專利名稱：孔徑天線元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與天線有關(guān)，具體地說與寬帶寬的孔徑天線有關(guān)。
背景技術(shù)：
由于許多原因，寬帶寬的天線是令人想望的。首先，它們使得制造規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槿绻粋€(gè)天線可以在很寬的頻率范圍內(nèi)使用，它就可用于更多的情況，因此只需設(shè)計(jì)少數(shù)不同的天線。此外，在移動(dòng)電話業(yè)務(wù)的基站領(lǐng)域，不時(shí)引入不同的標(biāo)準(zhǔn)，諸如UMTS標(biāo)準(zhǔn)之類，這些新引入的標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)立即代替諸如GSM之類的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，而要與它們共存。這意味著基站需要能同時(shí)按照多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作，因此要工作在不同的標(biāo)準(zhǔn)所要求的不同頻帶。一種可能性是對于不同的頻帶具有各自獨(dú)立的天線，但這會(huì)增加基站的成本。更可取的是用帶寬足以適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)的頻帶的天線。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，所提供的天線包括至少一個(gè)開有一個(gè)諧振孔徑的導(dǎo)電板，所述諧振孔徑呈現(xiàn)為一個(gè)具有圓角的矩形。
優(yōu)選的是，這種天線包括開有所述諧振孔徑的第一和第二所述導(dǎo)電板，所述第一和第二板相互平行，所述孔徑相互對準(zhǔn)；至少一個(gè)配置在所述第一和第二板之間且伸入所述孔徑之間的空間的饋給短棒；以及一個(gè)與所述第一和第二板平行、離所述第一和第二板一定距離的第三導(dǎo)電板。


下面將結(jié)合附圖舉例說明本發(fā)明的一些實(shí)施例，在這些附圖中
圖1示意性地示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的一個(gè)天線的側(cè)視圖；圖2示意性地示出了圖1所示天線的頂視圖；圖3和4示意性地示出了一種已知類型的饋源和圖1的天線所用的饋源的場分布；圖5示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的一個(gè)天線的透視圖；圖6示出了對圖5的天線所做的一些實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果；圖7示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的一個(gè)天線陣的頂板已除去的頂視圖；以及圖8示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的一個(gè)用圓極化輻射工作的天線在頂板除去后的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個(gè)天線的側(cè)視圖，這個(gè)天線包括一對開孔的導(dǎo)電板1和2，相互平行相鄰，分別具有相互對準(zhǔn)的孔徑3和4。在開孔板1和2之間有一對饋給短棒5和6。饋給短棒5和6向內(nèi)延伸，部分伸入孔徑3和4之間的區(qū)域。一個(gè)第三導(dǎo)電板7與開孔板1和2平行并間隔一定距離，起著一個(gè)反射板的作用。
圖2示出了圖1的天線的頂視圖，從中可以看到與孔徑4相同的孔徑3的形狀?？讖?呈現(xiàn)為一個(gè)具有圓角的正方形?？讖?的邊界包括長度為s的直線段8、9、10和11，這些直線段形成一個(gè)邊長為a的正方形的各邊的各部分，并由半徑為r的90°圓弧12、13、14和15連接。r與a之比優(yōu)選的是在10％到45％的范圍內(nèi)，更為優(yōu)選的是在20％到40％的范圍內(nèi)，最好在30％到35％的范圍內(nèi)。在以下要詳細(xì)說明的一個(gè)實(shí)施例中，它為約1/3。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣一個(gè)孔徑可以使天線具有寬的帶寬，同時(shí)可以很好地保持極化和很好地在各饋給短棒激勵(lì)的模之間去耦。
