天线装置和天线阵列制造方法及图纸

提出一种具有电路板和至少一个布置在电路板上的且可通过电路板或布置在其上的耦合窗激发的天线辐射器的天线装置，天线辐射器构造成，具有至少两个优选彼此正交的极化和至少两个相互接连的或彼此不同且彼此间隔开的谐振频率范围，其中，天线辐射器具有：至少一个实施成谐振器的布置在电路板上的电介体，其具有第一相对介电常数的第一电介体，至少一个具有第二相对介电常数的第二电介体，其中，第一相对介电常数大于第二相对介电常数，第二电介体成型为，使其布置在至少一个第一电介体上，其至少在其中一个谐振频率范围中使电场在正交于主辐射方向的平面中成束或分散。此外还提出一种天线阵列。

Antenna unit and antenna array

An antenna device with a circuit board and at least one antenna radiator arranged on the circuit board and excited by the circuit board or the coupling window arranged on the circuit board is proposed. The antenna radiator is constructed with at least two polarizations preferably orthogonal to each other and at least two resonant frequency ranges connected to each other or different from each other and separated from each other, wherein the antenna radiator has : at least one dielectric arranged on a circuit board to implement a resonator, the first dielectric having a first relative dielectric constant and the second dielectric having a second relative dielectric constant, wherein the first relative dielectric constant is greater than the second relative dielectric constant, and the second dielectric is shaped to be arranged on at least one first dielectric, wherein the second dielectric is at least formed In a resonant frequency range, the electric field is bunched or dispersed in a plane orthogonal to the main radiation direction. In addition, an antenna array is proposed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】天线装置和天线阵列
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的天线装置以及相应的天线阵列。
技术介绍
在移动通信中总是开发出更新的无线电技术，从而对于无源天线系统来说会更快地触及到系统的技术边界，尤其是容量边界。解决方案是采用多个具有多个发射和接收放大器的单个辐射器的阵列来实现用于波束控制和波束成型(英语称为Beamsteering和Beamforming)或者也用于MIMO运行的可控天线。在MIMO运行中使用多个发射和接收模块尤其在发射器和接收器之间没有直接通视的情况下特别有利。近年来有源天线的使用已被视为解决移动通信中的容量、传输、提高数据速率等许多问题的解决方案。到目前为止由于以下原因具有多个收发器的有源天线阵列尚未被广泛接受。多个有源构件在成本和可靠性方面都是一个巨大的挑战。此外，高达3dB的双滤波器的高插入损耗和放大器的在0.2...2W的低功率范围内的低效率使得有源天线阵列的整体效率非常差。而且，目前还没有用于在没有高滤波器消耗的情况下的多带运行的解决方案，因此为了减少滤波器消耗，例如对每个发射和接收带必须实现单独的有源天线阵列。这是由于通常不能实现，即使出于空间原因也使用于不同带的辐射器彼此物理分离。较高代的网络技术，例如为LTE技术引入的MIMO技术(英语为multiple-in-multiple-out多输入多输出)此时产生了关于HF性能的其他问题，因为必须传输越来越高的数据速率等。在MIMO中使用多个相同结构的天线或天线模块，传输在频率、时间和空间的维度中进行。一方面，通过经由多个、优选为正交极化的天线发射和接收信号，发送器和接收器获得所谓的信号差异，即关于发送的信号的进一步信息，从而实现系统的更高的性能。另一方面发送器和接收器通过多个天线的互连和对准获得改进的信噪比，由此同样实现了更高的系统性能。通过该技术可显着提高无线连接的质量和数据速率。MIMO已经在4G标准中使用并且在未来将提高到下一个被称为大规模(Massive)MIMO的级别。待解决的问题是提供具有高度矫正效果(Richtwirkung)的紧凑的宽带天线组。在此已知的次优的解决方案为，例如电介的谐振天线(dielektrischeResonatorantennen)。其通常基于辐射器，其中激发具有高相对介电常数的电介体。其由于通过辐射器小型化带来的的高集成密度而使得阵列天线可以非常紧凑，这尤其是在具有多个辐射器系统和/或频带的天线中是有利的，例如在有源天线和/或多频带/多端口天线中。由于单个辐射器间的距离小，尤其是在波束成形和/或MIMO应用中高传输速率也是可能的。然而由于电介的谐振器的相对介电常数高和/或辐射器小型化和/或由此带来的小的辐射器体积，它们仅实现了低的矫正效果和带宽，特别是在双极双频带运行中。