口和雙極化天線的第二端口的饋電機(jī)構(gòu)(feeding mechanisim)的俯視框圖；

圖4示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口和雙極化天線的第二端口的饋電機(jī)構(gòu)的側(cè)視框圖；

圖5示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的組合式饋電機(jī)構(gòu)的俯視框圖；

圖6示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的組合式饋電機(jī)構(gòu)的側(cè)視框圖；

圖7示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的組合式饋電機(jī)構(gòu)的另一側(cè)視框圖；

圖8示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的立體框圖；

圖9示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的俯視框圖；

圖10示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的側(cè)視框圖；

圖11示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線陣列的框圖；

圖12和圖13示出根據(jù)各種實(shí)施例的分別用于雙極化天線的第一端口和第二端口的、相對于頻率的測量的SWR和模擬的SWR；

圖14示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的兩個端口之間的測量的隔離和模擬的隔離；

圖15-圖16示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口和第二端口的、相對于頻率的測量的增益和模擬的增益；

圖17-圖21示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口的測量的和模擬的輻射圖；以及

圖22-圖26示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第二端口的測量的和模擬的輻射圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本公開的各個方面，附圖中示出示例性實(shí)施例。在以下描述中，出于說明的目的，闡述許多特定細(xì)節(jié)以便提供對各種實(shí)施例的徹底理解。然而，本公開可以實(shí)施為許多不同的形式并且不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的示例性實(shí)施例。

在有效結(jié)合雙極化天線的帶寬和增益增強(qiáng)方面，常規(guī)的天線技術(shù)有一些缺點(diǎn)。本文公開的各種實(shí)施例提供了雙極化高增益及寬帶天線，其利用折疊式偶極和短路貼片天線，而與小尺寸和高經(jīng)濟(jì)效益設(shè)計相關(guān)聯(lián)。

例如，天線(例如雙極化天線)可以包括接地面(例如，導(dǎo)電表面)、折疊式偶極(例如半波偶極)、電耦接到接地面的部分、包括電耦接到折疊式偶極部的開口端的短路貼片天線、以及位于底部(例如雙極化天線的底部)的金屬板。

在一實(shí)施例中，接地面可以包括兩個H形接地面，并且折疊式偶極部 可以電連接至兩個H形接地面。在另一個實(shí)施例中，折疊式偶極部可以包括四個折疊式偶極。在又一個實(shí)施例中，短路貼片天線部可包括電耦接到四個折疊式偶極的四個開口端(例如，包括前述開口端)。

在一實(shí)施例中，雙極化天線還可以包括兩個端口，每個端口包括一對饋電源。在這點(diǎn)上，每個端口的一對饋電源中的每個饋電源可以被配置為產(chǎn)生電偶極和磁偶極。在一個實(shí)施例中，電偶極的幅值可以相等。此外，磁偶極的幅值亦可以相等。

在另一個實(shí)施例中，金屬板可以被配置為降低天線的反向輻射(back radiation)。在又一個實(shí)施例中，金屬板可以包括反射器或另一接地面。在一個實(shí)施例中，一對饋電源中的每個饋電源可以包括一對微帶線、具有短路銷釘(shorting pin)的短截線、以及一對L形帶狀線(strip)(例如，電連接到所述一對微帶線和所述短截線)。

在一實(shí)施例中，接地面可以包括H形接地面。另外，一對饋電源中每個饋電源的一對微帶線、所述短截線和一對L形帶狀線可以印刷、形成等在基板的頂層上。此外，H形接地面可以印刷、形成等在基板的底層上。

在一個實(shí)施例中，天線可包括巴倫源(balun source)，例如，對應(yīng)于接地面的開口部。在一個實(shí)施例中，一對饋電源中的每個饋電源可以形成Marchand巴倫源，例如，可以在接地面的相應(yīng)的開口槽兩端提供180°相位差。

在另一實(shí)施例中，天線陣列可以包括接地面、一組雙極化天線及位于底部(例如天線陣列的底部)的金屬板。此外，該組雙極化天線的雙極化天線可以包括電耦接到接地面的折疊式偶極天線部、及包括例如使用電耦接到折疊式偶極部的開口端的短路貼片天線部。

