双极化全向天线及包括此的基站的制作方法

双极化全向天线及包括此的基站
1.本技术是申请号为2018800145219、申请日为2018年02月28日、发明名称为“双极化全向天线及包括此的基站”的发明专利的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及在移动通信(pcs、cellular、cdma、gsm、lte等)网络中适合用于基站或者中继站等的天线及包括此的基站，尤其是涉及发生移动通信服务用双极化的全向天线及包括此的基站。


背景技术：

3.全向天线也称为非定向(non-directional)天线，是为了在水平方向以360
°
全方向均匀地辐射电磁波而构成的天线。在移动通信网络中，移动通信终端机因其特性无法预测向哪一方向移动，因此通常配置采用圆形单极(mono-pole)天线结构的全向天线。安装在移动通信网络基站或中继站中的天线通常设置有定向天线，该定向天线用于指向分成三个扇区的每个服务范围。
4.近来，随着lte(long term evolution，长期演进)服务全面展开，同时为了在诸如建筑物内部的阴影区域中流畅地提供服务，以及提高传送速度，正在建造小型基站(small cell)或者超小型基站设备。小型基站具有约300米以内的覆盖范围(coverage)可提供服务，而且对于设备本身要求小型尺寸，因此在该设备主要使用全向天线。
5.通常使用的全向天线主要使用单极化(v-pol)天线。然而，为了提供lte服务，mimo(multi input multioutput，多输入多输出)技术是不可避免的，为此需要多极化天线。在现有的全向天线中，多极化波通常是指水平极化(h-pol；0度)和垂直极化(v-pol；90度)。
6.然而，由于双极化(+/-45度)因衰落在电波的反射或衍射中两级之间的相关性低，因此通常应用于基站或中继站的定向天线主要使用双极化(+/-45)天线。因此，正在进行在全向天线也发生+/-45度双极化的研究。
7.图1a是现有的用于发生+/-45度双极化的全向天线的一示例的立体图。图1b是所述全向天线的平面图。如图1a及图1b所示，全向天线相当于将常规结构三个扇区用三个基站天线组合成一个的形式。即，直立的第一、第二及第三反射板11、12、13设置成相互背对背结合的形状，在第一至第三反射板11、12、13分别设置有至少一个辐射元件21、22、23。各个辐射元件21、22、23可由产生+/-45度双极化的通常的偶极型实现。
8.在所述图1a及图1b所示，全向天线实际上相当于将三个基站天线平行且相互对称结合的结构，具有其直径及整体尺寸相当大的缺点。如图2所示，为了补偿该缺点的一部分，已经提出了一种以垂直方向堆叠三个基站天线的结构。即，如图2所示，实现直立的第一、第二和第三反射板11、12、13分别沿着一个垂直轴相互堆叠结合的形状，并且第一至第三反射板11、12、13分别构成以所述垂直轴为基准相互旋转120度的状态。
9.相比于在所述图1a及图1b示出的全向天线的结构，在所述图2示出的全向天线的结构具有更小的直径，但是存在长度以垂直方向延长的缺点。另外，在图2示出的全向天线
具有比较小的直径，即便如此就直径或尺寸而言，仍然难以应用于诸如建筑物内部等的小型基站。


技术实现要素：

10.(要解决的问题)
11.本发明的目的在于提供发生+/-45度双极化的移动通信用全向天线及包括此的基站，可实现整体尺寸更加小型及重量更轻的天线，并且具有优秀的全方向(omni-direction)放射特性。
12.(解决问题的手段)
13.为了达到上述目的，根据本发明一特征，本发明的双极化全向天线包括：以一方向间隔配置的多个辐射元件；馈电线路，向所述多个辐射元件提供馈电信号；其中，所述多个辐射元件分别包括第一辐射器和第二辐射器，所述第一辐射器用于发生双极化中的一个极化，所述第二辐射器用于发生所述双极化中的另一个极化；所述第一辐射器配置在第一面，所述第二辐射器配置在第二面；第一辐射器的主瓣方向和第二辐射器的主瓣方向是相互不同的方向。
