改進(jìn)型槽線天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的天線包括形成平面槽線天線的兩個(gè)天線元件。所述天線還包括在包圍所述天線元件的兩層上的吸收元件。所述吸收元件成形為部分地覆蓋所述天線元件并且部分地沒(méi)有覆蓋所述天線元件。而且，它們成形為抑制所述天線元件的至少一個(gè)雙極子模并且不抑制所述天線元件的槽線模。
【專利說(shuō)明】改進(jìn)型槽線天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型槽線天線。

【背景技術(shù)】
[0002]為了制造具有低生產(chǎn)成本的寬帶天線，通常采用傳統(tǒng)的Vivaldi天線。Vivaldi天線由電路板上的漸變槽線天線構(gòu)成。盡管常規(guī)的Vivaldi天線在信號(hào)頻率創(chuàng)造了具有雙極子輻射模的電短天線，但天線寬度W約比信號(hào)波長(zhǎng)的一半還短(W〈X/2)。在那些頻率，沒(méi)用的輻射頻率電流在饋送同軸線纜的外屏蔽部上流動(dòng)。因此，線纜提供了不均衡的饋送，并且也變成了天線部分。這使得輻射模式朝向類似雙極輻射模式轉(zhuǎn)變。例如，歐洲專利EP1425818B1示出了這樣一種Vivaldi天線。另外，電短天線在饋送部分具有典型的低反射率。
[0003]因此，本發(fā)明的目的是制造一種具有高方向輻射模式和低反射率的寬帶天線。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]上述目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征解決。從屬權(quán)利要求包含進(jìn)一步創(chuàng)新。
[0005]在本發(fā)明天線的第一個(gè)方面，所述天線包括形成平面槽線天線的兩個(gè)天線元件。所述天線還包括在包圍所述天線元件的兩層上的吸收元件。所述吸收元件成形為部分地覆蓋所述天線元件，部分地沒(méi)有覆蓋所述天線元件。而且，它們成形為抑制所述天線元件的至少一個(gè)雙極子模，且不抑制所述天線元件的槽線模。通過(guò)采用以上設(shè)置，可以獲得天線的高方向性和高帶寬。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，優(yōu)選地，在兩層上的吸收元件具有相同的形狀或至少幾乎相同的形狀。這導(dǎo)致所述天線的高度對(duì)稱輻射模式。
[0007]在本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件為漸縮的。這種設(shè)置可獲得所述天線的高帶寬，低反射率和期望的方向。
[0008]在本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件形成Vivaldi天線。因此可以達(dá)到高方向性和高帶寬。
[0009]在本發(fā)明的第五個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述吸收元件成形為覆蓋所述天線元件的外部且不覆蓋所述天線元件的內(nèi)部。由于低頻所激發(fā)的不希望的偶極子模的原因，電流在所述天線元件的外部流動(dòng)，至少，通過(guò)所述吸收元件而包圍所述天線元件的外側(cè)，至少使所述偶極子模能夠被抑制。對(duì)于期望的槽線模被發(fā)射的高頻，電流主要在所述天線元件的內(nèi)部流動(dòng)，因而將不會(huì)被抑制。因此，吸收元件不設(shè)置在那里。
[0010]在本發(fā)明的第六個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述吸收元件成形為覆蓋所述天線元件的外部。所述電路板和所述吸收元件均擴(kuò)展超過(guò)所述天線元件的這些外部。可以這樣做，這是因?yàn)橐缘皖l在所述天線元件的外側(cè)流動(dòng)的電流所形成的電場(chǎng)區(qū)擴(kuò)展超過(guò)所述天線元件所覆蓋的區(qū)域。通過(guò)在超過(guò)所述天線元件的外部的這些區(qū)域中放置由所述電路板支撐的吸收元件，這些電場(chǎng)能夠被抑制。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件也由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述吸收元件位于所述電路板的金屬化層側(cè)和所述電路板的非金屬化層側(cè)。不僅在所述電路板的金屬化層側(cè)，還在所述電路板的非金屬化層側(cè)，通過(guò)抑制所述電場(chǎng)區(qū)，所述天線的方向性和帶寬可以得到進(jìn)一步提高。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件也由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述金屬化層被保護(hù)層大部分地覆蓋。盡管所述保護(hù)層在饋線連接區(qū)被中斷。所述饋線連接區(qū)設(shè)置在兩個(gè)天線元件之間的最窄點(diǎn)。通過(guò)覆蓋大部分表面區(qū)域，所述天線被完美地保護(hù)。通過(guò)留出沒(méi)有被覆蓋的饋線連接區(qū)，在兩個(gè)天線元件之間具有最低距離的尤其是敏感區(qū)域，輻射頻率影響達(dá)到最小。
