專利名稱：開口天線元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由所附的權(quán)利要求1的前序部分體現(xiàn)類型的開口天線元件。
背景技術(shù)：
與偶極天線相比，開口天線，例如縫隙天線、喇叭形天線和孔耦合貼片天線(aperture coupled patch antennas)在本質(zhì)上十分不同。例如，在開口天線中，電磁輻射可被視為從導(dǎo)電外殼中的開口發(fā)射出來(lái)。在孔耦合貼片天線的情況下，輻射貼片不與饋電配置(feedingarrangement)導(dǎo)電連接，但受到來(lái)自開口的場(chǎng)的激勵(lì)。
與此相反，偶極天線包括一般經(jīng)由不平衡變壓器與饋電線路連接的兩個(gè)偶極臂。而且，來(lái)自開口天線和偶極子各自的輻射在它們的特性方面完全不同。
因此，開口天線和偶極天線的使用分別帶來(lái)不同的問題，并帶來(lái)特定的完全不同的構(gòu)造設(shè)計(jì)方面。
基本說來(lái)，典型的開口天線或者開口輻射器包括波導(dǎo)管(天饋線)，在波導(dǎo)管的端部設(shè)置開口?？墒褂梅瓷淦鱽?lái)增強(qiáng)某些需要的輻射特性?；陂_口天線技術(shù)的天線的一個(gè)例子是孔耦合貼片天線。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的狀況，典型的孔耦合貼片天線包括絕緣層壓板(dielectric laminate)，例如PCB(印刷電路板)。饋電網(wǎng)絡(luò)，包括饋電給天線元件的開口饋電器(aperture feed)并典型地借助蝕刻設(shè)置在所述PCB的一側(cè)上。所述層壓板還在相對(duì)一側(cè)上設(shè)置有導(dǎo)電層作為開口饋電器的接地層。導(dǎo)電層還可用作天線的接地層。饋電網(wǎng)絡(luò)和接地層之間的距離因而是固定的，因此天線的特性是可靠的并且是可預(yù)測(cè)的。
US6,054,953示出現(xiàn)有技術(shù)的孔耦合天線的一個(gè)例子。在該專利中所描述的天線包括由導(dǎo)電材料制成的接地層，并設(shè)置有定位在中心的開口。所述開口蝕刻在設(shè)置于接地層下面的基片層上，并且輻射貼片由來(lái)自饋電網(wǎng)絡(luò)的微波源饋電。
US4,847,625示出現(xiàn)有技術(shù)的孔耦合天線的另一個(gè)例子。同樣，饋電層由絕緣材料，例如泡沫或者包層材料設(shè)計(jì)而成，并包括形成饋電線路的蝕刻帶。
然而，層壓板，例如PCB的使用是非常昂貴的，特別是考慮到為了降低絕緣材料的損耗量，所述層壓板應(yīng)該制得盡可能地薄。而且，帶有蝕刻于其上的饋電網(wǎng)絡(luò)的層壓板的使用需要多個(gè)加工步驟。例如，有許多所需的焊接步驟，這除了費(fèi)力的工作之外，還會(huì)引起其它問題，例如給出了不期望的交調(diào)效應(yīng)。此外，將接地層連接到反射器的步驟同樣也是相當(dāng)繁瑣而且耗時(shí)的加工步驟。
因此，存在對(duì)改進(jìn)的開口天線的需要，這種改進(jìn)的開口天線不昂貴并且提供了更容易更快地制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供克服上述缺點(diǎn)的天線構(gòu)造。本發(fā)明的目的在于提供一種新的、有創(chuàng)造性的并且更簡(jiǎn)單的開口天線設(shè)計(jì)。具體而言，本發(fā)明的目的在于提供一種開口天線，其中消除了昂貴的絕緣層壓板的使用，由此消除了費(fèi)力的蝕刻步驟，因而提供了不昂貴的天線。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過在權(quán)利要求1的特征部分限定的開口天線實(shí)現(xiàn)該目的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種開口天線，該開口天線包括接地層、開口饋電器和反射器。所述開口天線包括至少一個(gè)直接設(shè)置在接地層上的開口，其中接地層也是所述天線的反射器。此外，開口饋電器與接地層隔開。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線的一個(gè)實(shí)施方式，開口饋電器是一個(gè)導(dǎo)電元件，例如金屬片元件。所述金屬片可以沖壓、蝕刻、水切割、磨制或激光切割等制成。