14.另外，所述第一辐射器和所述第二辐射器可以是偶极型；所述第一面和所述第二面可以是相互面对的平面。
15.另外，所述第一辐射器和所述第二辐射器相互可交叉成x形状。
16.另外，所述第一辐射器和第二辐射器分别可具有所述一方向与已设定角度，并且配置成分别沿着所述第一面及所述第二面延伸的形状，可具有以所述延伸的方向改变的曲率。
17.另外，所述第一面和所述第二面可以相连接，并且所述第一辐射器和所述第二辐射器可位于相互面对面的位置。
18.另外，所述多个辐射元件分别可由利用柔性印刷电路板(f-pcb:flexible-pcb)的电路图案(pattern)实现。
19.另外，所述双极化全向天线还可包括馈电基板，所述馈电基板可以形成有馈电图案以分别对所述第一辐射器及所述第二辐射器进行馈电；其中，所述馈电基板的两侧面可贴合并固定在成型为圆柱形状的所述柔性印刷电路板。
20.另外，所述馈电基板可以包括：支撑层，上面形成有馈电图案；及接地层，形成在所述支撑层的下面，并且形成有接地图案；其中，所述馈电线路的内部导体贯通所述馈电基板与所述馈电图案电连接；所述馈电线路的外部导体可与所述接地图案电连接。
21.另外，所述双极化全向天线还可包括：第一半辐射元件，具有用于发生所述双极化中的一个极化的第一辐射器；第二半辐射元件，具有用于发生所述双极化中的另一个极化的第二辐射器。
22.另外，所述第一半辐射元件及所述第二半辐射元件分别可位于所述多个辐射元件的所述一方向的两端部侧；所述多个辐射元件分别可与所述第一半辐射元件以所述一方向间隔的同时间隔相同角度。
23.为了达到上述的目的，根据本发明的另一特征，本发明的双极化全向天线可以包括以一方向间隔配置的多个辐射元件；其中，所述多个辐射元件分别可包括：第一辐射器，
用于发生双极化中的一个极化；第二辐射器，用于发生所述双极化中的另一个极化；其中，所述第一辐射器及所述第二辐射器分别可具有所述一方向和已设定角度，并且可配置成分别沿着第一曲面及第二曲面延伸的形状。
24.(发明的效果)
25.如上所述，根据本发明的双极化全向天线及包括此的基站具有如下的优点，即，具有优秀的全向辐射特性的同时可发生+/-45度的双极化，并且，与现有全向天线相比，可缩小天线的直径且缩小在垂直方向上的长度。
26.尤其是，具有如下的优点：在实现小型基站mimo天线时，满足已设定的隔离度基准的同时能够与以往相比显著缩小辐射元件的直径，因此可设计最佳的x-pol全向天线，可用于小型基站mimo天线。
附图说明
27.图1a及图1b是现有的发生双极化的全向天线的一示例的结构图；
28.图2是现有的发生双极化的全向天线的另一示例的结构图；
29.图3a、图3b及图3c是可适用于本发明的各种实施例的发生双极化的全向天线的辐射元件的第一示例结构图；
30.图4a及图4b是可适用于本发明的各种实施例的发生双极化的全向天线的辐射元件的第二示例结构图；
31.图5a及图5b是用于说明在图4a及图4b示出辐射元件的辐射特性的曲线图；
32.图6是本发明的第一实施例的发生双极化的全向天线的结构图；
33.图7是示出图6的辐射元件之间的组合特性的概略图；
34.图8是图6的一辐射元件的详细立体图；
35.图9a及图9b是适用于图6的一辐射元件的馈电基板的结构图；
36.图10a及图10b是示出与图6的全向天线相关的隔离度特性的曲线图；
37.图11a及图11b是示出与图6的全向天线相关的辐射特性的曲线图；
38.图12是本发明的第二实施例的发生双极化的全向天线的结构图；
39.图13是本发明的第三实施例的发生双极化的全向天线的结构图。
具体实施方式
40.以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在以下说明中表述了诸如具体构成元件的特定项，这只是为了更加全面地理解本发明的提供的，这种特定项可在本发明的范围内进行预订的变形或者改变，并且这对本发明所属技术领域的通常的技术人员是显而易见的。
