阅读说明：本技术 宽带天线 (Broadband antenna ) 是由 C.克里特希达斯 L.约翰逊 S.***特姆 G.A.基里亚库 P.班塔维斯 于 2017-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种包括布置在介电衬底(22)上的多个平面缺口辐射元件(41)的单极化辐射器(40)。每个缺口辐射元件(41)包括：在介电衬底(22)的第一侧上跨缺口辐射元件的宽度(w)从缺口辐射元件(41)的前缘(24)延伸到缺口辐射元件(41)的后缘(25)的金属化区(23)；与缺口辐射元件(41)的馈电点相邻的、金属化区(23)中的调谐元件(26)；从调谐元件(26)延伸到缺口辐射元件(41)的前缘(24)由此创建缺口轮廓(29)的缺口(28)；以及金属化区(23)中沿缺口(28)的每侧延伸缺口轮廓(29)的长度的多个凹口(42)。(The invention relates to a single-polarized radiator (40) comprising a plurality of planar notch radiating elements (41) arranged on a dielectric substrate (22). Each notch radiating element (41) comprises: a metallization region (23) extending across a width (w) of the notch radiating element on a first side of the dielectric substrate (22) from a leading edge (24) of the notch radiating element (41) to a trailing edge (25) of the notch radiating element (41); a tuning element (26) in the metallization region (23) adjacent to the feed point of the notch radiating element (41); a notch (28) extending from the tuning element (26) to a leading edge (24) of the notch radiating element (41) thereby creating a notch profile (29); and a plurality of notches (42) in the metalized area (23) extending the length of the notch profile (29) along each side of the notch (28).)

宽带天线

技术领域

本公开涉及无线通信领域。特别是，它涉及包括缺口辐射元件（notch radiatingelement）的宽带天线。

背景技术

无线通信网络中的节点要求用于网络与用户设备UE之间的通信的天线，以及天线的数量取决于所使用频率数、所使用天线的类型以及如何实现空间分集而改变。每站点的天线的典型数量为九个，其中每扇区三个。当前典型天线是窄带的，并且分为两个类别，即低频带和中/高频带天线。低频带覆盖700-900 MHz频率范围，而中/高频带覆盖1700-2600MHz。运营商常常从建筑物业主和塔拥有者租用天线的站点空间，并且天线的数量、天线尺寸和重量是确定租赁成本的因素。更多和更大和更重的天线导致更高的租金。

减少站点上的天线的数量的一种当前解决方案是将低和中/高频带天线组合为一个天线，称作多频带天线。这个方法具有缺点，因为产品变得相当昂贵和复杂。由于许多频带将放入相同天线，所以这要求用于仰角的大量线缆和相移器。该材料连同为了实现良好性能的复杂化建筑实践导致昂贵产品。

偶极天线主要用于无线通信系统的窄带技术中。偶极相互分隔，以确保偶极之间的交互为最小，并且每个偶极阵列和极化被互连到公共输入/输出端口。此外，每个偶极设计成覆盖特定频带或者相互靠近的几个频带，以及通常每偶极实现相移器，以实现那个偶极阵列的垂直仰角。电仰角采用称作远程电仰角RET的外箱来实现。实现偶极天线配置中的若干频带要求相同天线孔径中的若干偶极阵列。

图1中能够看到在两个不同频率（表示为A和B）操作的具有相移器11的双极化双频带偶极天线10的说明性示意图。两个双极化天线元件12对于每个频率来提供，并且被连接到天线端口13_A和13_B。取决于天线特性，天线元件的数量将逐天线地有所不同。

如果使用宽带无线电，则诸如以上所述之类的窄带天线还引起额外挑战。这导致额外双工器造成更多站点成本，并且功率消耗增加。

通信当前非常珍贵，并且在随后几年预计所支持服务的指数增长。设想下一代基站能够支持全部无线商业协议。这要求在宽的频率范围上的操作。

不同技术可用于宽带天线阵列，例如由J. Shin和D.H. Schaubert在IEEETransactions on Antennas and Propagation（vol. 47，no 5，pp.879-886，1999年5月）的“A parameter study of stripline-fed vivaldi notch-antenna arrays”中公开的渐变槽或Vivaldi阵列。

