專(zhuān)利名稱(chēng)：微波天線的包層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于覆蓋微波天線的包層板，以及一種包含這樣一個(gè)包層板和一個(gè)微波天線的裝置。
背景技術(shù)：
這樣的天線(可以是用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)母叨ㄏ蛐蕴炀€，或者是用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸?shù)纳刃翁炀€)常常必須由建筑物上的包層板覆蓋著，以避免建筑物的外表被損壞。這樣的包層板不可避免地對(duì)天線的方向圖產(chǎn)生影響。為了使得這個(gè)影響很小，從例如DE 199 02 511 A1可知，根據(jù)等式d=m2·λ0ϵR]]>對(duì)這樣一個(gè)包層板的厚度d進(jìn)行調(diào)整以便與天線輻射的真空中的波長(zhǎng)λ0相適應(yīng)，并與板的材料的介電常數(shù)εR相適應(yīng)。垂直于板表面的、并在板的出口側(cè)被反射的波束到達(dá)入射側(cè)時(shí)延遲了m個(gè)波長(zhǎng)，因此，由于在邊界處相移π，其與入射波束反相抵觸，并因此在包層板處抑制了反射。
非垂直射向包層板的波不得不在其中傳播更長(zhǎng)的路程，因此不再滿足反射的缺少條件，并且穿過(guò)包層板的傳輸可能被大量地衰減。
圖1通過(guò)由90度扇形天線和垂直于該扇形天線的主波束方向的由玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)的塑料(glass fibrereinforced plastic)制造的包層板組成的裝置的方向圖的方位角切割來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。實(shí)線所示的切割顯示出在扇形內(nèi)部，幅度有輕微的可容忍的傾斜；在扇形外部，在低等級(jí)幅度強(qiáng)烈地變化。在實(shí)踐中，垂直入射常?？赡懿荒軐?shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況中包層板的定位是由建筑物表面輪廓預(yù)先確定的，而天線的定位是由很多約束例如天線將覆蓋的小區(qū)的位置或者在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接中伙伴天線的位置(它的約束與建筑物無(wú)關(guān))來(lái)確定的，其中天線安裝在建筑物外表的后面。考慮到在水平面上相互之間形成20度角的天線主波束方向和包層板的表面法線，如圖1中虛線所示，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在在包層板處反射不再被完全抑制，導(dǎo)致天線波束在100度以上的角度上呈現(xiàn)鏡面圖像。在實(shí)際上相關(guān)的裝置中，四個(gè)90度扇形天線被設(shè)置在同一位置，覆蓋四個(gè)在天線的位置處會(huì)合的無(wú)線小區(qū)，這意味著所考察的天線以不可忽略的密度將無(wú)線信號(hào)向其他小區(qū)輻射，并且影響其他小區(qū)的接收。
圖2示出了上升方向中的問(wèn)題。如仰角切割的曲線E所示，為了實(shí)現(xiàn)在較寬的范圍內(nèi)有較低的傳輸功率，波束在水平方向上被強(qiáng)定向。離開(kāi)水平面后，輻射強(qiáng)度非常低，但是它不能為零，因?yàn)槿绻@樣的話，在圍繞著安裝在仰角位置中的天線的很近的范圍內(nèi)無(wú)法進(jìn)行接收。因此，仰角切割的曲線E應(yīng)在兩個(gè)約束曲線R+和R-之間延伸。這可以通過(guò)一個(gè)未包層的天線來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是利用一個(gè)包層天線的話，問(wèn)題出現(xiàn)了以相對(duì)于水平面來(lái)說(shuō)的非零角度輻射的密度不能滿足此時(shí)在水平方向上輻射的密度的反射缺少條件。由于反射損耗，包層天線的仰角切割E在某些地方下降到約束曲線R-的下面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于微波天線的包層板以及一種包含一個(gè)微波天線和一個(gè)延伸經(jīng)過(guò)微波天線的波束的包層板的天線裝置，其在包層板處能夠抑制天線波束的不需要的反射，即使在包層板和天線的主波束方向不完全互相垂直的情況下。