在又一個實(shí)施例中，該組雙極化天線的相鄰雙極化天線可以通過被限定的間隔隔開。在一個實(shí)施例中，金屬板可以位于該組雙極化天線下方。

在一個實(shí)施例中，雙極化天線可以包括接地面、電耦接到接地面的折疊式偶極天線、包括電耦接到折疊式偶極天線的開口部的短路貼片天線、及位于折疊式偶極天線下方的金屬板。在一實(shí)施例中，接地面可以包括H形接地面，例如，電連接到折疊式偶極天線。在另一個實(shí)施例中，折疊式偶極天線可以包括四個折疊式偶極。

在本說明書全文中，提及“一個實(shí)施例”，或“一實(shí)施例”，是指結(jié)合該實(shí)施例描述的特定的特征，結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個實(shí)施例中。因此，在本說明書全文中不同的地方出現(xiàn)短語“在一個實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”的不一定全部指的是同一實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或多個實(shí)施例中以任何合適的方式進(jìn)行組合。

為此，在詳細(xì)描述或所附權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括(include)”、“具有”、“含有”等類似的詞語，這樣的術(shù)語旨在是包容性的，以類似于術(shù)語“包括(comprising)”的方式作為開放性過渡詞，而不排除任何附加或其他元素。此外，術(shù)語“或”意在表示包容性“或”而不是排他性“或”。也就是說，除非另有指定，或從上下文清楚可見，“X采用A或B”旨在表示任何自然的包容性排列。也就是說，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B，則在任何以上實(shí)例中均滿足“X采用A或B”。此外，本申請和所附權(quán)利要求書中所用的冠詞“一(a)”和“一個(an)”應(yīng)一般性地解釋為表示“一個或多個”，除非另有指定或從上下文中明確得知其針對于單數(shù)形式。

此外，詞語“示例性”和/或“示范性”在本文中用于表示用作示例、實(shí)例或舉例說明。為避免疑義，本文中公開的主題內(nèi)容不受這些示例限定。另外，本文中描述為“示例性”和/或“示范性”的任何方面或設(shè)計不一定被解釋為優(yōu)于或勝過其他方面或設(shè)計，也不意在排除本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本公開直接啟示下可知的等同的示例性結(jié)構(gòu)和技術(shù)。

在有效結(jié)合雙極化天線的帶寬和增益增強(qiáng)方面，常規(guī)的天線技術(shù)有一些缺點(diǎn)。另一方面，本文中公開的各種實(shí)施例提供了利用折疊式偶極和短路貼片天線的有效的、小尺寸的雙極化高增益及寬帶互補(bǔ)天線。在此，現(xiàn)在參照圖1和圖2，示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的電偶極(110，120，130，140)和磁偶極(210，220，230和240)的框圖(100和200)。如圖1和圖2所示，端口102和104包括兩個饋電源─用于端口102的A₁和B₁以及用于端口104的A₂和B₂。每個饋電源被配置為產(chǎn)生一個電偶極─A₁為端口102產(chǎn)生電偶極110，B₁為端口102產(chǎn)生電偶極120，A₂為端口104產(chǎn)生電偶極130，以及B₂為端口104產(chǎn)生電偶極140。另外，每個饋電源被配置為產(chǎn)生一個磁偶極─A₁為端口102產(chǎn)生磁偶極210，B₁為端口102產(chǎn)生磁偶 極220，A₂為端口104產(chǎn)生磁偶極230，以及B₂為端口104產(chǎn)生磁偶極240。

在一實(shí)施例中，這兩個饋電源的幅值在每個端口處相同，例如，對于端口102，電偶極110＝電偶極并且磁偶極210＝磁偶極對于端口104，電偶極130＝電偶極并且磁偶極230＝磁偶極在此，雙極化天線有效地產(chǎn)生兩個電偶極和兩個磁偶極，其電特性()和()被加倍─實(shí)現(xiàn)了比常規(guī)的磁電偶極天線高大約3dB的增益。

