專(zhuān)利名稱(chēng)：全方位立體天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域是關(guān)于全方位立體天線(xiàn)，如雙錐或盤(pán)錐天線(xiàn)，在其輻射圖形成 區(qū)域增加元件使其成角度的方位空間能夠被分區(qū)。發(fā)明背景通常雙錐天線(xiàn)(biconical antenna)是將兩個(gè)錐形體的尖端相對(duì)疊合放 置，電源從錐體中心(穿過(guò))。該錐形體的形狀能夠確定一個(gè)漸變的錐形區(qū)域 (tapering zone)，從那里傳播波。錐形區(qū)域具有不同形狀，并提供特定的 輪廓，例如那些具有半球剖面的"Vivaldi"型天線(xiàn)，這種輪廓也可以簡(jiǎn)化成 一條單線(xiàn)。盤(pán)錐天線(xiàn)(discone antenna)是在反射平面上設(shè)置一錐形體來(lái)實(shí)現(xiàn) 的，這種結(jié)合在效率方面顯著地表現(xiàn)出與雙向天線(xiàn)相同的特征。已知的全方位天線(xiàn)(omnidirectional antenna)包括如圖l所示的錐形體d 和平面P2兩個(gè)傳導(dǎo)元件，其中同軸電纜的芯軸(central core)與上方的錐形 體相接觸，而下方的平面與電源同軸電纜的外接地線(xiàn)(exterior earth)相接 觸。還有已知的天線(xiàn)包括帶有兩條同軸電纜L和L2的兩個(gè)錐體d和C2 (如圖2a所 示)，或者如公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)2246090中所描述的一種的天線(xiàn)，包括兩個(gè)錐形體 1、 2，其所提出的是集成一條中心同軸電纜元件3、 4，并通過(guò)兩個(gè)整體嵌在材 料7當(dāng)中的傳導(dǎo)網(wǎng)5、 6 (見(jiàn)圖2b所示)，將其電連接至錐形體部分?，F(xiàn)有技術(shù)的全方位天線(xiàn)可在一個(gè)方位平面(azimuthal plane)上具有良 好的全方位導(dǎo)向性，但在方向子集上不能自由地最佳影響導(dǎo)向性。然后，無(wú)接 觸轉(zhuǎn)換能夠有利于天線(xiàn)的集成。4發(fā)明內(nèi)容在本文中，本發(fā)明提出了一種天線(xiàn)，在同軸激勵(lì)線(xiàn)與具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的兩 個(gè)導(dǎo)體元件之間集成了三維無(wú)接觸轉(zhuǎn)換(transition)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)微波傳輸帶 線(xiàn)(microstrip line ) /槽線(xiàn)(slot line) 平面轉(zhuǎn)換的三維變換 (transposition)，并在該天線(xiàn)的至少一個(gè)錐形部分具有天線(xiàn)輻射圖改變?cè)?件。本發(fā)明更為特別的目的是提供一種寬帶全方位天線(xiàn)，包括至少一個(gè)第一傳 導(dǎo)元件和一個(gè)第—傳導(dǎo)元件，圍繞一個(gè)共同的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，并設(shè)有中心開(kāi) 口，所述傳導(dǎo)元件彼此相對(duì)放置，其中所述傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)具有一個(gè)漸 變的錐形區(qū)域。所述寬帶全方位天線(xiàn)包括一個(gè)中心同軸激勵(lì)線(xiàn)以及在所述傳導(dǎo) 元件之間的間隔，形成以實(shí)現(xiàn)所述同軸激勵(lì)線(xiàn)與所述傳導(dǎo)元件之間的三維無(wú)接 觸轉(zhuǎn)換，所述寬帶全方位天線(xiàn)還包括在所述錐形區(qū)域中的輻射圖改變?cè)?根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中一個(gè)傳導(dǎo)元件為平面的。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中至少一個(gè)傳導(dǎo)元件為一個(gè)錐形體。