專利名稱：微波天線覆層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于包覆微波天線的覆層板，并涉及一種包括此類覆層板和微波天線的組件。
此類天線可能是用于點對點傳輸?shù)母叨榷ㄏ蛱炀€或用于點對多點傳輸?shù)纳刃翁炀€，必須經常由建筑上的覆層板覆蓋以免損害建筑面貌。此類覆層板不可避免地對天線的輻射圖有影響。為使此影響小，例如從DE 199 02 511 A1中了解到，根據以下公式，使此類覆層板的厚度d適應由天線發(fā)射的輻射的真空波長λ0，并適應板材料的介電常數(shù)εRd=m2λ0ϵR·]]>定向為與板表面垂直并在板出口側反射的波束延遲m個波長到達入射側，使得由于在邊界的相移π，它反相干擾入射波束，并從而抑制在覆層板的反射。
未在覆層板上垂直入射的波要在其中在更長的路徑上傳播，使得不再滿足不存在反射的條件，并且可大大衰減通過覆層板的傳輸。
在申請人的未預先公布的德國專利申請10 2004 002 374.3中，描述了一種用于微波天線的覆層板，其厚度在局部不同，使得源于假定為點狀的天線并在面向天線的覆層板表面反射的無線電波束破壞性地干擾通過面向天線的表面并在覆層板反面反射的無線電波束。
如果天線恰好以構建覆層板所用于的所需波長操作，此類板引起的天線的方向特征的修改實際上是極小的。如果天線的工作波長偏離所需波長，則在覆層板出現(xiàn)反射。這種情況下，反射性增加越強，覆層板厚度就相當于越多的半波長。因此，根據DE 10 2004 002374.3的覆層板必須制造為對于每個天線波長具有特定的厚度。為在覆層板的整個表面上實現(xiàn)均勻的反射特征，厚度必須嚴格保持不變。因此，設計和制造工作量相當大。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于微波天線的覆層，該覆層可在大的頻率范圍內使用而無需為天線修改其形狀。
該目的通過用于微波天線的覆層而實現(xiàn)，該覆層具有至少一塊覆層板，其中，在沿第一剖面的截面中，該覆層板具有多個(即，至少兩個)區(qū)域，在每個區(qū)域中，從所述區(qū)域之一以相對于表面法線的角α發(fā)出的向量在同一點中與以相同方式從每個其它區(qū)域發(fā)出的向量相交，角α滿足以下條件tanα=ϵR,]]>其中，εR是覆層板的材料的介電常數(shù)。
如此定義的角α是覆層板的所謂布儒斯特(Brewster)角。在表面上以其布儒斯特角α入射并在其入射面中極化的無線電波束由所述表面發(fā)射而無反射。此效應只通過介電常數(shù)εR的波長相關性取決于所述無線電波束的波長，即，在大的波長區(qū)域內，布儒斯特角的變化很小。這樣，在大的波長區(qū)域內可實現(xiàn)板表面的反射自由度。
優(yōu)選是，這些區(qū)域中的若干區(qū)域形成連續(xù)的表面部分，該連續(xù)的表面部分在第一剖面中具有一段對數(shù)螺線形式的截面。這確保來自點狀天線或來自可視為近似點狀并位于螺線原點的天線的無線電波束始終在所述表面部分上以布儒斯特角入射，而無論從原點輻射它們的方向如何。
為減小覆層的所需空間，覆層由多個部分形成是有益的，這些部分在該第一剖面中具有原點相同的對數(shù)螺線段形式的所述橫截面。
兩個此類對數(shù)螺線狀部分可通過相對于螺線原點放射狀定向的部分連接，或者通過反向旋轉的螺線狀部分連接，即其中在該部分與徑向量之間的角具有與相鄰部分中不同的另一符號的部分。
根據第一實施例，每個部分可在垂直于第一剖面的第二剖面中具有直截面(straight cross-section)。這為只在第一剖面中極化的天線提供了易于實行的覆層。