如圖2清楚示出的那樣，饋給短棒5和6分別在直線段11和10的中央與直線段11和10成直角地伸入孔徑。因此，饋給短棒5和6與相應(yīng)的正交極化模耦合。
導(dǎo)電板1、2和7以及饋給短棒5和6可以是金屬片或鍍在各絕緣基片上的金屬。
饋給短棒5和6，如在圖1中可最為清楚地看到的饋給短棒6那樣，是薄導(dǎo)電條，與傳統(tǒng)的孔徑天線內(nèi)的饋給短棒相反，具有垂直取向。也就是說，它們在與開孔板1和2的平面垂直的平面內(nèi)取向，使得朝向開孔板1和2的是它們的厚度維而不是它們的寬度維。這可以獲得較好的耦合和降低孔徑內(nèi)的場的擾動(dòng)。
圖3和4分別示出了在傳統(tǒng)饋給短棒35在開孔板31和32之間水平取向的情況下的電場力線和在饋給短棒45在開孔板41和42之間垂直取向的情況下的電場力線。采用垂直取向，如在圖1和2的天線內(nèi)和在要說明的所有的實(shí)施例內(nèi)那樣，可以設(shè)計(jì)出具有高阻抗的饋源。在要更詳細(xì)說明的一個(gè)例子中，饋線具有100Ω的阻抗，它的優(yōu)點(diǎn)是可以從一個(gè)傳統(tǒng)的50Ω連接向兩個(gè)天線元或者說一個(gè)天線元內(nèi)的兩個(gè)饋給短棒并行饋給，而不需要會(huì)減小這種配置的帶寬的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
圖5示出了一個(gè)試驗(yàn)性的單天線元，它工作在1700MHz到3300MHz的頻率范圍，包括在GSM 1800、UMTS、藍(lán)牙和WLAN系統(tǒng)內(nèi)所用的各個(gè)頻帶。第一和第二開孔板51、52和第三板57由0.5mm的黃銅金屬片構(gòu)成，它們的相對位置由在四角的黃銅柱510固定。開孔板51和52之間的間距是12mm，而第三板離所述開孔板40mm。
孔徑53和54具有90mm的總寬度a。形成圓角的各圓弧的半徑r為30mm，因此孔徑邊界的直線段的長度s也為30mm。
饋給短棒55和56由1mm厚的金屬片構(gòu)成，寬度為4mm。它們垂直取向，伸入孔徑32mm，對于這個(gè)試驗(yàn)性的實(shí)施例，它們直接安裝在焊接到開孔板51和52上的50Ω同軸表面安裝(SMA)連接器58和59上。
通過用一個(gè)50Ω網(wǎng)絡(luò)分析儀測量輸入反射系數(shù)對圖5的天線進(jìn)行了測試。然后，將測量結(jié)果用SMA連接器的長度去埋(de-embed)后重正化到100Ω。結(jié)果如圖6所示。經(jīng)重正化的反射系數(shù)在整個(gè)設(shè)計(jì)頻率范圍內(nèi)低于-10dB。也確定了端口去耦在整個(gè)帶寬內(nèi)強(qiáng)于-11dB。
圖7示出了一個(gè)有四個(gè)元的天線陣。最上面的(第一)開孔板已經(jīng)除去，以便看到饋給配置。第二開孔板72具有4個(gè)定距間隔的相同孔徑74a、74b、74c和74d?？讖?4a、74b、74c和74d各有以上結(jié)合圖2和5所說明的形狀和尺寸。沒有示出的第一開孔板具有相同的孔徑。每個(gè)孔徑各有一對饋給短棒，相應(yīng)為75a和76a、75b和76b、75c和76c、75d和76d，每對饋給短棒配置成在它們各自的孔徑內(nèi)激勵(lì)正交極化模。因此，饋給短棒75a、75b、75c和75d配置成在各自的孔徑74a、74b、74c和74d內(nèi)激勵(lì)一個(gè)線性極化，而饋給短棒76a、76b、76c和76d配置成在各自的孔徑74a、74b、74c和74d內(nèi)激勵(lì)正交的線性極化。饋給短棒75a和75b通過各自的同軸引線715a和715b接到SMA同軸連接器78a上。類似地，饋給短棒75c和75d通過各自的同軸引線715c和715d接到SMA同軸連接器78b上，饋給短棒76a和76b通過各自的同軸引線716a和716b接到SMA同軸連接器79a上，而饋給短棒76c和76d通過各自的同軸引線716c和716d接到SMA同軸連接器79b上。SMA同軸連接器78a、78b、79a和79b形成天線陣的輸入/輸出端口。
