專利名稱：雙極化微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及如權(quán)利要求1的前序部分所要求的雙極化微帶貼片天線。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)操作人員使用極化分集原理來提高無線電系統(tǒng)的傳輸特性。在GSM范圍內(nèi)(900MHz和1800MHz)將線性垂直極化天線轉(zhuǎn)換成雙線性極化天線發(fā)生在幾年之前。在UMTS范圍內(nèi)(2100MHz)，剛開始僅僅使用了雙線性極化天線。如今在WLAN范圍(2.4GHz和5.6GHz)內(nèi)越來越需要采用雙線性極化天線。
過去所建議的許多雙線性極化天線基于所謂的SSFIP技術(shù)(SSFIP＝Strip Slot Foam Inverted Patch帶狀隙縫泡沫反向貼片)，也就是說它們與縫隙耦合貼片天線相關(guān)(例如參見US-A-5,355,143(Zürcher等)或者WO-A1-99/17403(Sanzgiri等)或者WO-A1-98/54785)。這些天線的一個主要缺點在于縫隙在兩側(cè)都發(fā)射一方面在期望的朝著貼片的方向，另一方面在朝著反射器的相反方向。這導(dǎo)致了非期望的波傳播，該非期望的波傳播甚至在單獨元件的情況下也導(dǎo)致極化之間的耦合。此外，在單獨元件的陣列中，在單獨天線元件之間發(fā)生非期望的耦合。過去，已經(jīng)可以通過合適的措施來抑制該耦合到這樣的程度可以獲得30dB的隔離。這是最低的要求。正如能夠很容易想象的那樣，該缺點在更高頻率處會明顯到更壞的程度。
通過使用微帶貼片天線可以避免上述缺點。雙線性極化微帶貼片天線的隔離大約為15dB。Assailly等的文章“Some Results onBroad-Band Microstrip Antenna with Low Cross Polar and HighGain”，IEEE Trans.Antennas Propagat.Vol.39，no.3，p.413-415(March 1991)描述了一種用于提高隔離的選擇。貼片的所有4個拐角被饋電，而各自相對的拐角以180°的相移被饋電。這產(chǎn)生了很好的隔離，但是該解決方法具有以下缺點它需要相對復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種雙極化微帶貼片天線，其僅僅需要一個簡化的饋電網(wǎng)絡(luò)，而同時獲得相當(dāng)好的隔離。
通過權(quán)利要求1的全部特征來實現(xiàn)該目的。本發(fā)明的實質(zhì)在于通過僅僅在單獨元件的兩個拐角提供饋電而簡化饋電網(wǎng)絡(luò)，但是同時通過貼片的適當(dāng)修改來再一次補償由此產(chǎn)生的隔離損耗。
本發(fā)明的第一優(yōu)選改進(jìn)包括布置在貼片邊緣的修改。這些修改可以包括位于貼片相對邊緣的2個凹槽，該凹槽特別地是長方形的并具有可達(dá)大約0.1λ的寬度和可達(dá)大約0.1λ的深度，其中λ是天線的工作頻率處的波長。然而，修改還可以包括位于貼片的相對邊緣的2個凸起，該凸起特別地是長方形的并具有可達(dá)大約0.1λ的寬度和可達(dá)大約0.1λ的深度，其中λ是天線的工作頻率處的波長。然而，修改也可以包括位于貼片的拐角處的切割拐角，在這種情況下，該切割拐角特別地是相對于貼片的邊緣以45°角傾斜并具有可達(dá)大約0.1λ的長度，其中λ是天線的工作頻率處的波長。
本發(fā)明的第二優(yōu)選改進(jìn)包括布置在貼片中心的修改，該修改包括與貼片的邊緣平行的縫隙，該縫隙優(yōu)選地是長方形的并且具有可達(dá)大約0.2λ的長度和可達(dá)大約0.05λ的寬度，其中λ是天線的工作頻率處的波長。
尤其有利的隔離是根據(jù)本發(fā)明的另一改進(jìn)來獲得的，其中在至少一個貼片中多種不同的修改相互組合。
貼片可以以邊緣與天線的x軸和y軸平行而布置。然后，其也可以以邊緣相對于天線的x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°而布置。
