專利名稱：利用短補片天線的天線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扁平天線設(shè)備，它具有一個單獨的輻射元件或多個輻射元件。


圖1a～1c是說明在日本專利申請第5-145327號所公開顯示的現(xiàn)有技術(shù)的天線設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。這種天線設(shè)備用于例如利用人造衛(wèi)星等類似設(shè)備的汽車電話中，它由兩個電介質(zhì)基板所組成。在這些圖中，圖1b和圖1c分別表示兩塊電介質(zhì)基板中的上基板和下基板。這兩塊基板疊合在一起以形成圖1a所示的天線設(shè)備。
更具體地參考圖1a～1c，天線設(shè)備包括一塊薄板形式的第一電介質(zhì)基板1；一塊類似的第二電介質(zhì)基板2；在第一電介質(zhì)基板1的上部表面上形成的一個輻射元件3；在第二電介質(zhì)基板2的下部表面上形成的條狀導(dǎo)體4；在第二電介質(zhì)基板2的整個表面上形成的接地導(dǎo)體板5，它和條狀導(dǎo)體4一起構(gòu)成了微帶線；和安排在第二電介質(zhì)基板2的表面上所形成的接地導(dǎo)體板5上的一個補片(patch)6，它的長度短于傳輸?shù)牟ㄩL。補片6和接地導(dǎo)體板5之間相互用一個非導(dǎo)電區(qū)7絕緣。同時，一個饋電針8把補片6連接到帶狀線4。
在圖1a中所示的天線設(shè)備中，接地導(dǎo)電板5和補片6是夾在第一電介質(zhì)基板1和第二電介質(zhì)基板2之間的，因此不能從外面見到。另一方面，輻射元件3出現(xiàn)在天線設(shè)備的上部表面，而帶狀線4則出現(xiàn)在天線設(shè)備的下表面。
其次將說明上述天線設(shè)備的工作。再參考圖1a，通過帶狀線4的信號經(jīng)過饋電針8而激勵補片6。由于補片6和輻射元件3是電磁耦合的，被激勵的補片6使得輻射元件3也受到激勵。這樣，無線電波就輻射到空中。
在圖1a所示的已有技術(shù)的天線設(shè)備中，由于補片6和輻射元件3相互之間有電磁耦合，因而不需要饋電針來把輻射元件3連接到帶狀線4，從而能夠簡化電源的結(jié)構(gòu)。
但是，由于輻射元件3的尺寸延伸到約λg/2(λg表示在電介質(zhì)基板中的波長)，當(dāng)使用多個這樣的天線設(shè)備以配置成陣列天線時這可能是不利的。
同時，這種類型的天線設(shè)備需要使用那些在高頻范圍內(nèi)呈現(xiàn)出較少損耗的電介質(zhì)基板以便改善其效率。但是，這樣的基板一般是昂貴的，因而導(dǎo)致增高的制造成本。另外，由于使用了電介質(zhì)基板，天線設(shè)備不可避免地要承擔(dān)某些電介質(zhì)損耗。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而進行的，本發(fā)明的一個目的就是提供這樣一種天線設(shè)備，它具有比起已有技術(shù)的天線設(shè)備來較小的輻射元件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種天線設(shè)備，它可以以較低的成本來制造。
本發(fā)明的還有一個目的是提供一種天線設(shè)備，它具有較小的電介質(zhì)損耗。
本發(fā)明另外一個目的是提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的天線設(shè)備。
本發(fā)明的另外的目的是提供一種天線設(shè)備，它能夠容易地在較寬的頻帶內(nèi)使傳輸線和輻射元件相匹配。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一種天線設(shè)備，它能夠減少由于環(huán)繞天線設(shè)備的環(huán)境因素所引起的不必要的散射波所致的有害影響。
為了達到上述目標(biāo)，本發(fā)明提供一種天線設(shè)備，它包括一個接地的導(dǎo)體板；一個短補片天線類型的輻射元件，它安排在接地導(dǎo)體板上；用于激勵輻射元件的饋電電路；和一個在接地導(dǎo)體板上形成的耦合孔，用于饋電電路和輻射元件之間的電磁耦合。
在本發(fā)明的一個實施例中，接地導(dǎo)體板形成在電介質(zhì)基板的一個表面上，而輻射元件則包括形成于電介質(zhì)基板的另一表面上的信號輻射部分和用于把信號輻射部分連接到接地導(dǎo)體板上的連接裝置。
饋電電路是一種三層板系統(tǒng)(triplate line)，包括接地導(dǎo)體板、另一塊接地導(dǎo)體板和一個夾在這兩塊導(dǎo)體板之間的帶狀導(dǎo)體，或者是一個微帶線，包括接地導(dǎo)體板和與接地導(dǎo)體板相隔開的一條微帶線。
在本發(fā)明的另一實施例中，接地導(dǎo)體板在一塊電介質(zhì)基板上形成，而輻射元件可包括與接地導(dǎo)體板相隔一個預(yù)定距離的信號輻射部分和用于把信號輻射部分的一端連接到接地導(dǎo)體板上的連接裝置。
輻射元件以一預(yù)定的距離和接地導(dǎo)體板相隔開，在輻射元件和接地導(dǎo)體板之間有一個空間存在。
最好是該電介質(zhì)基板是一種泡沫介質(zhì)基板。
接地導(dǎo)體板可以由在電介質(zhì)基板上電鍍而形成。
天線設(shè)備還可以包括一個固定部件以便在輻射元件的信號輻射部分和接地導(dǎo)體板之間保持一個固定的間距。
輻射元件可以這樣來安排，使得它和耦合孔之間的位置關(guān)系是可調(diào)節(jié)的。
天線設(shè)備還可以包括另一塊接地導(dǎo)體板，它外加在該接地導(dǎo)體板上并與其間隔開，饋電導(dǎo)體就安排在兩塊接地導(dǎo)體板之間，并且在靠近耦合孔的地方可提供一個連接機構(gòu)以便把接地導(dǎo)體板和另一塊導(dǎo)體板在耦合孔附近相連接。
連接機構(gòu)可以是一個導(dǎo)電塊，安排在接地導(dǎo)體板和另一塊接地導(dǎo)體板之間，以便用于連接兩塊接地導(dǎo)體板并用于電屏蔽饋電導(dǎo)體。
尤為可取的是，饋電導(dǎo)體包括一個低阻抗部分或靠近耦合孔的一個短截線(stub)以提高輻射元件和饋電電路間的電磁耦合。
輻射元件和接地導(dǎo)體板之間的間距在輻射元件的接地端和開放端可以做成是不相同的。
該輻射元件可以由多個輻射元件組成，它們之間有各自的信號輻射部分并且相互之間有一預(yù)定距離。
本發(fā)明還提供一種天線設(shè)備，它包括(1)一個天線部分，包括傳輸信號用的一個饋電電路；至少有一個耦合孔的接地導(dǎo)體板；由饋電電路通過耦合孔激勵的至少一個輻射部分；和用于把輻射部分的一端接地到接地導(dǎo)體板的接地裝置；(2)用于容納天線部分的一個外殼；和(3)圍繞外殼安排的散射波減少裝置。
散射波減少裝置可以是下列之一具有斜坡部分的導(dǎo)體塊，其高度從外殼的頂端逐漸向外殼的底部減少；安排在外殼頂部的一個電波吸收部件和在外殼和接地導(dǎo)體板之間實施電短路的裝置。
本發(fā)明還提供一個天線設(shè)備，它包括(1)一個天線部分，包括傳輸信號用的一個饋電電路；至少有一個耦合孔的接地導(dǎo)體板；由饋電電路通過耦合孔激勵的至少一個輻射部分；和用于把輻射部分的一端接地到接地導(dǎo)體板的接地裝置；(2)用于容納天線部分的一個外殼；和(3)傳播延遲裝置，用于延遲從輻射部分傳播的電磁波的相位以控制由圍繞著天線部分產(chǎn)生的散射波所引起的天線部分的輻射圖形的變化。
本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)和優(yōu)點通過下面的說明并結(jié)合所附的插圖將變得更加明顯。
圖1a是一個透視圖，它圖解地表明現(xiàn)有技術(shù)的天線設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖1b和1c表示圖1a所示的天線設(shè)備的組成元件；圖2a是個透視圖，它圖解地表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第一實施例的結(jié)構(gòu)；圖2b、2c和2d表示圖2a所示的天線設(shè)備的組成元件；圖3a是個透視圖，它圖解地表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第二實施例的結(jié)構(gòu)；圖3b和3c表示圖2a所示的天線設(shè)備的組成元件；