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，所述錐形體的最小直徑大于所述同軸激勵(lì)線(xiàn) 的剖面尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中至少一個(gè)傳導(dǎo)兀件為半球體。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，所述改變?cè)軌驅(qū)鲗?dǎo)狀態(tài)切換至絕緣狀態(tài)的二極管或者M(jìn)EMS類(lèi)型元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，所述至少一個(gè)傳導(dǎo)元件包括支撐所述改變?cè)妮椛浣^緣分區(qū)。有利的是，所述傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)具有絕緣分區(qū)的傳導(dǎo)元件為塑料材 料并包含金屬部件。有利的是，所述改變?cè)峭ㄟ^(guò)在包含金屬部件的塑料元件上直接印制跡 線(xiàn)來(lái)支撐的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，所述天線(xiàn)還包括連接兩個(gè)傳導(dǎo)元件以保證接 地的金屬棒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，所述天線(xiàn)包括至少一個(gè)完全絕緣的部件，其 中有一個(gè)傳導(dǎo)元件，呈現(xiàn)為一逐漸成錐形的區(qū)域。


參考所附的附圖閱讀下面作為非限制性舉例的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā) 明及其它優(yōu)點(diǎn)，其中圖l顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全方位天線(xiàn)的第一個(gè)例子；圖2a和2b顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全方位天線(xiàn)的兩個(gè)其它例子；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的包含兩個(gè)錐形元件和一個(gè)中心同軸線(xiàn)的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)；圖4a和4b分別顯示根據(jù)本發(fā)明包含輻射圖改變?cè)奶炀€(xiàn)實(shí)例的立體圖和 剖面視圖；圖5a、 5b及5c顯示圖4a和4b中的天線(xiàn)分別在三維視圖、方位平面視圖 (azimuth plane)及高度平面視圖(elevation plane)中的輻射圖; 圖6顯示了圖4a和4b所述的天線(xiàn)經(jīng)過(guò)反射的損耗；圖7顯示了一個(gè)變化實(shí)例，其中錐形體具有一個(gè)相對(duì)于中心激勵(lì)線(xiàn)的尺寸 加寬的中心開(kāi)口；圖8顯示了本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中導(dǎo)體元件是以塑料片實(shí)現(xiàn)的； 圖9a和9b顯示了本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中有一個(gè)傳導(dǎo)元件為平面的； 圖10顯示本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)例，其中傳導(dǎo)元件為半球體。在-一般情況下，根據(jù)本發(fā)明的天線(xiàn)包括一個(gè)呈錐形的傳導(dǎo)的第一元件，以 及一個(gè)同樣傳導(dǎo)的也可以為錐形或平面形狀的第二元件。由這兩個(gè)元件組成的 組合與一個(gè)同軸中心激勵(lì)線(xiàn)相耦合。所述激勵(lì)線(xiàn)包括一金屬中心棒，保證天線(xiàn) 的電源功能在兩個(gè)傳導(dǎo)元件之間的開(kāi)口高度形成一短路電路，以便使同軸類(lèi)的 連接以及由這個(gè)兩個(gè)傳導(dǎo)元件組成的組合能夠耦合。所述短路電路是通過(guò)將一個(gè)"開(kāi)路"設(shè)置于金屬棒末端X/4距離位置處來(lái)實(shí)現(xiàn)。