專利名稱：天線裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種按權利要求1前序部分所述的天線裝置。
背景技術：
尤其為基站所設的移動無線天線通常包括有一反射器的天線裝置，在反射器前沿垂直方向互相錯開地設多個輻射器單元并因而構成一個陣列。它們可例如在一個或兩個互相垂直的偏振面內發射和接收。在這里，輻射器單元可設計用于僅僅在一個頻帶內接收。但此天線裝置也可以設計為多頻道天線，例如用于發射和接收兩個互相錯開的頻帶。原則上還已知所謂三頻帶天線。
如已知的那樣，移動無線電通信網設計為蜂窩形的，其中為每個蜂窩配設一相應的有至少一個用于發射和接收的移動無線天線的基站。在這里將天線設計為，它們通常沿一個相對于水平線的角度發射向下定向的主波瓣，由此確定一規定的蜂窩尺寸。這一下降角已知也稱為下斜角(Downtilt-Winkel)。
由WO 01/13459 A1已建議了一種移相器，其中在有多個上下疊置的輻射器的單列式天線陣列中，下斜角可連續不同地調整。按此先公開的文件，為此采用差動移相器，它在不同的調整時促使渡越時間長度并因而相位移在各自的移相器兩個輸出端處調整為沿不同的方向，從而可調整下降角。
移相器角度的調整和移動可以手動或借助一個可遙控的事后配備的部件實施，例如按DE 101 04 564 C1已知的那種。
實用新型內容雖然通過改變向各輻射器單元輸送的相位來調整不同的下斜角原則上已證明是適用的，但本實用新型的目的是要創造一種與之相比為不同類型和比它更為簡單的方案用于調整不同的輻射角，尤其是下斜角，和/或開發出調整輻射角的一些新的可能性。
按本實用新型此目的按權利要求1中所述的特征達到。在從屬權利要求中說明本實用新型有利的設計。
按本實用新型，可以沒有困難而且連續地在兩個極限值之間進行相位調整。在本實用新型的范圍內這可以僅僅通過適當的功率分配實現。但是若除了功率分配外還實現輸入各輻射器信號的相移，則甚至可能實施超出系統波瓣范圍之外的旋轉。
按本實用新型從一個包括至少兩個輻射器系統的天線出發，其中每個輻射器系統由至少一個，但通常由多個單個輻射器組成，至少兩個的輻射器系統互相錯開排列以及至少在一個偏振面內發射。若例如其中一個輻射器系統的其中一個輻射器單元調整為相對于水平線向下傾斜的下斜角為0°，以及第二輻射器系統的第二輻射器單元調整為下斜角為10°，則采用按本實用新型的天線裝置可以在兩者之間連續調整為任意一個角度，亦即任意一個下斜角。再加上考慮輸往輻射器的信號的相移，可以實現超出兩個系統波瓣范圍之外的旋轉。
這按本實用新型具體這樣進行將一個輸入端信號分配給若干個輻射器單元，亦即分配給至少兩個互相錯開設置的輻射器單元，其中，(相關)信號的各份額輸給有不同振幅的輻射器單元。若全部能量例如只輸給上面的相對于水平線以0°發射的輻射器單元，則主波瓣的全部發射沿水平方向進行。若全部強度輸給下面的例如預調整為具有下斜角為10°的輻射器，則主波瓣的發射沿此向下傾斜10°角的方向進行。若現在能量連續地從一個輻射器越來越多地向另一個輻射器轉移并因而向兩個輻射器系統或至少兩個輻射器單元輸入不同的份額，則輸給至少兩個輻射器單元的能量的這種強度分配促使連續地改變主波瓣方向，在所列舉的例子中此方向因而可以在0°與最大10°之間調整為相對于水平面不同的輻射角。但若不僅從事兩個單個信號的功率分配，而且除此之外還實現信號的相移，則如上面已指出的那樣可以實現超出兩個系統波瓣范圍的旋轉。
與傳統的天線相比，此天線陣列有窄得多的、優選窄兩倍的輻射器覆蓋面(Belegung)。優選地，垂直排列的輻射器交替配屬于兩個輻射器系統，亦即例如最下部的輻射器借助饋給裝置配屬于第一輻射器系統，在它上面的輻射器配屬于第二輻射器系統，從下面數的第三個輻射器又配屬于第一輻射器系統，等等。這兩個輻射器系統也稱為子陣列(Sub-Arrays)。