該目的是通過(guò)利用具有權(quán)利要求1的特征的包層板和具有權(quán)利要求8的特征的天線裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明是以包層板的應(yīng)用為基礎(chǔ)的，包層板的厚度從最小厚度的中心點(diǎn)向與該點(diǎn)的距離為增大距離r的點(diǎn)逐漸增加。雖然天線的給定波長(zhǎng)的最小厚度在垂直入射處滿足上述的零反射表明的條件，但是在其他點(diǎn)處，厚度被增加，以便在該點(diǎn)的內(nèi)側(cè)進(jìn)入包層板的波束在其外側(cè)被反射，并再次到達(dá)另一點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，在這個(gè)另一點(diǎn)處，其被天線輻射的到達(dá)該處的波束反相干擾。如果包層板的厚度按照1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>隨距離r變化的話，這個(gè)要求可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)，其中εR是包層板的材料的介電常數(shù)，并且a是正常數(shù)。
如果包層板被應(yīng)用到具體的天線裝置，那么可以滿足a＝εR×D2，其中D是微波天線距離包層板的距離。
為了保證包層板具有高的光學(xué)性能，其厚度輪廓線最好由大塊材料磨銑而成。最好，分層地去除材料，以便厚度輪廓線使得包層板的厚度從最小厚度的點(diǎn)開(kāi)始階梯式增加。
階梯的高度不應(yīng)大于100μm，最好是幾十μm或者更小。
最好，包層板是由勻質(zhì)(homogeneous)材料制成，特別是塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(polycarbonate)等。
這樣的包層板的要求尺寸使得其適于由數(shù)塊裝配而成。在這種情況中，塊在最小厚度的點(diǎn)處會(huì)合以便形成一個(gè)給定的包層板是可行的，具有相同厚度輪廓線的數(shù)個(gè)塊可以成批地低成本地制造。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的下列說(shuō)明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見(jiàn)。
圖1(已經(jīng)討論)示出了傳統(tǒng)天線裝置的方位角切割；圖2示出了傳統(tǒng)天線裝置的仰角切割；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的穿過(guò)天線裝置的示意性切割；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的包層板的厚度輪廓線的具體實(shí)施例；圖5示出了由數(shù)個(gè)塊裝配的包層板；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置在垂直入射至包層板處的方位角切割；圖7是傾斜入射下的方位角切割；以及圖8是各種角度入射時(shí)的仰角切割。
具體實(shí)施例方式
圖3說(shuō)明了本發(fā)明所根據(jù)的幾何圖形。假設(shè)無(wú)線電發(fā)射器是一個(gè)點(diǎn)源，如圖中的星號(hào)1所示。沿著包層板的表面法線測(cè)量，無(wú)線電發(fā)射器1位于距離包層板2長(zhǎng)度D處。為了使無(wú)線電發(fā)射器1接近點(diǎn)源以便有意義，無(wú)線電發(fā)射器1和包層板之間的距離實(shí)際上應(yīng)該等于數(shù)個(gè)波長(zhǎng)，通常是10至20。假設(shè)包層板的厚度d遠(yuǎn)小于D。