41.图3a、图3b及图3c是可适用于本发明的各种实施例的发生双极化的全向天线的辐射元件的第一示例结构图；图3a是部分分离立体图；图3b是一侧侧视图；图3c是另一侧侧视图。
42.可适用于本发明的各种实施例的多个辐射元件30包括：第一辐射器31，以一方向，尤其是以垂直方向间隔配置，并且发生双极化中的一个极化；第二辐射器32，用于在发生所述双极化中的另一个极化；其中，第一辐射器31配置在第一面；第二辐射器32配置在第二
面。
43.参照图3a至图3c，本发明的一实施例的辐射元件30由结合偶极型第一辐射器31和偶极型第二辐射器32的结构实现，其中所述第一辐射器31用于发生双极化中的诸如+45度极化，所述第二辐射器32用于发生双极化中的诸如-45度极化。在图3a至图3b(另外，之后的附图)中，相比于第一辐射器31，第二辐射器32用更深的颜色表示，但是这不过为了更加容易区域两个辐射器31、32，应该理解为两个辐射器31、32实际上具有相同的结构。
44.由偶极型构成的第一辐射器31具有第一辐射臂(radiating arm)31-1和第二辐射臂31-2作为主要结构；同样地，由偶极型构成的第二辐射器32也具有第一辐射臂32-1和第二辐射臂32-2作为主要结构。第一辐射器31通过第一馈电线路41接收发生+45度极化的第一发送信号，第二辐射器32通过第二馈电线路42接收发生-45度极化的第二发送信号。第一馈电线路41及第二馈电线路42也可利用常规的同轴线路构成，并且可利用各种线路结构，诸如带状线、微带线等。
45.在此，通过由所述第一及第二辐射器31、32组合的结构发生+/-45度的双极化的辐射元件30具有与常规结构不同的结构。即，举例说明现有的发生+/-45度双极化的辐射元件，如图1a至图2所示，发生+45度极化的辐射器和发生-45度极化的辐射器实际上构成在相同的平面，并且两个辐射器的主瓣(main lobe)方向以相同的方向形成。与此相比，适用于本发明的实施例的辐射元件30中，第一辐射器31及第二辐射器32分别形成在相互间隔且相互面对的平面，即相互面对的平面是第一面和第二面。另外，第一辐射器31的波束形成方向和第二辐射器32的波束形成方向是相互相反的方向。即，第一辐射器31的主瓣和第二辐射器32的主瓣以相互不同的方向形成，尤其是相反的方向(具有180度差异的方向)。
46.第一辐射器31和第二辐射器32可分别形成在如图3a至图3c的虚线所示的六面体盒形状的面中相当于相互面对的面的平面。另外，如图3c中更清楚地所示，举例说明，当从形成第一辐射器31的平面观察时，第一和第二辐射器31、32被设计成相互交叉的x形状的结构。
47.第一及第二辐射器31、32也可通过分别成型金属薄板(例如，铜板)构成各个辐射图案。另外，举例说明，通常的平板(flat)也可由利用印刷电路基板(pcb:printed circuit board)或者柔性印刷电路基板(f-pcb:flexible-pcb)通过图案印刷方式形成的电路图案(pattern)构成。
48.图4a及图4b是可适用于本发明的各种实施例的发生双极化的全向天线的辐射元件的第二示例结构图；图4a是部分分离立体图；图4b是一侧侧视图。参照图4a及图4b，可适用于本发明的各种实施例的辐射元件30’具有与图3a至图3c示出的结构相同的原理及类似的结构。即，在图4a及图4b示出的辐射元件30’由结合偶极型的第一辐射器33和偶极型的第二辐射器34的结构实现，其中所述第一辐射器33用于发生+45度极化，第二辐射器34用于发生双极化中的-45度极化。第一辐射器33由第一辐射臂33-1及第二辐射臂33-2构成；第二辐射器34也由第一辐射臂34-1及第二辐射臂34-2构成。另外，通过第一馈电线路41对第一辐射器33进行馈电，通过第二馈电线路42对第二辐射器34进行馈电。另外，第一辐射器33及第二辐射器34相互隔离且形成在相互不同的平面；第一辐射器33的波束形成方向和第二辐射器34的波束形成方向为相反的方向。