若相應的輻射器單元或其偏振方向垂直定向，則由此可進行下斜角的不同調整。若輻射器單元沿水平方向并列地錯開或它的發射或偏振面沿水平方向定向，則通過信號連續地不同的強度輸入，可進行沿方位角方向而不沿仰角方向的不同的角度調整。在這里仍在考慮到除單純的功率分配外附加相移的情況下，可以實施超出兩個系統波瓣范圍的旋轉。
但若例如采用具有至少兩列和在每一列內有至少兩個輻射器單元的天線陣列，則可以不僅沿垂直方向而且沿水平方向進行一種疊加的調整，以便在空間內實施主波瓣適當的定向，而這所有的僅通過不同的強度輸入，亦即通過為各輻射器單元饋給不同強度的信號實現。還可以設想不同的相位。
當然，按本實用新型的方案原則上也可以在采用這些輻射器單元時實施，即，它們在兩個彼此垂直的偏振面內發射，以及其中優選地相對于水平線(或垂直線)沿+45°或-45°角定向。同樣，此原理不僅可在單頻帶天線中而且也可以在多頻帶天線中應用，后者相應地有針對兩個頻帶、三個頻帶等的輻射器。
此外，例如通過輻射器單元的基本調整確定的極限值，也可以例如通過機械調整，必要時也可以通過可遙控的機械地不同的角度調整改變。此外還可以通過附加的不同的相位調整，不同地調整天線裝置的上極限值或下極限值，使得通過不同的強度輸入仍能實現主波瓣方向在如此給定的極限值之間的任意一個中間值。
按一種特別優選的實施形式，相應的天線裝置的饋給借助一網絡進行，它實現向所設的輻射器單元的功率分配。這例如可以與一移相器聯合完成，在最簡單的情況下移相器仍由一差動移相器組成，它例如與一個3dB-90°混合電路協同工作。在混合電路輸入端，信號幅度相同但相位不同。這當然導致存在同相信號的網絡輸出端處有不同的幅度。因此，通過不同地調整位于網絡之前的移相器，可通過不同的相位控制，實現有不同相位和不同幅度的饋給。
但不僅可以采用各輻射器垂直地排列以及組合成例如有一種交替地分布的輻射器系統，而且也可以是輻射器或輻射器系統的一種不是上下而是并列的布局。原則上還可以設想另一些布局，它們不同于只是垂直或只是水平錯開地布置。因此，本實用新型的可用性不僅限于輻射方向圖垂直定向的一種可變或固定的變種，而是原則上也可以實現一種用于控制方向圖主波瓣水平定向的布局。例如可以設想一些根據網絡的線路布置產生兩個水平方向圖的天線和天線系統。通過一種適用的附加網絡，已證實，與對于垂直的情況類似地，借助功率分配也可以對于輻射器的水平布局在兩個單個主波瓣的方向之間無級地調整全部方向。若除了單純的功率分配外還相移，亦即造成信號的相移，則不僅可以沿水平方向而且可沿垂直方向實施超出兩個系統波瓣的旋轉。適當地組合垂直和水平控制，還可以在空間內進行無級地改變方向。


下面由借助附圖表示的實施例給出本實用新型其他優點、詳情和特征。附圖表示圖1 有兩個上下布置的輻射器單元(偶極輻射器)的天線裝置前側示意圖；圖2 按圖1的天線裝置和連接在前面的網絡的示意側視圖，網絡有一個90°混合電路和一個用于幅度控制的差動移相器；圖3 天線裝置不同預調整的波瓣和總系統可在它們之間任意調整的通過疊加產生的波瓣示意圖；圖4 與圖1不同的實施例；圖5 調整主波瓣不同方位角的相應的例子；圖6 通過疊加所產生的、可沿方位角和仰角方向不同調整的波瓣相應地不同調整的例子；圖7 另一種實施例的示意圖；以及圖8 包括交替地上下排列的輻射器的天線系統另一種示意的實施例，其中兩個輻射器系統各設有彼此交替排序的單個輻射器或輻射器組，以及至少一個輻射器組所屬的反射器相對于另一些輻射器組的反射器按另一個角度定向。
具體實施方式
圖1在示意的前視圖中表示有一個垂直定向的反射器1的天線裝置，在反射器前垂直地上下排列兩個輻射器裝置3。在圖示的實施例中，兩個輻射器裝置3的每一個由一個垂直定向的偶極輻射器3.1或3.2組成。因此，此天線裝置在一個垂直的偏振面內在一個頻帶內發射。
在圖2中為了說明本實用新型的原理同樣只純粹示意性地表示按圖1的天線裝置的側視圖。在本實施例中，兩個輻射器裝置3從外殼出發(例如固定)預調整(例如通過機械定向)，使上面的輻射器裝置3.1準確地沿水平方向，以及下面的輻射器裝置3.2例如相對于水平面有一個下斜角α為10°地向下傾斜輻射。這一預調整同樣可以通過相應的機械預調固定地調整。在圖2中畫出了兩個輻射器裝置3.1和3.2的主波瓣7.1和7.2，圖中同樣表示了各自相關的水平面11。
