專利名稱：具有兩個發(fā)射元件、且二者間相位差可調的天線設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有兩個或一組發(fā)射元件、且元件間信號相位差可調的無線電通訊天線設備。本發(fā)明尤其涉及如下具有兩個或一組發(fā)射元件的天線設備，其中的各發(fā)射元件可以通過相互作用而產生定向的發(fā)射波束，該波束的方向可以通過調節(jié)上述相位差而獲得調整。本發(fā)明甚至可以應用于對全方位或360°發(fā)射元件的波束的引導?，F(xiàn)有技術峰窩電話系統(tǒng)等場合中的定向波束天線設備往往需要使用這樣一種天線，它可以被調整或預設至特定的波束方向，也可以被傾斜，從而有效地利用發(fā)射能量，并且有效地接收入射射線?，F(xiàn)有技術中常見的是天線裝置的機械/幾何可調整性，但是，在多發(fā)射器天線設備這樣的情況下，電學可調整性對于天線設備的靜態(tài)安裝等條件來說是更合適的。然而，現(xiàn)有技術中具有電學可調整性的設備必須通過相當復雜的設計，而且只能在天線設備的制造和安裝過程中允許比較小的變動。一個涉及日本實用新型專利63-134241號的日本專利摘要介紹了一種具有電學可調整性的波束天線設備。該設備包含用來改變天線陣列中不同發(fā)射元件輸送線路的延遲狀態(tài)的裝置。
本發(fā)明的一個目的是根據權利要求1的引言部分提出一種天線設備，由此實現(xiàn)電學可調整性并減小連接電纜/饋給傳輸線的數(shù)目及/或長度。電纜數(shù)目的減少一般還可以降低對變換器外罩數(shù)量的要求。本發(fā)明的另一個目的是通過元件的集成來減少天線設備的元件數(shù)量。本發(fā)明的又一個目的是提出一種具有良好機械耐久性以及正確電學性能的天線設備。本發(fā)明的再一個目的是提出一種(相同的或一套預處理的)模塊化天線設備，該設備可以被裝入多種具有不同參數(shù)及性能表現(xiàn)的天線配置中。本發(fā)明的另一個目的是提出一種適合于無線電通訊—諸如在超高或更高頻率下工作的峰窩電話系統(tǒng)—的天線設備，這類場合需要對元件的選擇及布局加以精心設計。與現(xiàn)有技術中的天線設備相比，集成了上述特征的天線設備將在材料、制連以及裝配等方面具有更高的效能。
所附權利要求中特征部分描述的天線設備可以實現(xiàn)上述的以及其它的目的。事實上，與現(xiàn)有技術中的天線設備相比，如本發(fā)明所述的天線設備只需要一半數(shù)量或更少的饋給傳輸線。以下將介紹并/或說明本發(fā)明的細節(jié)及優(yōu)點。
所述的第一和第二發(fā)射元件分別可以由多于一個的發(fā)射元件構成。第一和第二發(fā)射裝置均可由一組發(fā)射裝置構成。對于這樣一組裝置中的發(fā)射元件來說，其中的信號可優(yōu)選為彼此同相，不過也可以針對不同的交互效果而采取異相。
上面提到的是一個第一和一個第二發(fā)射元件，或者是元件組，不過，為了獲得特定的交互作用效果—諸如距離更長且更為集中的發(fā)射波束，布置兩套以上的本發(fā)明天線設備或其它發(fā)射元件也是方便的。多發(fā)射器天線設備的布局原則本質上是已知的，但本發(fā)明所述的天線設備呈現(xiàn)出了如上所述的較大改進。
天線設備通過第一傳輸線與在常見方式下工作的無線電發(fā)射及/或接受裝置相接。不過，第一傳輸線與第二傳輸線之間的連接在本發(fā)明的天線設備中是很重要的。由于第一傳輸線的特征阻抗是第二傳輸線的一半，上述連接本質上構成了分流電路。因此，第一傳輸線中向著觸點方向的信號傳送能量在第二傳輸線中被分解為以觸點為起點傳送的相等兩半，反之亦然。