49.但是，在图4a及图4b所示的辐射元件30’与所述图3a至图3c示出的结构不同，第一
辐射器33和第二辐射器34各个的整体形状并不是直线形状，而是第一辐射器33和第二辐射器34分别具有所述一方向和已设定角度，并且分别沿着所述第一面及所述第二面延伸，并且具有以所述延伸的方向改变的曲率。在此，所述第一面和所述第二面连接可形成作为圆柱的侧面的曲面，并且相互面对面得设置第一辐射器33和第二辐射器34。具体地说，参照图4a及图4b，第一辐射器33和第二辐射器34可形成中间位置比边缘部位凸出的曲线形状。对于这种结构，可以看出第一及第二辐射器33、34沿着作为在图4a及图4b用虚线示出的圆柱的侧面的曲面形成。因此，可以知道这种形状是比在所述图3a至图3c示出的结构更加缩小辐射元件30’及其全向天线的尺寸的结构。
50.在所述图4a及图4b示出的第一及第二辐射器33、34与图3a至图3c的结构相同，也可以是成型金属薄板(例如，铜板)构成，但是利用f-pcb通过图案印刷方式的电路图案实现可以是有效的。在利用f-pcb实现的情况下，在一个f-pcb上以适当的间隔隔离第一及第二辐射器33、34的辐射图案。然后，将该f-pcb连接成圆形，进而可实现所述图4a及图4b所示的第一及第二辐射器33、34的配置结构。
51.图5a及图5b是用于说明在图4a及图4b示出辐射元件的辐射特性的曲线图。图5a是举例示出相当于在图1a等示出的全向天线的三面中一面的部分的现有的一个辐射元件的辐射特性来与本发明作比较。在图5b是举例示出在图4a及图4b示出的辐射元件30’中的第一辐射器33的辐射特征。对于在图4a及图4b示出的辐射元件30’的二辐射器34辐射特性与图5b所示的相同，只是应该理解为辐射波束的方向是由180度反方向形成的。
52.参照图5a及图5b，可以知道现有的位于三面中一面的辐射元件中波束宽度约为61.8～63.1度，与此相比本发明的实施例的辐射元件中一辐射臂的波束宽度约为93.5～112度。如此，可以知道本发明的实施例的辐射元件相比于现有的可具有30度以上的宽波束宽度，因此全方向特性优秀。这是因为具有越宽的波束宽度可以制造出纹波(ripple)特性优秀的完美球形图案。尤其是，在单一元件中形成宽度大的波束宽度是很难的课题，但是可以知道通过本发明的实施例的辐射元件达成了该课题。
53.图6是本发明的第一实施例的发生双极化的全向天线的结构图；图7是示出图6的辐射元件之间的组合特性的概略图。参照图5及图6，本发明的第一实施例的全向天线具有适用所述图3a至图4b所示的具有本发明的特征的结构的多个辐射元组合的结构。在图6及图7的示例中，举例示出具有图4a及图4b所示的辐射元件的结构的第一、第二及第三辐射元件50、60、70以垂直方向连续配置构成。第一、第二及第三辐射元件50、60、70分别由第一辐射器51、61、71及第二辐射器52、62、72构成，并且分别可利用f-pcb构成。
54.此时，第一、第二及第三辐射元件50、60、70是在以垂直轴为基准相互旋转120度的状态下设置而成。例如，从平面观察第一辐射元件50的第一辐射器51时，若从水平面上朝向的位置是0，则设置第二辐射元件60的第一辐射器61朝向120度，设置第三辐射元件70的第一辐射器71朝向240度。根据这种结构，在从平面观察所述第一至第三辐射元件50、60、70的设置角度时，相互具有相等间隔，第一至第三辐射元件50、60、70相互组合能够全方向发生+/-45度极化。
55.另外，如图6所示，本发明的第一实施例的全向天线与常规天线结构类似，作为形成全向天线的整体外形的外壳，具有上部盖58和下部盖59，而且具有配置在上部盖58和下部盖59之间包围辐射元件的天线罩57。另外，本发明的第一实施例的全向天线可具有诸如
由不影响电波特性的材料(塑料、聚四氟乙烯等)制成的支撑架，例如第一、第二及第三支撑架561、562、563。除此之外，还可具有馈电结构(未示出)及信号处理设备(未示出)，其中所述馈电结构用于对各个辐射元件进行馈电，所述信号处理设备用于处理收发信号。