尤其有利地在于多個貼片相隔一段距離相互重疊地設(shè)置在各個元件內(nèi)，以提高帶寬。在這種情況下，有利地，單獨元件的多個貼片具有不同的修改和/或邊緣相對于天線的x軸和y軸的不同定向。
本發(fā)明的另一改進(jìn)包括多個單獨元件并排地設(shè)置在陣列中。在這種情況下，特別有利的在于，陣列中的多個單獨元件中的貼片具有不同的修改和/或相對于天線的x軸和y軸不同地定向。
具有特別簡單總體設(shè)計的天線是在以下情況下獲得的，如果在多個相互重疊的貼片中，上面的貼片借助于墊片安裝在印刷電路板上，以及如果帶有貼片的印刷電路板借助于墊片安裝在可插入到一側(cè)開口的外罩中的金屬片上。
在下文中通過使用典型實施例并結(jié)合附圖來更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選典型實施例的雙極化微帶貼片天線的外罩的透視圖；圖2以從上面的俯視圖(圖2a)和側(cè)視圖(圖2b)顯示用于優(yōu)選典型實施例的天線的支撐金屬片，其可以被插入如圖1所示的外罩中；圖3顯示了用于優(yōu)選典型實施例的天線的印刷電路板，具有形成在上表面上的饋電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在陣列中的4個貼片，作為各個元件的基礎(chǔ)；圖4顯示了天線的優(yōu)選典型實施例的天線單獨元件的設(shè)置在印刷電路板之上的貼片的俯視圖；圖5顯示了在天線的優(yōu)選典型實施例中的墊片的兩個垂直側(cè)視圖，該墊片用于將上面的貼片安裝在印刷電路板上；圖6顯示了用于兩個不同定向的貼片的饋電點(圖6a，6b)以及兩個在邊緣處配備有凹槽形式的修改的貼片(圖6c，d)；圖7顯示了在邊緣上設(shè)置有凸起形式的修改的兩個貼片(圖7a，b)、設(shè)置有中心縫隙的兩個貼片(圖7c，d)、和在拐角處被切割的貼片(圖7e)；和圖8顯示了具有包括金屬片、印刷電路板和上面的貼片的疊層(stack)的優(yōu)選典型實施例的示意設(shè)計透視圖。
具體實施例方式
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選典型實施例的微帶貼片天線的高度簡化形式的透視圖。在圖1中單獨示出的微帶貼片天線43的外罩10，在圖8中為了清楚的目的而被省略。天線43主要包括金屬片14和4個單獨的天線元件或單獨元件EE1，…，EE4，其被安裝在金屬片的正方形的拐角上，并且與金屬片相隔一段距離。單獨元件EE1…，EE4包括具有各個貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)的公共印刷電路板19以及在每種情況下相隔一定距離地設(shè)置在金屬片19上的一個貼片29。上面的貼片29決定帶寬的增加。
在每種情況下，印刷電路板19上的貼片由饋電網(wǎng)絡(luò)饋電到2個相鄰的拐角。圖3所示的饋電網(wǎng)絡(luò)44由印刷電路板19上表面上的貼片20、…、23形成。印刷電路板的下表面整個被金屬化。饋電網(wǎng)絡(luò)44具有2個支線印刷導(dǎo)線24、25，其在每種情況下都連接到貼片20、…、23的2個相鄰拐角。印刷導(dǎo)線24、25被引向印刷電路板19的下橫截面，在那里它們連接到接頭(未示出)，接頭通過金屬片14的彎曲區(qū)域(角15)中的孔16被安裝，并且是外部可接觸的。貼片20、…、23被不同地定向。在貼片20中，左下拐角連接到印刷導(dǎo)線25，而右下拐角連接到印刷導(dǎo)線24。對于貼片22也是如此。在貼片21和23的情況下，右下拐角連接到印刷導(dǎo)線24，而右上拐角連接到印刷導(dǎo)線25。貼片20，…，23具有被中心地設(shè)置在4個邊上的長方形凹槽27、并且具有45°方向的切割拐角28被設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)域的不與印刷導(dǎo)線24、25連接的拐角處。凹槽和切割拐角代表了對嚴(yán)格正方形貼片的修改，其增加了極化之間的隔離。