在圖7的天線陣內(nèi)，所有的同軸引線715和716長度是相同的，因此在提供給4個(gè)天線元的信號之間沒有內(nèi)在的相位差。此外，每個(gè)SMA同軸連接器與兩個(gè)配置成激勵(lì)平行線性極化的饋給短棒連接。例如，SMA連接器78a與激勵(lì)平行線性極化的饋給短棒75a和75b連接，而SMA連接器79a與激勵(lì)與饋給短棒75a和75b所激勵(lì)的線性極化正交的平行線性極化的饋給短棒76a和76b連接。這意味著這兩個(gè)線性極化可以獨(dú)立激勵(lì)，以便例如使用極化分集。
圖8示出了另一種配置，其中單個(gè)SMA連接器88與配置成在單個(gè)孔徑84內(nèi)激勵(lì)正交極化模的饋給短棒85和86連接。此外，饋給短棒85和86通過長度不同的同軸引線815、816連接。因此，一個(gè)加到SMA連接器88上的信號可以激勵(lì)兩個(gè)極化，它們之間具有由于引線815與816長度之差而引起的相位差。這樣一個(gè)配置可用來激勵(lì)圓極化。
本發(fā)明可以用不背離本發(fā)明的精神或基本特征的其他具體形式實(shí)現(xiàn)。所說明的這些實(shí)施例在各個(gè)方面都應(yīng)認(rèn)為只是例示性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書而不是以上說明給出。權(quán)利要求書所給出的專利保護(hù)范圍涵蓋了在各權(quán)項(xiàng)等效的含義與范圍內(nèi)的所有改變。
例如，在所說明的這些實(shí)施例中，孔徑呈現(xiàn)為具有圓角的正方形。同樣的原理也適用于呈現(xiàn)為具有圓角的長方形的孔徑。這樣的天線對于兩個(gè)線性極化會(huì)具有不同的頻帶。
權(quán)利要求
1.一種天線，所述天線包括至少一個(gè)開有一個(gè)諧振孔徑的導(dǎo)電板，所述諧振孔徑呈現(xiàn)為具有圓角的矩形。
2.權(quán)利要求1的天線，所述天線包括開有所述諧振孔徑的第一和第二所述導(dǎo)電板，所述第一和第二板相互平行，所述孔徑相互對準(zhǔn)；至少一個(gè)饋給短棒，位于所述第一和第二板之間，并伸入所述孔徑之間的空間；以及第三導(dǎo)電板，與所述第一和第二板平行，并與所述第一和第二板間隔開。
3.權(quán)利要求2的天線，其中所述孔徑是具有圓角的正方形。
4.權(quán)利要求3的天線，其中每個(gè)所述孔徑有一個(gè)邊界，該邊界包括四條長度為s的直線段，這些直線段形成一個(gè)邊長為a的正方形的相應(yīng)邊的各部分，并由半徑為r的各段90°圓弧連接。
5.權(quán)利要求4的天線，其中所述r與a之比為約1/3。
6.權(quán)利要求2的天線，其中每個(gè)所述饋給短棒為一個(gè)薄導(dǎo)電條，取向成處在一個(gè)與所述第一和第二板的平面垂直的平面內(nèi)。
7.權(quán)利要求4的天線，其中每個(gè)所述饋給短棒在所述直線段中一條相應(yīng)直線段的中央位置并以與所述相應(yīng)直線段垂直的方向伸入所述孔徑之間的空間。
8.權(quán)利要求7的天線，所述天線具有兩個(gè)所述饋給短棒，相互成直角。
9.權(quán)利要求8的天線，所述天線用于圓極化輻射，其中所述兩個(gè)饋給短棒通過長度不同的引線接到一個(gè)共同的輸入/輸出端口上。
10.一種包括權(quán)利要求2的天線的天線陣，其中所述第一和第二板各有多個(gè)所述孔徑，所述第一板中的每個(gè)孔徑與所述第二板中的相應(yīng)孔徑對準(zhǔn)，每對或相應(yīng)孔徑具有相應(yīng)一個(gè)或多個(gè)饋給短棒伸入它們之間的空間。
全文摘要
本發(fā)明所提出的寬帶寬孔徑天線由兩個(gè)各開有一個(gè)諧振孔徑(53、54)的平行金屬板(51、52)構(gòu)成。開孔板相互平行配置，孔徑相互對準(zhǔn)。一個(gè)第三板(57)與開孔板平行配置，起著一個(gè)反射板的作用。諧振孔徑呈現(xiàn)為具有圓角的正方形。饋給短棒(55、56)配置在開孔板之間，伸入孔徑之間的區(qū)域，以激勵(lì)正交極化模。饋給短棒呈現(xiàn)為條狀，在與開孔板的平面垂直的平面內(nèi)定位。一個(gè)典型的實(shí)施例具有從1700MHz到3300MHz的帶寬，包括了GSM 1800、UMTS、UMTS+、藍(lán)牙和WLAN系統(tǒng)所用的頻帶。饋源為高阻抗，在整個(gè)帶寬內(nèi)去耦強(qiáng)于－11dB。
文檔編號H01Q13/08GK1755985SQ20051007137
公開日2006年4月5日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者喬治·費(fèi)希爾, 弗勞里恩·畢維特 申請人:朗迅科技公司