現(xiàn)在參照圖3，示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口(102)和雙極化天線的第二端口(104)的饋電機(jī)構(gòu)的俯視框圖(300)。在此，端口102的饋電機(jī)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)等(例如，見下文410)包括H形接地面350和一對微帶線310和電連接到一對L形帶狀線340的具有短路銷330的短截線320。在圖4所示的實(shí)施例中，一對微帶線310、短截線320和一對L形帶狀線340可以被印刷、形成等在基板420的頂層上，并且H形接地面350可以被印刷形成等在基板420的底層上，以形成饋電機(jī)構(gòu)410。

端口104的饋電機(jī)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)等(例如，見下文440)包括H形接地面395和一對微帶線360，及電連接到一對L形帶狀線390的具有短路銷釘380的短截線370。在圖4所示的實(shí)施例中，一對微帶線360、短截線370和一對L形帶390可以被印刷、形成等在基板430的底層上，并且H形接地面395可以被印刷形成等在基板430的頂層上，以形成饋電機(jī)構(gòu)440。

下面的表I限定了對應(yīng)于用于雙極化天線的第一和第二端口(102和104)的饋電機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，其中λ₀是天線的中心頻率的自由空間波長。

表I

圖5示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的組合式饋電機(jī)構(gòu)俯視框圖(500)。如圖5所示，雙極化組合式饋電機(jī)構(gòu)可以通過將饋電機(jī)構(gòu)410和饋電機(jī)構(gòu)440垂直相交來形成─如圖6所示，將H形接地面350固定到H形接地面395。在此，為更加容易地觀看雙極化天線結(jié)構(gòu)，饋電機(jī)構(gòu)410和440的坐標(biāo)分別被旋轉(zhuǎn)了φ＝-45°和45°。

饋電點(diǎn)510可以位于各對微帶線(例如，310，360)的中間。在一實(shí)施 例中，短路短截線(例如，320，370)可用于對雙極化天線進(jìn)行微調(diào)和/或阻抗匹配。在另一個實(shí)施例中，每個L形的帶狀線(例如，340，390)可具有與H形接地面(例如，350，395)的開口槽(多個)重疊的部分。此外，每個饋電機(jī)構(gòu)(例如，410，440)可形成Marchand巴倫源，可以在接地面的開口槽兩端，在A^-₁和A⁺₁、B^-₁和B⁺₁、A^-₂和A⁺₂、或B^-₂和B⁺₂處提供精確的180°相位差，具有最小傳輸損耗和相等的平衡阻抗。

在圖7所示的實(shí)施例(多個)中，間隙710可被包括在H形接地面(例如，350，395)之間(例如參見圖6)，在H形接地面之間不存在間隙。

現(xiàn)在參照圖8-圖10，示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的立體圖、雙極化天線的俯視圖和雙極化天線的側(cè)視圖。如圖8和圖9所示，雙極化組合式饋電機(jī)構(gòu)的H形接地面(例如，350，395)(參見圖5)可以被連接到四個折疊式偶極(810)。在此，折疊式偶極(例如，2a和2b)可連接到豎直取向的短路貼片天線(例如，由2c、2d和2e形成)的開口端，具有位于這樣的饋電機(jī)構(gòu)下方的金屬板820，用于降低反向輻射。

在一個或多個實(shí)施例中，折疊式偶極(810)的長度D₁、和短路貼片天線(參見2c，2d和2e)的高度h_D分別為0.245λ_o和0.115λ_o。在其他(多個)實(shí)施例中，短路貼片天線的兩個豎直金屬板(2c和2e)的間隔P_s1為0.171λ_o。在又一些其他實(shí)施例(多個)中，金屬板(820)的尺寸L_R可以被優(yōu)化以獲得小于-20dBi的反向輻射。