從而提供一種易于制造、不昂貴、但仍然高效可靠的開口饋電器。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線的另一個(gè)實(shí)施方式，開口饋電器通過間隔元件(distance element)固定到所述接地層下面。由此以一種簡(jiǎn)單、便宜的方式實(shí)現(xiàn)了天線的接地層與開口饋電器之間預(yù)定的固定距離，給出了理想的天線特性。如果需要，這個(gè)距離可以通過更換不同厚度的間隔元件而得到改變，由此為天線設(shè)計(jì)者提供了一種靈活的設(shè)計(jì)方式。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線的另一個(gè)實(shí)施方式，所述開口天線與至少一個(gè)開口的或非開口的貼片連接。因此本發(fā)明可以容易地實(shí)施為孔耦合貼片天線，提供了廣泛使用的開口天線。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線的另一個(gè)實(shí)施方式，所述開口天線還包括屏蔽殼，所述屏蔽殼固定到反射器下面并封閉開口饋電器的端部。這樣防止或至少減小了例如在扇形天線(sector antennas)中非常不希望有的背向輻射。因而減小了損耗并獲得較高的天線性能。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線的另一個(gè)實(shí)施方式，所述至少一個(gè)開口具有可選的設(shè)計(jì)。所述開口可以是直縫開口、由垂直的縫隙組成的十字形開口或橢圓形開口。這提供了用于特定用途的、易于制造的天線，由此提供了靈活的設(shè)計(jì)方式。
本發(fā)明還涉及上述的開口天線，由此獲得了等同的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的其它實(shí)施方式及其優(yōu)點(diǎn)在下面的描述中會(huì)變得更清楚。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的有創(chuàng)造性的開口天線的示意性總圖。
圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的反射器接地層的第一示例性實(shí)施方式。
圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的反射器接地層的第二示例性實(shí)施方式。
圖3a和3b示出將饋電網(wǎng)絡(luò)固定到反射器接地層上的一個(gè)示例性圖4示出將配電總線連接到天線部件的連接方式。
圖5示出包括根據(jù)本發(fā)明的開口天線元件的開口天線。
具體實(shí)施例方式
在整個(gè)說明書中，開口天線元件應(yīng)被理解為包括直接涉及輻射的部件，除非另外指出。因此，本發(fā)明的開口天線元件包括開口饋電器、反射器和至少一個(gè)開口?？蛇x地，開口天線元件還包括一個(gè)或多個(gè)貼片以及防止背向輻射的屏蔽殼。
現(xiàn)在首先參考圖1來(lái)描述本發(fā)明，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的有創(chuàng)造性的開口天線設(shè)計(jì)的總圖。附圖標(biāo)記1總體指代根據(jù)本發(fā)明的開口天線元件，在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記用于相同的元件。
根據(jù)本發(fā)明的開口天線元件1首先包括由導(dǎo)電材料制成的反射器2，該反射器2可以具有任意想要的形狀，其可適于特定用途。根據(jù)本發(fā)明，反射器2還用作開口饋電器的接地層。反射器2包括一個(gè)或多個(gè)開口3，開口3可以沖壓、或水切割、激光切割或由任何其它已知的方法制成。此外，開口饋電器4例如通過非導(dǎo)電材料(如塑料之類)制成的間隔元件5固定到反射器2上。為了確保正確和理想的天線特性，開口饋電器4應(yīng)按以下方式固定，即反射器2(也作為接地層)與開口饋電器4之間的距離在所有點(diǎn)上相等。因此設(shè)置足夠多的間隔元件5或其它的固定件，以便保持所述距離。然而，也不應(yīng)該使用太多的間隔元件5，否則將開口饋電器4固定到反射器2上的制造步驟會(huì)過于煩瑣，也會(huì)導(dǎo)致不必要的高成本。