关于基于Vivaldi技术的当前宽带解决方案的缺点是尺寸和性能。天线元件相当大，从而导致比传统基于偶极的天线要厚得多的天线。另外，传统Vivaldi技术的扫描角有时受到限制，并且有时存在边缘处辐射的能量，从而导致受限性能。像平衡对跖Vivaldi天线BAVA和回转体BOR的其他宽带技术具有像传统Vivaldi技术的相似问题。电流片阵列CSA和贴片阵列是相当昂贵的，并且贴片阵列没有高带宽。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种天线，该天线设法单独地或者按照任何组合来减轻、缓解或消除本领域的上面定义的缺陷以及缺点中的一个或多个。

这个目的通过一种包括布置在介电衬底上的多个平面缺口辐射元件的单极化辐射器来获得。每个缺口辐射元件包括：在介电衬底的第一侧上跨缺口辐射元件的宽度从缺口辐射元件的前缘延伸到缺口辐射元件的后缘的金属化区；与缺口辐射元件的馈电点相邻的、金属化区中的调谐元件，从调谐元件延伸到缺口辐射元件的前缘由此创建缺口轮廓的缺口，以及金属化区中沿缺口的每侧延伸缺口轮廓的长度的多个凹口。

与现有技术宽带解决方案相比，关于单极化辐射器的优点是具有改进性能的更紧凑的辐射器。

按照一方面，凹口与缺口辐射元件的后缘平行。

使凹口与后缘平行的优点是更紧凑设计。

按照一方面，多个缺口辐射元件共享布置在介电衬底上的相同金属化区。

共享相同金属化区的优点是没那么昂贵的制造过程。

按照一方面，单极化辐射器还包括：第一边缘元件，所述第一边缘元件与多个平面缺口辐射元件的第一侧相邻地来提供；以及第二边缘元件，所述第二边缘元件与多个平面缺口辐射元件的与第一侧相对的第二侧相邻地来提供。每个边缘元件具有从相邻缺口辐射元件的前缘延伸到缺口辐射元件的后缘的边缘轮廓，以及在每个边缘轮廓提供至少一个曲折段。

对单极化辐射器引入边缘段的优点在于，与现有技术解决方案相比，通过减少边缘传播波来改进扫描角性能和旁瓣性能。

此目的还通过一种包括布置在介电衬底上的多个平面缺口辐射元件的单极化辐射器来获得。每个缺口辐射元件包括：在介电衬底的第一侧上跨缺口辐射元件的宽度从缺口辐射元件的前缘延伸到缺口辐射元件的后缘的金属化区；与缺口辐射元件的馈电点相邻的、金属化区中的调谐元件；以及从调谐元件延伸到缺口辐射元件的前缘由此创建缺口轮廓的缺口。单极化辐射器还包括：第一边缘元件，所述第一边缘元件与多个平面缺口辐射元件的第一侧相邻地来提供；以及第二边缘元件，所述第二边缘元件与多个平面缺口辐射元件的与第一侧相对的第二侧相邻地来提供。每个边缘元件具有从相邻缺口辐射元件的前缘延伸到相邻缺口辐射元件的后缘的边缘轮廓，以及在每个边缘轮廓提供至少一个曲折段。

关于单极化辐射器的优点在于，与现有技术解决方案相比，通过减少边缘传播波来改进扫描角性能和旁瓣性能。

按照一方面，在金属化区中沿每个缺口辐射元件的缺口的每侧延伸缺口轮廓的长度来提供多个凹口。

优点在于比现有技术宽带解决方案更为紧凑。

按照一方面，凹口与缺口辐射元件的后缘平行。

凹口与后缘平行的优点是更紧凑设计。

按照一方面，多个缺口辐射元件共享布置在介电衬底上的相同金属化区。

共享相同金属化区的优点是没那么昂贵的制造过程。

此目的还通过包括至少一个单极化辐射器的单极化宽带天线来获得，所述至少一个单极化辐射器根据权利要求1-16中的任一项包括布置在介电衬底上的多个平面缺口辐射元件。每个缺口辐射元件的后缘连接到地平面，以及每个单极化辐射器在第一方向上来布置。

此目的还通过包括多个单极化辐射器的双极化宽带天线来获得，所述多个单极化辐射器根据权利要求1-16中的任一项包括布置在介电衬底上的多个平面缺口辐射元件。每个缺口辐射元件的后缘连接到地平面；以及多个单极化辐射器中的至少第一单极化辐射器在第一方向上来布置，而多个单极化辐射器中的至少第二单极化辐射器在与第一方向垂直的第二方向上来布置。