圖4是個透視圖，它圖解地表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第三實施例的結(jié)構(gòu)；圖5是沿圖4A-A線所取的截面圖；圖6是圖4所示天線設(shè)備的頂視圖；圖7a是個截面圖，用于說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第三實施例的另一種方案；圖7b是圖7a所示的襯墊的截面圖；圖8a是圖7a所示結(jié)構(gòu)的修改例子的截面圖；圖8b是用于圖8a的修改例子的一個防松螺母的截面圖；圖9是表示圖7a所示結(jié)構(gòu)的另一個修改例子的截面圖；圖10是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第四實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖11是沿圖10中B-B線所取的截面圖；圖12是表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第五實施例的結(jié)構(gòu)的展開圖；圖13是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第六實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖14是沿圖13的C-C線所取的截面圖；圖15是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第七實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖16是圖15所示的天線設(shè)備的頂視圖；圖17是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第八實施例的結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖18是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第九實施例的結(jié)構(gòu)的頂視圖19是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖20是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十一實施例的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖21是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十二實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖22是沿圖21的D-D線所取的截面圖；圖23是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十三實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖24是沿圖23的E-E線所取的截面圖；圖25和26是說明短補片天線的特性圖；圖27是圖解地說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十四實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖28是沿圖27的F-F線所取的截面圖；圖29是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十五實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖30是沿圖29的G-G線所取的截面圖；圖31是說明示于圖29中的天線設(shè)備工作情況的輻射圖形圖；圖32是圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十六實施例的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖33的圖解地表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十七實施例的結(jié)構(gòu)的截面圖；和圖34是沿圖34的H-H線所取的截面圖。
下面將結(jié)合各實施例并參考所附的插圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖2a-2d是說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第一實施例的結(jié)構(gòu)的圖解。這種天線設(shè)備是用于例如汽車電話或類似的應(yīng)用人造衛(wèi)星的設(shè)備上的。這個天線設(shè)備包括三層電介質(zhì)的基板，分別由圖2b表示上面一層，圖2c表示中間層，圖2d則表示下面一層。這些電介質(zhì)基板疊合在一起以構(gòu)成圖2a所示的天線設(shè)備。
具體參考圖2a～2d，這種天線設(shè)備包括第一平層的電介質(zhì)基板1；和第一平層電介質(zhì)基板1相似的第二電介質(zhì)基板2；也和第一平層電介質(zhì)基板1相似的第三電介質(zhì)基板9；在電介質(zhì)基板2的整個上表面上形成的第一接地導(dǎo)電板10；在電介質(zhì)基板9的整個下表面上形成的第二接地導(dǎo)電板11；一個帶狀線12，它形成于電介質(zhì)基板9的上表面，并且它和第一和第二接地導(dǎo)電板10、11共同組成了一個三層板系列；安排在第一電介質(zhì)基板1的上表面上的一個輻射元件13；和含有通過電介質(zhì)基板1而形成的通孔的短路部分14，這些通孔的內(nèi)圓壁面都經(jīng)過電鍍以便把輻射元件13的一端在電氣上接到接地導(dǎo)體板10上。短路部分14包含多個(在圖2b中為4個)通孔，它們成直線地安排在輻射元件13的一個端部。接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件15含有多個(圖2中為4個)延伸穿過電介質(zhì)基板2、9的通孔，它們的內(nèi)圓壁面被電鍍以便在電氣上把第一接地導(dǎo)體板10和第二接地導(dǎo)體板11連接起來。構(gòu)成接地導(dǎo)體板的連接構(gòu)件15的通孔位于耦合孔16的周圍(在圖2c中，靠近耦合孔16的相應(yīng)各個角上)。通過接地導(dǎo)體板10而形成的耦合孔16使帶狀線12和輻射元件13進行電磁耦合。
在圖2a所示的天線設(shè)備中，第一接地導(dǎo)體板10是夾在第一電介質(zhì)基板1和第二電介質(zhì)基板2之間的，而帶狀線12和耦合孔16則夾在第二電介質(zhì)基板2和第三電介質(zhì)基板9之間，所以這些元件從外部是看不見的。與此相反，輻射元件13出現(xiàn)在天線設(shè)備的上表面，而第二接地導(dǎo)體板11則出現(xiàn)于同一個板的下表面。
下面將要說明圖2a所示的天線設(shè)備的工作情況。在圖2a中，通過帶狀線12的信號通過耦合孔16而激勵輻射元件13。被激勵的輻射元件13把信號輻射到空中。在這種情況下，在靠近耦合孔16的地方產(chǎn)生了在接地導(dǎo)體板10和11之間傳播的平行板模式信號。
由于接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件15使得在接地導(dǎo)體板10和11之間的電位在耦合孔16的周圍變?yōu)榱?，所以平行板模式信號可以被防止傳播到接地?dǎo)體板連接構(gòu)件15之外。在這種情況下，接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件15可以減少損耗，并如上述，可以減少由于所產(chǎn)生的平行板模式的信號而引起的與其它饋電線之間的不必要的耦合。
被激勵的輻射元件13構(gòu)成了所謂的短補片天線。輻射元件13的一端通過短路部分14而接到接地導(dǎo)體板10，而另一端則保持開路狀態(tài)。因此，輻射元件13在短路端和開路端之間的距離為約λg/4(λg是在電介質(zhì)材料內(nèi)的波長)時就產(chǎn)生諧振以得到最大的輻射效率。與此相反，在圖1a所示的現(xiàn)有技術(shù)的例子中，不使用短補片的天線而是使輻射元件的兩端都開路。在這種結(jié)構(gòu)下，輻射元件兩端的距離必須為約λg/2才能使輻射元件諧振。從這個說明可以理解，在第一實施例的天線設(shè)備中所使用的輻射元件13的尺寸約為傳統(tǒng)的天線設(shè)備中所用的輻射元件的尺寸的一半。因此就有可能減小整個天線設(shè)備的尺寸。