被設(shè)置在三角形的角上的3個安裝孔26被布置在每個貼片20，…，23中，圖5所示類型的墊片33可以以嚙合的方式插入該安裝孔26中，以便相距一定距離地固定位于上方的貼片29(還參見圖8)。在印刷電路板19上分布地設(shè)置另外7個安裝孔18′，這7個安裝孔18′與金屬片14中的相同安裝孔18匹配。墊片33同樣可以通過安裝孔18，18′被嚙合地插入，以便相離一定距離地將印刷電路板19固定在金屬片14之上(參見圖5和8)。
相隔一段距離地固定在貼片20，…，23之上的附加貼片29的一個實例如圖4所示。貼片29包括金屬片，該金屬片與金屬片14相同具有例如1mm的厚度。貼片29具有安裝孔30，安裝孔30的數(shù)量和排列與貼片20…，23中的安裝孔26相匹配。圖4中的貼片29的實例具有兩個中心地設(shè)置在兩個相對邊上的長方形凹槽31，和位于所有4個拐角的切割拐角32。同樣，在這種情況下，切割拐角32和凹槽31是貼片修改的實例，其提高了各個元件和極化之間的隔離。貼片的其他合適修改如圖6和7所示，將在下面介紹。
典型實施例的天線的機械結(jié)構(gòu)是由如圖1所示的外罩完成的。外罩10是由合適的塑料(例如Luran)生產(chǎn)的，并且其內(nèi)部地分別配備有底軌12和側(cè)軌13，其在金屬片14插入外罩10的過程中引導(dǎo)金屬片14進(jìn)入外罩10。外罩10在一個橫截面上具有插入開口11。當(dāng)金屬片14已經(jīng)插入外罩10時，插入開口11由彎曲的金屬片14上的角15閉合。于是，通過被插入到孔16中的插接套筒可以從外部接觸位于金屬片14上的印刷電路板19的電子部分。此外，多個腳17被沖壓在金屬片14上并將金屬片14支持在外罩10的底上。
如上所述，上面的貼片29通過墊片被相隔一段距離地安裝在印刷電路板19之上，印刷電路板19通過墊片33被相隔一段距離地安裝在金屬片14上。圖5中以兩個側(cè)視圖所示的墊片33由塑料(例如聚酰胺)形成，并且，在典型實施例中，被設(shè)計用于貼片和印刷電路板之間以及印刷電路板和金屬片之間5mm的距離。它們在下端具有杯子形式的頭，而在上端成圓形。在頭34和位于上方的臺階后不遠(yuǎn)處，側(cè)面凸出的碰鎖舌35，36被布置在墊片33上，在將墊片33推入通過安裝孔18、18’、26、30時，碰鎖舌35，36首先壓向墊片33，然后向外彈回，并鎖住。
在兩個相鄰拐角處的貼片20，…，23可以以兩種方式饋電，如圖6a和b所示。在圖6a所示的形式中，貼片P1的邊平行于x軸和y軸(參見所示的坐標(biāo)軸)。在饋電點37，38提供饋電。極化是具有±45°傾斜的雙線性。在圖6b所示的形式，貼片P2的邊相對于x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°。饋電還是在拐角處提供(饋電點37，38)。極化是雙線性的，即垂直和水平。
正如已經(jīng)結(jié)合圖4對貼片29的描述，貼片可以由不同的修改改變。在圖6c，d所示的貼片P3和P4的情況中，兩個長方形凹槽39被設(shè)置在兩個相對邊緣的中間作為修改。凹槽39的尺寸取決于天線工作頻率處的波長λ，寬度優(yōu)選地可達(dá)大約0.1λ而長度同樣的可達(dá)大約0.1λ。貼片P3和P4還可以相對于x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°。在圖7a，b所示的貼片P5和P6的情況中，兩個長方形凸起40被設(shè)置在兩個相對邊緣的中間作為修改。凸起40的尺寸寬度優(yōu)選地可達(dá)大約0.1λ而長度同樣的可達(dá)大約0.1λ。貼片P5和P6還可以相對于x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°。在圖7c，d所示的貼片P7和P8的情況中，長方形縫隙41被設(shè)置在每個貼片的中心處，作為修改?？p隙41的尺寸寬度優(yōu)選地可達(dá)大約0.05λ而長度可達(dá)大約0.2λ。同樣，在該情況中，貼片P7和P8還可以相對于x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°。在圖7e所示的貼片P9的情況下，修改包括拐角被切割。切割拐角42傾斜45°，優(yōu)選的具有可達(dá)大約0.1λ的長度。同樣在這種情況下，貼片也可以被旋轉(zhuǎn)45°。
