專利名稱：寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線裝置，且更具體地，涉及直列天線。
背景技術(shù)：
在天線設(shè)計領(lǐng)域中，串聯(lián)直列天線組件是廣為人知的。它們與其他直列天線方案，例如共電饋電直列天線方案相比具有多種優(yōu)勢，這是因為串聯(lián)直列天線組件易于構(gòu)建且相應(yīng)地具有可負(fù)擔(dān)性。所述串聯(lián)直列天線組件由大量交替的輻射元件和元件間定相部件組成，形成相控天線陣。
最好使每個輻射元件同相饋電，以便每個輻射元件一致地進行輻射。這實現(xiàn)了天線輻射圖的聚焦。每個單獨的輻射元件被設(shè)計為具有一特定的物理長度，以便針對一給定的波長提供最有效的輻射功率。在每一有源輻射元件之后是一元件間定相部件，其中，該天線的輻射受到抑制直到到達該波前上的下一個正確的相位點為止，其中另一輻射元件被串聯(lián)饋電。
理論上理想的元件間定相部件將經(jīng)受波前的1/2λ(180度相位)的抑制，這里，λ為天線的設(shè)計波長。而且，理想地，該輻射元件的物理長度應(yīng)為1/2λ。此外，該兩輻射元件之間的理論上理想的物理間隔應(yīng)為1/4λ，所述理論上理想的物理間隔自一個輻射元件的頂部至下一個輻射元件的底部測得。顯然，這里存在競爭設(shè)計約束使理論上的理想效果很難實現(xiàn)。此外，實際上，用戶要求覆蓋一定的波長范圍。當(dāng)使用的波長從設(shè)計波長改變時，天線輻射圖的旁瓣會變得更加明顯。而且，當(dāng)各個輻射元件不能精確地彼此同相地被饋電時，還會導(dǎo)致上述輻射圖中的仰角傾斜。
在現(xiàn)有技術(shù)中有多種方法試圖實現(xiàn)該理論上理想的效果。最常見的是Franklin直列天線陣。大多數(shù)該Franklin天線通過使用同軸電纜饋電線制成，且同軸電纜的傳播速度Vp可幫助設(shè)計人員更加接近于理論上的理想效果。通過在元件間定相部件中使用降低的Vp，可或多或少降低與1/2λ相位差相關(guān)的物理長度。然而，該方法是一種折衷方法，且隨著向串聯(lián)直列天線組件增加更多的輻射元件，所產(chǎn)生的誤差會復(fù)合。
另一種方法是使用1/2λ金屬定相線圈用于元件間定相部件。如此基于線圈的串聯(lián)直列天線組件具有以上述理想的物理間隔1/4λ分離的若干1/2λ相位元件。然而，盡管這些線圈既包括電感元件，也包括電容元件，但它們的電容高，由此Q因子和波長敏感度也高。這意味著在設(shè)計波長引入的相位差很可能是1/2λ，但與Franklin方法中采用的同軸元件間定相部件相比，隨波長的變化會發(fā)生顯著的改變。由此，在因為該線圈具有高的內(nèi)在波長靈敏度從而要求擴展帶寬的情況下，幾乎不使用這些線圈。另一個明顯的缺點在于該線圈的物理結(jié)構(gòu)必須受到緊密地控制，尤其是當(dāng)針對低波長設(shè)計時，由此增加了制造的成本。此外，該線圈本身必須由足夠堅固以物理支撐其自身的材料制成。
該線圈設(shè)計方法的一個自然的擴展是使用完全在電路板上再現(xiàn)的物理線圈來替換該物理線圈。這些方法包括在圓形形成裝置的外側(cè)上印刷的螺旋形線圈，簡單地再現(xiàn)該物理線圈。該方法有效地模擬物理線圈，但也很昂貴且還未獲得接受。此外，該方法也無法解決所引入的作為波長函數(shù)的大的相位變化。