如上所述，按照第一實施例的天線設(shè)備，由于輻射元件是由天線設(shè)備中的一個短補片天線形成的，它包括一個利用電磁耦合的簡單的饋電結(jié)構(gòu)，所以天線設(shè)備可以用較小的尺寸來制成。
應(yīng)該指出，在第一實施例中，電介質(zhì)基板1和2并不一定要用同樣的材料來制造或要有同樣的厚度，而電介質(zhì)基板2和9則最好做成具有相同的特性以便維持帶狀12的平衡運行。
雖然第一實施例的天線設(shè)備包括一個三層板系統(tǒng)作為饋電線，但是也可用微帶線作為另一方案。
圖3a～3c表示說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第二實施例的結(jié)構(gòu)的透視圖。第二實施例的天線設(shè)備主要由兩塊電介質(zhì)基板組成。圖3b表示兩塊電介質(zhì)基板中的上面一塊，而圖3c則相應(yīng)地表示其下面一塊。這些電介質(zhì)基板疊合在一起以完成如圖3a所示的天線設(shè)備。
具體參考圖3a～3c，一個帶狀線4安裝在第二電介質(zhì)基板2的下表面上以傳輸信號。接地導(dǎo)體板10和帶狀線4形成一條微帶線。第一電介質(zhì)基板1、第二電介質(zhì)基板2、第一接地導(dǎo)體板10、輻射元件13、短路部分14和耦合孔16都和用于第一實施例的那些部件(圖2a)相同或相對應(yīng)。
在圖3a所示的天線設(shè)備中，第一接地導(dǎo)體板10和耦合孔16是夾在第一電介質(zhì)基板1和第二接地導(dǎo)體板2之間的，使得這些元件不能從外部看見。與此相反，輻射元件13出現(xiàn)在天線設(shè)備的上表面，而帶狀線4則出現(xiàn)在其下表面。
下面將說明按照第二實施例的天線設(shè)備的工作情況。通過帶狀線4而傳播的信號將會通過耦合孔16以電磁耦合的方式而激勵輻射元件13。被激勵的輻射元件13把信號輻射到空中。輻射元件13的兩端之間的距離約為λg/4，這和第一實施例是相同的。
如上所述，按照第二實施例的天線設(shè)備由于輻射元件是由天線設(shè)備中的一個短補片天線形成的，它包括一個利用電磁耦合的簡單的饋電結(jié)構(gòu)，所以天線設(shè)備可以用較小的尺寸來制造。
應(yīng)該指出，在第二實施例中，電介質(zhì)基板1和2不一定要用同樣的材料來制造或具有相同的厚度。
下面將參考圖4～6來說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第三實施例。圖4是按照第三實施例的天線設(shè)備的一個透視圖；圖5是沿圖4中A-A線所取的截面圖；圖6是天線設(shè)備的頂視圖。
在圖4～6中，通過把一塊平面金屬板彎曲而形成一個短補片天線17。短補片17包括一個信號輻射部分(相當(dāng)于圖2a中的輻射元件13)18′；一個短路部分18，它基本上和信號輻射部分18′成直角；和一個安裝部分18″，它相對于短路部分18基本上形成直角。
天線設(shè)備還包括一個第一接地導(dǎo)體板19。短路部分18把短補片天線17的輻射部分18′的一端連接到第一接地導(dǎo)體板19上并且使短補片天線17的輻射部分18′和第一接地導(dǎo)體板19之間的間距保持恒定。天線設(shè)備還包括一個和第一接地導(dǎo)體板19平行地安裝的第二接地導(dǎo)體板20；一塊薄膜基板21，它具有形成于其上表面上的一個帶狀線23；安裝在第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20之間并平行于它們以便用來支持薄膜基板21的泡沫電介質(zhì)材料22；和一個通過接地導(dǎo)體板19而形成的耦合孔24。
如同可從圖5的截面圖所看到的，短補片天線17和帶狀線23是通過耦合孔24而實現(xiàn)電磁耦合的。泡沫電介質(zhì)材料22以夾心的形式從其兩側(cè)支持薄膜基板21。換句話說，存在著兩層泡沫電介質(zhì)材料22。第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20分別安裝在泡沫電介質(zhì)材料層22的頂面和底面。如圖5所示，第二接地導(dǎo)體板20局部地被沖壓以形成4個凹孔(在圖5中表明了4個凹孔中的2個)。凹孔組成了接地導(dǎo)電板連接構(gòu)件25，每一個用于在電氣上把第一和第二接地導(dǎo)體板19、20用螺絲連接起來并保持接地導(dǎo)體板19、20之間的距離。對應(yīng)于接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25，薄膜基板21和泡沫電介質(zhì)材料層22都形成了延伸通過它們的孔以便提供柱狀的開口。第二接地導(dǎo)體板20和第一接地導(dǎo)體板19通過經(jīng)薄膜基板21和泡沫電介質(zhì)材料層22而形成的柱狀開口而相接觸，并且第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20用4個螺絲26在電氣上和機械上相互連接。4個螺絲26中的兩個位于短補片17的安裝部分18″以便把短補片天線17固定在第一接地導(dǎo)體板19上并在它們之間提供電氣連接。
下面將說明按照第三實施例的天線設(shè)備的工作情況。
雖然圖4～6所示的天線設(shè)備和第一實施例的天線設(shè)備(示于圖2中)是相似的，在結(jié)構(gòu)上仍存在著某些差別，例如，前者并不含有第一電介質(zhì)基板，但含有泡沫電介質(zhì)材料層22和由沖壓第二接地導(dǎo)體板20而形成的接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件，等等。不過，作為一個天線第三實施例的工作情況和第一實施例的是相似的。
具體地說，通過帶狀線23而傳播的信號通過耦合孔24而以電磁耦合方式去激勵短補片天線17。被激勵的短補片天線17把信號輻射到空中。
圖4～6中所示的天線設(shè)備并不包含第一電介質(zhì)基板，而在短補片天線的內(nèi)部則充滿著空氣、使得短補片天線17的信號輻射部分的短路端和開路端之間的距離約為λ0/4，此處的λo是自由空間波長。因此，短補片天線17比在第一實施例中的輻射元件13要短。此外，由于短補片天線17的內(nèi)部充滿著空氣而不含任何電介質(zhì)材料，因此不存在介質(zhì)損耗。
在第三實施例的天線設(shè)備中，帶狀線23是夾在泡沫電介質(zhì)材料層22之間的。泡沫電介質(zhì)材料的介電常數(shù)基本上接近于空氣且其介電損耗角比起電介質(zhì)基板來更低。因此，帶狀線23所呈現(xiàn)的介電損耗要明顯地低于在電介質(zhì)基板上形成的電路所具有的介電損耗。
同樣，接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25是通過沖壓而和第二接地導(dǎo)體板20整體形成的，所以可以容易地制成。
按照第三實施例的天線設(shè)備的部件包括一個平面金屬板，一塊泡沫電介質(zhì)材料和一塊薄膜基板。由于這些材料比電介質(zhì)基板要便宜得多，因此有可能減少天線設(shè)備各部件所需的成本。
如上所述，按照第三實施例，由于短補片天線17的內(nèi)部充滿著空氣，同時由于天線設(shè)備本身是由像平面金屬板、泡沫介電材料和薄膜基板這樣的部件組成的，所以第三實施例的天線設(shè)備在減少輻射元件的尺寸、較低的介電損耗以及部件的較低成本方面都優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的各種天線設(shè)備。
雖然第三實施例使用了螺絲26來連接和固定短補片天線27、第一接地導(dǎo)體板19和接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25，但其它連接裝置如鉚釘或其類似物件也是可以使用的。
在第三實施例中，用于把第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20相連接的接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25，是由沖壓第二接地導(dǎo)體板20而形成的凹孔構(gòu)成的。另外的方法是，接地導(dǎo)電板連接構(gòu)件25也可由一個環(huán)狀墊圈、一個防松螺母或其類似的物件來構(gòu)成。這將參考圖7a、8a和9來說明，這些是截面圖，分別表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第三實施例中圍繞接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。
