專利名稱：可以同時接收雙極化信號的片狀天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種片狀天線陣列，更具體地，涉及能夠同時接收雙極化信號的片狀天線陣列。
參見

圖1，它表示用于接收無線電信號的拋物面無源天線100。該拋物面無源天線100包括一個反射器10，一個喇叭天線20，一個低噪阻塞(“LNB”)變換器30，及一個接收器40。
該上述的拋物面無源天線100的工作在于借助反射器10使無線電信號聚焦到喇叭天線20上。然后用LNB變換器30對被聚焦的無線電信號進行處理。接著處理過的無線電信號被轉(zhuǎn)換成電信號并由接收器40輸出。
但是，上述的天線100具有一些缺點，它比平面天線體積大并難以運輸及安裝。此外，沉積物易于積聚在反射器10上，對天線100的性能產(chǎn)生不良影響。
參見圖2，它表示用于接收天線電信號的一種片狀天線陣列的四元件子陣單元。該天線陣列包括多個片狀天線210，及一個饋線220。
片狀天線210及饋線220均由導(dǎo)電材料作成。饋線220的一端分出岔線并與天線陣列中的每個片狀天線210相連接，而另一端使所有片狀天線210的輸出相組合并將合成信號輸出。因此，入射無線電信號被片狀天線210轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)饋線220輸出。
饋線220由多個直線段組成，每個直線段具有的長度為λ/2的多倍，這里λ為期望由片狀天線陣列接收的無線電信號的波長。此外，饋線220這樣布置以使來自每個片狀天線210的電信號在其被輸出前經(jīng)過了相同的總長度。
圖3A表示包括在圖2的天線陣列中可以接收線性極化無線電信號的片狀天線210。片狀天線210具有方形且其所有的邊具有相同長度L，其條件為L＜λ0式1式中λ0為期望被片狀天線陣列接收的無線電信號在真空中的波長。
此外，饋線220在片狀天線210一個邊的中點上垂直地與片狀天線相連接。并且如圖2中所示，饋線220這樣定向，即它在水平方向上與每個片狀天線210相連接。應(yīng)該指出，在該說明書中除另有規(guī)定及由內(nèi)容明顯看出者外，所指方向，如垂直或水平方向被規(guī)定是在與平面天線的面相平行的平面中。
片狀天線210的形狀及它與饋線220相連接的方式確定了被接收無線電信號的極性，即水平或垂直的極性。因此，通過將片狀天線210及饋線220重新定向以使饋線220垂直地與片狀天線210相連接，可以使由圖2中所示的片狀天線陣列所接收的信號極性改變。
另一方面，可以在圖2所示的片狀天線陣列中組合不同形狀的片狀天線。圖3表示可以接收圓極化信號的帶切口的片狀天線。該帶切口片狀天線215具有通過從方塊中除去兩個相對的對角即不相鄰的角獲得的六角形狀。角被切去多少將取決于片狀天線的特性，例如它的表面積，它的組成成分等。
能夠由包括帶切口片狀天線215的片狀天線陣列接收的信號極性、即右旋或左旋極性取決于饋線220與每個帶切口片狀天線215的連接方式及天線的哪些角被切去。假定帶切口片狀天線215的左上及右下角被切去，可以通過使饋線220在垂直方向上與帶切口片狀天線215相連接，而不是如圖3B中所示的在水平方向上相連接，使接收的信號極性改變。
但是，為了增加一個頻帶的信息容量，通常的作法是發(fā)送在同一頻帶中的兩個以相反或正交方向極化的信號，即一個右旋圓的及另一個左旋圓的、或一個水平的及另一個垂直的方向上極化的信號。這種被稱為頻率重使用的作法是可能作到的，其原因在于兩個以正交或相反方向極化的信號在接收端上可以完全被分離。上述包括圖3A或圖3B的片狀天線元件的片狀天線陣列僅能接收在一方向上極化的信號，這樣，上述的片狀天線陣列不能接收包括在含有兩個單獨信號的頻帶中的所有信息。
因而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種片狀天線陣列，它能夠同時地接收兩個在正交或相反方向上極化的單獨信號，即一個垂直的與另一個水平的，或一個右旋圓的與另一個左旋圓的極化信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供了一種片狀天線陣，它能夠同時地接收兩個在正交或相反方向上極化的單獨信號，即一個垂直的及另一個水平的、或一個右旋圓的及另一個左旋圓的極化信號，其中垂直、水平、右旋圓及左旋圓的方向被規(guī)定在與片狀天線陣列面平行的平面中，它包括兩個輸出饋線，用于輸出響應(yīng)兩個單獨的極化信號產(chǎn)生的電信號，該片狀天線陣列還包括用以通過兩輸出饋線輸出響應(yīng)兩個單獨的極化信號產(chǎn)生的電信號的裝置；一個接地層；形成在接地層頂部的第一絕緣層；多個下片狀天線，它們形成在第一絕緣層頂部上并能接收兩個單獨極化信號中的一個；一下饋線，它形成在第一絕緣層的頂部上，及它的一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端分成岔線并與每個下片狀天線相連接，下片狀天線與下饋線以這樣的方式相連接，即下片狀天線接收兩個單獨極化信號中的一個；形成在下片狀天線、下饋線及未被下片狀天線或下饋線覆蓋的第一絕緣層的任何部分的頂部上的第二絕緣層；形成在第二絕緣層頂部上的下屏蔽層，它在覆蓋下片狀天線的第二絕緣層位置上留有未覆蓋部分；形成在下屏蔽層及未被下屏蔽層覆蓋的第二絕緣層任何部分的頂部上的第三絕緣層；多個上片狀天線，它形成在第三絕緣層的頂部上并直接地位于下片狀天線的上方且與下片狀天線距有預(yù)定距離D，其中預(yù)定距離D是根據(jù)試驗確定的并確定了由片狀天線陣列接收的信號帶寬，并可接收兩個單獨極化信號中的另一個，即在與由下片狀天線接收的信號的極化方向正交或相反的方向上的極化信號；上饋線，它形成在第三絕緣層頂部上，其一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端分成岔線并與每個上片狀天線相連接，上片狀天線與上饋線以這樣的方式相連接，即上片狀天線接收兩個單獨極化信號中的另一個；形成在上片狀天線、上饋線及未被上片狀天線或上饋線覆蓋的第三絕緣層任何部分的頂部上的第四絕緣層；及形成在第四絕緣層頂部的上屏蔽層，它在覆蓋上片狀天線的第四絕緣位置上留有未覆蓋的部分。
從以下結(jié)合附圖的描述中將會使本發(fā)明的上述及另外的目的和特征更加闡明，附圖為
圖1表示傳統(tǒng)的拋物面無源天線的透視圖；圖2表示傳統(tǒng)的片狀天線陣列的一個四元件子陣單元的概圖；圖3A及3B表示傳統(tǒng)片狀天線的片狀天線元件的透視圖，圖4表示本發(fā)明片狀天線陣列一部分的橫截面圖；圖5A及5B表示包括在本發(fā)明的片狀天線陣列中的片狀天線元件的透視圖；圖6表示本發(fā)明片狀天線陣列的概圖；圖7表示包括在本發(fā)明片狀天線陣列中的電信號輸出裝置的透視圖；及圖8例示包括在本發(fā)明片狀天線陣列中的電信號輸出裝置的剖視圖。
參見圖4，它表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的一個片狀天線陣列的一部分的橫截面圖，該片狀天線陣列能同時地接收兩個單獨在正交或相反方向上極化的信號，即一個左旋圓的及另一個右旋圓的，或一個水平的及另一個垂直的方向上的極化信號，其中左旋圓、右旋圓、水平及垂直方向被規(guī)定在與片狀天線陣列面平行的平面中。該片狀天線陣包括一個接地層305，第一絕緣層301，多個下片狀天線330，同樣多數(shù)目的上片狀天線310，一個下饋線340(見圖6)，第二絕緣層302，下屏蔽層308，第三絕緣層303，上饋線320，第四絕緣層304，上屏蔽層306，及一個電信號輸出單元350(見圖6)。
第一絕緣層301位于接地層305的頂部上。接著，下片狀天線330及下饋線340依次形成在第一絕緣層301上。由圖6中可看出的，下饋線340的一端分成岔線并連接在每個下片狀天線330上，而另一端連接在電信號輸出單元350上。
第二絕緣層302形成在下片狀天線330及下饋線340以及未被下片狀天線330及下饋線340覆蓋著的第一絕緣層301的任何部分上。
下屏蔽層308然后形成在第二絕緣層302的頂部上，除去覆蓋著下片狀天線330的第二絕緣層部分外，該屏蔽層完全覆蓋著它。接著，用第三絕緣層303覆蓋在下屏蔽層308及未被下屏蔽層308覆蓋著的第二絕緣層302上。
上片狀天線310及上饋線320形成在第三絕緣層303的頂部上。應(yīng)當(dāng)指出，上片狀天線310直接地位于下片狀天線330的上方的預(yù)定距離D處。還應(yīng)指出D確定了由片狀天線陣列接收信號的帶寬，并且是根據(jù)試驗來確定的。此外，如圖6所示，上饋線320的一端分成岔線并連接在每個上片狀天線310上。如下饋線340那樣，上饋線320的另一端與電信號輸出單元350相連接。
接著，在上片狀天線310、上饋線320及未被它們覆蓋住的第三絕緣層303的頂部覆蓋第四絕緣層304。
在第四絕緣層304上覆蓋上屏蔽層306，而在上片狀天線310的正上方部分留出未覆蓋處。
以上所述的絕緣層301，302，303，304是由電絕緣材料作成的。但是，換一種方式，也可以用介電材料，例如膨脹的聚乙烯來構(gòu)成絕緣層301，302，303，304。屏蔽層308，306及接地層305是由導(dǎo)電材料制作的。為了能有效地屏蔽，例如使用導(dǎo)線(未示出)將屏蔽層308，306連接到接地層305上。
此外，片狀天線陣列還包括兩個輸出饋線325，345(見圖7)，它們位于接地層305的下方。
圖5A是包括在根據(jù)本發(fā)明的片狀天線陣列中的一個上片狀天線310及一個下片狀天線330組成的天線元件的透視圖。上及下片狀天線310，330具有方形且它們的每邊具有相同長度L，其條件為L＜λ0式2式中λ0是由片狀天線陣列接收的無線電信號在真空中的波長。此外，上及下片狀天線310、330這樣地定位，即每個上片狀天線310在其相應(yīng)的下片狀天線330的正上方。
上饋線320及下饋線340分別垂直地連接在上片狀天線310及下片狀天線330一個邊的中點上。應(yīng)該指出，上饋線320與下饋線340在它們與各自片狀天線的連接點處也相互地垂直。換句話說，如果上饋線320在水平方向上與上片狀天線310相連接，則下饋線340就在垂直方向上與下片狀天線330相連接。
上述的上、下片狀天線310、330能夠接收線性極化信號并將它們轉(zhuǎn)換成電信號。因為上饋線320及下饋線340在它們與各自片狀天線的連接點處相互垂直，故由上片狀天線310接收的信號及由下片狀天線330接收的信號將是在正交方向上被極化的。然后，由上及下片狀天線310，330產(chǎn)生的電信號分別通過上及下饋線320、340輸送給電信號輸出單元350。
在另一形式中，根據(jù)本發(fā)明的片狀天線陣列可作成用其中具有不同形狀的片狀天線來接收圓極化信號。
圖5B表示可以接收圓極化信號的一個帶切口的上片狀天線315及一個帶切口的下片狀天線335的透視圖。如同圖5A中所示的片狀天線310，330那樣，帶切口的上片狀天線315定位在帶切口的下片狀天線335的正上方。此外上饋線320及下饋線340在它們與帶切口的上片狀天線315及帶切口的下片狀天線335分別相連接的點上也彼此垂直。
帶切口的上片狀天線315及帶切口的下片狀天線335具有切掉兩個相對的對角即不相鄰的角所獲得的六角形形狀。確定是接收右旋圓極化信號還是左旋圓極化信號，取決于哪些角被切去及饋線在它與帶切口的片狀天線的連接點處的方向。因為上饋線320及下饋線340在它們與各自的片狀天線連接的點處是彼此垂直的，因而根據(jù)本發(fā)明的包括帶切口的上片狀天線及帶切口的下片狀天線315、335的片狀天線陣列能夠同時地接收右旋圓及左旋圓極化信號。
參見圖6，它表示根據(jù)本發(fā)明的片狀天線陣列的概圖。如所看到的，每個上及下饋線320，340的一端分成岔線并分別與每個上片狀天線310及每個下片狀天線330相連接。每個上及下饋線320，340的另一端與電信號輸出單元350相連接。上及下饋線320，340均由多個直線段組成，每段具有的長度等于λ/2的多倍，這里λ是被片狀天線陣列接收的信號波長。此外，為了使響應(yīng)入射無線電信號所產(chǎn)生的電信號能正確地被輸出，必須讓它們經(jīng)過相同的總距離來輸出。這需要規(guī)定上及下饋線320，340必須這樣地布置，即從每個上及下片狀天線310、330經(jīng)過各自饋線到電信號輸出單元350的路徑具有相同的長度。
這種要求，即響應(yīng)由每個片狀天線310，330或315，335接收的入射無線電信號所產(chǎn)生的電信號必須經(jīng)過相同的總距離，對輸出電信號產(chǎn)生了一個附加的困難。如圖6中所示，為了保證所有的電信號經(jīng)過相同的距離被輸出，饋線320，340被這樣地布置，即它們與每個片狀天線相連接的分岔首先被會聚到片狀天線陣列的中心。雖然可以使饋線320，340的另一端、即輸出端從片狀天線陣列的中心經(jīng)由各自上及下片狀天線之間的間隙延伸出來，但根據(jù)本發(fā)明該優(yōu)選實施例的片狀天線陣列使用了電信號輸出單元350，它將由饋線320，340所攜帶的電信號連接到位于接地層305下方的兩個輸出饋線325，345上，由此可以使片狀天線310，330布置得相互靠近并易于作出對饋線及片狀天線的工作布置。
如圖7中所示，包括在根據(jù)本發(fā)明的片狀天線陣列中的電信號輸出單元350包括一個由空心圓柱體355形成的波導(dǎo)(未示出)。由譬如導(dǎo)電材料作的圓柱體355被裝在一個通過片狀天線陣列各層鉆出的孔(未示出)中，并與四根饋線上及下饋線320，340，上輸出饋線325及下輸出饋線345相聯(lián)系。這四根饋線通過兩個上孔(未示出)及兩個下孔(未示出)稍微地伸入在圓柱體355中。上及下饋線320。340伸入的兩個上孔被作在分別距圓柱體355的上表面(未示出)λ/4及D+λ/4的距離上，并彼此相隔90°的弧度距離。接著，上輸出及下輸出饋線325，345通過兩個下孔伸入到圓柱體355中，這兩個下孔被作在分別距圓柱體355下表面(未示出)D+λ/4及λ/4的距離上。相應(yīng)于饋線340，345的上及下孔被向下偏移了預(yù)定距離D，這是因為下饋線340形成在上饋線320下方的預(yù)定距離D上。應(yīng)該指出，兩個下孔直接地位于兩個上孔的下方，并且上輸出及下輸出饋線325，345分別地與上及下饋線320，340具有相同方向及直接地位于它們的下方。此外，還應(yīng)指出，饋線320，340，325，345伸入到但并不實際地接觸到圓柱體355。
圖8表示包括在根據(jù)本發(fā)明的片狀天線陣列中的電信號輸出單元350的剖視圖。伸入到圓柱體355中的兩個饋線320，340的部分分別構(gòu)成兩個輸入偶極天線326，346。類似地，伸入到圓柱體355中的兩個輸出饋線325，345的部分分別構(gòu)成兩個輸出偶極天線328、348。這四個偶極天線326，346，328，348具有相同的長度，并能使電信號從饋線320，340分別傳輸?shù)捷敵鲳伨€325，345上。因而，通過將電信號輸出單元350放置在本發(fā)明的片狀天線陣的中點上，可以有利于電信號的輸出。
雖然本發(fā)明是針對具體的實施例作出上面的圖解及描述的，但顯然，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，在不偏離在附設(shè)權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明精神及范圍的情況下可以作出各種變化，替換及改型。
權(quán)利要求
1.一種片狀天線陣列，它能夠同時地接收兩個分別在垂直及水平方向上極化的單獨信號，其中垂直及水平方向被規(guī)定在與片狀天線陣列面平行的平面中，它包括兩個輸出饋線，用于輸出響應(yīng)兩個單獨的極化信號產(chǎn)生的電信號，該片狀天線陣列包括用于通過兩輸出饋線輸出響應(yīng)兩個單獨的極化信號產(chǎn)生的電信號的裝置；多個下片狀天線，能夠接收兩個單獨極化信號中的一個并響應(yīng)它產(chǎn)生出電信號；一個下饋線，它的一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端與每個下片狀天線相連接，下片狀天線與下饋線以這樣的方式相連接，即下片狀天線將能接收兩個單獨極化的信號中的一個；一個下屏蔽層，它形成在下片狀天線及下饋線上方第一預(yù)定距離上，并整體地覆蓋著下饋線而留著下片狀天線未被覆蓋；多個上片狀天線，它形成在下屏蔽層上方第二預(yù)定距離上，并位于下片狀天線正上方的預(yù)定距離D上，這里預(yù)定距離D是根據(jù)試驗確定的并確定了由片狀天線陣列接收的信號帶寬，及能夠接收兩個單獨極化信號中的另一個并響應(yīng)它產(chǎn)生出電信號；一個上饋線，它形成在下屏蔽層上方第二預(yù)定距離上， 它的一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端與每個上片狀天線相連接，上片狀天線與上饋線以這樣的方式相連接，即上片狀天線將能接收兩個單獨極化信號中的另一個；及一個上屏蔽層，它形成在上片狀天線及上饋線上方第三預(yù)定距離上，并整體地覆蓋著上饋線而留著上片狀天線未被覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀天線陣列，其中電信號輸出裝置包括一個中空圓柱體，它位于片狀天線陣列的中心附近，并設(shè)有形成在距圓柱體上表面λ/4距離上的第一上孔，該第一上孔能使上饋線伸入圓柱體一預(yù)定長度，由此形成第一輸入偶極天線；形成在距圓柱體上表面D+λ/4距離上并距第一上孔90°弧角距離上的第二上孔，該第二上孔能使下饋線伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第二輸入偶極天線；形成在第一上孔正下方并距圓柱體底表面D+λ/4距離上的第一下孔，該第一下孔能使兩輸出饋線中的一個伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第一輸出偶極天線；及形成在第二上孔正下方并距圓柱體底表面λ/4距離上的第二下孔，該第二下孔能使另一輸出饋線伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第二輸出偶極天線。
3.一種片狀天線陣列，它能夠同時地接收兩個以右旋圓及左旋圓方向極化的單獨信號，其中右旋圓及左旋圓方向被規(guī)定在與片狀天線陣列面平行的平面中，它包括兩個輸出饋線，用于輸出響應(yīng)以右旋圓及左旋圓方向極化的信號產(chǎn)生的電信號，該片狀天線陣列包括用以通過兩輸出饋線輸出響應(yīng)右旋圓及左旋圓極化信號產(chǎn)生的電信號的裝置；一個接地層；多個下片狀天線，能夠接收或右旋圓的或左旋圓的極化信號并響應(yīng)它產(chǎn)生電信號；一個下饋線，它的一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端與每個下片狀天線相連接，下片狀天線與下饋線以這樣的方式相連接，即下片狀天線能夠接收或右旋圓或左旋圓極化的信號；一個下屏蔽層，它形成在下片狀天線及下饋線上方第一預(yù)定距離上，并整體地覆蓋著下饋線而留著下片狀天線未被覆蓋；多個上片狀天線，它形成在下屏蔽層上方第二預(yù)定距離上，并位于下片狀天線正上方的預(yù)定距離D上，這里預(yù)定距離D是根據(jù)試驗確立的并確定了由片狀天線陣列接收的信號帶寬，及能夠接收兩個單獨極化信號中的另一個并響應(yīng)它產(chǎn)生出電信號；一個上饋線，它形成在下屏蔽層上方第二預(yù)定距離上，它的一端與電信號輸出裝置相連接，而它的另一端與每個上片狀天線相連接，上片狀天線與上饋線以這樣的方式相連接，即上片狀天線將能接收兩個單獨極化信號中的另一個；及一個上屏蔽蔽層，它形成在上片狀天線及上饋線上方第三預(yù)定距離上，并整體地覆蓋著上饋線而留著上片狀天線未被覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀天線陣列，其中電信號輸出裝置包括一個中空圓柱體，它位于片狀天線陣列中心附近，并設(shè)有形成在距圓柱體上表面λ/4距離上的第一上孔，該第一上孔能使上饋線伸入圓柱體一預(yù)定長度，由此形成第一輸入偶極天線；形成在距圓柱體上表面D+λ/4距離上并距第一上孔90°弧角距離上的第二上孔，該第二上孔能使下饋線伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第二輸入偶極天線；形成在第一上孔正下方并距圓柱體底表面D+λ/4距離上的第一下孔，該第一下孔能使兩輸出饋線中的一個伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第一輸出偶極天線；及形成在第二上孔正下方并距圓柱體底表面λ/4距離上的第二下孔，該第二下孔能使另一輸出饋線伸入圓柱體預(yù)定長度，由此形成第二輸出偶極天線。
全文摘要
一種片狀天線陣列，包括電信號輸出裝置，用以通過兩輸出饋線輸出響應(yīng)正交或相反極化信號產(chǎn)生的電信號；多個下片狀天線；一個下饋線，一端與電信號輸出裝置相連接，另一端分出岔線并與每一個下片狀天線相連接；多個上片狀天線，接收相對于由下片狀天線接收的信號正交或相反方向上的信號；及一上饋線，一端與電信號輸出裝置相連接，另一端分出岔線并與每個上片狀天線相連接。能同時接收兩個正交或相反極化的信號，轉(zhuǎn)換成各自相應(yīng)的電信號后輸出。
文檔編號H01Q21/24GK1138759SQ96103988
公開日1996年12月25日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者洪圣勛 申請人:大宇電子株式會社