[0013]根據(jù)第九個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件也由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述天線包括連接器，其用于連接外部線路。而且，還包括連接到所述連接器和所述天線元件的饋線，以將信號(hào)從所述外部線路饋送到所述天線元件。這種情況下，所述饋線優(yōu)選為形成阻抗變壓器，用于將同軸饋線的阻抗轉(zhuǎn)換為天線阻抗。例如，可以采用窄細(xì)的饋線。如果天線阻抗不同于線阻抗，那么會(huì)獲得最優(yōu)的能量轉(zhuǎn)換。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第十個(gè)優(yōu)選方面，所述天線元件也由電路板上的金屬化層構(gòu)成。所述天線元件包括輻射邊緣。所述電路板的形狀大致跟隨所述輻射邊緣的形狀，并稍微擴(kuò)展超過(guò)所述輻射邊緣。因此，天線元件被所述電路板完美地支撐。多余電路板區(qū)域引起的不利影響被阻止，可以減少天線內(nèi)的散射。通過(guò)在各天線元件之間以槽形式剪切電路板，可以提高周圍空氣中的信號(hào)能量與所述電路板中的信號(hào)能量之比。因此，傳輸線介質(zhì)變得更加均勻，且散射效應(yīng)被減小。這會(huì)防止方向衰減，尤其是在頻率范圍的更高處。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)優(yōu)選方面，天線系統(tǒng)包括兩個(gè)前述的天線。所述兩個(gè)天線沿著它們的天線元件之間的對(duì)稱軸垂直交叉安裝。所述兩個(gè)平面天線元件構(gòu)成了三維天線系統(tǒng)。當(dāng)只使用前述的一個(gè)天線時(shí)，可以獲得發(fā)射信號(hào)的線性極化。通過(guò)使用此處所描述的天線系統(tǒng)，能夠獲得任意極性的電磁輻射或兩個(gè)正交線性極化。可選擇地，通過(guò)在兩個(gè)天線信號(hào)之間增加90°相位，能夠達(dá)到圓極化發(fā)射信號(hào)。
[0016]根據(jù)第十二個(gè)優(yōu)選方面，所述天線系統(tǒng)包括垂直于所述天線安裝在所述天線的非輻射側(cè)上的基板以及被安裝在所述基板上的吸收元件，優(yōu)選地，以朝向天線的輻射側(cè)的方向擴(kuò)展。因此，可以防止兩個(gè)天線之間不希望的交叉影響和來(lái)自基板的反射。
[0017]在優(yōu)選的第十三個(gè)方面，天線包括形成平面槽線天線的兩個(gè)天線元件。所述天線元件由電路板上的金屬化層構(gòu)成。在該情況下，所述天線元件包括輻射邊緣。所述電路板的形狀跟隨所述輻射邊緣的形狀，并稍微擴(kuò)展超過(guò)所述輻射邊緣。如前面所述，通過(guò)減少信號(hào)散射，可以達(dá)到高方向性。
[0018]在本發(fā)明的第十四個(gè)優(yōu)選方面，提供一種用于測(cè)量無(wú)線設(shè)備的輻射的測(cè)試室，包括封住電磁輻射的廂體和前述天線或天線系統(tǒng)。待測(cè)試的設(shè)備放置在所述測(cè)試室內(nèi)，并且很容易地被測(cè)量。由于本發(fā)明中的天線和天線系統(tǒng)只要求小空間，所以所述測(cè)試室具有小尺寸。
[0019]引入吸收元件的動(dòng)機(jī)在于，有利地抑制除了槽線模以外的所有其它模。在天線寬度W或天線長(zhǎng)度L比λ /2稍長(zhǎng)的頻率，沿著天線的金屬邊緣，可以激起一些潛在的電磁模。吸收元件也將抑制這些模。結(jié)果會(huì)獲得寬的帶寬，高方向性和低反射率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]結(jié)合對(duì)附圖的具體描述將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其它技術(shù)特征，現(xiàn)在，結(jié)合相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例做進(jìn)一步解釋，其中，