56.图8是图6的一辐射元件(例如，第一辐射元件50)的详细立体图；图9a及图9b是适用于图6的一辐射元件(例如，第一辐射元件50)的馈电基板的上面及下面结构图。在图8中，为了便于说明，省略了大部分的相当于f-pcb的结构；在图8中在关于a部位进行扩大的部位中示出了f-pcb层512。
57.参照图8所示，举例说明第一辐射元件50的第一及第二辐射器51、52各个的第一及第二辐射臂51-1、51-2、52-1、52-2可连续形成在f-pcb上。之后，该f-pcb可形成圆柱形状，可设置成相互相邻的两侧面相互贴合固定的形状。形成在这种f-pcb上的辐射元件50的各个辐射器51、52可具有通过形成有馈电图案的pcb结构的馈电基板90分别馈电的结构。此时，馈电基板90形成具有对应于f-pcb的直径(即，对应于该辐射元件的直径)的圆形，而f-pcb可形成圆形以包围圆形的馈电基板。
58.此时，在f-pcb中第一及第二辐射臂51、52分别的各个第一辐射臂51-52-1和第二辐射臂51-2、52-2可在与馈电点相邻的部位分别形成贯通孔(a部位)。另外，在馈电基板90中与形成有这种贯通孔的位置相对应的位置分别可形成相对应的凸出部(图9的a)。若通过这种结构f-pcb形成圆形包围馈电基板90的情况下，可设置成对所述贯通孔插入馈电基板90的所述凸出部a的形状。
59.在图8中在用虚线标记的圆形区域中更加详细示出通过f-pcb层512的贯通孔插入馈电基板90的凸出部a的形状。馈电基板90在由环氧树脂等的材料构成的支撑层911的下部面形成接地层912(延伸至所述凸出部a)，在凸出部a插入于f-pcb层512的贯通孔的状态下，诸如第一辐射器51的第一辐射臂51-1的辐射图案511与馈电基板90的接地层912通过焊接等电连接。
60.参照图9a及图9b，更加详细说明馈电基板90的结构，馈电基板90包括：由环氧树脂材料等构成的支撑层911；形成在支撑层911上面的第一及第二馈电图案411、421；形成在支撑层911的下面的接地层912。接地层912由第一及第二接地图案921、922构成。
61.例如，具有第一馈电图案411的一端用于以耦合方式馈电于所述第一辐射器51的结构，而第一馈电图案411的另一端从形成在馈电基板90的馈电点接收馈电信号(例如，-45度)，从而通过上述结构形成图案。馈电点是通过可由同轴线构成的馈电线路(例如，40)接收馈电信号。在图9a中，在用虚线标记的圆形区域更加详细示出馈电基板90和馈电线路40的连接结构。参照该附图，由同轴线构成的馈电线路40的内部导体402通过形成在所述馈电点的贯通孔插入以贯通馈电基板90，并且与馈电基板90的上面的馈电图案411连接。馈电线路40的外部导体401与馈电基板90下面的接地层912中的第一接地图案921连接。
62.在具有这种结构的馈电基板90贯通所述支撑架(例如，图6的561、562、563)并且可形成用于被多个支撑架支撑的多个贯通孔h11、h12、h13。另外，用于供电线路40经过的多个连接通道h21、h22能够以贯通型孔的形状形成在适当的位置。
63.图10a及图10b是示出与图6的全向天线相关的隔离度特性的曲线图。图10a是举例示出将用于2.5ghz频带(具体地说，2496～2690mhz)的辐射元件的直径设计为40mm的情况下，+45度极化和-45极化之间的隔离度(isolation)特性；图10b示出在相同的条件下将辐
射元件的直径设计成35mm的情况下的隔离度特性。
64.参照图10a及图10b，可以知道用于具有相同特性的现有的辐射元件的直径设计成如100mm以上，但是本发明的实施例的全向天线的辐射元件的直径则比现有的缩小了60％以上。尤其是，在实现小型基站mimo天线时，若隔离度满足20db基准，则如图10b辐射元件的直径相比于现有的可缩小65％以上。