在圖7a中，一個環(huán)形襯墊27(圖7b)是由導(dǎo)電材料制成的，用作為接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件。用于連接并固定第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20的螺絲26穿過環(huán)形墊片27，它在電氣上連接并在機械上固定這些接地導(dǎo)體板19、20。
在圖8a中，具有帶螺紋的通孔的一個防松螺母28(圖8b)用作為接地導(dǎo)體板的連接構(gòu)件。防松螺母28具有和環(huán)形墊片27相似的功能。
在圖9中，環(huán)形襯墊27是由鉚釘29取代螺絲26來固定和連接的。圖9中的環(huán)形襯墊27和圖7a中的情況有相似的作用。
圖7a～8a和9所示的天線設(shè)備的工作和優(yōu)點和按照第三實施例的天線設(shè)備的相同。
雖然在第三實施例中，短補片天線17和第一接地導(dǎo)體板19是由不同的導(dǎo)體板形成的，但它們也可以整體成型。
圖10是按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第四實施例的透視圖，而圖11是沿圖10的B-B線所取的截面圖。在圖10和11中，包括短補片天線17到螺絲26的各部件和在第三實施例(圖4～6)中所用的各部件是相同或相對應(yīng)的。
按照第四實施例的天線設(shè)備的工作情況和第三實施例是相同的。但是，第四實施例在下列方面有所不同，即信號輻射部分18′b和短補片天線17b的短路部分18b，接地導(dǎo)體板19b和接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25b是以下列方式整體形成的，這種方式是圖4～6中所示的形狀是由樹脂材料形成的，然后整體形成的部件的表面再鍍以導(dǎo)電材料。
上面所述的結(jié)構(gòu)減少了所需部件的數(shù)量和制造的步驟數(shù)，因而也減少了天線設(shè)備的成本。
雖然在第四實施例中，信號輻射部分18′b和短補片天線17b的短路部分18b、接地導(dǎo)體板19b和接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25b是整體模壓的，但也可用另外的方法，短補片天線17、短路部分18b和第一接地導(dǎo)體板19可以作為一個整體部件而形成，而接地導(dǎo)體板連接構(gòu)件25和第二接地導(dǎo)體板20可以作為另外一個獨立的整體部件而形成。
按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第五實施例將在下面參考圖12而作說明。圖12表示處于分開形式的按照第五實施例的天線設(shè)備。天線設(shè)備主要由三部分組成。具體地說，在圖12中，上面部分表示輻射元件和天線設(shè)備的第一接地導(dǎo)體板；下面部分表示第二接地導(dǎo)體板和用于把第一接地導(dǎo)體板和第二接地導(dǎo)體板相連接的一根導(dǎo)體；中間部分表示夾在上邊部分的部件和下面部分的部件之間的一根饋電線。在這個天線設(shè)備中的饋電線是個三層板系統(tǒng)。
在圖12的上面部分中，短補片天線17、短路部分18′、第一接地導(dǎo)體板19、耦合孔24和螺絲26和圖4～6中所示的那些部分相同或相對應(yīng)。
在圖12的中間部分，雖然和帶狀線23及泡沫電介質(zhì)材料22一起形成的薄膜基板21在功能上和圖4～6所示的它們相對應(yīng)的部件相似，但圖12所示的有不同的外形。更具體地說，泡沫電介質(zhì)材料僅在沿著提供信號的帶狀線23的部分配備，以及在相應(yīng)于把饋電線和輻射元件進行電磁耦合的耦合孔24的部分配備。由于帶狀線23基本上和耦合孔24垂直交叉，所以泡沫電介質(zhì)材料具有十字形狀。把帶狀線23夾在其中間的泡沫電介質(zhì)材料是埋在導(dǎo)體塊30之中的，所以帶狀線23被它完全地屏蔽起來。
在圖12的下面部分，第二接地導(dǎo)體板20和圖4～6所示的部分是相同或相對應(yīng)的。導(dǎo)體塊30安裝在第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20之間以在電氣上連接這兩塊接地導(dǎo)體板19、20。導(dǎo)電塊30有一個開口，其形狀正好在其內(nèi)能容納饋電電路和由薄膜基板21和泡沫介電材料22形成的耦合部分。導(dǎo)體塊30還有供螺絲26用的螺絲孔31以便把第一接地導(dǎo)體板19裝在導(dǎo)體塊30上。
4個螺絲26被擰在相應(yīng)的螺絲孔31中以便把第一接地導(dǎo)體板19安裝在導(dǎo)體塊30上并把在電介質(zhì)材料22上形成的饋電電路和帶狀線23固定在第一接地導(dǎo)體板19和第二接地導(dǎo)體板20之間。雖然在圖12中未示出，但第二接地導(dǎo)體板20和導(dǎo)體塊30也是用螺絲之類相互連接并固定的。
第五實施例的天線設(shè)備的基本工作情況和第三實施例的天線設(shè)備是相同的。
但是，由于在第五實施例中耦合孔24和帶狀線23是完全被導(dǎo)體塊30所屏蔽的，所以結(jié)合第一實施例而說明的平行板模式的信號被更徹底地阻塞。這導(dǎo)致進一步的減少天線設(shè)備的介質(zhì)損耗并且也減少了對其它電路的耦合。
如上所述，按照第五實施例，由于饋電電路和耦合部分完全被導(dǎo)體塊所屏蔽，天線設(shè)備的介質(zhì)損耗進一步降低。同樣，和第三實施例的天線設(shè)備相似，第五實施例的天線設(shè)備可以使用更小尺寸的輻射元件因而減少制造成本。
應(yīng)該指出，如在第四實施例中所說明的這樣一種整體模壓制造樹脂也可用在第五實施例的天線設(shè)備中。例如，導(dǎo)體塊30和第二接地導(dǎo)體板20，或者導(dǎo)體塊30、第一接地導(dǎo)體板19和短補片天線17都可以用樹脂整體形成并在其表面鍍以導(dǎo)電材料。
更加可取的是給第三實施例的天線設(shè)備的輻射元件17在其不接地的一端加一個襯墊以提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。圖13是表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第六實施例的透視圖，圖14是沿著圖13的C-C線所取的截面圖。在圖13和14中，提供了一個電介質(zhì)襯墊32以維持在短補片17的開路端也就是由短路部分18所接地的一端的對面一端和接地導(dǎo)體板19之間的距離。其余部件則和第三實施例(圖3)中所用的部件相同或相對應(yīng)。
第六實施例的電氣工作情況則和按照第三實施例的天線設(shè)備相同。
最強的電場產(chǎn)生于短補片天線17的開路端。由于這一原因，短補片天線17的開路端和接地導(dǎo)體板19之間的間距的改變將明顯地影響短補片天線17的工作特性，特別是它的諧振頻率特性和諧振波段特性。因此，需要一個機構(gòu)來保持該間距于一合適的距離。第六實施例有一個電介質(zhì)襯墊32，它被安裝成使其長度能和在短補片天線17的開路端和接地導(dǎo)體板19之間的最佳間隔相匹配以便因此而穩(wěn)定短補片天線17的特性。
雖然可以考慮電介質(zhì)襯墊32的多種不同形狀，但最好是盡可能小的一種。這是因為較大的電介質(zhì)補墊32將導(dǎo)致短補片天線17中介電損耗的增加。
按照第六實施例，由于襯墊32使短補片天線17的開路端和接地導(dǎo)體板之間的間距保持恒定，所以就有可能提供一種穩(wěn)定的天線設(shè)備，它在結(jié)構(gòu)上有高度的精確性，同時使天線設(shè)備即使遭受如振動這樣的物理沖擊也能維持它的性能。此外，和第三實施例相似，第六實施例的天線設(shè)備可以使用較小尺寸的輻射元件并減少制造成本和電介質(zhì)損失。
應(yīng)該指出，第六實施例的襯墊32也可以用于第三到第五實施例的天線設(shè)備中。
按照第三實施例的天線設(shè)備中輻射元件的位置也希望是可以調(diào)整的。圖15是按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第七實施例的透視圖，圖16則是同一天線設(shè)備的頂視圖。在圖15和16中，短補片天線17有一個部分彎曲的部分33用于安裝在第一接地導(dǎo)體板19上。通過彎曲部分33形成一個拉長的孔34以便調(diào)整短補片天線17的位置。螺絲26插入通過相應(yīng)的拉長的孔34，以便在電氣上把短補片天線17連接到第一接地導(dǎo)體板19和在機械上把短補片天線17固定在第一接地導(dǎo)體板19上。其余部件和第三實施例中所用的部件相同或相對應(yīng)(圖4)。