[0021]圖1表示本發(fā)明天線的第一實(shí)施例的正視圖和后視圖，其隱藏了吸收元件；
[0022]圖2表示本發(fā)明天線的第一實(shí)施例的正視圖和后視圖的第二示意圖；
[0023]圖3表示采用本發(fā)明天線獲得的電壓駐波比(VSWR)曲線；
[0024]圖4表示采用本發(fā)明的不帶切口的天線所獲得的絕對(duì)增益曲線；
[0025]圖5表示采用本發(fā)明天線所獲得的交叉極化比(XPR)曲線；
[0026]圖6表示本發(fā)明天線的第二實(shí)施例的正視圖和后視圖，其隱藏了吸收元件；
[0027]圖7表示采用本明的帶有切口的天線所獲得的絕對(duì)增益曲線；
[0028]圖8表示本發(fā)明天線的第三實(shí)施例；
[0029]圖9表示在天線系統(tǒng)中本發(fā)明天線的第四實(shí)施例的正視圖和后視圖；
[0030]圖10表示本發(fā)明的測(cè)試室的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0031]首先，根據(jù)圖1-2，介紹本發(fā)明天線的第一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)和功能。然后圖3-5示出了采用本發(fā)明天線的實(shí)施例所獲得的測(cè)試結(jié)果。再通過(guò)圖6-9具體描述本發(fā)明天線的其它實(shí)施例。最后，根據(jù)圖10，描述本發(fā)明測(cè)試室的實(shí)施例。相似部件和附圖標(biāo)記已在不同的附圖中被部分省略。
[0032]第一實(shí)施例
[0033]圖1所示為本發(fā)明天線的第一實(shí)施例。在圖1中，為了清楚和理解的目的，并未示出天線的所有部件。在圖2中，示出了天線的所有部件。在圖1的左側(cè)，示出了天線I的正視圖。在右側(cè)，示出了天線I的后視圖。
[0034]天線I包括電路板10和在電路板10的正面形成為金屬化層11的兩個(gè)天線元件12，13。這兩個(gè)天線元件12，13沒(méi)有電連接。天線元件13直接連接到連接器17，而天線元件12則通過(guò)電線19和饋線18連接到連接器17。例如，連接器17為同軸連接器。在這種情況下，天線元件13連接到同軸連接器的屏蔽部，而天線元件12則連接到同軸連接器17的中心線上。
[0035]天線元件12，13對(duì)稱設(shè)置在電路板10的正面。電路板10從對(duì)稱軸向外擴(kuò)展超過(guò)天線元件12，13的范圍。而且，天線元件12，13在它們的外邊緣關(guān)于對(duì)稱軸設(shè)有凹口 14，15。
[0036]在圖2中，示出了包括所有相關(guān)部件的圖1中的天線。在對(duì)圖2的描述中，部分省略了相同的部件。吸收元件20，21，22和23設(shè)置在包圍天線元件12，13的兩層上。吸收元件20，21，22，和23設(shè)置在電路板10的正面和后面。吸收元件20-23優(yōu)選為介電常數(shù)εΓ在10和100之間的泡沫材料。
[0037]吸收元件20，21和吸收元件22，23之間的距離Cl1優(yōu)選在20mm至10mm之間，最優(yōu)選為約60mm。而且Cl1處于天線的整個(gè)寬度的30%至70%的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，(I1為整個(gè)天線的寬度的50%。
[0038]天線的整個(gè)寬度W在50mm至200mm之間，優(yōu)選為在80mm至140mm之間，最優(yōu)選為約 120mm。
[0039]吸收元件20-23基本上關(guān)于電路板10和關(guān)于天線元件12，13的對(duì)稱軸對(duì)稱。
[0040]在天線元件的上面和下面，吸收元件20-23設(shè)置在電路板10的外側(cè)35。外側(cè)35相對(duì)于天線元件12，13的中心對(duì)稱軸更為靠外。吸收元件20-23的外側(cè)吸收元件區(qū)域110相對(duì)于中心對(duì)稱軸比天線元件12，13更向外擴(kuò)展。
[0041]相對(duì)于天線元件12，13的中心對(duì)稱軸，內(nèi)側(cè)34沒(méi)有被吸收元件20-23覆蓋。而且，吸收元件20-23相對(duì)于天線元件12，13的發(fā)射邊緣形成凹口 33。另外，吸收元件20-23在外側(cè)35形成凹口 24，25，28，29。優(yōu)選地，這些凹口 24，25，28，29可以被用來(lái)安裝天線。另夕卜，吸收元件20-23在天線I的非發(fā)射側(cè)形成凹口 26，27，30，31。這些凹口 26，27，30，31也可以被用于安裝天線I。