因此，沿著表面法線照射在包層板2的最小厚度的點(diǎn)11上的無(wú)線電信號(hào)的波束3部分在板2的輸入側(cè)4處被反射，并且部分被傳輸進(jìn)入包層板2。被傳輸?shù)牟糠衷俅卧谳敵鰝?cè)5處被部分地反射，并且在側(cè)4和5處被反射的部分在輸入側(cè)4處抵消。在輸出側(cè)處反射的部分當(dāng)經(jīng)過(guò)包層板2進(jìn)入空氣(其通常是較稀薄的)時(shí)經(jīng)過(guò)了π相移。為了實(shí)現(xiàn)最小反射，直接在輸入側(cè)4處反射的部分和在輸出側(cè)5處反射的部分必須具有π的相位差。如果εR是包層板2的材料的介電常數(shù)，并且λ0是無(wú)線電波束的真空中的波長(zhǎng)，那么有mλ0=2ϵRd,]]>其中m為整數(shù)。
以與0度相差α的角度入射到輸入側(cè)4上的無(wú)線電波束6傾斜地傳播穿過(guò)包層板2，并且它的反射部分7在點(diǎn)8處到達(dá)輸入側(cè)4，而波束9照射在點(diǎn)8處，波束9是從無(wú)線電發(fā)射器1發(fā)出并沿著一條比波束6至其入射點(diǎn)的路徑長(zhǎng)的路徑傳播。為了使在輸出側(cè)5處反射的波束6的部分7和在點(diǎn)8處反射的波束9的部分相互抵消，包層板2的厚度d必須滿足下面條件d=mλϵR-sin2α---(1),]]>其中α為波束6在輸入側(cè)4上的入射角度。換言之，為了免于反射，包層板的厚度必須根據(jù)比例1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>在最小厚度點(diǎn)四周增加，r是距離所述點(diǎn)的距離，并且距離D是天線和包層板之間的距離，并且保證最佳的免于反射的的條件是D=a/ϵR.]]>圖4給出了在離最小厚度的點(diǎn)r處，介電常數(shù)分別為εR＝3.5、εR＝4.0時(shí)板厚度d的關(guān)系曲線的數(shù)值示例，以毫米為單位。板中心最薄的點(diǎn)和其外部區(qū)域之間的厚度差等于波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)，并且在板中幾乎覺(jué)察不到。為了將無(wú)線電發(fā)射器1和包層板2相互相對(duì)地安裝，如果在包層板2上打印或雕刻表示最薄點(diǎn)11的位置的標(biāo)記是有益的。
根據(jù)較佳實(shí)施例，包層板2是通過(guò)在由勻質(zhì)塑料材料例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成的板上磨銑出一個(gè)凹口來(lái)形成的。如果板是在連續(xù)的層上加工而成的，如圖5中包層板的實(shí)施例的透視圖所示的那樣，那么階梯厚度輪廓線的最后表示最薄點(diǎn)11的位置，其中階梯厚度輪廓線的邊緣10在包層板表面上還可以看見(jiàn)，因此當(dāng)無(wú)線電發(fā)射器和包層板被裝配時(shí)，很容易就能保證無(wú)線電發(fā)射器1位于板的最薄點(diǎn)的表面法線上。
為了保證包層板的最佳光學(xué)質(zhì)量，階梯應(yīng)盡可能窄，盡可能淺。在圖5所示的情況中，板2的最薄和最厚的位置之間的厚度差通常為0.5至0.6mm，并被分配成17個(gè)階梯，相當(dāng)于平均階梯高度大約為35μm。一個(gè)階梯高度不應(yīng)超過(guò)大約100μm。當(dāng)然，用較小的階梯數(shù)來(lái)磨銑包層板2的厚度輪廓線并且通過(guò)后來(lái)進(jìn)行拋光使得到的邊緣10變平坦也是可以想象的。
圖5的包層板2由四個(gè)塊12組成，所有的塊在最薄點(diǎn)11處會(huì)合。四個(gè)塊12相互相同，因此它們可以通過(guò)相同的磨銑程序一個(gè)接一個(gè)地在磨銑機(jī)器上制造。
圖6示出了天線裝置的類(lèi)似于圖1的方位角切割；該天線裝置具有厚度輪廓線為圖5所示的類(lèi)型的包層板以及90度的扇形天線；其中扇形天線被放置在包層板的最薄點(diǎn)11的表面法線上，如圖3所示；并且天線的主波束方向類(lèi)似于圖3中的波束3，與表面法線重合。幅度曲線A在約束曲線R+和R-之間適應(yīng)得很好，R+和R-分別表示作為方位角的函數(shù)的最大和最小幅度的期望值。僅在曲線R+的外部翼處與幅度曲線A接觸。