用于双极化天线的谐振器天线例如可从AyaskantaPanigrahi，S.K.Behera(inMicrowave,OpticalandCommunicationEngineering(ICMOCE),2015InternationalConferenceon18-20Dec.2015,Seiten13-16,DOI:10.1109/ICMOCE.2015.7489679)的出版物“IEEE：Dual-linearlypolarizeddielectricresonatorantennaarrayforLandSbandapplications”中得知。此外已知通过使用电介的透镜可以实现矫正效果的改善。例如在欧洲专利EP0871239B1中公开了这种天线装置，该天线装置具有平面的电介的传输线路和与其耦合的电介的谐振器。还已知交错布置的电介的谐振器天线可以降低滤波器消耗，如欧洲专利EP1908147B1中公开的那样。还已知电介体可以用作双极化的棒状辐射器并且可以具有基于前进波的辐射器的特性，这可以在至今尚未公开的德国专利申请DE102016002588.3中看到以及在出版物“WidebandDual-Circularly-PolarizedDielectricRodAntennaforApplicationsinV-bandFrequenciesvonM.W.Rousstiaetal.undfürdieICTProceedingsvom27-28.11.2013”中看到。但是，迄今尚没有在多频带运行中实现高矫正效果、高带宽和紧凑布置的解决方案。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提供一种天线装置和相应的阵列，通过其在紧凑布置的方式中在双极双频带运行中提供改进的天线图和带宽。本专利技术可有利地应用在移动通信领域中并且在此尤其是应用在频率范围为0.3Ghz-15Ghz、在此尤其是频率范围为0.5Ghz-6Ghz的移动通信基站天线中。根据本专利技术，该目的通过独立权利要求的特征实现。优选的实施方式是从属权利要求的内容。提出了一种具有正交极化和多个谐振频率范围的紧凑的天线，下面称为天线装置。该天线装置具有至少两个电介体。第一电介体主要产生谐振频率范围而第二电介体提高谐振频率范围的带宽或使低谐振频率范围的矫正效果匹配高谐振频率范围。由此根据第二电介体的实施方式，天线装置可具有电介的谐振器天线的特性和电介的棒状天线的特性。尤其是通过电介体的构造可增大谐振频率范围，使得谐振频率范围重叠。当天线装置主要实施成电介的谐振器天线时，天线装置典型地具有彼此间隔开的谐振频率范围并且在主要实施成电介的棒状辐射器时具有重叠的谐振频率范围。根据应用、即波束成型和/或波束控制，高的3dB的半值宽度可以比高的矫正效果更为有利。天线的矫正效果下降到最大值的一半(因数0.5≈3dB)时的角区域定义为半值宽度(HPBW或3dB张角)。特征是，在两个电介体之间的相对介电常数有非常大的差异。提出了一种具有电路板和至少一个布置在电路板上并且可通过电路板或布置在其上的耦合窗(Kopplungsfenster)激发的天线辐射器的天线装置，天线辐射器构造成，其具有至少两个优选为彼此正交的极化和至少两个相互关联的或彼此不同且彼此间隔开的谐振频率范围，其中，天线辐射器具有：至少一个实施成谐振器的布置在电路板上的具有第一相对介电常数的第一电介体，至少一个具有第二相对介电常数的第二电介体，其中，第一相对介电常数大于第二相对介电常数，以及其中，第二电介体如此成型，使其如此布置在至少一个第一电介体上：其至少在其中一个谐振频率范围中使电场在正交于主辐射方向的平面中成束或分散。本专利技术的其他特征和优点从下面对本专利技术的实施例的描述中、根据示出本专利技术细节的附图以及从权利要求中得到。各个特征可单独地或将多个特征以任意结合的方式在本专利技术的变型中实现。附图说明下面根据附图详细阐述本专利技术的优选实施方式。图1a和1b示出了根据本专利技术的一种实施方式的天线装置的分解图和剖视图。图2a和图2b示出了根据本专利技术的另一实施方式的天线装置的构件的分解图和剖视图。图3a和图3b示出了根据本专利技术的一种实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线装置，具有/n-电路板(100)，和/n-至少一个布置在所述电路板(100)上的并且能通过所述电路板(100)或布置在该电路板上的耦合窗(102)激发的天线辐射器(10)，所述天线辐射器(10)构造成，具有至少两个优选为彼此正交的极化和至少两个相互接连的或彼此不同且彼此间隔开的谐振频率范围，其中，所述天线辐射器具有：/n至少一个实施成谐振器的布置在所述电路板(100)上的具有第一相对介电常数(εr1)的第一电介体(1)，/n至少一个具有第二相对介电常数(εr2)的第二电介体(2)，其中，/n所述第一相对介电常数(εr1)大于第二相对介电常数(εr2)，以及其中，/n所述第二电介体(2)成型为，使其如此布置在至少一个第一电介体(1)上，使得该第二电介体至少在其中一个谐振频率范围中使电场在正交于主辐射方向的平面中成束或分散。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170216 DE 102017103161.81.一种天线装置，具有
-电路板(100)，和
-至少一个布置在所述电路板(100)上的并且能通过所述电路板(100)或布置在该电路板上的耦合窗(102)激发的天线辐射器(10)，所述天线辐射器(10)构造成，具有至少两个优选为彼此正交的极化和至少两个相互接连的或彼此不同且彼此间隔开的谐振频率范围，其中，所述天线辐射器具有：
至少一个实施成谐振器的布置在所述电路板(100)上的具有第一相对介电常数(εr1)的第一电介体(1)，
至少一个具有第二相对介电常数(εr2)的第二电介体(2)，其中，
所述第一相对介电常数(εr1)大于第二相对介电常数(εr2)，以及其中，
所述第二电介体(2)成型为，使其如此布置在至少一个第一电介体(1)上，使得该第二电介体至少在其中一个谐振频率范围中使电场在正交于主辐射方向的平面中成束或分散。