這意味著，對觸點的選擇本質上只會影響從觸點到相應發(fā)射元件(或發(fā)射元件組)的信號線路的長度。顯然，第二傳輸線上的觸點位置與發(fā)射元件信號間的相位差之間存在線性關系。
作為一種臨界狀態(tài)，為使第一與第二發(fā)射元件之間能夠形成最大可能的相位差，可以將非常靠近第二傳輸線某一部分—該部分具有本質上恒定且有功的特征阻抗—外側的位置選定為針對第一傳輸線的連接點。盡管上述某一部分外側在某個發(fā)射元件方向上的匹配、相位以及功率分解特性會發(fā)生變化，但是對連接點做出這種選擇仍是合理的。不過，這種處理會在一定程度上導致天線性能的劣化。
接地裝置(反射鏡)可以是連續(xù)的金屬板接地平面，它相對于第一和第二發(fā)射元件具有預定的指向及位置，由此使發(fā)射元件能夠呈現(xiàn)出準確的波束方向和阻抗特性。
與適用于各處的平衡-非平衡轉換裝置相配合，第一和第二阻抗變換裝置履行發(fā)射元件相對于第二傳輸線的阻抗匹配。
各個阻抗變換器可以由第一細長(可以包含曲線形或彎曲段)導體元件(可以由上述接地裝置的一部分構成)和第二細長導體元件構成，第二細長導體元件橫靠于或本質上平行于第一細長導體元件并與之分開，二者共同地確定了沿著其分布方向具有不同特征阻抗的各個區(qū)段。
第二導體元件包括兩個相鄰區(qū)段之間截面尺寸階躍變化的部分，由此實現(xiàn)特征阻抗的改變。特征阻抗的改變也可以通過導體元件之間絕緣體的變化而實現(xiàn)。
第二導體元件可以包括兩個相鄰區(qū)段之間截面尺寸階躍變化的部分，由此實現(xiàn)特征阻抗的改變。
第二傳輸線可以由第三細長(可以包含曲線形或彎曲段)導體元件(可以由上述接地裝置的一部分構成)和第四細長導體元件構成，第四細長導體元件橫靠于或本質上平行于第三細長導體元件并與之分開。
第二傳輸線可以在垂直于第一傳輸線的平面內具有一段曲線形(弧形)線路，該段線路局部地環(huán)繞著第一傳輸線的某一導體。
天線設備或天線設備組的發(fā)射元件可以布置成本質上為平面的正交陣列，發(fā)射器在陣列中一個維度上的中心距大約為一個波長或更小，其推薦值在0.9-1.0個波長之間。
第一和第二發(fā)射元件、第一和第二變換器以及第二傳輸線可以共同地構成安裝在接地裝置上的一個結構單元。
第一阻抗變換器的第一和第三連接裝置可以分別通過第一和第二平衡-非平衡轉換裝置連接至第一和第二發(fā)射元件。
發(fā)射元件及/或細長導體可以由單個的金屬板件構成。
第二傳輸線可以設置表示觸點位置的標記，各標記給出了第一和第二發(fā)射元件之間預定的信號相位差。
第二傳輸線可以至少具有本質上等于或小于八分之一波長的電波長度。
該發(fā)射元件可以方便地沿同一方向(極化或相位)定向。
附圖簡介

圖1表示如本發(fā)明所述安裝在接地平面(未示于圖中)上并與第一傳輸線相連的天線設備的俯視圖，其中包含基本上由兩塊金屬板成形元件構成的兩組發(fā)射偶極子元件、平衡-非平衡轉換裝置、阻抗變換器以及第二傳輸線。
圖2表示圖1所示天線設備的第一側視圖。
圖3表示圖1所示天線設備的第二側視圖，其中也表示了安裝有天線設備的接地平面。
圖4表示如本發(fā)明所述與第一傳輸線相連的另一種天線設備的透視圖，該圖含有局部剖切放大視圖，圖中包含接地平面、平行且離開接地平面的基底上的兩個發(fā)射用縮微接線元件、阻抗變換器以及第二傳輸線。