第七實施例的天線設(shè)備的基本電氣工作情況和第三實施例的天線設(shè)備相同。但是在第七實施例的天線設(shè)備中，通過彎曲部分33形成的拉長的孔34使得短補片天線17可以沿在箭頭D所指明的方向移動，從而可達到短補片天線17和耦合孔24之間的最佳位置關(guān)系。
一般說來，由于耦合孔24形成于短補片天線17的短路部分18的附近，短補片天線17和三層板系統(tǒng)23可在很寬的波段內(nèi)相互電磁耦合，所以可在很寬的波段內(nèi)達到匹配。但是，如果電磁耦合延伸到極寬的波段，則短補片天線17的輸入阻抗將在波段內(nèi)大幅度波動，從而使匹配困難。為了解決這一問題，按照第七實施例的天線設(shè)備可以調(diào)整短補片天線17的位置以允許在最優(yōu)的寬波段內(nèi)達到匹配。
調(diào)整可以例如按下列方式進行。由于短路部分18靠近耦合孔24，所以提供了在較寬波段內(nèi)的耦合。在這種情況下，為了建立匹配，在史密斯圖中的特性可能在一個由預(yù)定的VSWR(例如VSWR＝1.5)所定義的位于史密斯圖的中心的一個圓內(nèi)。這樣，只要在史密斯圖上的特性保持在圓內(nèi)，短路部分18的位置就要盡可能靠近耦合孔24。
按照第七實施例，通過提供拉長的孔34以便把短補片天線17安裝在第一接地導(dǎo)體板19上，短補片天線17和耦合孔24之間的位置關(guān)系是可調(diào)的。這使得輻射元件17和饋電電路之間的電磁耦合的程度是可調(diào)的，由此可以確定一個最佳條件。因此就有可能像第三實施例那樣，提供可以方便地在輻射元件和饋電線之間在較寬波段內(nèi)建立匹配關(guān)系的天線設(shè)備。同樣也有可能提供一種天線設(shè)備，它可以使用較小的輻射元件和減少成本和介質(zhì)損耗。
應(yīng)該指出，拉長的孔也可在第四到第六實施例中形成以便輻射元件的位置是可調(diào)的。
同樣，當(dāng)?shù)谄邔嵤├械奶炀€設(shè)備用微帶線代替三層板系統(tǒng)作為饋電電路時，可產(chǎn)生類似優(yōu)點。
下面將參考圖17來說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第八實施例。圖17是按照第八實施例的天線設(shè)備的頂視平面圖。畫斜線的部分36表示帶狀線23的一部分，它有一部分延伸到耦合孔24。由于線的特性阻抗隨著線的寬度變寬而降低，所以區(qū)36這部分叫做低阻抗區(qū)。低阻抗區(qū)36位于相對于耦合孔24更靠近帶狀線23的饋電點。這是因為低阻抗區(qū)36還起變壓器的作用。低阻抗區(qū)36的一個端部36′的位置和耦合孔24的一部分相疊合。這是因為最大電流通過端部36′，通過把端部36′和耦合孔24重疊可提供較大的耦合。其余部件和第三實施例(圖4)中所用的相同或相對應(yīng)。
第八實施例的天線設(shè)備的基本電氣工作情況和第三實施例的天線設(shè)備相同。但是在第八實施例中，帶狀線23在耦合孔24附近有一個展寬部分以形成低阻抗區(qū)36。由于該線的特性阻抗較低，有較大的電流流經(jīng)該線，導(dǎo)致該線的周圍有較強的磁場。因此，耦合孔24的激勵更強，從而使短補片天線17和帶狀線23在較寬的波段內(nèi)有相互的電磁耦合。
上面結(jié)合第七實施例時已說明，如果在較寬的波段內(nèi)能實現(xiàn)電磁耦合，則亦能在較寬波段內(nèi)實現(xiàn)匹配。但是，在極端寬的波段內(nèi)的電磁耦合將導(dǎo)致建立匹配的困難。因此，低阻抗區(qū)36的寬度可以調(diào)節(jié)以得到最合適的耦合量。具體地說，和第七實施例的情況類似，假定在史密斯圖上的特性仍保留在其中心的預(yù)定的VSWR(例如VSWR＝1.5)所定義的圓內(nèi)，則低阻抗區(qū)36的寬度將盡可能地擴展以便同時實現(xiàn)較寬的波段耦合和所希望的匹配。
如果帶狀線23的整個長度都和低阻抗區(qū)36有相同的寬度，則帶狀線23所占有的面積將更寬，這對用于陣列天線中是不利的，因為在那里饋電線的安排是很復(fù)雜的。因此，低阻抗36只能安排在耦合孔24的附近。
當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇低阻抗區(qū)36的線寬并選擇其長度a1為λp/4(λp是線內(nèi)的波長)時，低阻抗區(qū)36還可用作阻抗變換器，它為帶狀線23和天線17提供方便的匹配。
按照第八實施例，由于低阻抗36是部分地在饋電線的靠近耦合孔24處形成的，以便實現(xiàn)較寬波段的電磁耦合，所以輻射元件和饋電線之間的匹配可在較寬波段內(nèi)方便地建立。此外，和第三實施例相似，有可能提供一個天線設(shè)備，它可以使用較小尺寸的輻射元件并減少成本和電介質(zhì)損耗。
應(yīng)該指出，第八實施例的低阻抗36也可以在第三到第七實施例的帶狀線中提供。
同樣，當(dāng)在第八實施例中用三層板系統(tǒng)以取代帶狀線作為天線設(shè)備的饋電線路時，可以得到相似的結(jié)果。
在第八實施例的天線設(shè)備中，在饋電線中安排的低阻抗36能夠在較寬波段內(nèi)匹配。與此相似的效果也可通過在饋電線中安排一個開路的短截線而得到。圖18是表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第九實施例的頂視平面圖。在圖18中，指明為37的區(qū)域是一個開路的短截線，它是帶狀線23的延伸，其長度從耦合孔24的中心起約為λp/4(λp是線內(nèi)的波長)。剩下的結(jié)構(gòu)和第八實施例中的天線設(shè)備相同。
第九實施例的天線設(shè)備的基本電氣工作情況和第三實施例的天線設(shè)備相同。在第九實施例的結(jié)構(gòu)中，開路短截線37使靠近耦合孔24的阻抗基本為零，這導(dǎo)致較大的電流流經(jīng)饋線并在耦合孔24周圍產(chǎn)生較強磁場。結(jié)果，耦合孔24被更強烈地激勵，從而使短補片天線17和帶狀線23相互間在更寬的波段上電磁耦合。和第八實施例的情況相似，較寬波段的電磁耦合導(dǎo)致較寬波段的匹配。但是在極端寬的波段內(nèi)的電磁耦合將引起建立匹配的困難。如果電磁耦合是在極寬的波段內(nèi)實現(xiàn)的，則靠近耦合孔24的電流量可以通過在λp/4左右增大或減小開路短截線37的長度而得到調(diào)節(jié)。當(dāng)開路短截線37的長度為λp/4時電磁耦合成為最大。當(dāng)開路短截線37短于λp/4時阻抗成份成為容性的，而大于λp/4時則為感性的。開路短截線37的長度可以調(diào)節(jié)以得到最佳匹配。
按照第九實施例，由于開路短截線37是在饋線中提供的，輻射元件和饋線之間的匹配可以在較寬的波段內(nèi)方便地建立。同樣，和第三實施例相似，第九實施例的天線設(shè)備可以使用較小尺寸的輻射元件，用較低成本生產(chǎn)，并減少其電介質(zhì)損耗。
第八實施例可以和第九實施例相結(jié)合以提供一種天線設(shè)備，即有低阻抗區(qū)36又有開路短線37。同樣，在第九實施例的天線設(shè)備中如用三層板系統(tǒng)來取代帶狀線作為饋電電路時，可以得到類似的效果。
在上面所說明的第三到第九實施例中，在作為輻射元件的短補片天線17和接地導(dǎo)體板19之間的間隔在短補片天線17的長度內(nèi)是保持不變的。在另外方式下，這個間隔在短補片天線17的接地端和開路端可以是不同的。圖19是表明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第十實施例的截面圖。圖19表示和圖5相似的截面圖，但圖19的第十實施例和圖5有下列不同，即短補片天線17的信號輻射部分18和接地導(dǎo)體板19之間的距離在整個信號輻射部分18的長度內(nèi)是不一致的。更具體地參考圖19，假定在短補片天線17和信號輻射部分18之間的距離在接地端用X1來表示，而在相對于接地端的開路端的距離用X2表示，則X1＜X2的條件滿足。
第十實施例的天線設(shè)備的基本電氣工作情況和第三實施例的天線設(shè)備相同。如上所述，最大的電場出現(xiàn)于短補片天線17的開路端。另外，一般說來，在短補片天線17和第一接地導(dǎo)體板19之間的間隔有較大的體積，短補片天線17在較寬的波段內(nèi)諧振。因此，第十實施例的天線設(shè)備因有較大的最大電場區(qū)域的體積，比起短補片天線17和接地導(dǎo)體板19安排成平行方式的第三實施例的天線設(shè)備而言，可在更寬的波段內(nèi)諧振。由于在較寬波段內(nèi)的諧振導(dǎo)致在較寬波段內(nèi)的電磁耦合，所以在輻射元件和饋線之間的匹配可以建立在更寬的波段內(nèi)，就像第八和第九實施例一樣。但是，假如電磁耦合在過寬的波段內(nèi)形成而導(dǎo)致建立匹配上的困難，則在開路端和接地導(dǎo)體板19之間的距離X2是可以調(diào)節(jié)而減少的。