超過(guò)該中心棒末端的高 度也是該天線(xiàn)的一個(gè)可適應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。圖3詳細(xì)描述了該全方位天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的例子，包括更特別的， 一第一錐形體元件Ccl、 一第二錐形體元件Cc2、以及一同軸中心激勵(lì)線(xiàn)Lc。每個(gè)傳導(dǎo)元件 具有一個(gè)可讓激勵(lì)線(xiàn)從中穿過(guò)的中心開(kāi)口02，并圍繞一中心軸Ac旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。所述激勵(lì)線(xiàn)包括一中心金屬棒LC1，該金屬棒穿過(guò)傳導(dǎo)元件的長(zhǎng)度一般為人/4左右，以便在雙錐天線(xiàn)的開(kāi)口高度形成一個(gè)短路電路。而且，根據(jù)垂直方 向Dz在兩個(gè)錐形元件之間的的間隔e能夠使同軸激勵(lì)線(xiàn)的模式與兩個(gè)錐形體 組成的組件的模式相耦合。通常間隔e在方向Dz上可以為4腿左右。所述錐形體元件的半徑為 15ram，其結(jié)構(gòu)測(cè)量大約為48誦。根據(jù)本發(fā)明，所述天線(xiàn)還包括輻射圖改變?cè)?Ri (主導(dǎo)及反射元件)，如圖4a和4b所示的立體天線(xiàn)的錐形區(qū)域中。有利的是，所述輻射圖改變?cè)榘雽?dǎo)體元件，能夠從絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)換到傳 導(dǎo)狀態(tài)，并插在立體天線(xiàn)的錐形區(qū)域內(nèi)。這些半導(dǎo)體元件由印制的跡線(xiàn) (track) pi支撐，然后連接至控制電路，并位于組成所述立體天線(xiàn)的傳導(dǎo)元 件中的其巾一個(gè)傳導(dǎo)元件的絕緣區(qū)域中。這些改變?cè)閳D6a、 6b (4個(gè)分區(qū) 的結(jié)構(gòu))所表示的示意圖上的金屬棒，舉例來(lái)說(shuō)，可以是連接到位于這 結(jié)構(gòu) 下面的控制電路的PIN二極管、變?nèi)荻O管或者M(jìn)EMS之類(lèi)的元件。這些改變?cè)商摼€(xiàn)圖形表示它們處于擋住狀態(tài)時(shí)。這些組件被布置為這樣一種方式，使得它能夠在距離同軸電纜的中心金屬棒所在的錐形中心Ag/4(A『兩個(gè)錐形之 間導(dǎo)波長(zhǎng)度)'的位置產(chǎn)生一個(gè)短路電路，以產(chǎn)生最大耦合，并保證同軸電纜的 能量穿過(guò)至所述雙錐天線(xiàn)。這些改變?cè)瓤梢栽谀軌驅(qū)崿F(xiàn)電路短路將兩個(gè)錐 形體的接地線(xiàn)電連接在一起，由此而形同一個(gè)類(lèi)似反射元件的狀態(tài)，或者也可 以在一種狀態(tài)下使這些元件成為主導(dǎo)(director)元件。對(duì)這些多個(gè)元件的狀 態(tài)控制能夠?qū)臻g進(jìn)行分區(qū)。它們的數(shù)量也決定了所述系統(tǒng)能夠覆蓋的分區(qū)數(shù)前面所述構(gòu)造描述了四個(gè)分區(qū)，有利的是，這些分區(qū)的數(shù)量可以改變，根 據(jù)本發(fā)明， 一般實(shí)現(xiàn)8個(gè)，有利于進(jìn)一步調(diào)制天線(xiàn)輻射圖。而且，包括所述絕緣分區(qū)和傳導(dǎo)分區(qū)的傳導(dǎo)元件可有利地是一片塑料，在其上實(shí)現(xiàn)金屬化分區(qū)SCi。塑料主片可以通過(guò)夾子或釘子之類(lèi)的機(jī)械裝置，也可以用焊接方式來(lái)互連到電路上。錐形體之間的接地可以通過(guò)使用連接所述兩個(gè)元件CC1和Cc2的金屬棒Mi的方式來(lái)加以保證。因此，單個(gè)天線(xiàn)模塊中集成分區(qū)功能的可能性提供了一個(gè)非常必然的在空 間上的增益。從一個(gè)實(shí)現(xiàn)方面而言，采用塑料技術(shù)，提供了一種實(shí)現(xiàn)雙錐形或 盤(pán)錐形天線(xiàn)的方式，由于塑料材料的使用壽命和多功能性，而使塑料能被用來(lái) 作為一種支持能量傳播的材料，從而打開(kāi)了空間增益、重量以及與通信鏈的其 余部分容易互相連接方面等新前景。