所描述的對貼片20，…，23；29和P3，…P9的修改能夠顯著地提高極化之間的隔離。通過這些措施的適當(dāng)組合獲得非常好的隔離值(例如凹槽和切割拐角等等)。所描述的微帶貼片天線43具有非常窄的帶寬。通過使用相隔一段距離地設(shè)置在已經(jīng)存在的貼片上的附加貼片，可以增加該帶寬。
可以通過貼片修改的適當(dāng)組合進(jìn)一步提高隔離。在該惰況下，對于多個相互重疊設(shè)置(在“疊層”中)的貼片的修改可以不同。例如，下面的貼片具有凹槽，上面的貼片具有凸起。通過下面貼片的定向和饋電確定極化。上面的貼片可以相對于下面的貼片旋轉(zhuǎn)45°。
在多個并排設(shè)置的單獨元件的陣列中，通過各個元件的貼片具有不同修改，可以提高隔離。圖中以典型實施例的形式所示的天線具有(外罩10的)外部尺寸大約為200mm×200mm×43mm。上面的貼片29的尺寸為50mm×50mm×1mm。這表示了具有4個單獨元件的2×2陣列，每個單獨元件具有2個貼片20，…，23和29，這些貼片通過墊片相互重疊地設(shè)置。
附圖標(biāo)記10外罩11插入開口12底軌13側(cè)軌14金屬片15角16孔17腳18，18′安裝孔19印刷電路板20，…，23貼片(PCB)24，25印刷導(dǎo)線26安裝孔27凹槽28切割拐角29貼片(金屬片)30安裝孔31凹槽32切割拐角33墊片34頭(杯子形式)35，36碰鎖舌37，38饋電點39凹槽40凸起41縫隙42切割拐角43微帶貼片天線
44饋電網(wǎng)絡(luò)EE1，...EE4單獨元件P1，...P9貼片金屬片
權(quán)利要求
1.一種雙極化微帶貼片天線(43)，具有一個或多個單獨元件(EE1，...，EE4)，其中每個單獨元件(EE1，...，EE4)具有至少一個長方形的，優(yōu)選為正方形的貼片(20，...，23；29；P1，...P9)，所述貼片被設(shè)置在印刷電路板(19)的上表面上，其中所述印刷電路板(19)在上表面上具有饋電網(wǎng)絡(luò)(44)而在下表面上的整個表面上被金屬化，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(44)被設(shè)計，使得只在貼片(20，...，23；29；P1，...P9)的2個拐角處發(fā)生饋電，并且所述至少一個貼片(20，...，23；29；P1，...P9)具有修改(27，28；39，...，42)，通過所述修改，與未修改的貼片相比，提高了極化和/或多個單獨元件(EE1，...，EE4)之間的隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述修改(27，39，40，42)被設(shè)置在貼片(20，...，23；29；P1，...P6；P9)的邊緣處。
3.如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，所述修改包括在所述貼片(20，...，23；29；P3，P4)的相對邊上的兩個凹槽(27，31，39)。
4.如權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述凹槽(27，31，39)是長方形的，并且寬度可達(dá)約0.1λ，深度可達(dá)約0.1λ，其中λ是所述天線的工作頻率的波長。
5.如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，所述修改包括在所述貼片(P5，P6)的相對邊上的兩個凸起(40)。
6.如權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，所述凸起(40)是長方形的，并且寬度可達(dá)約0.1λ，深度可達(dá)約0.1λ，其中λ是所述天線的工作頻率處的波長。