開口饋電器4可以是適合于將電力供給到開口3的任何導(dǎo)電元件，例如它可以是一個(gè)金屬片元件或金屬化塑料。開口饋電器4可以以任何適合的方式制造，例如它可以由金屬片沖壓、激光切割、水切割、蝕刻或磨制而成。開口饋電器4到接地層(即反射器2)的距離由間隔元件5的厚度決定，并應(yīng)當(dāng)使得來(lái)自開口饋電器4的輻射損耗降到最小。產(chǎn)生合意的天線特性的示范性距離范圍是1-5mm，例如2.5mm。開口饋電器4可以具有任何理想的形狀，開口饋電器的例子在圖2a和2b中示出并在后面描述。
開口天線1也可以包括用來(lái)防止背向輻射的屏蔽殼6。背向輻射例如在扇形天線中是非常不希望有的，在扇形天線中所有的輻射都應(yīng)該導(dǎo)向一個(gè)特定的方向，并且從一個(gè)扇形天線發(fā)出的任何背向輻射都會(huì)與從另一個(gè)扇形天線發(fā)出的輻射干擾。屏蔽殼6可以通過導(dǎo)電膠帶、通過鉚釘或其它任何合適的方式，以在屏蔽殼6和反射器2之間提供導(dǎo)電或非導(dǎo)電(電容耦合)緊固件的方式而固定到反射器2上。
所示的開口天線1可以用作孔耦合貼片天線，在這種情況下應(yīng)包括貼片7。貼片7可以是任何已知的類型。貼片的形狀可以是任何合適的，如長(zhǎng)方形、正方形、圓形等。如果貼片7超過一個(gè)，貼片7可以具有不同長(zhǎng)度，以調(diào)節(jié)天線的性能。例如可提供多個(gè)貼片來(lái)補(bǔ)償接地層的非對(duì)稱形式。此外，可以使用開口的或非開口的貼片，并且還可以以任何需要的方式組合所述貼片。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的，如果需要，還可以包括無(wú)源元件，這是本領(lǐng)域公知的。
現(xiàn)在參考圖2a和2b，示出開口3和開口饋電器4可能的構(gòu)造的例子。因而開口3可具有任何合適的形式，在其最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中僅僅包括簡(jiǎn)單的直縫隙，如圖2b中所示。如圖2b中所示，開口饋電器4則也可以具有等同的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，即僅僅為直導(dǎo)體4。然而，如圖2a中所示，開口3包括更常見的一對(duì)彼此成直角定向的線性縫隙3，從而提供雙極化操作。在這種情況下，為了以高效的方式饋電給開口3的兩個(gè)縫隙，開口饋電器4可以是叉形的。還可以提供圓極化操作，在這種情況下，例如，混合耦合器可用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種圓極化操作，但如本領(lǐng)域所公知的，還有其它的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化操作，例如借助極化器。如圖2a所示，開口饋電器4、4’彼此疊置，但它們互相不接觸。最上面開口饋電器4應(yīng)該是一個(gè)允許這樣構(gòu)造的形狀；更具體地，放置在另一個(gè)開口饋電器4’之上的開口饋電器4應(yīng)當(dāng)具有某種彎曲，使在底部的開口饋電器4’在最上面開口饋電器4下面建立空間而它們彼此不接觸。盡管只示出開口構(gòu)造的兩個(gè)例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到各種實(shí)施方式都是可以的。開口縫隙可以設(shè)計(jì)成使得它們之間的連接最小。這樣開口3可以設(shè)計(jì)成使得所需的天線特征得以實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參考圖3a和3b，示出將開口饋電器4固定到反射器2上的一個(gè)例子。在圖示的實(shí)施方式中，反射器2設(shè)置有孔，孔內(nèi)放有咬合接頭元件5a。開口饋電器4也設(shè)置有孔，然后其放置在咬合接頭元件5a和與之互補(bǔ)的咬合接頭元件5b之間，由此提供了非常容易連接的固定方式。如果需要，開口饋電器4也可以簡(jiǎn)單的方式卸下。因而與現(xiàn)有技術(shù)的天線設(shè)計(jì)相比，開口天線的組裝被大大地簡(jiǎn)化。咬合接頭元件5a、5b應(yīng)當(dāng)由非導(dǎo)體材料，如塑料制成，咬合接頭元件5a、5b的厚度尺寸設(shè)計(jì)成能夠提供最佳天線特性。由于咬合接頭元件5a、5b可以拆卸，所以它們能夠很容易被更換，由此，如果需要，可以方便地通過將咬合接頭元件5a、5b更換為具有不同厚度H的咬合接頭元件來(lái)改變厚度H。當(dāng)然其它緊固件也是可以的，例如鉚釘、螺釘?shù)取?br> 現(xiàn)在參考圖4，示出饋電網(wǎng)絡(luò)，包括用于給根據(jù)本發(fā)明的開口天線元件1饋電的饋電裝置11，例如電纜。每個(gè)開口天線元件1都由饋電網(wǎng)絡(luò)饋電，由此通過某些合適的連接裝置12與其連接。饋電網(wǎng)絡(luò)可以是本領(lǐng)域公知的常用饋電網(wǎng)絡(luò)。