圖4a和4b所述的全方位天線(xiàn)實(shí)施例包括四個(gè)分區(qū)并被校至5GHz運(yùn)行 該天線(xiàn)包括一個(gè)以"金屬化塑料"技術(shù)制成的三維主片體，構(gòu)成"參考" 天線(xiàn)裝置支架，并在"傳統(tǒng)"結(jié)構(gòu)中加入雙塑料錐形體頭對(duì)尾定位，其具有中 心孔，能夠例如說(shuō)通過(guò)同軸電纜類(lèi)的通路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線(xiàn)供電。在該例子中，主 片體的高度為48mm，錐形體的半徑為20ram，運(yùn)行于5Ghz。在這個(gè)例子中，兩 個(gè)錐形體之間的間隔調(diào)整在4mm，這是個(gè)重要的優(yōu)化參數(shù)，這個(gè)開(kāi)口在天線(xiàn)電源系統(tǒng)中的作用是通過(guò)同軸電纜模式與雙錐形天線(xiàn)模式之間的耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該供電方法屬于三維類(lèi)型的供電系統(tǒng)構(gòu)造中的同軸電纜/槽線(xiàn)變換的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置。反射元件的存在，以及特別是對(duì)反射元件的控制，能輻射所述給定分區(qū)， 并以可選擇的方式輻射所述間隔，由于采用獨(dú)特的中心裝置。此處通過(guò)具有包括這種反射元件的四個(gè)絕緣分區(qū)的結(jié)構(gòu)，以及與這種天線(xiàn)類(lèi)型有關(guān)的呈現(xiàn)5GHz 輻射圖的圖5a、 5b和5c進(jìn)行描述。這些輻射圖在5a (三維視圖)，5b (方位 角平面(azimuth plane)視圖)以及5c (縱平面(elevation view)視圖)中顯 示。方向性(directivity)為4. 92dB， -3dB的束寬在縱向?yàn)?0°在方位角 平面為160° ，前向和后向比例小于-8dB。這個(gè)實(shí)現(xiàn)了的在5GHz運(yùn)行的結(jié)構(gòu)例子，由于反射而呈現(xiàn)如圖6所示的典 型的損耗。根據(jù)圖7所示的發(fā)明變化實(shí)例，該全方位天線(xiàn)的錐形體&的小直徑相對(duì)于電源同軸電纜的外筒尺寸xl，特別是相對(duì)于構(gòu)成同軸電纜外壁的空的圓筒區(qū)域來(lái)說(shuō)寬一些。特別在考慮到采用塑料材料片體時(shí)的模鑄限制，對(duì)于制作工藝的 簡(jiǎn)化來(lái)說(shuō)這種變化實(shí)例是有益的。根據(jù)本發(fā)明的一種變化實(shí)例，全方位天線(xiàn)包括的不再是前面所述的空心片 體，而是"實(shí)心"塑料構(gòu)成的片體，能夠以機(jī)械方式使所述天線(xiàn)被加固。圖8顯示了這種構(gòu)造。然后傳導(dǎo)元件Ccl和Cc2形成于所述塑料件P的內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)施例，所述天線(xiàn)為一個(gè)盤(pán)錐天線(xiàn)，由于其中一個(gè) 相對(duì)于第一傳導(dǎo)元件的傳導(dǎo)元件為平面而使之整體上尺寸減小。如圖9a和9b所示，該天線(xiàn)包括一個(gè)內(nèi)部金屬化的上部錐形體Ccl、 一個(gè)連接同軸電纜Lc的 反射接地平面PC2、以及在所述錐形體和所述反射接地平面之間的開(kāi)口 。根據(jù)圖10所示的本發(fā)明的一個(gè)變化實(shí)施例，所述傳導(dǎo)片包括一錐形區(qū)
域，含有諸如"Vivaldi"類(lèi)型天線(xiàn)會(huì)遇到的半球形，而因此由耦合于同軸激
勵(lì)線(xiàn)LC的兩個(gè)半球體Scl和Se2組成。
權(quán)利要求