在所表示的實施例中，如此設計的天線裝置通過網絡13饋給，它在本例中包括一個混合電路15，例如一個3db-90°混合電路，在混合電路前設一移相器17，在所表示的實施例中是一差動移相器17。
在圖示的實施例中應按以下所述控制從基本位置出發，此時移相器17處于其中立的中間位置，在混合電路15的輸入端15a或15b處存在來自移相器幅度相同的信號。若移相器17處于其在中間的原始位置或中立位置，則在混合電路15的兩個輸入端15a和15b處存在相位也相同的信號。
但現在若移相器例如按箭頭19所示從在中間的中立位置向左或向右移動，則在輸入端15a處的相位與在輸入端15b處的相位不同，這僅僅是由于來自移相器的信號在電導線縮短時提早進入引入支線19a，而在第二支線19b內由于傳輸路徑較遠以及由此引起的渡越時間延遲因而較晚進入。其結果是，在網絡輸出端，亦即在輸出端15′a、15′b，相應的信號現仍有相同的相位，當然有不同的幅度。若這些現在同相的具有相應地不同幅度的信號提供給兩個輻射器系統，亦即輻射器裝置3.1和3.2，則取決于移相器的位置，上部的輻射器裝置3.1或下部的輻射器裝置3.2獲得饋給信號的一個不同的較大或較小的強度份額。
若具有其全部強度的信號僅輸入上部輻射器裝置3.1，則所說明的天線裝置沿準確的水平方向發射(因為下部的輻射器裝置3.2根本沒有輸入能量)。若全部饋給信號只輸入下部的輻射器裝置3.2，則整個天線陣列準確地以在圖示的實施例中為例如10°的下斜角α輻射。但是，若現在此信號以不同的強度既輸往上部的也輸往下部的輻射器裝置3.1和3.2，則根據移相器的位置并因而取決于不同的強度分配，現在可在極限范圍0°與α＝10°之間任意調整輻射方向圖的下降并因而調整主波瓣的下降。圖3中示意表示了主波瓣18.1和18.2，它們描述上部輻射器單元3.1和下部輻射器單元3.2兩個從外殼出發固定調整好的輻射角。現在，通過在上部和下部輻射器系統3.1和3.2上相應地強度分配，在遠區內觀察，通過疊加主波瓣18.1和18.2可不同調整的強度，可調整為處于它們之間的不同的輻射角。
若例如在基站內使用控制器和/或使用例如形式上為步進電動機的可控制的附加設備，則借助它們可相應地控制移相器17，以及針對天線最簡單地調整生成的輻射波瓣期望的下降。
因此，借助按圖1至3所說明的實施例，可以沿仰角方向不同地調整天線裝置通過疊加形成的主波瓣。
但同樣也可以進行沿水平方向，亦即沿方位角方向不同的輻射角調整。對此可見按圖4的實施例，其中表示了有兩個輻射器裝置3.1和3.2的一種相應的天線裝置，它們現在當然沿水平方向互相錯開布置。在這里偏振面不一定沿反射器的縱向設置，而是也可以沿其他方向，例如橫向于反射器的縱向延伸，這同樣借助圖4說明，為此在那里這兩個沿水平方向側向錯開排列的輻射器裝置3.1和3.2同樣仍垂直定向，亦即在一個垂直的偏振面內輻射。
按圖5，饋給同樣仍通過一個借助圖2已說明的網絡13進行。在這里也可通過從其在中央的中立位置出發相應地調整移相器，在兩個輸入端15a和15b向混合電路15輸入一個有相同強度但不同相位的信號，這意味著在混合電路15的輸出端15′a和15′b處產生的現在有相同的相位但不同強度的信號輸給兩個輻射器裝置3.1和3.2。若例如在此實施例中(圖5示意表示有兩個輻射器系統3.1和3.2的天線裝置，它們并列地排列在一個水平面內)規定，兩個輻射器裝置3.1和3.2相對于中央垂直面各沿一個角度-α和+α，例如-15°和+15°，向外輻射，則現在可以通過相應的強度分配在這兩個極值-15°至+15°之間不同地調整主波瓣的輻射方向。
借助圖6表示一個有兩列23a和23b的天線陣列，其中分別在第一列內設兩個上下疊置的輻射器裝置3.11和3.21以及在第二列內設上下疊置的兩個輻射器裝置3.12和3.22.