本發(fā)明優(yōu)選實施例詳述參見圖1-3，其中介紹了一種具有兩個第一發(fā)射偶極子裝置1和兩個第二發(fā)射偶極子裝置2的天線設備，兩個同相饋給信號的第一發(fā)射偶極子裝置1彼此相距至多半個波長并且互相平行，而兩個同相饋給信號的第二發(fā)射偶極子裝置2各自均對齊其相應的某一第一發(fā)射元件1，而且與后者間具有約半個波長的中心距。各個偶極子1、2的長度約為半個波長，而且以大約四分之一波長的距離沿平行于導電接地平面反射鏡5的方向定向。
第一和第二發(fā)射元件1、2分別由第一和第二阻抗變換器3、4經由第一和第二平衡-非平衡轉換裝置12與14、13與15饋入信號。第一和第二阻抗變換器彼此由第二傳輸線8連接起來。
偶極子1、2，平衡-非平衡轉換裝置的局部14、15以及阻抗變換器3、4和第二傳輸線8的信號接地導線是從構成天線設備底部的第一金屬板上形成(沖切)的。該底部設有專門作為電性觸點、向卡略微伸出并且由螺釘及螺母(未示于圖中)固接在反射鏡5上的疣狀凸起6，相鄰疣狀凸起6間的距離小于半個波長。
平衡-非平衡轉換裝置的局部12、13，阻抗變換器3、4的信號傳送部分以及第二傳輸線8由構成天線設備頂部的第二金屬板形成，該金屬板由非導體緊固件17固接在底部的下部，它平行于底部并與之隔開，平衡-非平衡轉換裝置處的緊固裝置為導體。為便于大規(guī)模生產，第二金屬板可采用沖切工藝制造。
第一和第二阻抗變換器3、4的上部具有沿著其分布方向隨臺階18、19而相應變化的寬度，由此形成分段變化的特征阻抗，這樣就可以在連接于天線的平衡-非平衡轉換裝置與特征阻抗為100歐姆的第二傳輸線8之間形成有效阻抗匹配。與天線裝置相連的第一傳輸線(未示于圖中)是50歐姆的同軸纜線。它被裝在可以以底部狹槽7分布方向上任意位置為接地和固接點的接地及固定塊(未示于圖中)中。同軸纜線的中心導線被焊接在第二傳輸線8上側部分分布方向上的任意位置，該焊接位置決定著第一和第二發(fā)射元件1、2上的信號相位差。第二傳輸線8上設有用來選擇預定相位差的指示標記9。
同一接地平面(反射鏡)上還可以布置(以陣列方式)更多的圖1-3所示型式天線設備，由此使這些天線設備按照它們彼此間的相互作用方式與第一天線設備的發(fā)射天線進行交互作用。
參見圖4，該圖表示了一種由平面非導體基底42上的局部縮微印制電路構成的天線設備，其中包含由第一阻抗變換器33、43在40處饋入信號的第一發(fā)射接線元件31，第一阻抗變換器33、43通過連接于第二阻抗變換器34的100歐姆弧形傳輸線38而接通并匹配于第一接線元件31，第二阻抗變換器34使第二傳輸線38與接在41處的第二發(fā)射接線元件32相匹配，第二發(fā)射接線元件32相對于第一發(fā)射接線元件31按鏡像樣式取向，導電反射鏡35將基底42局部地支承在等間距分布的緊固裝置46、47上。同軸饋線被垂直地接入基底并且通過其中心導線36及弧段37與第二傳輸線上確定相位差的點39連接，所有連接方式均同于上文所述情形。明晰起見，圖4包含剖切部分44及放大部分45。
權利要求
1.一種與具有第一特征阻抗Z1的第一傳輸線相連的天線設備，上述天線設備包括-至少一個第一發(fā)射元件；-至少一個第二發(fā)射元件；-具有第一和第二連接裝置的第一阻抗變換裝置，上述第一連接裝置與上述第一發(fā)射元件相連；-具有第三和第四連接裝置的第二阻抗變換裝置，上述第三連接裝置與上述第二發(fā)射元件相連，其特征在于-上述第二連接裝置上的上述第一阻抗變換裝置與上述第四連接裝置上的上述第二阻抗變換裝置呈現(xiàn)出本質上相同且有功的第一阻抗R1，上述第一阻抗R1本質上等于上述第一特征阻抗Z1的兩倍；-上述第二與第四連接裝置之間由具有第二特征阻抗Z2的第二傳輸線實現(xiàn)相互連接，上述第二特征阻抗Z2本質上等于上述第一阻抗R1；-上述第一傳輸線被連接在上述第二傳輸線上的觸點處，觸點的位置決定著上述第一與第二發(fā)射元件之間的信號相位差。