進一步，另一種近似線圈的方法是在平面電路板上制作回紋(meander)。由于電路板上的軌道具有低電容，這確實提供了高電感、較低電容的元件間定相部件，但是因此平面回紋的匹配能力大大地被降低了。這是因為輻射元件和平面回紋并非被很好地彼此解耦，由此在一串聯(lián)直列天線組件的這兩個元件之間的界限不清楚，造成帶寬和性能的下降。相應(yīng)地，該方法僅用于較小、較低增益的天線，這里，性能并不關(guān)鍵。也可向串聯(lián)直列天線組件增加其他的電子元件，所述串聯(lián)直列天線組件使用平面回紋元件間定相部件以引入期望的電容。然而，這造成生產(chǎn)成本大量的增加。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的是提供具有改進的寬帶特征的串聯(lián)直列天線組件和天線。
本發(fā)明的另一目的是提供串聯(lián)直列天線(collinear antenna)組件和天線，它們具有改進的寬帶特征，且與現(xiàn)有技術(shù)相比便于制造且價格低廉。
本發(fā)明提供一種串聯(lián)直列天線組件，包括多個輻射元件和元件間定相部件，交替設(shè)置于一單面伸長的基底上，其中，使所述組件適于在使用配置中被可操作地圍繞一縱軸彎曲，所述縱軸基本上沿所述組件的長度延伸，且其中，使所述元件間定相部件可操作地適于允許所述輻射元件在預(yù)期的頻率范圍內(nèi)基本同相地進行電磁輻射。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可實現(xiàn)多個優(yōu)點。與在標(biāo)準(zhǔn)PCB基底上的平面結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計串聯(lián)直列天線組件相比，本發(fā)明改進了寬帶特性。由于具有進一步改進的元件間定相部件，該基底的彎曲可提供增大的電容。通過使用單個撓性基底，可使用眾所周知的有成本效益的制造技術(shù)。沒有必要引入次級元件，其增加了該天線的復(fù)雜性且由此提高了制造成本。
優(yōu)選地，該元件間定相部件和輻射元件被設(shè)置為它們基本可操作地彼此垂直面對。這使該串聯(lián)直列天線組件的輻射和無源部件之間獲得優(yōu)良的解耦，進一步改進了性能。
優(yōu)選地，該元件間定相部件包括設(shè)置為沿蛇線路徑行進的導(dǎo)電軌道。這是具有成本效益的技術(shù)，因為在輻射元件之間引入了相位差。
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示意性的實施例，在這些附圖中

圖1為一串聯(lián)直列天線組件平面配置的平面圖。
圖2為該串聯(lián)直列天線組件插入一天線罩時的透視圖，示出彎曲的應(yīng)用配置。
圖3為在應(yīng)用配置下元件間定相部件和輻射元件之間的過渡區(qū)域的放大圖。
具體實施例現(xiàn)在參考圖1，其中示出一串聯(lián)直列天線組件10。該組件由第一輻射元件20、元件間定相部件30和另一輻射元件40組成，所述輻射元件40的尺寸與第一輻射元件20相同。應(yīng)當(dāng)理解，還可按需加入若干定相部件和輻射元件。這些元件由置于單面連續(xù)的撓性基底1上的導(dǎo)電材料，例如銅組成。適當(dāng)?shù)幕椎睦邮菢?biāo)準(zhǔn)的撓性PCB材料。在其他實施例中，導(dǎo)電材料可以是金。
我們首先考慮輻射元件20和40。輻射元件的幾何結(jié)構(gòu)主要依賴于計劃用于該串聯(lián)直列天線組件的目標(biāo)設(shè)計波長λ。在該實施例中，描述了適用于一天線的組件，所述天線設(shè)計用于34cm的目標(biāo)波長(等效頻率890MHz)且具有15％的帶寬。該天線在CDMA和GSM波段均能夠提供令人滿意的性能。將會很明顯的是，可將本文所述的發(fā)明應(yīng)用于若干目標(biāo)波長和帶寬范圍的多種不同的組合。