現在輸入端信號輸入第一移相器17的輸入端17a，移相器按其調整方向通過設在下游的混合電路15，在混合電路15輸出端產生一個有相同相位但不同強度的信號。借此例如仍調整按圖6的天線陣列的下斜角。但現在這兩個相應的信號再次借助移相器117a、117b通過一個包括一個移相器117a或117b和一個總是設在下游的混合電路115a或115b的相應的電路加以影響，使得在輸出端根據移相器的位置將強度較大或較小的信號輸給上部偶極輻射器3.11或3.12以及同樣將一個強度較大或較小的信號輸給下部偶極輻射器3.21或3.22.在按圖6的實施例中，優選地這兩個移相器117a和117b在第二級內互相耦合，所以在左列或右列23a、23b內輻射器單元的強度分配按互相相同的比例分配。
采用此裝置，可通過相應地調整或移動網絡第一級內的移相器17并與連接在下游的第一級混合電路15協同工作進行下斜角的調整，以及通過相應地操縱或調整第二級內分別包括為之配設的混合電路115a、115b的移相器117a和117b，進行沿方位角方向相應的角調整，以便在系統引起的作為極限值給定的輻射角之間任意調整主波瓣。可不同調整的下斜角的角(Eck)值或極限值原則上通過兩個系統波瓣給定。但若附加地還為一個或多個輻射器單元進行單獨的相位移以及輸入具有相應地相位移的信號，則可以超越這些極限值。
借助圖7表示一種有多個單個輻射器或輻射器裝置3的天線裝置，作為兩個輻射器系統的范例。通過一個總或分電路27.1將一個信號輸入一個屬于第一輻射器系統3.1的輻射器單元組，以及通過第二個總或分電路27.2將一個相應的信號輸入屬于第二輻射器系統3.2的輻射器單元組，它們分別交替地上下垂直排列。在這里可涉及偶極輻射器，但也可涉及其他輻射器裝置，例如轉接式輻射器(Patchstrahler)等。在這里，通過類似于圖2的相應的混合電路和移相器可以進行角調整，其中，第一輻射器組從外殼出發可調整為一個給定的下斜角例如為α＝0°、2°、4°等，以及包括第二輻射器裝置3.2的第二輻射器組可調整為例如一個固定的下斜角為10°、12°、16°等。然后，在如此給定的極限值之間，可僅通過強度分配調整下斜角。當然，相同的裝置也仍可按圖4和5所示的實施例應用于沿方位角方向主波瓣不同的定向。
在按圖7的裝置中重要的是，與傳統的天線相比，實現了輻射器的一種窄得多的覆蓋面(Belegung)，優選地，階距(Stockungabstand)比已知的天線裝置小兩倍。因此，與現有的天線裝置重要的區別在于，各輻射器的距離優選地應在工作頻率半波長的范圍內，而不是由傳統的天線裝置已知的那樣在一個整波長的范圍內。通過天線階距(Antennenstockungsabstand)的這種減小“約兩倍”，可以產生具有盡可能小的旁波瓣的特別有用的單方向圖。
下面涉及按圖8的另一種實施例。
按圖8，若具有下降的主波瓣的輻射器系統各輻射器已經有在整個輻射器系統期望的下斜(Downtitls)范圍內的下斜角的單方向圖，則可獲得經改善的減小旁波瓣的方向圖。
這樣一種用于各輻射器的下斜(Downtilt)可例如這樣達到，即，如在按圖8的實施例中所表示的那樣使相應的反射區有期望的斜度。因此，在按圖8的實施例中不采用一公共的反射面，而是采用為各輻射器單獨配設的反射器。其中，此裝置仍交替地按這樣的方式構成，即，例如第一、第三、第五、第七等輻射器3.1′、3.3′、3.5′和3.7′通過具有相應的功率分流53的導線系統51饋給，而上下排列的輻射器系統2、4、6、8等(亦即輻射器系統3.2′、3.4′、3.6′和3.8′)通過有后續功率分流57的導線系統55饋給。奇數的輻射器系統3.1′、3.3′、3.5′等有例如沿垂直方向定向的相關的反射器1(但也可以具有并預調整一個與之不同的角度)。各偶數的輻射器系統3.2′、3.4′、3.6′等有反射器系統1′，它們相對于第一輻射器系統3.1′、3.3′、3.5′等調整為沿另一個角，例如沿一個可預調的或可機械地改變的角。在這里，機械調整同樣仍可遙控地借助一可遙控的調整模塊進行，它可以按需要沿不同的角度方向調整第二輻射器系統在圖8中所表示的反射器1′。此實施例表示，各輻射器附加的調整可以或借由電的途徑通過不同地調整相位移進行，或通過所說明的機械途徑進行。
可設想為了下降單方向圖的另一些可能性，例如通過在各自偶極子的周圍添加寄生的輻射器單元。