按照第十實施例，由于在輻射元件17和接地導(dǎo)體板19之間的距離是可變的以便于達到在較寬波段內(nèi)的諧振，就有可能提供一種天線設(shè)備，它易于在更寬的波段內(nèi)在短補片天線17和饋線之間建立匹配，它可以使用較小尺寸的輻射元件并減少介質(zhì)損耗和以低成本生產(chǎn)，就像在第三實施例中一樣。
第十實施例的短補片天線17可以提供如第六實施例所示的電介質(zhì)襯墊以穩(wěn)定地保持短接線片天線17的開路端和接地導(dǎo)體板19之間的距離X2。
第十實施例的天線設(shè)備可以如圖20所示那樣修改。圖20表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第11實施例的截面圖。在圖20中，短補片天線17的接地端沒有間距，而相對于接地端的開路端的間距為X3，此處要滿足X3＞0。
第11實施例的天線設(shè)備的工作和效果和第十實施例的天線設(shè)備是相同的。
下面將參考圖21和22來說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第12實施例。圖21表示按照第12實施例的天線設(shè)備的透視圖，圖22則是沿圖21的D-D線所取的截面圖。在圖21和22中，天線設(shè)備包括一個上部短補片天線42，安排在短補片天線17之上，并且一短路部分43。短路部分18、43安排成相互接觸或相互平行而相隔一預(yù)定距離。其余結(jié)構(gòu)和前面各實施例所說明的相應(yīng)的天線設(shè)備相同。
由于第12實施例的天線設(shè)備有兩個短補片天線17、42，按照兩個諧振器的組合導(dǎo)致較低Q值的同樣原理，諧振波段被擴展。短補片天線17通過耦合孔24和饋線相連，如圖21的箭頭P所示，而上部短補片天線42則通過經(jīng)短補片天線17和42上所形成的開口而連接到饋線，如圖22的箭頭Q所示。短補片天線17和42相當(dāng)于分開的諧振器。
由于如上所說的諧振波段是擴展的，短補片天線17、42和饋線間的匹配可以在更寬的波段內(nèi)實現(xiàn)，這和第10實施例相同。兩個短補片天線17和42之間的耦合通過減小它們之間的開路端的距離a3而變得更大。如果電磁耦合在過寬的波段內(nèi)實現(xiàn)而導(dǎo)致建立匹配的困難，則短補片天線17和42的開路端之間距離a3可調(diào)整加大以便諧振波段變窄。
按照第12實施例，雙短補片天線可使它和饋線在更寬波段內(nèi)實現(xiàn)方便的匹配。此外，和第三實施例相似，第12實施例提供一種天線設(shè)備，它可用較小尺寸的輻射元件，可以較低成本生產(chǎn)并且減少電介質(zhì)損耗。
第12實施例的短補片天線17-42也可以提供襯墊以保持每個短補片天線17和接地導(dǎo)體板19之間的間距，就像第六實施例那樣。
圖23表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第13實施例的透視圖，圖24則是沿圖23E-E線所取的截面圖。
首先參考圖23，天線設(shè)備包括一個天線部分45，它具有一個電介質(zhì)材料，在其上形成接地導(dǎo)體板，一個或多個短補片天線17被載在接地導(dǎo)體板上，用于把信號加到短補片天線17上的饋電電路，以及具有把饋電電路和短補片天線17耦合的耦合孔。天線部分45和第3到第12實施例的天線設(shè)備相對應(yīng)。天線部分45安排成可以按圖23中X箭頭所指的方向旋轉(zhuǎn)。天線設(shè)備還包括一個導(dǎo)電外殼46以容納后面要說明的馬達、旋轉(zhuǎn)接頭之類。外殼46的頂端的位置基本上和天線部分45在同一平面上。天線設(shè)備還包括一個圍繞外殼46安裝的導(dǎo)電斜坡部分47和一塊導(dǎo)體板48，外殼46和斜坡部分47就設(shè)在該板上面。
然后參考圖24，旋轉(zhuǎn)接頭49安裝在天線部分45的轉(zhuǎn)動中心以提供信號到短補片天線17。傳動帶50把馬達51的轉(zhuǎn)動力傳遞到旋轉(zhuǎn)接頭49以轉(zhuǎn)動天線部分45。通信單元52包括發(fā)射機、接收機和其它按照天線設(shè)備工作所需要的裝置。
第13實施例提供一個天線設(shè)備，它使天線部分在水平方向旋轉(zhuǎn)以把波束傳播到所需方向。這種天線可以用于例如移動衛(wèi)星通信的移動終端。當(dāng)衛(wèi)星通信是用靜止衛(wèi)星在相對于地球的高緯度地區(qū)實施時，衛(wèi)星就處于低仰角的位置，因而天線波束必須置成低仰角。因此就需要一個其輻射圖形為低仰角方向的天線。短補片天線17是這樣一種天線的典型例子。
短補片天線的圓形極化波的輻射圖形將參考圖25和26來說明。圖25是短補片天線17的頂部平面圖，圖26是從其開路端看的短補片天線17的視圖。短補片天線17的三個側(cè)面是開放的，所以它們用作輻射源。輻射源等價于沿著短補片天線相應(yīng)側(cè)面的磁流M1-M3。因此，如圖26所示，短補片天線17在圖的平面的左側(cè)有一個低仰角輻射圖形101a，在右側(cè)有另一個低仰角輻射圖形101b。圖形101a表示右手圓形極化波，圖形101b則表示左手圓形極化波。應(yīng)該指出，兩點饋電型的圓形補片天線的圖形102在低仰角時呈現(xiàn)出的增益較低。
當(dāng)用于移動衛(wèi)星通信時，在第13實施例中的導(dǎo)體板48可能相當(dāng)于汽車的車頂或船的甲板。應(yīng)該指出，雖然這種類型的天線設(shè)備一般都有天線罩，但這里被省掉了，因為它不是本發(fā)明的主要部分。
上述天線設(shè)備的基本工作情況將再次參考圖24而予以說明。
包括短補天線17的天線部分45在一特定的低仰角方向形成波束57。這個天線部分45由馬達51經(jīng)傳動帶50轉(zhuǎn)動以便把波束指向所需方向。天線在此狀態(tài)下實現(xiàn)發(fā)送和接收。收到的信號通過旋轉(zhuǎn)接頭49中的饋線轉(zhuǎn)送到通信單元52以便通信。
由于天線的發(fā)射特性和接收特性相同，所以下面將說明發(fā)射特性作為例子。在由短補片天線17輻射的波中，沿水平方向傳播的波被外殼46的一個邊緣部分所散射。特別是，如果外殼46的外壁如虛線53所示基本上垂直于導(dǎo)體板48，且外殼46的邊緣部分54基本上以直角來形成，則將產(chǎn)生大的散射波55、56。沿天線波束方向散射的波55和由導(dǎo)體板48反射并沿天線波束方向傳播的散射波56強烈地影響天線原來的波束57。這種影響可能使天線原來的輻射特性變形，從而不能提供所需特性。雖然這種有害影響可以通過把天線完全埋在導(dǎo)體板48中來防止，但這種結(jié)構(gòu)在導(dǎo)體板48是汽車之類的頂板時就難以實現(xiàn)。
這樣，圖23和24所示的斜坡47可安排在外殼46的外圍以防止散射波引起的不良影響。
從外殼46的邊緣部分54開始的斜坡47和外殼46的邊緣部分54形成一個大的鈍角。換句話說，外殼46的邊緣部分54平滑地和導(dǎo)體板48接觸。由于這樣形成的斜坡減少了在外殼46的邊緣部分54的散射波的水平，因此可能影響天線波束57的散射波55的影響也被減少。斜坡47還消除了散射波56。這樣，散射波55和56被減少，所以輻射特性可以遭受較少的劣化。
如上所述，按照第13實施例，圍繞著外殼46的外圍形成了斜坡47使得外殼46平滑地接觸導(dǎo)體板48，由外殼46的端部所引起的散射波可以減少，從而減少了天線原來輻射特性的變劣。
應(yīng)該指出，當(dāng)斜坡47有更緩和的斜坡角度時可產(chǎn)生更好的效果。不過，即使外殼46的邊緣部分54以遠(yuǎn)小于波長的圓角或以斜坡來形成，散射波也不能減少很多。
可以提供一個吸波構(gòu)件來代替在外殼46的邊緣部分54用斜坡47形成緩坡以減少散射波。圖27表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第14實施例，圖28是沿圖27的F-F線所取的剖面圖。在圖27和28中，天線設(shè)備包括安裝在外殼46邊緣部分54以內(nèi)的吸波構(gòu)件58。其余部件和第13實施例中所用的相同。