如之前所指出的，理論要求指出該輻射元件20和40的垂直長度是大約1/2λ。一般地，為獲得15％的帶寬目標(biāo)，寬的理論設(shè)計原則提出所要求的輻射元件20和40的水平寬度應(yīng)當(dāng)大約為1/16λ。
元件間定相部件30包括饋電入口點31。一導(dǎo)入軌道38在輻射元件20和饋電入口點31之間垂直延伸。此外，元件間定相部件30包括一饋電出口點32，一導(dǎo)出軌道39由該點從該元件間定相部件30垂直延伸到輻射元件40。在該饋電入口點31和饋電出口點32之間，該導(dǎo)電軌道經(jīng)過蛇線路徑，所述蛇線路徑從第一水平部分34開始，之后是垂直部分35，然后是水平部分36，該水平部分返回由饋電入口點31和饋電出口點32之間延伸的線確定的中心位置。該路徑重復(fù)多次直到到達饋電出口點32。每個水平軌道部分33之間的垂直部分的長度等于該軌道的寬度。該元件間定相部件30、導(dǎo)入軌道38和導(dǎo)出軌道39的軌道寬度彼此基本相等。該軌道的水平寬度與該輻射部件的水平寬度類似。該元件間定相部件的垂直長度(被定義為饋電入口點31和饋電出口點32之間的長度)大約為1/4λ。
容易理解，在這里概述的理論要求為初始設(shè)計提供了寬泛的框架的同時，進一步需要詳細(xì)建模該串聯(lián)直列天線組件應(yīng)用結(jié)構(gòu)以改進具體的尺寸。不難得到執(zhí)行該詳細(xì)的電磁模擬和優(yōu)化的計算機建模軟件包。對于這里提出的要求，發(fā)現(xiàn)以下物理配置是最佳的導(dǎo)入軌道38、元件間定相部件30和導(dǎo)出軌道39的軌道寬度為2mm，輻射元件的水平寬度為20mm，元件間定相部件30的有效水平寬度為18mm。
圖2示出彎曲為使用中的形狀的直列天線組件1，采用該使用中的形狀，易于將該天線組件1插入內(nèi)徑為14mm的一天線罩50中，該天線罩典型地用于針對這里所關(guān)注的波長范圍所設(shè)計的天線?？扇菀椎乜吹剑摀闲曰壮浞謴澢沟迷撎炀€部件1可符合天線罩50的圓柱形狀。向該基底提供粘合劑以將該基底固定在該天線罩50的內(nèi)表面。
該基底的彎曲給該串聯(lián)直列天線陣組件10的性能帶來了大量的驚人的改進。
首先，該彎曲的元件間定相部件30引入一定程度的電容，其與在該平面結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的類似的設(shè)計相比大大改進了寬帶特征，同時仍保持整個電容達到一可管理的水平。結(jié)果，該元件間定相部件30降低了對波長的靈敏度，并由此對于工作波長中一給定的改變表現(xiàn)出較低的相位角的改變。這可與該基底處于如圖1所述的平面結(jié)構(gòu)時相比，此時，軌道之間的寄生電容最小，使得元件間定相部件30不會顯示出足夠的內(nèi)部寄生電容以提供令人滿意的匹配。
其次，由于這里采用的配置，該基底的彎曲還便于實現(xiàn)在該輻射和無源元件之間有效的電解耦。圖3示出當(dāng)該串聯(lián)直列天線組件在使用形狀時，元件間定相部件30和輻射元件40之間的過渡區(qū)域的放大視圖?？紤]在該彎曲的使用形狀中，由輻射元件的相對邊限定的第一結(jié)構(gòu)面70。還考慮由該元件間定相部件的相對邊限定的第二結(jié)構(gòu)面60。兩結(jié)構(gòu)面70和60以大約90度的角度相交。這是由于元件間部件30的定位，該定位從輻射元件20和40偏至該撓性基底1的一側(cè)。相應(yīng)地，在輻射元件20和元件間定相部件30之間還保持一種類似的定位關(guān)系。該結(jié)構(gòu)確保該元件間定相部件中的抑制具有很大改進，因為該元件間定相部件中的電流實際上不會與輻射元件中的電流相互作用。
