專利名稱：具有雙l型探針的寬頻帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及貼片天線，特別是涉及由雙L型探針饋電的寬頻帶貼片天線。本發(fā)明可進(jìn)一步擴(kuò)展到包括多個(gè)貼片天線的天線陣。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，微帶貼片天線在各種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微帶貼片天線具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括成本低、尺寸小和重量輕，這使得它們很適合應(yīng)用于如個(gè)人通信系統(tǒng)等中。
傳統(tǒng)的微帶(microstrip)貼片天線包括一個(gè)具有特定幾何形狀(如圓形，矩形，三角形)的貼片，該貼片與接地板相互分離，并以電介質(zhì)將其相互分隔。通常應(yīng)用同軸饋電的方法對(duì)貼片進(jìn)行饋電。
然而，微帶貼片天線有一個(gè)缺點(diǎn)，即它們的帶寬相對(duì)較小，一般不適于在帶寬較大的條件下應(yīng)用。近年來(lái)，已采取一些方法以嘗試增加微帶貼片天線的帶寬。例如，現(xiàn)有的提議包括，增加一個(gè)寄生貼片(parasitic patch)以對(duì)被動(dòng)貼片(driven patch)進(jìn)行電磁耦合(R.O.Lee，K.F.Lee，J，Bobinchak Electronics Letters，9，24，1987，Vol.23，No.20，1017-1072)；在電容間隙(capacitive gap)中使用較厚的襯底，通過(guò)該電容間隙以消除探針的電感(P.S.Hall Electronics Letters，5，21，1987，Vol.23，No.11，606-607)；及在貼片天線中應(yīng)用一個(gè)U形槽(K.F.Lee等IEEProc.Microw.Antennas Propag.，Vol.144 No.5，10，1997)。
然而，針對(duì)上述問(wèn)題所有的現(xiàn)有技術(shù)方法都不理想。在被動(dòng)貼片上面安放寄生貼片會(huì)增加天線的厚度，這并不符合人們的希望。電容間隙需要很高精度進(jìn)行制造。引入U(xiǎn)形槽會(huì)使天線交叉極化較高，而且不能應(yīng)用于圓極化輻射。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)例子如US472443(Nysen)中所示。Nysen描述了一種貼片天線，其中的帶狀線饋電元件與貼片進(jìn)行電磁耦合，而且其中微帶的一端(與貼片相平行)與同軸電纜(與貼片相垂直)的內(nèi)導(dǎo)體相連接。在這種設(shè)計(jì)中，只有微帶與貼片相耦合，而天線的帶寬并不大。
US6593887(這里以參考的形式并入本文)描述了一種貼片天線，該貼片天線由安放于貼片與接地板之間的L形探針進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該探針的一部分與貼片及接地板垂直，另一部分與貼片及接地板平行。兩部分的長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)精心選擇，以使第一部分的感抗被第二部的容抗所抵消。這種設(shè)計(jì)很有效，然而US6593887所述的天線可獲得僅為大約7.5dBi的增益，而且天線交叉極化在大約-15dB時(shí)仍舊很高。因而有必要設(shè)計(jì)一種新型的貼片天線，以期至少能減輕上述的問(wèn)題，并且在交叉極化相對(duì)較低的同時(shí)提供較高的增益。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供一種天線，該天線包括一個(gè)貼片，該貼片安放于接地板之上并與接地板相分隔，及一對(duì)L形探針，探針安放于上述的貼片和上述的接地板之間，每一個(gè)上述的探針都包括一個(gè)與貼片及接地板平行的部分，和一個(gè)與貼片及接地板垂直的部分；及以同功率和同相位對(duì)上述兩個(gè)探針進(jìn)行激勵(lì)的方法。
更為理想的是，這些探針與傳輸線相連接，饋電器與傳輸線在后者的中心位置相連接，探針連接于傳輸線相對(duì)的兩端，而兩個(gè)探針與饋電器的距離相同。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每一個(gè)探針連接于傳輸線上，其與傳輸線各自一端的距離為λ/4，而兩個(gè)饋電器的分隔距離為λ/2，其中λ為天線預(yù)期的中心工作波長(zhǎng)。
傳輸線可以是一條微帶線(microstrip line)，與接地板相分隔就更為理想，例如可使用金屬或電介質(zhì)分隔物進(jìn)行分隔。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，探針是定向的，這樣它們平行的部分與貼片的邊緣成直角。更為理想的是，探針相對(duì)于貼片是對(duì)稱的，借此，每一個(gè)探針均安放于與貼片邊緣相同距離的部位。