1.一種寬帶全方位天線(xiàn)，包括至少一個(gè)第一傳導(dǎo)元件(Cc1)和一個(gè)第二傳導(dǎo)元件(Cc2)，圍繞一個(gè)共同旋轉(zhuǎn)軸(Ac)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，并設(shè)有中心開(kāi)口(O1，O2)，所述傳導(dǎo)元件彼此相對(duì)放置，其中所述傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)具有逐漸成錐形的區(qū)域，其特征在于其包括一個(gè)中心同軸激勵(lì)線(xiàn)(Lc)以及一位于所述兩個(gè)傳導(dǎo)元件之間的間隔(e)，從而實(shí)現(xiàn)所述同軸激勵(lì)線(xiàn)和傳導(dǎo)元件之間的三維無(wú)接觸轉(zhuǎn)換，以及在所述錐形區(qū)域內(nèi)的輻射圖改變?cè)?Ri)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于其中一個(gè)傳導(dǎo)元件為平面(Pc2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于其中至少 一個(gè)傳導(dǎo)元件為錐形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于所述錐形體的最小直徑(xc)比所述同軸激勵(lì)線(xiàn)的截面尺寸(xL)大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征 在于所述傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)為半球體(SC1， SC2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在 于所述改變?cè)軌驈膫鲗?dǎo)狀態(tài)切換至絕緣狀態(tài)的二極管或MEMS型元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在 于其中所述的傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)包括支撐所述改變?cè)妮椛浣^緣區(qū)
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于其中所述傳導(dǎo)元件中至少有一個(gè)為包括輻射絕緣分區(qū)的傳導(dǎo)元件，其是塑料制成的，并包含金屬部件(scl)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于其中所述改變?cè)芍苯佑≡谒霭饘俨糠值乃芰显系嫩E線(xiàn)(Pi)支撐。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征在于其還包括連接所述兩個(gè)傳導(dǎo)元件以保證接地的金屬棒(Mi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10任一權(quán)利要求所述的寬帶全方位天線(xiàn)，其特征 在于其還包括至少一個(gè)絕緣平面片體(P)，其中形成一個(gè)具有一個(gè)漸變錐 形區(qū)域的傳導(dǎo)元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬帶全方位天線(xiàn)，其包括至少一個(gè)第一傳導(dǎo)元件(C_c1)和至少一個(gè)第二傳導(dǎo)元件(C_c2)，圍繞一個(gè)共同旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)并設(shè)有開(kāi)口(O₁，O₂)，所述傳導(dǎo)元件彼此相對(duì)放置，并且其中至少有一個(gè)傳導(dǎo)元件具有一個(gè)逐漸張開(kāi)的區(qū)域。所述寬帶全方位天線(xiàn)包括一個(gè)位于所述傳導(dǎo)元件之間的間隔和一個(gè)中心同軸激勵(lì)線(xiàn)(Lc)，從而實(shí)現(xiàn)所述同軸激勵(lì)線(xiàn)與所述傳導(dǎo)元件之間的三維無(wú)接觸轉(zhuǎn)換；并包括二極管類(lèi)型的改變所述張開(kāi)區(qū)域內(nèi)的輻射圖的元件(Ri)，以便根據(jù)所述二極管的開(kāi)或關(guān)狀態(tài)來(lái)有選擇地輻射所述間隔。
文檔編號(hào)H01Q23/00GK101682115SQ200880020242
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者克里斯琴·珀森, 多米尼克·羅海因湯, 朱利安·特維納德, 科琳·尼古拉斯, 讓-菲利普·庫(kù)佩茲, 阿利·洛齊爾 申請(qǐng)人:湯姆遜許可公司