圖7示出了圖6中所示的同一天線和同一包層板的類(lèi)似的方位角切割，在這種情況中，天線的主波束方向與包層板的表面法線在23度角處相交。與圖1所示的傳統(tǒng)的情況不同，期望在140至150度角的主波束的鏡面圖像在圖7中完全消失了。以?xún)A斜角度照射在包層板上的無(wú)線電波束不存在反射。
圖8示出了天線裝置的在各種不同角度的入射和天線和包層板之間的各種不同距離時(shí)的仰角切割，如圖2中的情況那樣。圖2中可以清楚地看見(jiàn)的衰減在此完全消失了。
根據(jù)本發(fā)明的厚度被調(diào)整了的包層板可以使包層板和天線相互之間反復(fù)定位，因此包層板的定位可以與必須把板安裝在其前面的建筑物正面相匹配，即使在被包層板包層的天線的主波束方向與建筑物正面的法線方向顯著不同的情況下也如此。
權(quán)利要求
1.一種用于微波天線的包層板(2)，其特征在于包層板(2)的厚度按照1/1-(ϵR-a/r2)-1]]>的比例增加，r是距離最小厚度點(diǎn)(11)的距離，其中εR是包層板的材料的介電常數(shù)，并且a是正常數(shù)。
2.特別是如權(quán)利要求1所述的包層板，其厚度從最小厚度的點(diǎn)(11)開(kāi)始增加，其特征在于該板(2)的厚度輪廓線是通過(guò)磨銑形成的。
3.如權(quán)利要求2所述的包層板，其特征在于厚度從最小厚度的點(diǎn)(11)開(kāi)始階梯式地增加。
4.如權(quán)利要求3所述的包層板，其特征在于厚度階梯的高度是100μm或者更小。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的包層板，其特征在于其是由勻質(zhì)材料制成的。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的包層板，其特征在于其是由各種塊(12)組裝起來(lái)的。
7.如權(quán)利要求6所述的包層板，其特征在于這些塊(12)在最小厚度點(diǎn)(11)處會(huì)合。
8.一種包括微波天線(1)和與微波天線(1)的波束(6、9)相交的包層板(2)的天線裝置，特別是如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的天線裝置，其厚度(d)從最小厚度的點(diǎn)(11)開(kāi)始增加距離(r)，其特征在于微波天線(1)被設(shè)置在包層板(2)的最小厚度點(diǎn)(11)的表面法線上。
9.如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其特征在于最小厚度點(diǎn)(11)的厚度(2)是由dmin=m2·λ0ϵR]]>給出的，其中m是整數(shù)，λ0是天線(1)在真空中的工作波長(zhǎng)，并且εR是包層板的材料的介電常數(shù)，并且其特征還在于包層板(2)的最大厚度是由dmax<m2·λ0ϵR-1]]>給出的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的天線裝置，其特征在于包層板(2)的厚度從最小厚度的點(diǎn)(11)開(kāi)始按照1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>的比例，隨距離增加，其中a＝εRD2，并且D表示微波天線(1)距離包層板(2)的距離。
11.如權(quán)利要求10所述的天線裝置，其特征在于距離D是天線發(fā)射或接收的無(wú)線電信號(hào)的波長(zhǎng)的數(shù)倍，最好是10至20倍。
全文摘要
一種用于微波天線的包層板(2)，其厚度隨距離r按照公式(I)從最小厚度點(diǎn)(11)開(kāi)始增加，其中ε
文檔編號(hào)H01Q19/00GK1961456SQ200580002401
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者J·克里斯特 申請(qǐng)人:特論特有限責(zé)任公司