另外的方面和优点可在详细描述中找到。

附图说明

通过如附图所示的对示例实施例的以下更特定描述，以上所述将会是明白的，附图中，相似附图标记遍及不同视图中指相同部分。附图不一定按比例绘制，重点而是在于示出示例实施例。

图1是双极化双频带偶极天线的示意图；

图2是具有缺口辐射元件的单极化辐射器；

图3是具有缺口辐射元件和曲折边缘元件的单极化辐射器；

图4是具有提供有凹口的缺口辐射元件以及可选边缘元件和WAIM层的单极化辐射器；

图5是单极化宽带天线；

图6是双极化宽带天线；以及

图7是示出具有四个缺口辐射器元件和曲折边缘元件的单极化辐射器的有源反射系数的图示。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述本公开的方面。但是，本文所公开的天线能够按照许多不同形式来实现，而不应当被理解为局限于本文所述的方面。附图中的相似附图标记通篇指相似元件。

电压驻波比VSWR用来示出示例实施例的效率。VSWR是描述从天线所反射的功率的反射系数的函数。如果反射系数通过给出，则VSWR通过下式来定义：

反射系数又称作s11或回程损耗。参见以下VSWR表1，以查看反射功率、s11和VSWR之间的数字映射。

VSWR表1映射电压驻波比与反射系数（s11）和单位为%及dB的反射功率。

本文所使用的术语只是为了描述本公开的特定方面的目的，而不是意在限制本发明。如本文中所使用，单数形式“一（a、an）”和“该”打算也包括复数形式，除非上下文另加明确指示。

本文所呈现的示例实施例中的一些集中到单极化辐射器上。作为本文所呈现的示例实施例的开发的部分，首先将识别和讨论问题。

所提出的解决方案基于可相互独立地应用的三个组件：

-具有凹口（有时称作“软表面”）的缺口辐射元件，

-宽角阻抗匹配WAIM层，以及

-曲折边缘元件。

WAIM层和曲折边缘元件能够适用于任何宽带技术，例如背景部分中所提及的技术。辐射元件上的软表面能够适用于一些宽带技术，像Vivaldi以及类似Vivaldi的技术，例如回转体BOR。

WAIM层（或有时称作透镜）放置在辐射元件之上，并且改进扫描角性能。这意味着，与没有应用WAIM层时相比，改进天线波束成形性能。

曲折边缘元件的目的是防止能量在所述侧上泄漏而不是在向前方向上辐射。通过引入具有曲折轮廓的边缘元件来改进像匹配、扫描角性能的一般性能，如将结合图3和图4来描述的。

引入辐射元件上的凹口（即，软表面）的目的是减少辐射元件尺寸。因此，包括具有凹口的辐射元件的宽带天线可比没有引入凹口时更薄。

图2是具有布置在衬底22上的多个平面缺口辐射元件21（在本示例中，十个缺口辐射元件）的单极化辐射器20。每个缺口辐射元件21包括：在介电衬底22的第一侧上跨缺口辐射元件（如通过虚线所指示）的宽度“w”从缺口辐射元件的前缘24延伸到缺口辐射元件的后缘25的金属化区23；与缺口辐射元件的馈电点27相邻的、金属化区23中的调谐元件26。调谐元件26的形状可具有不同形式，例如Vivaldi中的圆形/椭圆形或者BOR中的基本上正方形。

每个缺口辐射元件还包括从调谐元件26延伸到缺口辐射元件21的前缘24由此创建缺口轮廓29的缺口28，并且在本示例中所述缺口28以指数方式渐缩，但是可具有诸如阶梯式轮廓之类的其他形状。按照一些方面，如图2所示包含WAIM层15。

图3是具有平面缺口辐射元件21（如结合图2所述）以及降低边缘传播波的曲折边缘元件31和32的单极化辐射器30。与多个平面缺口辐射元件21的第一侧33相邻地提供第一边缘元件31，以及与多个平面缺口辐射元件21的与第一侧33相对的第二侧34相邻地提供第二边缘元件32。每个边缘元件具有从相邻缺口辐射元件的前缘24延伸到相邻缺口辐射元件的后缘25的边缘轮廓35，并且其中在每个边缘轮廓35提供至少一个曲折段36、37。

按照一些方面，在每个边缘元件31、32的前缘38提供至少一个曲折段中的第一曲折段36，和/或在背离相邻缺口辐射元件21的每个边缘元件31、32的侧缘39提供至少一个曲折段中的第二曲折段37。