2.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于上述天線設備還包括接地裝置，上述第一發(fā)射元件相對于上述接地裝置具有預定的間距，而且上述第二發(fā)射元件相對于上述接地裝置也具有預定的間距。
3.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于各個阻抗變換器由第一細長導體元件和第二細長導體元件構成，上述第二細長導體元件橫靠于上述第一細長導體元件并與之分開，二者共同地確定了沿著其分布方向具有不同特征阻抗的各個區(qū)段。
4.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于上述第二傳輸線由第三細長導體元件和第四細長導體元件構成，上述第四細長導體元件橫靠于上述第三細長導體元件并與之分開。
5.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于上述第二傳輸線在垂直于上述第一傳輸線的平面內具有一段曲線形線路，該段線路局部地環(huán)繞著上述第一傳輸線的某一導體。
6.由至少一個天線設備構成的天線陣列，上述天線設備如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述，其特征在于上述(多個)天線設備的上述發(fā)射元件被布置成本質上為平面的正交陣列，上述各發(fā)射元件在陣列中一個維度上的中心距為一個波長數(shù)量級。
7.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于上述(各個)第一和第二發(fā)射元件、上述第一和第二變換器以及上述第二傳輸線共同地構成了安裝在上述接地裝置上的一個結構單元。
8.如權利要求1或附屬權利要求中任何一項所述的天線設備，其特征在于上述第一阻抗變換器的上述第一和第三連接裝置分別通過第一和第二平衡-非平衡轉換裝置連接至上述(各個)第一和第二發(fā)射元件。
9.如權利要求1所述的天線設備，其特征在于上述發(fā)射元件發(fā)射元件及/或上述細長導體由單個的金屬板件構成。
全文摘要
一種包含一對或更大陣列發(fā)射器的天線設備,其中,各對發(fā)射器與具有第一特征阻抗Z1的第一傳輸線相連,各對發(fā)射器至少包含第一和第二發(fā)射元件以及相應的第一和第二阻抗變換器。各變換器的某一側與相應的發(fā)射元件相連。其另一側之間由保證其阻抗匹配的第二傳輸線實現(xiàn)相互連接。第二傳輸線具有兩倍于第一特征阻抗Z1并且有功的第一阻抗R1。第一傳輸線被連接在第二傳輸線上諸多可能的觸點中經選定的某一點上。所選定觸點的位置決定著上述第一與第二發(fā)射元件之間的信號相位差。
文檔編號H01Q13/08GK1184563SQ9619394
公開日1998年6月10日 申請日期1996年5月14日 優(yōu)先權日1995年5月16日
發(fā)明者馬里奧·阿里亞斯, 斯特凡·榮松, 維托爾德·M·巴拉瓦伊德 申請人:奧根公司