優選地，裝置設計為使相鄰的輻射器單元不受或只是不顯著地受傾斜的反射壁或寄生的輻射器單元的影響。在偶極輻射器中這一點可例如采取下列措施達到各偶極子通過隔板彼此絕緣。
權利要求1.天線裝置，具有-至少設兩個輻射器系統(3.1、3.2)，它們各包括至少一個輻射器單元；-所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)沿水平和/或垂直方向互相錯開地優選設在一個反射器(1)前；-所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)至少在一個偏振面內輻射，其特征在于還進一步具有-所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)如此布置和/或如此饋給，即，使第一輻射器系統(3.1)的主波瓣(7.1)與第二輻射器系統(3.2)的主波瓣(7.2)互相成夾角(α)；-設一個網絡(13)，通過它可向第一輻射器系統(3.1)和第二輻射器系統(3.2)輸入一個有彼此可相對調整的不同強度的信號，由此可調整天線裝置不同的角度輻射方向(α)。
2.按照權利要求1所述的天線裝置，其特征為所述兩個輻射器系統(3.1、3.2)垂直地上下排列。
3.按照權利要求1所述的天線裝置，其特征為所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)互相水平錯開地排列。
4.按照權利要求1至3之一所述的天線裝置，其特征為設至少兩列(23a、23b)，在每一列(23a、23b)內上下排列至少兩個輻射器裝置(3.1、3.2)，由此，天線裝置通過疊加產生的主波瓣的輻射方向可以沿仰角和方位角方向調整。
5.按照權利要求1至4之一所述的天線裝置，其特征為網絡包括一混合電路(15、115a、115b)和一移相器(17、117a、117b)，使得通過移相器(17、117a、117b)可向混合電路(15、115a、115b)輸入端(15a、15b)輸入一個優選有相同強度但不同相位的信號，從而在混合電路(15、115a、115b)輸出端(15′a、15′b)分別產生一個有相同相位但不同強度的信號。
6.按照權利要求1至5之一所述的天線裝置，其特征為移相器(17、117a、117b)由一個差動移相器組成。
7.按照權利要求1至5之一所述的天線裝置，其特征為移相器(17、117a、117b)由一個有不同長度的傳輸路徑的裝置組成。
8.按照權利要求1至7之一所述的天線裝置，其特征為天線裝置包括至少兩個輻射器系統，其中每一個輻射器系統包括至少兩個輻射器單元，其中，第一輻射器系統的輻射器單元(3.1)相對于第二輻射器系統的輻射器單元(3.2)彼此錯開地優選沿一個安裝方向互相交替地排列。
9.按照權利要求1至8之一所述的天線裝置，其特征為所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)各包括至少兩個優選多個輻射器或輻射器單元(3.1、3.2)，它們沿安裝方向互相交錯地優選交替地排列。
10.按照權利要求9所述的天線裝置，其特征為各交錯排列的輻射器或輻射器單元(3.1、3.2)的間距在工作頻率的半波長范圍內。
11.按照權利要求1至10之一所述的天線裝置，其特征為所述至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)包括多個輻射器和輻射器單元(3.1、3.2)，這些按平面排列的輻射器沿兩個彼此成夾角的安裝方向，優選地沿兩個互相成直角的安裝方向，互相交錯和優選交替地排列；以及，設一個網絡(13)，通過它借助一種優選地垂直和水平控制的組合，可在空間內從事主波瓣的定向。
專利摘要本實用新型涉及一種改進的天線裝置，有下列特征至少兩個輻射器系統(3.1、3.2)如此布置和/或如此饋給，即，使第一輻射器系統(3.1)的主波瓣(7.1)與第二輻射器系統(3.2)的主波瓣(7.2)互相成夾角(α)；設一個網絡(13)，通過它可向第一輻射器系統(3.1)和第二輻射器系統(3.2)輸入一個有彼此可相對調整的不同強度的信號，由此可調整天線裝置不同的角度輻射方向(α)。
文檔編號H01Q3/28GK2691083SQ20032010386
公開日2005年4月6日 申請日期2003年10月30日 優先權日2003年8月6日
發明者加布里埃爾·羅蘭, 魯莫爾德·朱金, 蘭根伯格·喬格 申請人:凱瑟雷恩工廠兩合公司