如上所指出的，該基底的彎曲主要由天線罩50的圓柱形形狀限定。作為使用撓性基底用于固定于一天線罩的替換方案，可直接將該直列天線組件1設(shè)置于該天線罩50的內(nèi)表面上。該天線罩50的圓柱形狀將限定該直列天線組件1的彎曲的使用形狀。
對本專業(yè)技術(shù)人員來說，很明顯這里所述的發(fā)明可根據(jù)要求進一步包括交替的輻射和元件間定相部件。且本專業(yè)技術(shù)人員來說，很明顯本發(fā)明既可應(yīng)用于端部饋電直列天線的設(shè)計，也可應(yīng)用于中心饋電直列天線的設(shè)計。
盡管在附圖中示出且在之前的詳細(xì)描述中已對本發(fā)明的設(shè)備的實施例進行了描述，但是可以理解本發(fā)明不限于公開的實施例，而可以在不脫離如上所述和所附權(quán)利要求的限定的本發(fā)明的范圍的情況下，包括多種重新配置、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)直列天線組件，包括交替設(shè)置于一單面伸長的基底上的多個輻射元件和元件間定相部件，其中，所述組件適于在使用配置中可操作地圍繞一縱軸彎曲，所述縱軸基本沿所述組件的長度延伸，且其中，使所述元件間定相部件可操作地適于允許所述輻射元件在預(yù)期的頻率范圍內(nèi)基本同相地進行電磁輻射。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)直列天線組件，其中，所述基底是撓性的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)直列天線組件，其中，所述基底包括用于將所述基底固定于一表面的粘合劑。
4.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)直列天線組件，其中，所述基底為天線罩且所述組件被設(shè)置在所述天線罩的內(nèi)表面。
5.如前述任何一項權(quán)利要求所述的串聯(lián)直列天線組件，其中，所述元件間定相部件被側(cè)向偏移地設(shè)置于一縱軸的一側(cè)，所述縱軸基本沿所述基底的中心延伸，使得所述輻射元件和所述元件間定相部件可操作地基本垂直地彼此面對。
6.如前述任何一項權(quán)利要求所述的串聯(lián)直列天線組件，其中，所述元件間定相部件包括一導(dǎo)電軌道，所述導(dǎo)電軌道被設(shè)置為沿蛇線路徑行進。
7.一種端部饋電串聯(lián)直列天線，包括至少一個如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的串聯(lián)直列天線組件。
8.一種中心饋電直列天線，包括至少一個如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的串聯(lián)直列天線組件。
全文摘要
一種直列天線組件，其具有交替設(shè)置于一單面延伸基底上的多個輻射元件和元件間定相部件。該組件具有圍繞一縱軸可操作地彎曲的使用形狀，所述縱軸基本沿該組件的長度延伸。使用中，該元件間定相部件允許該輻射元件在預(yù)期的頻率范圍內(nèi)基本同相地進行電磁輻射。該組件可被設(shè)置在一撓性基底上，所述基底可被可操作地彎曲以插入一天線罩內(nèi)?；蛘撸摻M件可被直接設(shè)置于一天線罩的彎曲的內(nèi)表面上。
文檔編號H01Q9/00GK1497773SQ200310100548
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者丹尼爾·王, 羅伯特·戴利, 史蒂夫·賈克斯, 戴利, 賈克斯, 丹尼爾 王 申請人:Rf工業(yè)有限公司