65.图11a及图11b是示出与图6的全向天线相关的辐射特性的曲线图；图11a是示出水平方向的辐射特性，图11b是三维示出全向天线的辐射特性。如图11a及图11b所示，可以知道本发明的实施例的全向天线具有优秀的全方向辐射特性。尤其是，如图11a所示，可以了解到在全方向辐射图案中表现出水平方向的纹波(ripple)特性非常优秀的辐射图案；如图11b所示本发明的实施例的全向天线满足非常优秀的全向(omni-directi on)辐射特性。
66.图12是本发明的第二实施例的发生双极化的全向天线的结构图；为了便于说明，只概略示出了各个辐射元件的各个辐射臂的主要图案。在图12示出的第一辐射元件50及第二辐射元件60可与所述图6等示出的结构相同。但是，在图12示出的结构中，实际上只由第一辐射器构成的第一半(half)辐射元件70-1及实际上只由第二辐射器构成的第二半辐射元件70-2分开构成，分别配置在整合天线的下端及上端。
67.具体地说，只由第一辐射器构成的第一半(half)辐射元件70-1发生双极化中的一个极化，而只由第二辐射器构成的第二半辐射元件70-2发生双极化的另一个极化，第一半辐射元件70-1及第二半辐射元件70-2分别位于所述多个辐射元件50、60的一方向的两端部侧。这种结构可以视为就像是将在图6示出的第三辐射元件70分成一半分别设置在整个天线的结构的下端及上端。
68.此时，多个辐射元件50、60分别与第一半辐射元件70-1以所述一方向隔离的同时可间隔相同角度。假设，参照图12，第一辐射元件50、第二辐射元件60及第一半辐射元件70-1彼此每间隔120度的相同角度。同样地，设置第一辐射元件50、第二辐射元件60及第二半辐射元件70-2的方向的角度彼此每间隔120度的相同角度。这种在图12示出的结构相比于在图6示出的结构，增加了整体长度，但是能够更加提高+45度极化和-45度极化隔离度。
69.图13是本发明的第三实施例的发生双极化的全向天线的结构图；为了便于说明，只概略示出了各个辐射元件的各个辐射臂的主要图案。在图13示出的第一辐射元件50，第二辐射元件60及第三辐射元件70的各个结构可与所述图6等试吃的结构相同。但是，在图13示出的结构中，第一、第二、第三辐射元件50、60、70分别实现双重化。这种结构，相比于在所述图6示出的结构，虽然增加了整体长度，但是更加有利于极化之间的隔离度及辐射特性的提高。
70.如上所述构成本发明的实施例的双极化全向天线的结构及动作，但是另一方面上述的本发明的说明中对具体实施例进行了说明，但是在不超出本发明的范围内可实施各种变形。
71.例如，对上述的实施例的说明中，公开了对构成全向天线的辐射元件设置不同的数量的实施例的一部分，但是在本发明的另一实施例中除此之外也可用具有各种数量与结构的辐射元件实现全向天线。例如，如果在设计天线时对尺寸没有很大的制约，则也可组合更多个的辐射元件形成全向天线。另外，也可将图13示出的半辐射元件选择性地适用于各种实施例。
72.另外，在上述的说明中，例如在图6等中说明了从平面观察第一、第二及第三辐射元件50、60、70时，在水平面上分别以0度、120度及240度的方向设置这些辐射元件，但是考虑到辐射元件的辐射特性等；而在本发明的另一实施例中，例如在从平面观察各辐射元件时，也可充分地做到分别以0度、90度、180度及270度的方向设置所述各个辐射元件。
73.另外，在上述的说明中，例如说明了构成辐射元件的各个辐射臂是诸如一字形状的杆结构，但是在本发明的各种的另一实施例中，辐射臂除此以外也可具有诸如四边形、菱形的多边形或者圆形的环形状，或者也可形成诸如四边形的板形状或者带形状等的各种形状。
74.另外，在上述的说明中各种实施例的每一的至少一部分详细结构也可适用于其他实施例，根据情况也可省略。如此，本发明可以有各种变形或者改变，因此本发明的范围不得由说明的实施例限定，而是由权利要求范围及其同等物限定。
75.工业可用性
76.根据本发明，可制造出一种双极化全向天线及包括此的基站，具有优秀的全向辐射特性的同时可发生+/-45度的双极化，并且具有小型且重量轻的结构。