[0042]在圖1中所示的金屬化層11大部分地被保護(hù)層覆蓋。因此，該保護(hù)層直接設(shè)置在沒(méi)有形成天線元件12，13的電路板10上以及形成有天線元件12，13的天線元件12，13上。所述保護(hù)層優(yōu)選設(shè)置在電路板的頂面和底面。在饋線連接區(qū)域39附近，在保護(hù)層內(nèi)形成有凹口 32。這樣做，是為了使保護(hù)層不會(huì)影響天線的無(wú)線電頻率性能，尤其是在天線的敏感區(qū)，在那里天線元件12，13具有最小的間距。保護(hù)層內(nèi)部的凹口 32朝向天線的發(fā)射側(cè)擴(kuò)展直到天線元件12,13之間的距離達(dá)到d2。優(yōu)選地，d2在2mm至8mm之間，最優(yōu)選為5mm。
[0043]在圖3中，示出了本發(fā)明天線的示例的性能。不同天線類型的VSWR(電壓駐波比)通過(guò)頻率展示出來(lái)。曲線40和曲線41示出了示例性常規(guī)天線。曲線42所示為本發(fā)明天線的示例性實(shí)施例。可以很清楚地看到，本發(fā)明天線的性能是最優(yōu)的。
[0044]而且，在圖4中，通過(guò)頻率示出了不同天線類型的絕對(duì)增益。曲線50所示為本發(fā)明天線的性能，而曲線51-54所示為常規(guī)寬帶天線的性能?？梢郧宄乜吹?，本發(fā)明的天線是非常優(yōu)越的。
[0045]而且，在圖5中，示出了不同天線類型的交叉極化比。曲線60所示為本發(fā)明天線的示例性實(shí)施例的交叉極化比XPR，而曲線61和62所示為常規(guī)寬帶天線的交叉極化。同樣，從此處可以看出本發(fā)明的天線是最優(yōu)的。
[0046]第二實(shí)施例
[0047]在圖6中，示出了本發(fā)明天線的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，天線2不必包括吸收元件。此處，天線2的電路板70在天線2的發(fā)射側(cè)還包括凹口 72。電路板70的形狀跟隨天線元件的發(fā)射邊緣71的形狀。電路板70擴(kuò)展超過(guò)天線元件的形狀而稍微進(jìn)入天線的發(fā)射方向。在天線元件的發(fā)射邊緣，天線元件內(nèi)流動(dòng)的電流會(huì)在周圍空氣和電路板絕緣體中沿著天線元件的發(fā)射邊緣產(chǎn)生電磁場(chǎng)。這兩種介質(zhì)具有產(chǎn)生散射效應(yīng)的不同電容率。切口72可以減少該散射并提聞福射方向性。
[0048]而且，在圖7中，示出了圖6所示的實(shí)施例的絕對(duì)增益111。在12GHz以上，增益沒(méi)有像圖4所示的沒(méi)有切口 72的天線那樣衰減。
[0049]可選擇地，圖1和圖2和圖6所示的實(shí)施例的技術(shù)特征可以組合。因此，圖2所示的吸收元件20-23可以設(shè)置在圖6所示的電路板70上。在這種組合的實(shí)施例中，可以獲得高方向性和高帶寬。
[0050]第三實(shí)施例
[0051]在圖8中，示出了本發(fā)明天線83的第三個(gè)實(shí)施例。天線83是天線系統(tǒng)3的一部分，天線系統(tǒng)3包括天線83，基板80 (天線83垂直安裝在基板80上)，安裝在基板80上的吸收座81，和安裝在吸收座81上的多個(gè)吸收元件。吸收元件82從天線的非發(fā)射側(cè)朝向天線83的發(fā)射側(cè)擴(kuò)展，并平行于天線而安裝。優(yōu)選地，吸收元件比天線83稍短。天線83為根據(jù)本發(fā)明天線的前述其中一個(gè)實(shí)施例的天線。
[0052]第四實(shí)施例
[0053]在圖9中，示出了本發(fā)明天線系統(tǒng)4的實(shí)施例。兩個(gè)天線93和94垂直設(shè)置。它們?cè)谔炀€元件所限定的中心對(duì)稱軸處相交。天線93，94安裝在基板90上，基板90上還安裝有吸收座91和吸收元件92。在圖9的左側(cè)，示出了天線93，94和吸收座91和吸收元件92。為達(dá)清楚目的，在圖9的右側(cè)，僅示出了天線93，94和基板90本身。
[0054]第五實(shí)施例
[0055]最后，在圖10中，示出了本發(fā)明測(cè)試室5的實(shí)施例。測(cè)試室5包括能夠封住電磁福射的廂體101,和至少一個(gè)天線100或根據(jù)其中一個(gè)前述實(shí)施例的天線系統(tǒng)。天線100或天線系統(tǒng)安裝在廂體101的內(nèi)表面上。被測(cè)設(shè)備102放置在廂體101內(nèi)。廂體101的內(nèi)表面完全被吸收元件覆蓋。為達(dá)清楚目的，此處僅顯示了這些吸收元件的一部分。
[0056]本發(fā)明不限于本文所述的例子。以上討論的本發(fā)明不僅可以應(yīng)用在發(fā)射天線上，也可以應(yīng)用在接收天線上。在測(cè)試室外部使用也是可能的，例如在基站等等。這些示例性實(shí)施例的特征可以任意組合使用。
