[发明专利]组合天线、天线阵列以及使用该阵列天线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线。更具体地，本发明涉及单极子天线元件和偶极子天线元件的组合。本发明还涉及利用这些组合的天线元件的阵列天线。

背景技术

偶极子天线为本领域所熟知的。单极子天线为本领域所熟知的。从如美国专利5,313,218已知偶极子天线和单极子天线的组合，该专利公开了一种包括具有基本上垂直的极化方向的偶极子天线和单极子天线的天线组件。偶极子天线设置有其一部分用作发射RF信号的微带传输线的底板的平衡-不平衡转换器(balun)。微带传输线包括：第一部分，其连接至同轴馈电线缆；第二部分，其具有分别通过第一开关连接至单极子天线和通过第二开关连接至平衡-不平衡转换器部分的末端；以及第三部分。闭合开关使单极子天线操作。第三部分用于对偶极子天线进行解谐。

美国专利7,289,080公开了一种通过滤波实现较大带宽的偶极子天线元件和单极子天线元件的天线。为了通过利用多端滤波提供自调节电长度，多个天线元件被隔离或组合。

美国专利申请2011/0163928公开了一种包括单极子和偶极子的天线。偶极子提供第一天线元件和第二天线元件，第一天线元件和第二天线元件提供与单极子的纵轴共同的纵轴。偶极子的第一天线元件连接至偶极子的第二天线元件并且连接至单极子。单极子支承偶极子。天线还包括布置在单极子与偶极子之间的去耦合元件。

发明内容

发明人已研究了如何改进有源相控阵列天线以及具体地如何改进其中通过以规则或非规则阵列组织大量天线来完成方向性的天线。本发明是包括与单极子天线元件组合的偶极子天线元件的组合天线，该组合天线借助发明特性已被赋予相同的谐振频率。多个天线特别适合以这样的规则或非规则阵列来布置。

组合天线包括偶极子部分、共模抑制滤波器以及用作偶极子馈电和单极子两者的双导体传输线。传输线被布置成以共模和差模的任意组合来传输电流。共模抑制滤波器被设计成：阻止共模电流进入天线元件的偶极子部分，而其同时允许差模电流通过来激发偶极子。传输线被布置为正交于地平面，并且可以被认为是同轴的两个分离的传输线部分。第一长度传输线起始于地平面的端口处，并且到达其连接的共模抑制滤波器的第一端。第二长度传输线被布置成连接至共模抑制滤波器的第二端并且连接至偶极子。由此，共模抑制滤波器被布置在第一长度传输线的远端处，并且其第一对端子连接在第一长度传输线的远端处，偶极子被布置成与传输线垂直，并且经由第二长度传输线和经由第二对端子连接至共模抑制滤波器。

因此，可以设计一种除了具有变化长度的第一长度传输线以外还具有在地平面上方的一定高度处的偶极子的天线。可以通过改变传输线的第一部分和第二部分的长度来转变滤波器沿传输线的轴的位置。

具体地，提出的共模抑制滤波器的实施方式是以两个互相缠绕的线圈形式，其中，如图3和图4所示，每个线圈连接至一个偶极子臂和一个传输线导体。

当在阵列天线中使用多个天线实例时，可以使用另外的两种技术。参见图5，第一种技术涉及在组合天线下方布置波纹化地平面，以获得单极子/共模激发的适当的阻抗匹配。第二种技术涉及在偶极子所在平面的上方并且与偶极子所在平面平行地布置一个或更多个介电层，以针对宽角扫描使偶极子元件在例如H-平面中匹配，H-平面由偶极子天线元件限定。

上述发明可以结合以下项来使用：

●产生为共模和差模的线性组合的激发的馈电网络。

●如通过使用同轴连接器将地平面下方的双导体传输线转换成两个独立的传输线。

发明构思

根据本发明的组合天线元件如上所述包括传输线、滤波器以及偶极子。传输线如屏蔽线对能够支持共模电流和差模电流。差模适合于激发偶极子。在本发明中，由于将传输线的另一端处的相位控制电路假定为对称的双导体几何图形，所以在此省略常规的平衡-不平衡转换器——一种将如同轴的传输线几何图形转换成对称的双导体几何图形的装置。

为了说明天线的基本功能，可以考虑不具有滤波器的天线。我们将假定传输线是在大的地平面中终止的屏蔽线对传输线。内部导体从地平面突出，并且连接至对称的天线元件。如果天线利用差模激发，则天线元件的偶极子部分将进行辐射并且进行反向辐射，如果进入波由偶极子元件接收，则其将在传输线中引起差模。通过偶极子几何图形(包括到地平面的距离，但不在传输线几何图形上)首先确定天线元件的偶极子部分的谐振频率。