最后參考圖5，示出根據(jù)本發(fā)明的開口天線10。開口天線10包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的開口天線元件1。優(yōu)選地，開口天線10還包括相等數(shù)量的貼片7，用于提供孔耦合寬帶天線。
總而言之，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的開口天線元件，與現(xiàn)有技術(shù)的開口天線相比具有更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和不昂貴的生產(chǎn)。盡管已經(jīng)通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但是許多改變和變化是可以的，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種開口天線元件，包括接地層、開口饋電器和反射器，其特征在于，至少一個(gè)開口(3)直接設(shè)置在所述接地層上，所述接地層還作為所述反射器(2)，并且所述開口饋電器(4)與所述接地層隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的開口天線元件，其中，所述開口饋電器(4)包括導(dǎo)電元件，例如金屬片元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的開口天線元件，其中，所述開口饋電器(4)通過間隔元件(5)固定到所述接地層下面。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的開口天線元件，其中，所述開口天線元件(1)與至少一個(gè)開口的和/或非開口的貼片(7)連接。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的開口天線元件，其中，開口天線元件(1)還包括屏蔽殼(6)，所述屏蔽殼固定到反射器(2)下面并封閉開口饋電器(4)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的開口天線元件，其中，所述至少一個(gè)開口(3)具有下列形式之一直縫開口、由垂直的縫隙組成的十字形開口或者橢圓形開口。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的開口天線元件，其中，所述至少一個(gè)開口(3)由一個(gè)以上開口饋電器(4)饋電，從而提供了雙極化操作。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的開口天線元件，其中，所述開口天線元件(1)還包括用于提供圓極化的裝置。
9.一種開口天線，其特征在于，它包括一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的開口天線元件(1)，所述開口天線還包括一個(gè)或多個(gè)與相應(yīng)的一個(gè)所述開口天線元件(1)連接的貼片(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開口天線元件(1)，該開口天線元件包括接地層、開口饋電器(3)和反射器(2)。根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)開口(3)直接設(shè)置在所述接地層上，其中接地層還作為反射器(2)。根據(jù)本發(fā)明，開口饋電器(4)與所述接地層隔開。本發(fā)明還涉及一種具有所述開口天線元件的開口天線。
文檔編號(hào)H01QGK1947303SQ200580013009
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月3日
發(fā)明者耶斯佩爾·烏丁 申請(qǐng)人:動(dòng)力波技術(shù)瑞典股份公司