專利名稱：低交叉極化寬帶懸掛式平板天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及平面天線(planar antennas)，特別涉及寬帶懸掛式平板天線。
背景在設(shè)計用于無線通信系統(tǒng)中的平面天線時，典型目的是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的性能，并具有小結(jié)構(gòu)剖面、低制造成本、易于制造，而且易于與其他通信器件集成。然而，傳統(tǒng)平面天線如微帶接線天線(microstrip patchantenna)和基礎(chǔ)類型的平面倒L或F天線(ILA或IFA)，具有固有的窄阻抗帶寬，其典型地具有若干百分?jǐn)?shù)的測量值。這一缺陷不利地影響這些傳統(tǒng)平面天線在寬帶應(yīng)用中的使用。因此，已經(jīng)提出許多減輕窄阻抗帶寬問題的技術(shù)。
對于微帶接線天線，方案典型地包括添加寄生單元，使用電學(xué)厚襯底，或者采用匹配網(wǎng)絡(luò)。對于平面ILAs或IFAs，方案典型地包括使用平面輻射器(planar radiator)和/或裝載具有高介電常數(shù)材料的平面天線來取代線式輻射器(wire radiator)。
提出的減輕窄阻抗帶寬問題的技術(shù)也存在缺陷。將寄生元件垂直地或橫向地添加到微帶接線天線上會增加這種平面天線的尺寸、成本以及制造復(fù)雜性。在微帶接線天線中使用電學(xué)厚襯底會增加制造成本，并由于增加的表面波和介電損失而降低這種平面天線的輻射效率。向微帶接線天線引入匹配網(wǎng)絡(luò)降低了輻射效率，并使這些平面天線的設(shè)計和制造變得復(fù)雜。ILAs或IFAs通常具有低的極化純度，因此不適用于需要純凈極化波的應(yīng)用中，例如在極化分集應(yīng)用中。裝載具有高介電常數(shù)材料的平面ILAs或IFAs則尺寸大，制造成本高。
在許多論文中，為了進(jìn)一步提高這種平面天線的阻抗帶寬而提出一種懸掛式平板天線。論文包括《Electronics Letters》，1995年第31卷，第1310-1312頁，I.Huynh和K.F.Lee的“單層單接線寬頻帶微帶天線(single-layer single patch wideband microstrip antenna)”；《IEEE Trans.Antennas and Propagat.》1998年第46卷，第471-473頁，N.Herscovici的“寬頻帶單層接線天線”；以及《Electronics Letters》1998年第34卷，第1442-1443頁，K.M.Luk，C.L. Mak，Y.L.Chow，和K.F.Lee的“寬帶微帶天線”。所提出的懸掛式平板天線安置在接地平面(ground plane)之上大約0.1倍工作波長的高度處。多種匹配技術(shù)被引入這些平面天線以在寬帶應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)良好的匹配情況。對于電壓駐波比(voltage standing wave ratio(VSWR))為2∶1的信號而言，改進(jìn)的阻抗帶寬典型地具有從10％到40％的測量范圍。
表1中，將涉及三種傳統(tǒng)低矮平面天線的臨界性能的測量值列成表格進(jìn)行比較。懸掛式平板天線顯示出更適合寬帶應(yīng)用。
表1比較低矮傳統(tǒng)平面天線的臨界性能測量值所提出的懸掛式平板天線大大地緩解了窄阻抗帶寬問題，因?yàn)槎喾N匹配技術(shù)已經(jīng)用于實(shí)現(xiàn)這種平面天線良好的匹配情況，因此通常由探針型(probe-type)饋源來饋送。然而，不希望的較高階模和不對稱的饋送方案導(dǎo)致這些平面天線的輻射性能嚴(yán)重下降。高交叉極化電平和變形的輻射圖很大程度上限制了懸掛式平板天線的實(shí)際應(yīng)用，所述實(shí)際應(yīng)用需要高極化純度的平面天線，如陣列和極化分集設(shè)計。例如雙極化基站通常需要高極化純度的平面天線。因此，這一缺陷嚴(yán)重地限制了寬帶懸掛式平板天線的實(shí)際應(yīng)用范圍。
因此，提出了用于補(bǔ)償退化的輻射性能的技術(shù)。許多論文(2000年10月，法國，巴黎，第30屆歐洲微波會議(30thEuropean MicrowaveConference)，第2卷第182-185頁，Z.N.Chen和M.Y.W.Chia的“寬帶探針饋源平板天線”；2000年7月，猶他州，鹽湖城，IEEE Antennasand Propagat.Symp.會刊，第2卷，第640-643頁，Z.N.Chen和M.Y.W.Chia的“寬帶矩形槽平板天線”)提出用Ω形槽或窄切口代替這種平面天線中的U形槽。與帶有U形或大縱橫比的槽的懸掛式平板天線相比，帶有Ω形槽或窄切口的懸掛式平板天線具有較低的交叉極化電平。這是因?yàn)檫@些槽對平板輻射器(plate radiator)上電流分布的影響降低，并且導(dǎo)致較高階模被抑制到某一等級。然而，由于較高階模未得到完全抑制，并且平板輻射器仍然被不對稱地饋送，因此，盡管與帶有U形槽的懸掛式平板天線相比，帶有Ω形槽的懸掛式平板天線的交叉極化電平已經(jīng)降低了大約2dB，但是這些電平仍然很高。
在其他論文中(1987年《Electronics Letters》第23卷第606-607頁，P.S.Hall的“在厚微帶接線中的探針補(bǔ)償”；以及1999年《Electronics Letters》第35卷第355-357頁，A.Petosa，A.Ittipiboon和N.Gagnon的“在寬頻帶探針饋源微帶接線中多余探針輻射的抑制”)，提出在這些平面天線上使用雙饋送結(jié)構(gòu)，以減緩這些平面天線的輻射性能的嚴(yán)重退化。一對具有180°相移的探針關(guān)于輻射器的中線對稱放置。相移180°的要求導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的饋送網(wǎng)絡(luò)，這是因?yàn)橐O(shè)計這樣一種寬帶移相器很困難。此外，這一方案導(dǎo)致僅僅降低H平面內(nèi)的交叉極化電平。
因此需要一種具有饋送結(jié)構(gòu)的寬帶懸掛式平板天線及對應(yīng)方法，其可降低H平面內(nèi)的交叉極化電平，并減輕E平面內(nèi)輻射圖的變形。
概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種適合寬帶應(yīng)用的懸掛式平板天線。該天線包括平板輻射器(plate radiator)，在平板輻射器中切割出的槽，以及基本上平衡的饋送結(jié)構(gòu)，該饋送結(jié)構(gòu)關(guān)于平板輻射器的至少一條中線對稱地饋送平板輻射器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種適合寬帶應(yīng)用的懸掛式平板天線的饋送方法。該方法包括以下步驟提供平板輻射器，提供在平板輻射器中切割出的槽，以及使用基本上平衡的饋送結(jié)構(gòu)，該饋送結(jié)構(gòu)相對于并接近于平板輻射器的中心對稱地饋送平板輻射器。
附圖簡述下面參考


本發(fā)明的各個具體實(shí)施方式
，其中
圖1a、圖1b和圖1c分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖、側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有一對結(jié)構(gòu)對稱的微帶線作為平衡饋送結(jié)構(gòu)；圖2a、圖2b和圖2c分別是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖、側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有一對接近的平行導(dǎo)線作為平衡饋送結(jié)構(gòu)，圖2d示出該饋送結(jié)構(gòu)放大的正視圖；圖3a、圖3b和圖3c分別是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖、側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有一對非結(jié)構(gòu)對稱的微帶線作為平衡饋送結(jié)構(gòu)，圖3d和3e分別示出該饋送結(jié)構(gòu)放大的右視圖和左視圖；圖4a、圖4b和圖4c分別是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖、側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有共面波導(dǎo)(CPW)式結(jié)構(gòu)作為平衡饋送結(jié)構(gòu)，圖4d和圖4e分別示出該饋送結(jié)構(gòu)放大的右視圖和左視圖；圖5a、圖5b和圖5c分別是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖、側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有平行雙導(dǎo)線系統(tǒng)作為平衡饋送結(jié)構(gòu)；圖6a，6b，和6c分別是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的懸掛式平板天線的前視圖，側(cè)視圖和俯視圖，該懸掛式平板天線具有一對倒-L饋送帶作為平衡饋送結(jié)構(gòu)；以及圖7a和7b表示出圖1至6所示任何懸掛式平板天線的平板輻射器的表面上感應(yīng)電流的分布。
詳細(xì)說明下面說明具有饋送結(jié)構(gòu)的寬帶懸掛式平板天線及對應(yīng)方法，其能夠降低H平面內(nèi)的高交叉極化電平，并減輕E平面內(nèi)輻射圖的變形。
隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對于小型、具有低制造成本而提供高性能的天線的需求增大。為了提供具有移動性的無線通信設(shè)備，并考慮到無線通信基站天線的分區(qū)情況，特別需要緊密的(compact)天線。由制造簡便以及與天線相關(guān)的便宜材料的使用所導(dǎo)致的低成本通常吸引并從而促進(jìn)這些天線的工業(yè)應(yīng)用。高性能導(dǎo)致寬的阻抗帶寬和穩(wěn)定的輻射特性，同時具有穿過良好匹配的阻抗通帶的低交叉極化電平，使得天線可滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的需求。因此，大量努力投入到緊密寬帶天線的發(fā)展中。
作為這種發(fā)展進(jìn)程的一部分，提出懸掛式平板天線或微帶接線天線，它們通過平衡饋送結(jié)構(gòu)在平板輻射器中心關(guān)于平板輻射器中線被對稱地饋送。在平衡饋送結(jié)構(gòu)中，用一對端口(port)向平板輻射器饋送等量異相(相移180度)電流。各個天線的合成輻射性能在寬的良好匹配的通帶中得以提高。
因此提供根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的具有饋送結(jié)構(gòu)的懸掛式平板天線結(jié)構(gòu)，以改善在寬的良好匹配的阻抗通帶中退化的輻射性能。更具體地說，具有電學(xué)細(xì)的槽的懸掛式平板天線，通過平衡饋送結(jié)構(gòu)而在狹縫附近的平板輻射器中心處被對稱地饋送，所述電學(xué)細(xì)的槽關(guān)于天線的平板輻射器中線對稱地切割出來。
圖1a、圖1b和圖1c示出具有平板輻射器以及帶四個端口的饋送結(jié)構(gòu)的懸掛式平板天線，其中饋送結(jié)構(gòu)饋送平板輻射器穿過在平板輻射器中心切割出的槽。這樣的懸掛式平板天線不同于具有不對稱和平衡饋送結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)平面天線，例如微帶接線天線，這是因?yàn)橛闷胶怵佀徒Y(jié)構(gòu)在平板輻射器中心處對稱地饋送平板輻射器。分別如圖2a到圖6c所示使用其他平衡或基本平衡的饋送結(jié)構(gòu)，如一對薄導(dǎo)線(thinwire)，一對微帶線，CPW式饋送線，平衡饋送探針，或一對倒-L饋送帶(feeding strip)。利用這些饋送結(jié)構(gòu)和方法，在良好匹配通帶內(nèi)較高工作頻率下的感應(yīng)交叉極化電流的分布在E平面和H平面內(nèi)、不僅在視軸方向且?guī)缀踉谒蟹较蛑袑ΨQ且反相(anti-phase)。此外，因?yàn)楦袘?yīng)交叉極化電流主要存在于槽附近，因此由較高階模產(chǎn)生的不需要的輻射受到充分消除。因此，在寬的良好匹配阻抗帶中得到H平面內(nèi)的低交叉極化電平，典型地小于-20dB的測量值，以及E平面內(nèi)改善的輻射圖。
有許多附帶優(yōu)點(diǎn)與下文所述本發(fā)明各個實(shí)施例相關(guān)。例如，提供了一種饋送結(jié)構(gòu)設(shè)計方案?；趯拵覓焓狡桨逄炀€退化中的輻射性能這一條件，提供了一種饋送結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，用以改善懸掛式平板天線在寬的良好匹配阻抗帶中退化的輻射性能。利用這一方案，通過改善較高階模導(dǎo)致的感應(yīng)電流分布而使主要由較高階模引起的不需要的輻射得到有效抑制。因此該設(shè)計方案有用且有助于開發(fā)改善寬帶懸掛式平板天線的輻射性能的新技術(shù)。
作為另一實(shí)施例，提供了一種懸掛式平板天線的饋送方法。根據(jù)前述設(shè)計方案，提供饋送方法以改善懸掛式平板天線在寬的阻抗通帶中的輻射性能，其中僅使用一個具有簡單饋送網(wǎng)絡(luò)的平衡或平衡式饋送結(jié)構(gòu)。所述饋送方法不僅大大簡化懸掛式平板天線的饋送網(wǎng)絡(luò)，而且容易制造，并且降低懸掛式平板天線的制造成本。
作為進(jìn)一步的實(shí)施例，對于根據(jù)本發(fā)明各個實(shí)施例的懸掛式平板天線可以實(shí)現(xiàn)較好的輻射性能。使用所述饋送方法，通過將饋送點(diǎn)置于平板輻射器的中線或相對于該中線對稱，使懸掛式平板天線的輻射性能在寬的阻抗通帶中得以進(jìn)一步提高。以這種方式，可更有效地消除平板輻射器處的畸變電流所引起的不需要的輻射，該畸變電流是較高階模或非對稱饋送結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的結(jié)果。
由傳統(tǒng)雙饋送系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的饋送結(jié)構(gòu)來饋送的寬帶懸掛式平板天線的性能測量值和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在表2中進(jìn)行比較。表2中提供的信息表明，配備本發(fā)明實(shí)施例的饋送結(jié)構(gòu)的寬帶懸掛式平板天線在工業(yè)實(shí)用性方面更具吸引力。
表2改善寬帶懸掛式平板天線的輻射性能的饋送系統(tǒng)方案的比較本發(fā)明的實(shí)施例涉及一類以簡單饋送結(jié)構(gòu)饋送的懸掛式平板天線，在下文參考附圖1至6更加詳細(xì)地說明。以各種饋送結(jié)構(gòu)饋送懸掛式平板天線的方法也在下文更詳細(xì)地說明，該方法導(dǎo)致在寬的良好匹配的阻抗通帶中實(shí)現(xiàn)低交叉極化電平的工作特性。
所述各種饋送結(jié)構(gòu)及對應(yīng)方法是基于懸掛式平板天線退化的輻射特性這一條件的，其中開發(fā)了多種技術(shù)以通過對稱和平衡的方式來饋送平板輻射器，從而使懸掛式平板天線的平板輻射器中異相的交叉極化感應(yīng)電流對稱，所述交叉極化感應(yīng)電流是因較高階模的產(chǎn)生而引起的，較高階模使輻射性能降低。這是因?yàn)樵趯挼牧己闷ヅ涞淖杩雇◣е校琀平面內(nèi)的高交叉極化電平和E平面內(nèi)嚴(yán)重變形的輻射圖主要是由不希望有的較高階模和/或平板輻射器中感應(yīng)電流的非對稱分布的激勵引起的。
如圖1至6所示的懸掛式平板天線的平板輻射器中感應(yīng)電流的分布，以及這些實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)參考附圖7a和7b更詳細(xì)地說明。如圖7a所示，通過在懸掛式平板天線的平板輻射器702中切割窄矩形槽708，并在具有饋送點(diǎn)1和2的饋送結(jié)構(gòu)中心饋送平板輻射器702，實(shí)現(xiàn)平板輻射器702中感應(yīng)電流的分布，其中窄矩形槽708關(guān)于平板輻射器702的兩條中線對稱，也就是關(guān)于A-A’和B-B’線對稱。饋送點(diǎn)1和2沿中線B-B’設(shè)置，并關(guān)于中線A-A’對稱。
在操作過程中，在饋送點(diǎn)1和2或其附近的電流的激發(fā)圖形(excitation pattern)相等，但是異相(相移180度)，并且共極化和交叉極化電流均被激發(fā)。共極化電流沿線B-B’存在，并促使共極化輻射，而交叉極化電流沿A-A’存在，并促使交叉極化輻射。感應(yīng)電流分布則關(guān)于中線A-A’和B-B’對稱。感應(yīng)電流的交叉極化分量(Ilu，Ilb，Iru和Irb)具有相等幅值且主要產(chǎn)生于窄矩形槽708附近。因此，來自交叉極化分量Ilu、Ilb、Iru和Irb的不需要的輻射可以在所有方向上抵消。改善的輻射相當(dāng)于來自于在圖7b所示沒有慢的平板輻射器上理想電流分布的輻射，其中僅激發(fā)共極化電流。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的矩形懸掛式平板天線的前、側(cè)、俯視圖分別示于圖1a、1b和1c。高傳導(dǎo)和電學(xué)薄的矩形平板輻射器102平行于接地平面104，與之距離大約為矩形平板天線的工作波長的0.1倍，用以擴(kuò)大阻抗帶寬。由于平板輻射器102和接地平面104之間的間隔大，因此使用探針型饋送結(jié)構(gòu)106。電學(xué)窄矩形槽108優(yōu)選地在平板輻射器102的中央切割，其中矩形槽108關(guān)于矩形平板輻射器102的長邊中點(diǎn)的連接線縱向?qū)ΨQ，并關(guān)于矩形平板輻射器102的短邊中點(diǎn)的連接線橫向?qū)ΨQ。平板輻射器可完全或部分地由電學(xué)薄或厚的空氣、泡沫、或任何其他不定尺寸或有限定尺寸的介質(zhì)材料支撐，這些材料插入到平板輻射器102和接地平面104之間的間隔中。
可以采用平板輻射器102的各種變化方案。例如，平板輻射器102可以是三角形、梯形、圓形、或蝴蝶結(jié)形(bow-tie-like)，或者是這些形狀的任何變形以代替矩形。平板輻射器102也可以被開槽口或在平板輻射器102中心切割出多個槽而不是只有單個槽。平板輻射器102也可以是單層、單元件，或疊層式結(jié)構(gòu)(stacked configuration)，或包括垂直或水平寄生單元。
為簡潔起見，僅詳細(xì)說明平板輻射器102和接地平面104的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明第二至第六實(shí)施例的平板輻射器202、302、402、502和602以及接地平面204、304、404、504和604的結(jié)構(gòu)通常各自具有與平板輻射器102和接地平面104相似的特點(diǎn)和特性。本發(fā)明的第二至第六實(shí)施例以及相應(yīng)的特點(diǎn)和特性分別示于圖2至圖6。因此第二至第六實(shí)施例的平板輻射器202、302、402、502和602以及接地平面204、304、404、504和604中的這些相似特點(diǎn)和特性由參考編號來表示，這些參考編號與表示平板輻射器102和接地平面104的相應(yīng)部件或特點(diǎn)的參考編號相對應(yīng)。
優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡和配置，用以關(guān)于平板輻射器102的中線對稱地饋送懸掛式平板天線。在此情況下，探針型饋送結(jié)構(gòu)106是由探針饋源(probe feed)110饋送的微帶線，探針饋源110與接地壁(ground wall)112分開，并與之平行，如圖1a、圖1b和圖1c所示。如果接地壁112的寬度約等于探針饋源110的寬度，那么接地壁112可以更窄或更寬。
電信號饋送到探針饋源110，探針饋源110通過接地平面104中的連通線(feedthrough)與表面安裝適配器(SMA)導(dǎo)體114相連，同時接地壁112在連通線附近與接地平面104相連。SMA導(dǎo)體114的接地點(diǎn)也在連通線附近與接地平面104相連，但是連接到接地平面104上與平板輻射器102相對的一側(cè)。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到SMA導(dǎo)體114，并與外部無線通信設(shè)備相連。
探針饋源110和接地壁112可完全或部分地為泡沫或任何其他不定尺寸或有限定尺寸的介質(zhì)材料116分隔開，該介質(zhì)材料插入到探針饋源110和接地壁112之間的空隙中。
在平板輻射器102上有一對饋送點(diǎn)118，每個饋送點(diǎn)118置于矩形槽108的每個相對長邊的中央并位于長邊邊緣附近。每個探針饋源110和接地壁112與該對饋送點(diǎn)118中的每個饋送點(diǎn)相連，以對稱地饋送平板輻射器102。
關(guān)于本發(fā)明的其他實(shí)施例，平衡饋送結(jié)構(gòu)優(yōu)選為探針饋源，根據(jù)第二和第三實(shí)施例，該探針饋源分別包括如圖2a、圖2b和圖2c所示的對稱電性連接于平板輻射器的一對靠近的平行導(dǎo)線206，以及如圖3a、圖3b或圖3c所示一對微帶線306。根據(jù)第四和第五實(shí)施例，平衡饋送結(jié)構(gòu)也分別優(yōu)選為如圖4a、圖4b或圖4c所示的CPW式探針饋源406，以及如圖5a、圖5b和圖5c所示的平衡饋送系統(tǒng)506。根據(jù)第六實(shí)施例，平衡饋送結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)選為如圖6a、圖6b和圖6c所示的一對倒-L饋送帶606。
第二實(shí)施例的平衡饋送結(jié)構(gòu)參考圖2a、圖2b和圖2c進(jìn)行更詳細(xì)說明。優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)206進(jìn)行平衡和配置，以關(guān)于平板輻射器202的中心對稱地饋送懸掛式平板天線。在這種情況下，如圖2a、圖2b和圖2c所示，探針型饋送結(jié)構(gòu)206是一對靠近的平行線206，包括與接地線(ground wire)212分開并與之平行的探針饋源210。接地線212設(shè)置得靠近并平行于探針饋源210。
電信號饋送到探針饋源210，探針饋源210通過接地平面204中的連通線與表面安裝適配器(SMA)導(dǎo)體214相連，同時接地線212在連通線附近與接地平面204相連。SMA導(dǎo)體214的接地點(diǎn)也在連通線附近與接地平面204相連，但是連接在接地平面204上與平板輻射器202相對的一側(cè)。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到SMA導(dǎo)體214，并與外部無線通信設(shè)備相連。
在平板輻射器202上有一對饋送點(diǎn)218，每個饋送點(diǎn)218置于矩形槽208的每個相對長邊的中央并位于長邊邊緣附近，該矩形槽208如前述第一實(shí)施例所述方式在平板輻射器202的中心切割。每個探針饋源210和接地線212與這對饋送點(diǎn)218中的每個饋送點(diǎn)相連，以對稱地饋送平板輻射器202。
第三實(shí)施例的平衡饋送結(jié)構(gòu)參考圖3a、圖3b和圖3c更詳細(xì)地說明。優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)306進(jìn)行平衡和配置，以關(guān)于平板輻射器302的中心對稱地饋送懸掛式平板天線。在這種情況下，如圖3a、圖3b和圖3c所示，探針型饋送結(jié)構(gòu)306是由探針饋源310饋送的微帶線，該探針饋源310與接地壁312分開并與之平行。接地壁312的寬度典型地大于探針饋源310的寬度。
電信號饋送到探針饋源310，探針饋源310通過接地平面304中的連通線與表面安裝適配器(SMA)導(dǎo)體314相連，同時接地壁312在連通線附近與接地平面304相連。SMA導(dǎo)體314的接地點(diǎn)也在連通線附近與接地平面304相連，但是連接在接地平面304上與平板輻射器302相對的一側(cè)。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到SMA導(dǎo)體314，并與外部無線通信設(shè)備相連。
探針饋源310和接地壁312可完全或部分地為泡沫或任何其他不定尺寸或有限定尺寸的介質(zhì)材料316分隔開，該介質(zhì)材料插入到探針饋源310和接地壁312之間的空隙中。
在平板輻射器302上有一對饋送點(diǎn)318，每個饋送點(diǎn)318置于矩形槽308的每個長邊中央并位于長邊邊緣附近，該矩形槽308以前述第一實(shí)施例所述方式在平板輻射器302的中心切割。每個探針饋源310和接地壁312與這對饋送點(diǎn)318中的每個饋送點(diǎn)相連，以對稱地饋送平板輻射器302。
第四實(shí)施例的平衡饋送結(jié)構(gòu)參考圖4a、圖4b和圖4c更詳細(xì)地說明。優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)406進(jìn)行平衡和配置，以關(guān)于平板輻射器402的中心對稱地饋送懸掛式平板天線。在這種情況下，如圖4a、圖4b和圖4c所示，探針型饋送結(jié)構(gòu)406是CPW式結(jié)構(gòu)410，包括與接地壁412分開并與之平行的探針饋源410，以及一對與該探針饋源共平面的接地帶413。接地壁412的寬度典型地大于探針饋源410的寬度，并且這對共平面接地帶413中的每個接地帶都與探針饋源410的一側(cè)分開而與之平行。
電信號饋送到探針饋源410，探針饋源410通過接地平面404中的連通線與表面安裝適配器(SMA)導(dǎo)體414相連，同時接地壁412和這對接地帶413在連通線附近與接地平面404相連。SMA導(dǎo)體414的接地點(diǎn)也在連通線附近與接地平面404相連，但是連接在接地平面404上與平板輻射器402相對的一側(cè)。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到SMA導(dǎo)體414，并與外部無線通信設(shè)備相連。
探針饋源410和接地壁412可完全或部分地為泡沫或任何其他不定尺寸或有限定尺寸的介質(zhì)材料416分隔開，該介質(zhì)材料插入到探針饋源410和接地壁412之間的空隙中。
在平板輻射器402上有一對饋送點(diǎn)418，每個饋送點(diǎn)418置于矩形槽408的每個長邊中央并位于長邊邊緣附近，該矩形槽408以前述第一實(shí)施例所述方式在平板輻射器402的中心切割。探針饋源410、及接地壁412和接地帶413各自均與這對饋送點(diǎn)418中的每一個饋送點(diǎn)相連，以對稱地饋送平板輻射器402。
第五實(shí)施例的平衡饋送結(jié)構(gòu)參考圖5a、圖5b和圖5c更詳細(xì)地說明。優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)506進(jìn)行平衡和配置，以關(guān)于平板輻射器502的中心對稱地饋送懸掛式平板天線。在這種情況下，如圖5a、圖5b和圖5c所示，探針型饋送結(jié)構(gòu)506為包括一對平行探針饋源510的平衡饋送系統(tǒng)506，每個探針饋源510攜帶的信號與另一個探針饋源510攜帶的信號完全異相180°。
完全異相的電信號饋送到一對探針饋源510，探針饋源510通過接地平面504中的連通線與平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器514相連。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器514的一對探針饋源510中的每個探針饋源都與平板輻射器502相連。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器514，并與外部無線通信設(shè)備相連。
在平板輻射器502上有一對饋送點(diǎn)518，每個饋送點(diǎn)518置于矩形槽508的每個長邊中央并位于長邊邊緣附近，該矩形槽508以前述第一實(shí)施例所述方式在平板輻射器502的中心切割。這對探針饋源510中的每一個探針饋源與這對饋送點(diǎn)518中的每一個饋送點(diǎn)相連，以對稱地饋送平板輻射器502。
第六實(shí)施例的平衡饋送結(jié)構(gòu)參考圖6a、圖6b和圖6c更詳細(xì)地說明。優(yōu)選對探針型饋送結(jié)構(gòu)606進(jìn)行平衡和配置，以關(guān)于平板輻射器602的中心對稱地饋送懸掛式平板天線。在這種情況下，如圖6a、圖6b和圖6c所示，探針型饋送結(jié)構(gòu)606是一對包括倒-L探針饋源610的倒-L帶606，該倒-L探針饋源610的長邊與倒-L接地線612的長邊分開并與之平行。倒-L探針饋源610和倒-L接地線612的短邊與平板輻射器602相等地間隔開并與之平行。并且，倒-L探針饋源610和倒-L接地線612的長邊和短邊共平面。
電信號饋送到倒-L探針饋源610，倒-L探針饋源610通過接地平面104中的連通線在連通線附近與表面安裝適配器(SMA)導(dǎo)體614相連。SMA導(dǎo)體614的接地點(diǎn)也在連通線附近與接地平面604相連，但是連接在接地平面604上與平板輻射器602相對的一側(cè)。來自懸掛式平板天線的輸入或輸出饋送到SMA導(dǎo)體614，并與外部無線通信設(shè)備相連。
根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的懸掛式平板天線可用于需要單個元件、陣列或分集天線配置的應(yīng)用中。平衡饋送結(jié)構(gòu)優(yōu)選用于對稱地饋送懸掛式平板天線和微帶接線天線，用以在寬的良好匹配的通帶中抑制H平面內(nèi)的交叉極化電平，并改善E平面內(nèi)的輻射圖。
在前述方式下，說明了饋送寬帶懸掛式平板天線的結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)方法，其可減緩E平面和H平面內(nèi)退化的輻射性能。盡管描述了許多實(shí)施例，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可鑒于公開的內(nèi)容而做出不脫離本發(fā)明的范圍和精神的多種改變和/或修改。例如，平板輻射器的形狀可以在電學(xué)上和功能上與上述那些形狀類似，但并非上述那些形狀。同樣，平板輻射器和接地平面不一定是平面的，這些變化使得可靈活地設(shè)置上述這些寬帶懸掛式平板天線以適合房屋的外形，從而可將天線設(shè)置在房屋中。例如，平板輻射器可以彎曲或折皺而具有V形或U形橫截面，或者具有其他關(guān)于穿過平板輻射器中線的平面對稱的非平面結(jié)構(gòu)。接地平面不一定平行于平板輻射器，但同樣地，平板輻射器也可以被彎曲或折皺，或者具有其他關(guān)于穿過平板輻射器中線的平面對稱的非平面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種供寬帶應(yīng)用的懸掛式平板天線，該天線包括平板輻射器；該平板輻射器內(nèi)切割出的槽；基本上平衡的饋送結(jié)構(gòu)，該饋送結(jié)構(gòu)關(guān)于所述平板輻射器的至少一條中線對稱地饋送該平板輻射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述槽關(guān)于所述平板輻射器的至少一條中線對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述饋送結(jié)構(gòu)關(guān)于所述平板輻射器的中線對稱地饋送該平板輻射器，所述槽關(guān)于該平板輻射器的中線對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述平板輻射器是以下其中一種形狀矩形、圓形、三角形、蝴蝶結(jié)形、及梯形，或者是其變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述槽是矩形或H形或狗骨形(dog-bone)或蝴蝶結(jié)形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述饋送結(jié)構(gòu)是以下其中一種結(jié)構(gòu)一對微帶線、一對靠近的平行線、一對非對稱微帶線、CPW或CPW式結(jié)構(gòu)、平衡饋送系統(tǒng)、及一對倒-L饋送帶，或者是其變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中所述平板輻射器關(guān)于穿過該平板輻射器中線的至少一個平面對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其進(jìn)一步包括接地平面，所述平板輻射器懸掛于其上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的天線，其中所述接地平面關(guān)于穿過所述平板輻射器中線的至少一個平面對稱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的天線，其中空間充填介質(zhì)材料。
11.一種供寬帶應(yīng)用的懸掛式平板天線的饋送方法，該方法包括以下步驟設(shè)置平板輻射器；設(shè)置在該平板輻射器內(nèi)切割出的槽；利用基本上平衡的饋送結(jié)構(gòu)，相對于并靠近所述平板輻射器的中心對稱地饋送該平板輻射器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中設(shè)置切割出的槽的步驟包括設(shè)置切割出的槽而令該槽關(guān)于所述平板輻射器的至少一條中線對稱的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中利用所述饋送結(jié)構(gòu)的步驟包括利用所述饋送結(jié)構(gòu)以關(guān)于所述平板輻射器的中線對稱地饋送該平板輻射器的步驟，其中所述槽關(guān)于該平板輻射器的中線對稱。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中設(shè)置所述平板輻射器的步驟包括設(shè)置所述平板輻射器而令該平板輻射器具有以下其中一種形狀的步驟矩形、圓形、三角形、蝴蝶結(jié)形、及梯形，或者是其變形。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中設(shè)置切割出的槽的步驟包括設(shè)置所述切割出的槽而令該槽是矩形或H形或狗骨形或蝴蝶結(jié)形的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中利用饋送結(jié)構(gòu)的步驟包括利用以下其中一種結(jié)構(gòu)的所述饋送結(jié)構(gòu)的步驟一對微帶線、一對靠近的平行導(dǎo)線、一對非對稱微帶線、CPW或CPW式結(jié)構(gòu)、平衡饋送系統(tǒng)、及一對倒-L饋送帶，或者是其變形。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中設(shè)置平板輻射器的步驟進(jìn)一步包括設(shè)置平板輻射器而令所述平板輻射器關(guān)于穿過該平板輻射器的中線的至少一個平面對稱。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其進(jìn)一步包括設(shè)置接地平面而令所述平板輻射器懸掛于該接地平面之上的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中設(shè)置接地平面的步驟包括設(shè)置接地平面而令該接地平面關(guān)于穿過所述平板輻射器中線的至少一個平面對稱的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中設(shè)置接地平面的步驟進(jìn)一步包括設(shè)置其中空間被充填以介質(zhì)材料的接地平面的步驟。
全文摘要
公開了一種適合寬帶應(yīng)用的懸掛式平板天線。該天線包括平板輻射器，平板輻射器內(nèi)切割出的槽，以及基本上平衡的饋送結(jié)構(gòu)，該饋送結(jié)構(gòu)關(guān)于平板輻射器的至少一條中線對稱地饋送平板輻射器。
文檔編號H01Q13/10GK1541431SQ01822981
公開日2004年10月27日 申請日期2001年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月26日
發(fā)明者Z·N·陳, M·Y·W·謝, W 謝, Z N 陳 申請人:科學(xué)技術(shù)研究院