7.如權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，所述修改包括在所述貼片(20，...，23；29；P9)的拐角處的切割拐角(28，32，42)。
8.如權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述切割拐角(42)相對于所述貼片的邊傾斜45°，并具有可達(dá)約0.1λ的長度，其中λ是所述天線的工作頻率處的波長。
9.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述修改(41)被設(shè)置在所述貼片(29，P7，P8)的中心。
10.如權(quán)利要求9所述的天線，其特征在于，所述修改包括與所述貼片(29；P7，P8)的邊緣平行的縫隙(41)。
11.如權(quán)利要求10所述的天線，其特征在于，所述縫隙(41)是長方形的，并且長度可達(dá)約0.2λ，寬度可達(dá)約0.05λ，其中λ是所述天線的工作頻率處的波長。
12.如權(quán)利要求1到11中任何之一所述的天線，其特征在于，在所述至少一個貼片(20，...，23，29)中，多個不同修改互相組合。
13.如權(quán)利要求1到12中任何之一所述的天線，其特征在于，所述貼片(20，...，23；29；P1，P3...P9)以邊緣平行于所述天線的x軸和y軸而被設(shè)置。
14.如權(quán)利要求1到12中任何之一所述的天線，其特征在于，所述貼片(29；P2)以邊緣相對于所述天線的x軸和y軸旋轉(zhuǎn)45°而被設(shè)置。
15.如權(quán)利要求1到14中任何之一所述的天線，其特征在于，多個貼片(20，...，23；29)被相距一段距離地相互重疊地設(shè)置在單獨元件(EE1，...，EE4)中，以便增加帶寬。
16.如權(quán)利要求15所述的天線，其特征在于，單獨元件的多個貼片具有不同的修改和/或邊緣相對于所述天線的x軸和y軸的不同定向。
17.如權(quán)利要求1到16中任何之一所述的天線，其特征在于，多個單獨元件(EE1，...，EE4)被并排地設(shè)置在陣列中。
18.如權(quán)利要求17所述的天線，其特征在于，陣列的多個單獨元件(EE1，...，EE4)的貼片(20，...，23；29)具有不同的修改和/或相對于所述天線的x軸和y軸被不同地定向。
19.如權(quán)利要求15所述的天線，其特征在于，上面的貼片(29)借助于墊片(33)被安裝在所述印刷電路板(19)上。
20.如權(quán)利要求1到19中任何之一所述的天線，其特征在于，帶有貼片(20，...，23；29；P1，...P9)的印刷電路板(19)借助于墊片(33)被安裝在金屬片(14)上，所述金屬片(14)可以被插入到一側(cè)開口的外罩(10)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙極化微帶貼片天線(43)，該天線具有至少一個單獨元件(EE1，...，EE4)，每個單獨元件(EE1，...，EE4)包括至少一個長方形的，優(yōu)選是正方形的貼片(20，...，23)，該貼片布置在印刷板(19)的上面，該印刷板(19)的上側(cè)具有饋電網(wǎng)絡(luò)(44)并且其下側(cè)的整個表面被金屬化。本發(fā)明的目的在于提高隔離，同時簡化饋電網(wǎng)絡(luò)。為此目的，該饋電網(wǎng)絡(luò)(44)以這樣的方式被實現(xiàn)只在貼片(20，...，23)的2個拐角發(fā)生饋電，并且至少一個貼片(20，...，23)被修改(27，28)，與未修改的貼片相比，這提高了極化和/或多個單獨元件(EE1，...，EE4)之間的隔離。
文檔編號H01Q21/06GK1802770SQ03826795
公開日2006年7月12日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者瑪庫斯·黑尼格爾 申請人:胡貝爾和茹納股份公司