如果覆層的每個部分在第二剖面中具有圓橫截面，并且如果圓橫截面的中心定義了對數(shù)螺線原點所處的直線，則獲得了又一個改進的反射特征，特別是當使用在第二剖面中具有廣泛擴展的波束的天線時。
本發(fā)明的另一目的是一種包括至少一根天線和上述覆層的天線組件。
在最簡單的情況下，優(yōu)選是單根天線位于所有向量的公共原點或所有螺線段的公共原點。
螺線段的布置優(yōu)選是相對于天線的方向特征的對稱平面是對稱的。
為在天線的主輻射方向上實現(xiàn)天線組件的小安裝深度，可以規(guī)定靠近原點的兩個螺線段的末端在天線的方向特征的對稱平面中相互接觸。
參照附圖，從隨后的實施例說明中可明白本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點。


圖1示出在沿第一平面的截面中根據本發(fā)明的覆層和天線組件的第一實施例；圖2示出安裝深度減小的圖1的實施例的高級修改；圖3示出安裝深度進一步減小的第二高級修改；圖4示出在沿第一剖面的截面中根據本發(fā)明的覆層和天線組件的第二實施例；圖5是具有45°扇形天線和平板形式的常規(guī)覆層的天線組件針對板的不同厚度的方向特征；圖6是圖3的天線組件針對覆層板的不同厚度和利用布儒斯特效應的天線極化的方向特征；圖7是屏蔽厚度為1毫米的圖3的組件的方向特征，分別假設在剖面中和垂直于剖面的天線極化；圖8是圖4的組件針對分別在剖面中和垂直于剖面極化的天線的方向特征；圖9是根據本發(fā)明的天線覆層的又一實施例的截面；圖10是根據本發(fā)明的天線覆層的又一實施例的截面；圖11是在水平剖面中具有圖9的截面的天線覆層的透視圖；圖12是用于兩根天線的覆層的透視圖；圖13是圖12的覆層的中心垂直截面；以及圖14是圖12的覆層的偏心垂直截面。
圖1示出根據本發(fā)明第一基本實施例的天線組件的示意截面。標號1指具有與圖1的剖面平行的極化的45°扇形天線。天線1的結構與本發(fā)明不相關，因而無需在此進一步論述。天線的近場表示為虛輪廓2。術語近場2表示更接近天線1的區(qū)域，其中，天線1輻射的電磁場不可近似為位于原點O的點源的場。相反地，這暗示為描述天線1在其近場2外的行為，天線1可假設為點狀。
天線1周圍是介電材料曲面板或膜形式的覆層3。在圖1的情況下，有兩塊板4，這兩塊板相對于天線1的方向特征的對稱平面5以鏡像對稱方式相互面對，并且具有原點為O和旋轉方向相反的對數(shù)螺線形狀的橫截面。遠離天線1的板4的邊緣在對稱平面5中相互接觸。
由于板4的橫截面的對數(shù)螺線形狀，來自天線的無線電波束6始終分別以同一角+α和-α在板4之一上入射。角α滿足布儒斯特條件tanα=ϵR]]>其中，εR表示板4的介電材料的介電常數(shù)。角α是板4的材料的布儒斯特角，因此，在圖剖面中極化的波束6通過板4而不被它們反射。
應注意的是，此處和隨后的說明中，只提及了由天線1輻射的場，但本發(fā)明同樣適用于接收天線。不可假設從外側在覆層3上入射的所有電磁輻射滿足布儒斯特條件，但對于確實到達在原點O的天線1的輻射，當然是滿足條件。
圖1的覆層3在天線1的沿對稱平面5的主波束方向上具有相當大的安裝深度。此安裝深度無法簡單地通過覆層3的尺度減小而減小，這是因為隨后板4的部分會在近場2中延伸，其中，由于天線1不再可近似為點源，因而會出現(xiàn)部分反射。圖2的實施例實現(xiàn)了在主波束方向上天線組件的安裝深度的相當大的減小。為示出安裝深度減小的程度，以與圖1中相同的尺度在圖2中示出近場2，并且圖1的覆層板4的輪廓在圖2中畫為點線。
圖2的覆層3’由螺線狀橫截面的四塊板4’、7’形成，其中，兩塊外側板4’與圖1的板4疊合，但在寬度上大大減小。另兩塊螺線狀板7’從公共頂點8’以相反旋轉方向延伸到與外側板4’的交點9’，公共頂點8’位于對稱平面5上，正好在近場2外。相對于圖1的組件，對稱平面5中天線組件的尺寸減少到大約三分之一。