在按照第14實施例的天線設(shè)備中，從短補片天線17輻射并沿水平方向傳播的大部分電波被安裝在外殼46的邊緣部分54內(nèi)部的吸波構(gòu)件58所吸收。由于只有極少部分的散射波留在外殼46的邊緣部分54，則由于散射波所致的對天線波束57的惡劣影響可以減少。此外，對安放在天線設(shè)備周圍的機器的惡劣影響也可減少。
按照第13和第14實施例的天線設(shè)備用于防止散射波的產(chǎn)生。換一種方式，所產(chǎn)生的散射波的相位可被修改以便把散射波對輻射圖形的影響限制在這樣的區(qū)域內(nèi)，使這樣的影響對天線設(shè)備的工作情況不引起任何問題。圖29表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第15實施例的透視圖，圖30是沿圖29中G-G線所取的截面圖。在圖29和30中，在天線部分45中的接地導(dǎo)體板有一個豎直彎曲部分59。彎曲部分59的作用是延長從短補片天線77輻射的波的傳播途徑并使其沿水平方向傳播。其余部件和第13實施例所用的相同。
除了彎曲部分59如上所述用來延長以水平方向傳播的波的傳播途徑外，第15實施例的天線設(shè)備的基本工作情況和第13實施例的天線設(shè)備相同。
具體地說，第15實施例的天線設(shè)備的彎曲部分59以如下方式工作。從短補片天線17輻射并沿水平方向傳播的波被外殼46的邊緣部分54所散射。彎曲部分59使這種沿水平方向傳播的波經(jīng)過一個較長的途徑。因此就有可能通過改變彎曲部分59的高度a4來調(diào)整較強的散射波所存現(xiàn)的方向。
前面的工作情況將參考圖31作進一步說明。點劃線104表示在外殼46的邊緣部分54沒有產(chǎn)生散射波時的輻射圖形。但是，如果散射波產(chǎn)生了，輻射圖形改變成由實線所表示的曲線103。具體地說，主波束的增益在角度θ1的方向會因散射波的影響而減小，從而天線設(shè)備的特性會在角θ1的方向受到損害。與此相反，具有彎曲部分59的天線設(shè)備的輻射特性可以由虛線曲線105表示，因為散射波在水平方向的傳播途徑被延長以改變散射波的相位。換句話說，增益減小的方向從θ1改變到θ2(θ1＜θ2)。改變的量(θ2-θ1)隨著相位延遲量的增加而增加。因此，具有更大高度a4的彎曲部分54會使主波束的增益被減小的方向移向90°。
通過這樣來選擇彎曲部分59的高度a4，在所需波束方向的散射波可被減少。
按照第15實施例的天線設(shè)備，由于提供了彎曲部分59以延遲散射波的相位，圍繞天線設(shè)備由于散射波而本來會發(fā)生的不利影響可以在所需的波束方向上得以減少。
圖32表示按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第16實施例的截面圖。在圖32中天線設(shè)備包括一個遮蓋天線設(shè)備的天線罩60；一個導(dǎo)電壁61，它由例如在天線罩的內(nèi)表面電鍍而形成，以便和外殼46的邊緣部分54相接觸；和連接和固定天線罩60到外殼46的螺絲62。其余部件和第13示范例中所用的相同。
第16實施例的天線設(shè)備的基本工作情況和第15實施例相同。導(dǎo)電壁61實現(xiàn)第15實施例(圖29和30)中彎曲部分59相同的作用。
具體地說，從短補片天線17輻射并以水平方向傳播的波被導(dǎo)電壁61所散射。導(dǎo)電壁61的長度a5的改變可以改變散射波最強的方向。因此就有可能通過適當(dāng)?shù)剡x擇導(dǎo)電壁61的長度a5而減少在所希望的波束方向上的散射波。
按照第16實施例的天線設(shè)備，由于提供了導(dǎo)電壁61以延遲散射波的相位，圍繞著天線設(shè)備本來因為散射波所引起的不良影響可以在所需的方向上得以減少。
雖然在第13到第16實施例中接地導(dǎo)體板48是安排成可相對于外殼46而轉(zhuǎn)動，但天線部分45也可以固定于外殼46上以形成一種天線本身并不轉(zhuǎn)動的天線設(shè)備(例如，相控陣天線)。
下面將參考圖33和34來說明按照本發(fā)明的天線設(shè)備的第17實施例。
圖33表示按照第17實施例的天線設(shè)備的截面圖，圖34是沿圖33中H-H線所取的截面圖。天線設(shè)備包括位于外殼46內(nèi)部在天線部分45的下側(cè)的一個導(dǎo)電的環(huán)形圓盤。這個圓盤63通過一個有邊緣66的圓孔64而在其中心部分形成。接地導(dǎo)體板45和外殼46之間有一個間隙65把它們隔開。其余部分和第14實施例所用的相同。
第17實施例的天線設(shè)備可以用在第13實施例所應(yīng)用的相同場合。
下面將說明按照第17實施例的天線設(shè)備的工作情況。從短補片17發(fā)射的電波將引起一個電流流經(jīng)天線部分45上側(cè)的接地導(dǎo)體板的表面。但是，接地導(dǎo)體板在電氣上沒有和外殼46相聯(lián)接，并且和外殼46隔著一個間隙65，而這是電流不連續(xù)的部分。雖然電波從這個電流不連續(xù)部分輻射，這些波對天線波束有不利影響。
為了解決這個問題，第17實施例的天線設(shè)備在外殼46的內(nèi)部的天線部分45的下面在接地導(dǎo)體板的下側(cè)提供了環(huán)形的圓盤63，以使間隙65不再形成電流不連續(xù)部分。圓盤63的外徑b2和內(nèi)徑b1之間的差a6是約為λo/4的長度(λo是自由空間波長)，這里，圓盤63的外圓周在電氣上連接到外殼46。這樣，在天線部分45的下面的接地導(dǎo)體板和圓盤63之間就形成了一個波導(dǎo)，而圓盤63的內(nèi)側(cè)邊就是波導(dǎo)的開口端。從間隙65看這個波導(dǎo)，這個波導(dǎo)構(gòu)成了長度為λo/4的開放端短截線，所以從間隙65向圓盤63看的阻抗基本上為零。換句話說，間隙65從電氣上顯示出基本上是短路的。這種結(jié)構(gòu)使得在間隙65中的電流不連續(xù)性消失，因而從間隙65輻射的電波被減少。在這種方式下，從間隙65來的輻射對天線波束57的影響被減少。
由于第17實施例的天線設(shè)備包括在電氣上使間隙65短路的裝置，圍繞天線設(shè)備的在間隙65中產(chǎn)生的不需要的散射波被減少，從而減少了散射波的不利影響。因此，在所希望的波束方向上的輻射特性得以改善。
如果在外殼46的邊緣部分54和圓盤63的上表面之間的距離a7太大，則圓盤63的尺寸可加以調(diào)節(jié)以使長度a6+a7大體上等于o/4。
應(yīng)該指出，在第17實施例中的環(huán)狀圓盤63也可安裝在第13到第16實施例的外殼46的內(nèi)部。
如上面結(jié)合多種實施例所說明的，由于本發(fā)明的天線設(shè)備包括有一個包括一塊接地導(dǎo)體板、一條線和安排在接地導(dǎo)體板和該線之間的電介質(zhì)材料等的饋電電路；一個由通過饋電電路發(fā)送的信號所激勵的輻射部分；一個由通過接地導(dǎo)電板而形成的、用于使饋電電路和輻射部分進行電磁耦合的耦合孔；和把輻射部分的一端連接到接地導(dǎo)電板的接地裝置，輻射部分可以用較小尺寸制成，因而天線設(shè)備的尺寸也能減小。
當(dāng)輻射部分和接地導(dǎo)體板以預(yù)定距離隔開時，且在輻射部分和接地導(dǎo)體板之間形成一個空間時，介質(zhì)損耗可減少而提高天線設(shè)備的效率。
當(dāng)泡沫電介質(zhì)被選來用作上述的電介質(zhì)材料時，介質(zhì)損耗可減少從而提高天線設(shè)備的效率。
當(dāng)接地導(dǎo)體板是由在電介質(zhì)基板上電鍍而形成的，可以減少零部件的數(shù)量并減少安裝步驟，所以天線設(shè)備可以用較低成本生產(chǎn)。
如果在輻射部分和接地導(dǎo)體板之間安裝一個固定部件以便固定它們之間的距離，則天線設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以得到穩(wěn)定，使得天線設(shè)備即使在受到物理振動時也可呈現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。
當(dāng)輻射部分這樣安排使得它和耦合孔之間的位置關(guān)系是可調(diào)節(jié)的，則輻射部分和饋電電路之間的耦合情況可以方便地調(diào)節(jié)以便把天線設(shè)備調(diào)整到所需的性能。
當(dāng)饋電電路的線帶有低阻抗區(qū)或短截線以增大靠近耦合孔所流動的電流從而增強輻射部分和饋電電路之間的電磁耦合，這樣就有可能方便地在輻射部分和饋電電路之間在更寬的波段內(nèi)建立匹配。
當(dāng)輻射部分和接地導(dǎo)體板之間的間隔在輻射部分的接地端和開路端變得不同時，就有可能方便地在輻射部分和饋電電路之間在更寬的波段內(nèi)建立匹配。