按照一些方面，缺口辐射元件21的后缘25可连接到地平面16。

按照一些方面，多个缺口辐射元件21共享布置在介电衬底22上的相同金属化区23。

图4是具有布置在衬底22上的多个平面缺口辐射元件41（在本示例中，十个缺口辐射元件）的单极化辐射器40。每个缺口辐射元件41包括：在介电衬底22的第一侧上跨缺口辐射元件（如通过虚线所示）的宽度“w”从缺口辐射元件的前缘24延伸到缺口辐射元件的后缘25的金属化区23；与缺口辐射元件41的馈电点（未示出）相邻的、金属化区23中的调谐元件26。调谐元件26的形状可具有不同形式，例如Vivaldi中的圆形/椭圆形或者BOR中的基本上正方形。

每个缺口辐射元件还包括从调谐元件26延伸到缺口辐射元件41的前缘24由此创建缺口轮廓29的缺口28，其中具有金属化区23中沿缺口28的每侧延伸缺口轮廓29的长度的多个凹口42。凹口允许辐射波在缺口内以降低交叉极化来传播到辐射器中的其他辐射元件。缺口轮廓在本示例中以指数方式渐缩，但是可具有其他形状，例如阶梯式轮廓。应当注意，每个缺口辐射元件41的凹口相对后缘24的取向可与后缘24是非平行的，并且还在相邻缺口辐射元件之间偏离，以实现与辐射器40不同的辐射图案。缺口轮廓29中的凹口42之间的距离可以是任意的。

此外，通过在缺口轮廓中引入凹口，缺口辐射元件的尺寸可减少，由此实现具有改进性能的更紧凑辐射器。

按照一些方面，集成可选WAIM层15，如图4所示。

按照一些方面，每个缺口辐射元件41的后缘可连接到地平面16。

按照一些方面，凹口42与每个缺口辐射元件41的后缘25平行。

按照一些方面，凹口42沿缺口轮廓29的长度均匀地分布。

按照一些方面，多个缺口辐射元件共享布置在介电衬底22上的相同金属化区23。

按照一些方面，单极化辐射器40包括曲折边缘元件31和32，以降低边缘传播波，如结合图3所述。与多个平面缺口辐射元件41的第一侧43相邻地提供第一边缘元件31，以及与多个平面缺口辐射元件41的与第一侧43相对的第二侧44相邻地提供第二边缘元件32。每个边缘元件具有从相邻缺口辐射元件的前缘24延伸到相邻缺口辐射元件的后缘25的边缘轮廓35，并且其中在每个边缘轮廓35提供至少一个曲折段36、37。

按照一些方面，在每个边缘元件31、32的前缘38提供至少一个曲折段中的第一曲折段36，和/或在背离相邻缺口辐射元件41的每个边缘元件31、32的侧缘39提供至少一个曲折段中的第二曲折段37。

第一曲折段36将降低通过边缘散射所创建的水平空间谐波频率，而第二曲折段37将降低通过边缘散射所创建的垂直空间谐波频率。

边缘元件将改进定位成靠近单极化辐射器的左侧和右侧的有源偶极的偶极图案（图3中的33和34以及图4中的43和44），因为边缘元件为全部有源偶极提供相似的环境。结果是更对称的偶极图案。

图5是包括至少一个单极化辐射器51（在本示例中，八个单极化辐射器）的单极化宽带天线50。每个单极化辐射器包括如结合图3和图4所述的布置在介电衬底22上的多个平面缺口辐射元件。每个缺口辐射元件的后缘25连接到地平面16，以及每个单极化辐射器在第一方向A上来布置。

图6是包括多个单极化辐射器的双极化宽带天线60，多个单极化辐射器各自包括如结合图3和图4所述的布置在介电衬底22上的多个平面缺口辐射元件。每个缺口辐射元件的后缘25连接到地平面16；以及多个单极化辐射器中的至少第一单极化辐射器61在第一方向A上来布置，并且多个单极化辐射器中的至少第二单极化辐射器62在与第一方向A垂直的第二方向B上来布置。

图7是示出与结合图4所示的单极化辐射器相似、具有带有凹口的四个缺口辐射器元件和曲折边缘元件的单极化辐射器的有源反射系数的图示。对每个缺口辐射元件来模拟和测量有源反射系数，即对于第一缺口辐射元件的S₁₁、对于第二缺口辐射元件的S₂₂等。单极化辐射器具有2 GHz至5.5 GHz的操作频率范围，其中VSWR小于3，即，反射系数<-6 dB。