2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，对于所述第一相对介电常数(εr1)以及对于所述第二相对介电常数(εr2)适用：
|εr1-εr2|≥10，优选|εr1-εr2|≥15，和/或其中，
对于所述第一相对介电常数(εr1)适用：εr1≥12、优选εr1≥15，以及其中，对于所述第二相对介电常数(εr2)适用：2≥εr2≤5、优选2≥εr2≤3.5。


3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第二电介体(2)实施成集成的透镜或实施成具有前进波的辐射器和/或实施成电介的棒状辐射器。


4.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中，对于所述第二介电体(2)的最大厚度(D)和高度(H)有如下的与所述天线的最低的谐振频率范围的中间频率的波长(λ)和所述第二电介体(2)的有效相对介电常数(εr2)的关系：



和/或





5.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中，对于所述第二介电体(2)的最大厚度(D)和高度(H)优选在该最大厚度(D)和高度(H)之间有如下关系：
如果实施成透镜或辐射器，D＝(1.0±0.5)*H；
或
如果实施成辐射器，D＝(0.5±0.25)*H。


6.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中，所述第一电介体(1)的激发关于其横截面的中点对称地进行。


7.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中，所述电路板(100)具有耦合窗(102)，以及其中，所述第一电介体(1)覆盖所述耦合窗(102)的至少75％、优选至少90％。


8.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置，其中，所述第二电介体(2)具有至少一个从其上侧直至下侧贯通的空气切口(21)，所述空气切口构造且布置成，使得所述空气切口将所述第一电介体(1)容纳在该空气切口(21)中。


9.根据权利要求8所述的天线装置，其中，在所述空气切口(21)中设有机械止动部(22)，使得所述第一电介体(1)在安装之后固紧在电路板(100)和所述空气切口(21)的上侧之间。


10....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·福尔默，M·戈特尔，
申请(专利权)人：凯仕林欧洲股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE