專利名稱：接收和/或發(fā)射電磁波設(shè)備的開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接收和/或發(fā)射信號(hào)設(shè)備的開關(guān)裝置，這種裝置特別適用在無線傳輸領(lǐng)域。
由于方向性天線不允許重要的方位向空間覆蓋，以申請(qǐng)人的名義申請(qǐng)的法國(guó)No.00 15715號(hào)專利推薦了一種基于Vivaldi型天線的小型扇形天線。這種天線由印刷輻射單元的n個(gè)Vivaldi天線型的離心環(huán)狀排列構(gòu)成(n是大于2的整數(shù))，可能同時(shí)出現(xiàn)多方向波束。這組波具有完整的360°覆蓋范圍。
開關(guān)操作依靠延伸到天線外部的開關(guān)進(jìn)行。一般來說，開關(guān)由二極管與電源加法器/減法器電路組合和包括至少n個(gè)端口的控制電子設(shè)備組成，使其能從n個(gè)單元中選擇一個(gè)或多個(gè)Vivaldi天線。為通過匹配確?？山邮艿男阅?。每個(gè)端口使用的二極管超過一個(gè)。此外，電源加法器/減法器電路損耗加到激勵(lì)Vivaldi天線需要的隙縫線微帶過渡的耦合損耗。最后，二極管狀態(tài)(開通或斷開)由偏壓電壓控制。為了能隔離提供給每個(gè)端口的電壓，使用阻塞DC電流的電路(DC阻塞)。這些引入了額外的損耗。
因此，由于二極管的價(jià)格和生產(chǎn)成本的結(jié)果，這個(gè)開關(guān)是昂貴的，并且，因?yàn)槠齐娐泛碗娫醇臃ㄆ?減法器電路，所以開關(guān)是笨重的。還有，引入了沒有考慮到電源損耗加法器/減法器電路的損耗，DC阻塞的損耗，二極管的損耗。這些損耗在接收端導(dǎo)致接收機(jī)的噪聲溫度增加，在發(fā)射方，發(fā)射能量有干式損耗，這就要求功率放大器超尺寸，可能出現(xiàn)非常重大的額外成本。
因此，一種接收和/或發(fā)射信號(hào)的設(shè)備，包括n個(gè)裝置的組件，用于接收和/或發(fā)射帶有隙縫天線型縱向幅射的波，其中，n是大于或等于1的整數(shù)。
激勵(lì)裝置，電磁耦合至少一個(gè)天線隙縫；通過控制激勵(lì)裝置和隙縫天線的至少一個(gè)隙縫之間的電磁耦合而動(dòng)作的開關(guān)裝置，其特性是開關(guān)裝置包括至少一個(gè)確定隙縫天線的一個(gè)隙縫的兩個(gè)金屬化表面之間產(chǎn)生可逆電接觸的裝置(對(duì)此描述涉及二極管)；裝置，用于控制前面提到的接觸狀態(tài)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)例，激勵(lì)裝置由微帶線構(gòu)成，根據(jù)變體，可由共面型線構(gòu)成。
根據(jù)另外實(shí)例，隙縫天線包括至少一個(gè)印刷在基片上的隙縫，其一端逐漸外張到此基片的邊緣，而另一端也沒有封閉，延伸到此基片的另一邊緣。
根據(jù)另外的實(shí)例，隙縫天線通常圍繞單一共面點(diǎn)規(guī)則排列，以便能在360°角扇形區(qū)內(nèi)發(fā)射。


圖1顯示隙縫天線的開關(guān)裝置；圖2顯示隙縫天線環(huán)形布局的開關(guān)裝置；圖3顯示包括控制裝置的隙縫天線環(huán)形布局的開關(guān)裝置。
為了模擬短路或開路，隙縫的端點(diǎn)沒有金屬化，能模擬上面描述的短路或開路的裝置4交叉放置在隙縫大約長(zhǎng)kλs/4上。在圖1中，放置了二極管4，但這恰好是任何其他開關(guān)，比如裝有晶體管的二極管或MEMs(微機(jī)電系統(tǒng))。根據(jù)Knorr提出的理論，具有1/4波長(zhǎng)尺寸的隙縫天線在微帶線和隙縫的交叉處能產(chǎn)生位于1/4波長(zhǎng)處的逆向阻抗，例如位于微帶線端的開路等效于位于交叉點(diǎn)處的短路。微帶線理論能證明在交叉點(diǎn)處，當(dāng)微帶線的等效阻抗是短路和隙縫的等效阻抗是開路時(shí)，耦合最大。因此，當(dāng)二極管接通時(shí)，耦合發(fā)生，也就是說當(dāng)隙縫在交叉處有開路，當(dāng)微帶線在交叉處有短路。相反，當(dāng)二極管斷開時(shí)，沒有耦合。因此，通過控制二極管的偏壓，能夠控制耦合，因而控制天線的工作。對(duì)于這一點(diǎn)，需要的所有要求是仔細(xì)選擇向金屬化表面1和2施加的偏壓。例如，當(dāng)二極管接通時(shí)，可以選擇向平板2施加大于二極管偏壓V的偏壓Vcc，當(dāng)二極管斷開，表面2接地，表面1已經(jīng)接地。
因此，就有了開關(guān)裝置，包括簡(jiǎn)單的控制電路，因?yàn)樗刂屏私饘俦砻鎯蓚€(gè)偏壓的使用，由于控制電路由單一的二極管構(gòu)成，所以控制電路是小型化和廉價(jià)的。
本發(fā)明的改進(jìn)是產(chǎn)生了提供360°順序覆蓋空間的隙縫天線。
以申請(qǐng)人的名義申請(qǐng)的法國(guó)No.00 15715號(hào)專利提出的小型天線，能依靠分割扇形天線輻射圖覆蓋的物理空間，通過重新使用頻率增加天線陣的特殊效率。法國(guó)No.00 15715號(hào)專利說明書建議的天線，包括圍繞Vivaldi型印刷幅射單元中心點(diǎn)的共面扇形布局，使其能按時(shí)間順序依次出現(xiàn)幾個(gè)方向的波束，這組波束覆蓋完全360°的空間范圍。
接收和/或發(fā)射裝置包括共面線或微帶線，穿過構(gòu)成接收和/或發(fā)射裝置的印刷隙縫天線的所有隙縫，在系統(tǒng)的中心工作頻率，兩個(gè)隙縫之間線長(zhǎng)L3等于kλm/2，線一端和隙縫之間的線長(zhǎng)L4是約λm/4，其中，λm＝λ0/√εreff(λ0是真空中的波長(zhǎng)，εreff是線的有效相對(duì)介電常數(shù))，k是正整數(shù)。兩個(gè)隙縫之間的線長(zhǎng)最好等于kλm，以便獲得印刷隙縫天線的同相工作。
在這種情況下，印刷隙縫天線的隙縫和線之間的交叉點(diǎn)最好在系統(tǒng)的中心工作頻率，即在隙縫的低端大約k’λs/4的距離L5出產(chǎn)生，其中，λs＝λ0/√εreff(λ0是真空中的波長(zhǎng)，εreff是線路的有效相對(duì)介電常數(shù))，k’為奇整數(shù)。
這里提出的改進(jìn)涉及到以前專利申請(qǐng)?zhí)岢龅拈_關(guān)系統(tǒng)，包括本發(fā)明對(duì)幾種天線的提出的原理的延伸。現(xiàn)在的改進(jìn)實(shí)際上包括開關(guān)系統(tǒng)直接與天線結(jié)合，從而減小整個(gè)體積以及與開關(guān)功能有關(guān)的功率損耗。這里不詳細(xì)描述能直接在微帶線上完成的選擇天線的接收或發(fā)射模式的外部系統(tǒng)(5，9)，下面只描述開關(guān)裝置。
不象法國(guó)No.00,15715號(hào)專利申請(qǐng)那樣，形成本發(fā)明改進(jìn)的Vivaldi天線隙縫的低端不在短路終結(jié)，整個(gè)天線的中心沒有金屬化，它能隔離形成隙縫(A1，A2，A3，A4)的各種金屬化板(M12，M23，M34，M41)，因而他們每一個(gè)在開路端結(jié)束。開關(guān)通過控制Vivaldi天線微帶線和激勵(lì)隙縫間的電磁耦合實(shí)現(xiàn)開關(guān)工作。開關(guān)的原理保持與單個(gè)隙縫天線相同，仍然通過使用二極管(D1，D2，D3，D4)或任何穿過在位于微帶線的k’λs/4(k’為奇整數(shù))距離處的其他開關(guān)產(chǎn)生，形成每個(gè)天線使其連接形成天線的兩個(gè)金屬表面。通過設(shè)置相應(yīng)選擇的天線的二極管開通狀態(tài)，保持其他的二極管斷開的狀態(tài)來控制，將在輸入/輸出微帶線之間開關(guān)轉(zhuǎn)到接收/發(fā)射之一。通過把偏壓(V12，V23，V34，V41)加到各個(gè)金屬化表面(M12，M23，M34，M41)實(shí)現(xiàn)二極管本身的開關(guān)。通過改變兩個(gè)相鄰表面的偏壓，連接這兩個(gè)表面的二極管能實(shí)現(xiàn)斷開或接通。描述可以延伸到n個(gè)隙縫(n是大于或等于1的正整數(shù))的情況，此外，能選擇使用n個(gè)天線中的m個(gè)天線(m是小于n的正整數(shù))。