如圖10所示，支柱1010可以是絕緣體或?qū)w，并且可以將饋電機(jī)構(gòu)(410和440)與金屬板820分隔開，例如，當(dāng)支柱1010為絕緣體時，金屬板820可以作為用于雙極化天線的電磁波的反射板。在另一個實(shí)施例中，當(dāng)支柱為導(dǎo)體時，350和395可以電連接至金屬板820(例如，其變成接地面)。連接器1020可以被電耦合、連接、短路等至饋電點(diǎn)510(見上文)。此外，下面的表Ⅱ限定了對應(yīng)于由圖8-圖10所示的雙極化天線的幾何參數(shù)，其中λ₀是雙極化天線的中心頻率的自由空間波長：

表II

圖11示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線陣列的框圖(1100)。雙極化天線單元(1110，1120，1130，1140)可以包括如上所述雙極化天線(還參見圖5-圖10)。在此，如圖11所示，雙極化天線陣列包括放置在金屬板1105上的、由元件間距L_es間隔開的四個雙極化天線。為了為一些無線通信系統(tǒng)獲得特定增益或半功率波束寬度，可以構(gòu)造M×N的天線陣列。

圖12-圖13分別示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于雙極化天線的第一端口(102)和第二端口(104)的、相對于頻率的測量的和模擬的駐波比(SWR)。在此，雙極化天線分布在端口102處具有55.9％的較寬的測量的阻抗帶寬(從2.36GHz至4.19GHz，SWR≤2)和在端口104處具有51.7％的測量的阻抗帶寬(從2.44GHz至4.14GHz，SWR≤2)

圖14示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的兩個端口(例如，102和104)之間的測量的和模擬的隔離。在此，在雙極化天線的整個工作帶寬上測量的隔離(isolation)為超過35dB。

圖15-圖16示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的第一端口(102)和第二端口(104)的、相對于頻率的測量的和模擬的增益。在此，雙極化天線在每個端口處具有穩(wěn)定的增益和10.5dBi的平均測量增益，在端口102處從9.28dBi至10.78dBi變化，并且在端口104處從9.54dBi至10.52dBi變化。

圖17-圖21示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的第一端口(102)的測量的和模擬的輻射圖。在此，雙極化天線的測量的和模擬的輻射圖被示出在頻率2.6GHz、2.9GHz、3.2GHz、3.5GHz、和3.8GHz處。

對于下面的表III中描述的端口102處的半功率波束寬度，在兩個平面中測量的波束寬度在2.6GHz處也為57.4°。當(dāng)工作頻率從2.6GHz增加至3.8GHz時，波束寬度從57.4°單調(diào)減小到40°。

表III

圖22-圖26示出根據(jù)各種實(shí)施例的雙極化天線的第二端口(104)的測量的和模擬的輻射圖。在此，在頻率2.6GHz、2.9GHz、3.2GHz、3.5GHz、和3.8GHz處示出雙極化天線的測量的和模擬的輻射圖。

如下面的表IV中描述的，端口104處的半功率波束寬度的變化與端口102的相同，并且波束寬度也隨工作頻率的增加從52°降低到39°。在一實(shí)施例中，饋電機(jī)構(gòu)的饋電點(diǎn)(510)的高度在高的工作頻率處可引起兩個端口的高交叉極化(cross polarization)。在此，高交叉極化可以通過降低饋電點(diǎn)510的高度而被降低，而同時雙極化天線的整體高度保持相同，例如，以增加增益變化為代價。

表IV

本公開示出的實(shí)施例的以上描述，包括在摘要中所描述的，并不意在窮舉或限制本公開實(shí)施例為所公開的精確形式。雖然本文中描述具體的實(shí)施例和示例用于說明的目的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識到，在這樣的實(shí)施例和示例的范圍內(nèi)考慮的各種修改是可能的。

因此，雖然已經(jīng)結(jié)合各種實(shí)施例和相應(yīng)的附圖描述了本公開主題，但應(yīng)理解，在適用時，可以使用其它相似的實(shí)施例，或可對所描述的實(shí)施例進(jìn)行修改和增加，用于實(shí)施所公開主題的相同、相似、或替代功能而不與其偏離。因此，所公開的主題不應(yīng)限于本文所述的任何單個實(shí)施例，而是應(yīng)在根據(jù)下面所附的權(quán)利要求的寬度和范圍內(nèi)解釋。