曲线71-74示出模拟反射系数，而曲线75-78示出测量反射系数。曲线71和75表示最靠近左边的边缘元件的有源缺口辐射元件，而曲线74和78表示最靠近右边的边缘元件的有源缺口辐射元件。曲线72-73和76-77表示单极化辐射器的中心的有源缺口辐射元件。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的示范方面。但是，能够对这些方面进行许多变更和修改，而没有基本上背离本公开的原理。因此，本公开应当被看作是说明性而不是限制性的，并且不被看作局限于上面讨论的特定方面。相应地，虽然采用特定术语，但是它们仅以一般性和描述性意义来使用，而不是用于限制的目的。

已经为了说明的目的而呈现了本文所提供的示例实施例的描述。本描述不是意在是穷举的或者将示例实施例限制到所公开的精确形式，并且修改和变更根据上述教导是可能的，或者可从所提供实施例的各种备选方案的实践来获取。选择和描述本文所讨论的示例，以便解释各种示例实施例的原理和性质及其实际应用，以便使本领域的技术人员能够按照各种方式并且采用如适合所考虑的特定使用的各种修改来利用示例实施例。本文所述的实施例的特征可按照方法、设备、模块、系统和计算机程序产品的全部可能组合来组合。应当理解，本文所呈现的示例实施例可采用任何相互组合来实施。

应当注意，词语“包括”并不一定排除除了所列举的那些元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在，以及元件前面的词语“一（a或an）”并不排除多个这类元件的存在。还应当注意，任何附图标记并不是限制权利要求书的范围，示例实施例可至少部分通过硬件和软件两者来实现，并且若干“部件”、“单元”或“装置”可由同一件硬件来表示。

如本文中可使用的术语“无线装置”将要广义地被理解为包括：具有因特网/内联网访问、万维网浏览器、组织器、日历、照相装置（例如摄像机和/或静态图像照相机）、录音机（例如麦克风）和/或全球定位系统（GPS）接收器的能力的无线电电话；个人通信系统（PCS）用户设备，所述个人通信系统（PCS）用户设备可将蜂窝无线电电话与数据处理相组合；个人数字助理（PDA），所述PDA能够包括无线电电话或无线通信系统；膝上型电脑；具有通信能力的照相装置（例如摄像机和/或静态图像照相机）；以及能够收发的任何其他计算或通信装置，例如个人计算机、家庭娱乐系统、电视机等。此外，装置可被理解为任何数量的天线或天线元件。

虽然本描述主要对作为测量或记录单元的用户设备来给出，但是本领域的技术人员应当理解，“用户设备”是意味着能够在DL进行接收并且在UL进行传送的任何无线装置、终端或节点（例如PDA、膝上型电脑、移动电话、传感器、固定中继器、移动中继器乃至例如毫微微基站的无线电基站）的非限制性术语。

小区与无线电节点关联，其中在示例实施例描述中可互换地使用的无线电节点或无线电网络节点或者eNodeB在一般意义上包括传送用于测量的无线电信号的任何节点，例如eNodeB、宏/微/微微基站、家庭eNodeB、中继器、信标装置或转发器。本文的无线电节点可包括在一个或多个频率或频带操作的无线电节点。它可以是能够进行CA的无线电节点。它也可以是单或多RAT节点。多RAT节点可包括具有并置RAT或者支持多标准无线电（MSR）的节点或者混合无线电节点。

本文所述的各种示例实施例在方法步骤或过程的一般上下文中描述，方法步骤或过程在一个方面可通过计算机可读介质中包含的计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品包括由连网环境中的计算机执行的诸如程序代码之类的计算机可执行指令。计算机可读介质可包括可移除和不可移除存储装置，包括但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、致密盘（CD）、数字多功能盘（DVD）等。一般来说，程序模块可包括执行特定任务或者实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、关联数据结构和程序模块表示用于执行本文所公开方法的步骤的程序代码的示例。这类可执行指令或关联数据结构的特定序列表示用于实现这类步骤或过程中描述的功能的对应动作的示例。

在附图和说明书中已经公开了示范实施例。但是，能够对这些实施例进行许多变更和修改。相应地，虽然采用特定术语，但是它们仅以一般性和描述性意义来使用，而不是用于限制的目的，实施例的范围通过下列权利要求书来限定。