圖3中以與前面相同的尺度示出了還更小巧形式的覆層。此處覆層3”由旋轉方向交替、呈對數(shù)螺線狀的六塊板4”、7”形成，這六塊板在其末端相互接觸。在圖3中，為簡明起見，所有四塊板7”的尺寸是相同的；如果選擇板4”、7”的尺寸使得靠近原點的兩個頂點8”位于近場邊界并且遠離原點的三個頂點9”位于垂直于中央平面5的同一線上，則主波束方向上的安裝深度仍可進一步減小。
在圖4中，示出了天線組件的第二實施例，通過省去圖2的實施例的外側板4’，并將兩塊內側板7’延長到外部直到天線1的由點線10表示的輻射錐邊界，該實施例可視為衍生于圖2的實施例。圖4的覆層可在側面由未示出的板封閉，這些板沿線10筆直延伸，或者在此線外在天線1不大量輻射并且相應地這些壁的路線不影響整個組件的方向特征的區(qū)域中延伸。
圖5到圖8是天線組件的方向特征，該組件具有45°扇形天線和常規(guī)覆層及分別根據本發(fā)明不同實施例的覆層。
圖5是天線組件的方向特征，該組件具有垂直于天線主波束方向的平面覆層板形式的常規(guī)覆層，覆層板的厚度d分別為1毫米、3毫米和5毫米，并且傳輸頻率為26GHz。對于這三個厚度，發(fā)射波束的曲線形狀差別不是相當大。然而，在大約±180°的角度識別出波束的獨特鏡像，在厚度d為3毫米的最有利情況下，該鏡像相對于主波束衰減大約17dB。
圖6是根據本發(fā)明的第一天線組件的方向特征，該組件具有圖3所示類型的天線覆層和在圖3的剖面中水平極化的天線。在天線扇區(qū)外，強度隨方位角θ變化強烈，使得難以區(qū)分圖中所示覆層厚度d為1毫米、3毫米和5毫米的曲線。不同厚度的方向特征之間沒有明顯的質量差別。無論覆層的厚度如何，天線扇區(qū)外的衰減到處都優(yōu)于24dB，并且反射波束不明顯。
圖7示出圖3所示類型的天線覆層的兩個方向特征p和s，每個針對1毫米的材料厚度。表示為p的曲線是也在圖6中所示的3條曲線之一。可看到的是對于材料厚度d＝1毫米，天線扇區(qū)外的衰減為至少27dB。表示為s的曲線示出了天線組件的方向特征，該方向特征與曲線p的方向特征的不同之處在于天線的輻射的極化，垂直于其在覆層上的入射平面。曲線p的方向特征完全降級。
參照圖9到圖13解釋本發(fā)明天線覆層的一些其它修改。
圖9是天線1及其覆層3的示意截面，其中，覆層由三個相同的組成部分形成，每個組成部分包括螺線狀橫截面的兩塊板4，其中，如從天線1看到的一樣，每個組成部分在剖面中跨60度角延伸。
易于理解的是，可根據需要使形成本發(fā)明覆層橫截面的相同組成部分的數(shù)量盡可能高；在極限情況下，可使數(shù)量如此大或者可使各個組成部分如此小以致其螺旋曲率可忽略并且它們可被視為以布儒斯特角布置的平面部分。
圖10通過天線1及其覆層3的示意截面示出此情況。由于板在此實施例中可以為平面的，因此，覆層的制造大大簡化。然而，在此實施例中，在各塊板4之間大量存在并形成不滿足布儒斯特條件的區(qū)的邊緣可能以不合需要的方式分散天線的輻射。
圖11是天線覆層3h的透視圖，該覆層在沿其水平中央平面(在圖的坐標系中平面z＝0)的截面中具有圖9所示的橫截面，并在垂直于y軸的任一剖面具有半圓形橫截面。對于由置于坐標系原點的天線發(fā)射的水平極化的輻射，覆層3h的反射可忽略。對于由同一天線發(fā)射的垂直極化的輻射，不滿足布儒斯特條件。為使此后一類型的輻射滿足該條件，將圖11的覆層3h繞天線1的主波束軸旋轉90°便足夠。