[0057]現(xiàn)在，已經(jīng)描述了本發(fā)明的少量實(shí)施例、其一些修改或變形，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，上述內(nèi)容僅是示例性的并非限定性的，它們僅以示例方式給出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可提出多種修改和其它實(shí)施例，這均在所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種天線，包括形成平面槽線天線的兩個(gè)天線元件， 其中，所述天線包括在包圍平面槽線天線的層的兩層上的吸收元件，所述吸收元件成形為 -部分地覆蓋所述天線元件， -部分地沒(méi)有覆蓋所述天線元件， -抑制所述天線元件的至少一個(gè)雙極子模，并且 -不抑制所述天線元件的槽線模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，在兩層上的吸收元件具有相同或幾乎相同的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件為漸縮的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件形成Vivaldi天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述吸收元件成形為覆蓋所述天線元件的外部，并且 所述吸收元件成形為不覆蓋所述天線元件的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述吸收元件成形為覆蓋所述天線元件的外部，并且 其中，所述電路板和所述吸收元件擴(kuò)展超過(guò)所述天線元件的外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述吸收元件位于所述電路板的金屬化層側(cè)和所述電路板的非金屬化層側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述金屬化層被保護(hù)層大部分地覆蓋，并且 其中，所述保護(hù)層在饋線連接區(qū)被中斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述天線包括用于連接外部線路的連接器，并且 其中，所述天線包括連接到所述連接器和所述天線元件的饋線，以將信號(hào)從所述外部線路饋送到所述天線元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中所述天線包括用于連接外部線路的連接器， 其中，所述天線包括連接到所述連接器和所述天線元件的饋線，以將信號(hào)從所述外部線路饋送到所述天線元件，并且 其中，所述饋線形成阻抗變壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述天線元件包括輻射邊緣， 其中，所述電路板的形狀大體上跟隨所述輻射邊緣的形狀，并擴(kuò)展超過(guò)所述輻射邊緣。
12.—種天線系統(tǒng)，包括兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述天線沿著它們的天線元件之間的對(duì)稱軸垂直交叉安裝。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線系統(tǒng)，包括垂直于所述天線安裝在所述天線的非輻射側(cè)上的基板，并包括被安裝在所述基板上的吸收元件。
14.一種天線，包括形成平面槽線天線的兩個(gè)天線元件， 其中，所述天線元件由電路板上的金屬化層形成， 其中，所述天線元件包括輻射邊緣， 其中，所述電路板的形狀跟隨所述輻射邊緣的形狀，并擴(kuò)展超過(guò)所述輻射邊緣。
15.一種天線系統(tǒng)，包括兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其中，所述天線沿它們的天線元件之間的對(duì)稱軸垂直交叉安裝。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的天線系統(tǒng)，包括垂直于所述天線安裝在所述天線的非輻射側(cè)上的基板，并包括被安裝在所述基板上的吸收元件。
17.一種用于測(cè)量無(wú)線設(shè)備的輻射的測(cè)試室，包括封住電磁輻射的廂體和根據(jù)權(quán)利要求I至11或14或15中任一項(xiàng)所述的天線或根據(jù)權(quán)利要求12或13或15或16中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H01Q17/00GK104347948SQ201410374524
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】亞當(dāng)·坦基倫 申請(qǐng)人:羅德施瓦茲兩合股份有限公司