圖2中的簡(jiǎn)單的4隙縫天線用來描述Vivaldi天線A1在接收或發(fā)射中的選擇。朝向Vivaldi天線A1的輸入/輸出微帶線8間的開關(guān)通過設(shè)置二極管D1開通狀態(tài)和保持二極管D2，D3，D4斷開狀態(tài)來控制。這能通過對(duì)每個(gè)金屬面施加偏壓來完成。所以面M12設(shè)為電壓V12，M23設(shè)為電壓V23，M34設(shè)為V34和M41設(shè)為V41。事實(shí)上，當(dāng)偏壓差(V12-V41)是如二極管D1為開通狀態(tài)，(例如，(V12-V41)＞V1，V1是二極管D1的偏壓)，二極管等效于短路。對(duì)于其他二極管，電壓差小于二極管的偏壓。為簡(jiǎn)化控制偏壓的電路10，所有的要求是提供電壓Vcc＞V1給面M12，并連接所有其它的面到電路的地。通過利用微帶線8和隙縫間的耦合原理，在本發(fā)明提到的上述描述的情況下，天線A1的耦合最大，三個(gè)其他天線A2、A3和A4耦合最小。所以，在發(fā)射或接收中選擇了四個(gè)天線中的一個(gè)，以便分別發(fā)射和接收。四個(gè)天線選一的選擇用下面圖3有關(guān)的表格來描述，表中給出了影響開關(guān)的加到各個(gè)金屬化表面的電壓值。

本改進(jìn)需要的設(shè)備包括穿過隙縫的四個(gè)二極管，包括能控制各個(gè)金屬面電壓的小型控制電路。這個(gè)設(shè)備10能嵌入天線中部，由于后者由基片構(gòu)成，以便盡可能地限制連接線的長(zhǎng)度。由于最小數(shù)目的二極管和控制偏壓電路的簡(jiǎn)化，因而整個(gè)的開關(guān)裝置非常小型化并減少了損耗。
根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的改進(jìn)，還能從n個(gè)活動(dòng)天線中選擇出m個(gè)天線(m是小于n的整數(shù))。它還能取上面給出的簡(jiǎn)例，用四個(gè)隙縫，從中選出兩個(gè)同時(shí)激勵(lì)。所有需要的是還選取上面描述的同樣集成裝置改進(jìn)控制電路，以四個(gè)隙縫為例，以便能夠施加3個(gè)不同的電壓，一個(gè)零電壓，也就是說連接金屬表面接地，如果他們不同，一個(gè)有大于最大的二極管偏壓的電壓Vcc，和一個(gè)二倍于Vcc的電壓。下面的表格是四個(gè)隙縫中選擇2個(gè)的選擇，參考圖3，給出施加到各種面的電壓數(shù)值，以選出理想的隙縫。

如圖3所示，由于控制電路縮減為電壓選擇器，并能嵌入金屬面中間，這樣就減小了整個(gè)電路的規(guī)模，所以得到了完整的天線的各個(gè)隙縫之間開關(guān)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，此外，由于不能修改的耦合，由于二極管的偏壓，二極管的數(shù)量少于先前技術(shù)開關(guān)裝置的二極管數(shù)目，所以功率損耗減少了。
對(duì)于專業(yè)技術(shù)人員來說，上述描述的實(shí)例是可以修改的，特別是有關(guān)Vivaldi天線的數(shù)目或電源結(jié)構(gòu)的類型等等，只要不超出下面權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種接收和/或發(fā)射信號(hào)的裝置，包括n個(gè)裝置的組件，用于接收和/或發(fā)射具有隙縫天線型的縱向輻射的波，n是大于或等于1的整數(shù)(6；A1，A2，A3，A4)；激勵(lì)裝置，電磁耦合到至少一個(gè)天線(78)的隙縫；通過控制所述激勵(lì)裝置和隙縫天線的至少一個(gè)隙縫之間的電磁耦合而使開關(guān)動(dòng)作的裝置，其特征在于開關(guān)裝置包括至少一個(gè)裝置(4，D1，D2，D3，D4)，用于產(chǎn)生確定隙縫天線的一個(gè)隙縫的兩個(gè)金屬面之間可逆電接觸；裝置(10)，用以控制前面提到的接觸狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的激勵(lì)裝置包括共面線型電源線或微帶線型的電