圖12到圖14在透視圖中及在分別沿圖12的平面y＝0和y＝-0.5的截面中示出了小波束在俯仰方向上擴展的兩根扇形天線1h、1v的天線覆層3。天線覆層3由兩部分形成下部部分3h，其形狀對應于圖11中在坐標間隔-0，4＜z＜+0，40，4的覆層3h并且其遮蔽位于坐標系原點x＝y(tǒng)＝z＝0的水平極化天線1h的輻射錐。在目前情況下，部分3h在180°的方位角范圍中但僅在大約50°的小得多的仰角區(qū)域中遮蔽天線1h。由于扇形天線波束在俯仰上的擴展通常比在方位上小得多，因此，實際上，天線1h的所有輻射功率通過部分3h。
形狀像半個圓盤的上部部分3v對應于旋轉了90°的圖11的覆層3h的中部。它遮蔽大約置于x＝y(tǒng)＝0、z＝0，4的垂直極化天線1v而無反射。此處，實際上天線1v的所有傳輸功率也通過部分3v。
這兩個部分3h、3v通過錐形表面11相互連續(xù)連接。
權利要求
1.一種用于微波天線(1；1h，1v)的覆層(3；3’；3”)，具有至少一塊覆層板(4；4’，7’；4”，7”)，其特征在于在沿第一剖面的截面中，所述覆層板(4；4’，7’；4”，7”)具有多個區(qū)域，其中，從所述區(qū)域之一以相對于表面法線的角α發(fā)出的向量在同一點(0)與類似地從任何其它區(qū)域發(fā)出的向量(6)相交，其中，所述角α滿足以下條件tanα=ϵR]]>其中，εR是所述覆層板(4；4’，7’；4”，7”；13)的材料的介電常數(shù)。
2.如權利要求1所述的覆層，其特征在于多個所述區(qū)域形成連續(xù)的表面部分，所述連續(xù)的表面部分在所述第一剖面中具有一段對數(shù)螺線形狀的橫截面。
3.如權利要求2所述的覆層，其特征在于所述覆層(3；3’，3”)包括多個表面部分(4；4’，7’；4”，7”)，所述多個表面部分在所述第一剖面中具有多段原點相同的對數(shù)螺線形狀的橫截面。
4.如權利要求3所述的覆層，其特征在于兩個對數(shù)螺線狀表面部分通過相對于所述螺線的原點放射狀定向的表面部分連接。
5.如權利要求3所述的覆層，其特征在于兩個相互接觸的對數(shù)螺線狀表面部分(4；4’，7’；4”，7”)具有值相同且符號相反的截面角α。
6.如以上權利要求之一所述的覆層，其特征在于它在所述第一剖面中具有星形或星形碎片形狀的橫截面。
7.如以上權利要求之一所述的覆層，其特征在于每個表面部分(4；4’，7’；4”，7”)在垂直于所述第一剖面的第二剖面具有直截面。
8.如權利要求1到6之一所述的覆層，其特征在于每個表面部分在垂直于所述第一剖面的第二剖面中具有圓弧形狀的橫截面，所述圓弧狀截面的中心和所述部分的對數(shù)螺線的原點位于一條直線上。
9.一種包括微波天線(1；1A，1B)和如以上權利要求之一所述的覆層(3，3’，3”)的天線組件，其特征在于所述微波天線(1)位于所有向量的公共交點(0)上。
10.如權利要求9所述的天線組件，其特征在于所述表面部分的布置相對于所述天線(1)的方向特征的對稱平面(5)是對稱的。
11.如權利要求9或10所述的天線組件，其特征在于靠近所述原點的兩段螺線(7’，7”)的末端(8’，8”)在所述天線的方向特征的對稱平面(5)上相互接觸。
12.如權利要求9、10或11所述的天線組件，其特征在于所述微波天線(1)在所述第一剖面中極化。
全文摘要
一種用于微波天線(1；1h；1v)的覆層(3；3’；3”)包括至少一塊覆層板(4)，該板的至少一個部分在第一剖面中具有一段對數(shù)螺線形狀的橫截面，該螺線的半徑與法線之間的截面角α滿足條件
文檔編號H01Q1/24GK101040405SQ200580024596
公開日2007年9月19日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權日2004年7月22日
發(fā)明者J·克里斯特 申請人:愛立信股份有限公司