當(dāng)輻射部分是由多個重疊的、相互間有預(yù)定間隔且一個安放在另一個之上的輻射元件構(gòu)成時，就有可能方便地在輻射部分和饋電電路之間在更寬的波段內(nèi)建立匹配。
當(dāng)接地導(dǎo)體板是由第一接地導(dǎo)體板和第二接地導(dǎo)體板構(gòu)成時，在第一接地導(dǎo)體板上形成耦合孔，將線安排在第一接地導(dǎo)體板和第二接地導(dǎo)體板之間，且在耦合孔附近提供了把第一接地導(dǎo)體板和第二接地導(dǎo)體板連接起來的連接構(gòu)件，在這種情況下對別的電路的電磁耦合可被減少。
當(dāng)連接構(gòu)件是由安裝在第一接地導(dǎo)體板和第二接地導(dǎo)體板之間的導(dǎo)體塊所形成以便用來在電氣上屏蔽饋電電路時，它將進一步減少天線設(shè)備的介質(zhì)損耗。
當(dāng)一個天線部分包括一個傳輸信號的饋電電路、至少在其上形成一個耦合孔的接地導(dǎo)體板、至少一個通過耦合孔而進行電磁耦合并由相應(yīng)地通過饋電電路傳輸?shù)男盘査畹妮椛湓⒑陀糜诎演椛湓欢私拥氐浇拥貙?dǎo)體板的接地裝置，這個天線部分容納于一個外殼中，并且還提供一個斜坡部分以便把外殼的垂直的外壁轉(zhuǎn)換成一個緩坡以減少散射波，圍繞天線設(shè)備而產(chǎn)生的散射波將被減少從而改善天線設(shè)備的輻射特性。
無論是用于在天線部分的接地導(dǎo)體板和外殼間短路而提供的用以減少散射波的短路裝置，或者裝在天線部分和外殼間的吸波材料，兩者都可以減少在天線設(shè)備周圍產(chǎn)生的散射波以改善天線設(shè)備的輻射特性。
當(dāng)圍繞著天線部分安裝了傳播延遲裝置以延遲從多個輻射元件傳播的電波相位、從而控制由圍繞著天線而產(chǎn)生的散射波所導(dǎo)致的天線部分輻射圖形的改變時，散射波的影響可以被限制在所希望的方向，使得即使產(chǎn)生了散射波，其影響也得以減少。
權(quán)利要求
1.一種天線設(shè)備，包括一個接地導(dǎo)體板；一個安裝在上述接地導(dǎo)體板上的短補片天線類型的輻射元件；一個激勵上述輻射元件的饋電電路；和一個形成于該接地導(dǎo)體板上用于使上述饋電電路和該輻射元件進行電磁耦合的耦合裝置。
2.按照權(quán)利要求1的天線設(shè)備，其特征在于，其中該接地導(dǎo)體板形成于電介質(zhì)基板的一個表面上；和上述輻射元件包括一個形成于該電介質(zhì)基板的另一表面上的信號輻射部分和用于把上述信號輻射部分連接到接地導(dǎo)體板的連接裝置。
3.按照權(quán)利要求2的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的饋電電路是一種三層板系統(tǒng)，包括上述接地導(dǎo)體板、另一接地導(dǎo)體板和夾在這兩塊接地導(dǎo)體板之間的一個帶狀導(dǎo)體。
4.按照權(quán)利要求2的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的饋電電路是一個微帶線，包括上述接地導(dǎo)體板和與該接地導(dǎo)體板隔開的帶狀導(dǎo)體。
5.按照權(quán)利要求1的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的接地導(dǎo)體板是在電介質(zhì)基板上形成的；和上述輻射元件包括以預(yù)定距離和該接地導(dǎo)體板隔開的信號輻射部分和把該信號輻射部分的一端接到上述接地導(dǎo)體板的連接裝置。
6.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的電介質(zhì)基板是泡沫電介質(zhì)基板。
7.按照權(quán)利要求6的天線設(shè)備，其特征在于，其中該接地導(dǎo)體板是由上述電介質(zhì)基板電鍍而成。
8.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，還包括一個固定構(gòu)件，用于在上述信號輻射元件的上述信號輻射部分和上述接地導(dǎo)體板之間保持一個固定的間距。
9.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的輻射元件是這樣安裝的，即它和耦合孔的位置關(guān)系是可調(diào)節(jié)的。
10.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，還包括除了上述接地導(dǎo)板外與其相隔開的另一塊接地導(dǎo)體板，其中一饋電導(dǎo)體安排在上述兩塊接地導(dǎo)體板之間；和用于在上述耦合孔附近把上述接地導(dǎo)體板和上述另一塊接地導(dǎo)體板連接的連接構(gòu)件。
11.按照權(quán)利要求10的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的連接構(gòu)件是安裝在上述接地導(dǎo)體板和上述另一接地導(dǎo)體板之間的導(dǎo)體塊，用于連接該兩塊接地導(dǎo)體板并在電氣上屏蔽上述饋電導(dǎo)體。
12.按照權(quán)利要求10的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的饋電導(dǎo)體包括靠近上述耦合孔的低阻抗部分以提高上述輻射元件和上述饋電電路之間的電磁耦合。
13.按照權(quán)利要求10的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的饋電電路包括靠近耦合孔的一個短截線以提高上述輻射元件和上述饋電電路之間的電磁耦合。
14.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，其中上述輻射元件和上述接地導(dǎo)體板間的距離在該輻射元件的接地端和開路端是不同的。
15.按照權(quán)利要求5的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的輻射元件包括具有相互間以預(yù)定距離隔開的相應(yīng)的輻射部分的多個輻射元件。
16.一種天線設(shè)備，包括一個天線部分，它包括一個用于傳輸信號的饋電電路；一塊接地導(dǎo)體板，上面至少形成一個耦合孔；至少一個輻射部分，由上述饋電電路通過上述耦合孔來激勵；和接地裝置，用于把上述輻射部分的一端對上述接地導(dǎo)體板接地；一個容納上述天線部分的外殼；和圍繞著該外殼安裝的散射波減少裝置。
17.按照權(quán)利要求16的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的散射波減少裝置是具有斜坡部分的一個導(dǎo)電塊，其高度從上述外殼的頂部向上述外殼的基底部分逐漸減小。
18.按照權(quán)利要求16的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的散射波減少裝置是安裝在上述外殼頂端的吸波構(gòu)件。
19.按照權(quán)利要求16的天線設(shè)備，其特征在于，其中所說的散射波減少裝置是使該外殼和該接地導(dǎo)電板之間在電氣上短路的裝置。
20.一種天線設(shè)備，包括一個天線部分，包括一個用于傳輸信號的饋電電路；一個接地導(dǎo)體板，上面至少形成一個耦合孔；至少一個輻射部分，由上述饋電電路通過上述耦合孔來激勵；和接地裝置，用于把上述輻射部分的一端對上述接地導(dǎo)體板接地；一個容納上述天線部分的外殼；傳播延遲裝置，用于延遲從上述輻射部分傳播的電波的相位以控制由產(chǎn)生于天線部分周圍的散射波所引起的對天線部分輻射圖形的改變。
全文摘要
一種平面天線設(shè)備，適于通過電磁耦合來激勵一個小的輻射元件。天線設(shè)備有一個三層板系統(tǒng)，包括在電介質(zhì)基板的上和下表面上形成的接地導(dǎo)體板和夾在接地導(dǎo)體板之間的饋線。通過接地導(dǎo)體板之一形成一個耦合孔，在耦合孔附近提供一個構(gòu)件以便在電氣上連接兩塊接地導(dǎo)體板。通過耦合孔而耦合到饋線上的輻射部分有一端接地以形成短補片天線。短補片天線的尺寸基本上是補片天線的一半。同時，連接構(gòu)件防止了不需要的耦合。
文檔編號H01Q9/04GK1135665SQ9610142
公開日1996年11月13日 申請日期1996年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月14日
發(fā)明者大昌孝, 田陽次, 中原新太郎, 松永誠, 小西善彥 申請人:三菱電機株式會社