源線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于隙縫天線包括至少一個(gè)印刷在基片(3)上的隙縫，其一端向上逐漸張開到基片的邊緣，其沒有閉合的另一端伸展到基片(3)的另一邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于在印刷隙縫天線的隙縫和微帶線之間的交叉點(diǎn)出現(xiàn)在系統(tǒng)的中心工作頻率，并從隙縫不張開端點(diǎn)的距離(L2，L5)約為kλs/4，其中λs＝λ0/√εreff(λ0是真空中的波長(zhǎng)，εlreff是隙縫的有效相對(duì)介電常數(shù))，K’是奇整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4的任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于微帶線一端和隙縫之間的線長(zhǎng)(L1，L4)約為kλm/4，其中，λm＝λ0/√εreff，λ0是真空中的波長(zhǎng)，εreff是微帶線的有效相對(duì)介電常數(shù)，K是奇整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于具有印刷隙縫天線型的縱向幅射接收和/或發(fā)射波的n個(gè)裝置(A1，A2，A3，A4)用于接收寬方位角扇形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于開關(guān)裝置能使n個(gè)裝置用印刷隙縫天線型的縱向幅射從正在活動(dòng)的n個(gè)裝置同時(shí)接收和/或發(fā)射波，m是小于n的整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于隙縫天線規(guī)則地圍繞單個(gè)共面點(diǎn)排列，以便能以360°角度的扇形內(nèi)輻射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于產(chǎn)生確定隙縫天線隙縫的兩個(gè)金屬表面間的逆向電接觸的裝置通過在距離微帶線k’λs/4處的隙縫處布置，λs＝λ0/√εlreff(λ0是真空中的波長(zhǎng)，εlreff是隙縫的有效相對(duì)介電常數(shù))，k’是奇整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于產(chǎn)生確定天線隙縫的兩個(gè)金屬面間的可逆電接觸的裝置是控制開關(guān)(4，D1，D2，D3，D4)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于產(chǎn)生確定天線隙縫的兩個(gè)金屬面間的可逆電接觸的裝置是二極管、裝有晶體管的二極管或MEMs(微機(jī)電系統(tǒng))。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于控制隙縫逆向接觸狀態(tài)的裝置(10)提供確定隙縫的兩個(gè)金屬表面的電壓，并允許控制開關(guān)關(guān)閉。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的裝置，其特征在于隙縫天線是Vivaldi天線類型。
全文摘要
本發(fā)明涉及接收和/或發(fā)射信號(hào)的裝置，包括n個(gè)組件，用于接收和/或發(fā)射具有印刷隙縫天線的縱向輻射的波，n是大于或等于1的整數(shù)，包括與至少一個(gè)隙縫線耦合的微帶線的激勵(lì)裝置。本發(fā)明的特征是它包括通過控制微帶線和至少一個(gè)隙縫線路間的耦合使開關(guān)動(dòng)作。
文檔編號(hào)H01Q13/02GK1407732SQ0214197
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者弗蘭克·圖多, 菲利普·米納爾, 阿里·盧齊, 弗朗索瓦·勒博爾澤 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司