貼片可以是任何合適的形狀，例如圓形或三角形，但矩形最為合適。當(dāng)貼片為矩形時(shí)，其長(zhǎng)邊的尺寸可為0.7λ到1.1λ，短邊的長(zhǎng)度可為大約0.4λ，其中λ為天線預(yù)期的中心工作波長(zhǎng)。


此處用示例及參考附圖的方法對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其中圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的天線的基本幾何形狀的透視圖，圖2所示為圖1中的天線的俯視圖，圖3(a)和3(b)所示為圖2中的天線的側(cè)視圖，圖4顯示了根據(jù)圖1至圖3的實(shí)施例制造的天線的增益(a)和駐波比(b)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5(a)到(c)所示為饋電探針其它可能的方向，圖6(a)到(c)所示為貼片其它可能的形狀，圖7(a)到(c)用示意圖顯示了應(yīng)用堆棧貼片的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
首先參見(jiàn)圖1，可以看到，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，貼片1與接地板2相分開(kāi)，但與之平行。貼片是矩形的，其寬度W(見(jiàn)圖2)的范圍為0.7λ到1.1λ，長(zhǎng)度L(見(jiàn)圖2)大約為0.4λ，其中λ為天線的中心工作波長(zhǎng)。貼片1可由電介質(zhì)材料，如一對(duì)塑料支柱3，來(lái)支撐安放于接地板2上，貼片與接地板的間距大約為0.1λ。
貼片1由兩個(gè)相同的L形探針4進(jìn)行饋送，每一個(gè)探針都有一部分與貼片及接地板垂直(“垂直部分”)，另一部分與貼片及接地板平行(“平行部分”)。對(duì)于每一個(gè)探針4，垂直部分與平行部分形成一個(gè)整體，垂直部分與平行部分兩者均與貼片1相耦合。探針4的橫截面可為方形、矩形、圓形或任何其它合適的形狀。L形探針4是垂直定向的，這樣，其垂直部分向貼片1的輻射邊垂直延伸，如圖1到圖3所示。探針4的垂直部分靠近貼片1的輻射邊安放；通過(guò)一個(gè)雙向的同相等幅的功率分配器5將輸入信號(hào)饋送給兩個(gè)探針4。
然而，如圖5(a)到(c)所示，也有可能對(duì)饋電探針4按其它方向進(jìn)行定向。參見(jiàn)圖5(a)，饋電探針4與垂直方向按夾角θ進(jìn)行定向；而且如果這個(gè)角度為大約幾十度，只要探針位于貼片之下且探針不互相接觸，那么天線仍能有效地工作。探針4可如圖5(a)所示的那樣互相指向?qū)Ψ剑部苫ハ啾诚驅(qū)Ψ?，或者也可一個(gè)探針指向另一個(gè)探針，而第二個(gè)探針卻背向第一個(gè)探針。探針4是平直的則更為合適，它們也可是其它的形狀，如成某一角度(如圖5(b))或是弧形的(圖5(c))。
現(xiàn)在回到圖1至圖3的實(shí)施例，功率分配器5是一條直的微帶線，該微帶線由兩個(gè)金屬塊6支撐于接地板2之上，這兩個(gè)金屬塊分別位于微帶線的兩端，這樣天線就可直流接地。功率分配器也可選擇用介電材料進(jìn)行支撐，而且實(shí)際上安裝于接地板之上或之下均可。微帶線由同軸饋電器7(coaxial launcher feed)接收輸入信號(hào)，該同軸饋電器位于微帶線的中點(diǎn)。每一個(gè)L形探針4與微帶線最近的一端之間的距離為λ/4。為了獲得較高的增益和較低的交叉極化，兩個(gè)探針4分開(kāi)的距離應(yīng)為大約λ/2。
根據(jù)圖1至圖3的幾何圖形，按以下尺寸(參見(jiàn)圖2及圖3)制造了天線參數(shù)尺寸(mm) 尺寸(λ)a 5.8 0.07λb 15.5 0.18λc 20.02λd 20.02λe 20.02λf 3.8 0.04λg 10 0.12λGw 100 1.16λGL100 1.16λH 8.4 0.1λL 30.5 0.35λS043 0.5λS120.1 0.25λW 55 0.64λ除了上述的參數(shù)之外，微帶線5的厚度是0.3mm，而貼片1的厚度也是0.3mm。微帶線和貼片兩者均可超過(guò)此厚度，例如厚達(dá)1至2mm。而且，H值，在本例中為0.1λ，可在0.05λ與0.15λ之間變動(dòng)，而Gw和GL可分別為大于W和L的任意值。每一個(gè)探針的垂直部分的高度可根據(jù)貼片的高度H，貼片的寬度W及探針與貼片邊緣的距離來(lái)確定，但通常探針的垂直部分的高度為0.05λ至0.1λ。
圖4(a)和圖4(b)分別顯示了按以上參數(shù)制造的天線的增益和駐波比結(jié)果，可以看到該天線在3.4至3.7GHz范圍內(nèi)增益超過(guò)9dBi，且交叉極化較低。
參見(jiàn)圖6(a)至圖6(c)，就注意到貼片并不一定必須是方形或矩形，還可為其它可能的形狀，如三角形(圖6(a))，梯形(圖6(b))或橢圓形(圖6(c))。
這樣就可看到，至少在優(yōu)選的情況下，通過(guò)給天線提供兩個(gè)相同的L形探針，且以同相位和同功率對(duì)這兩個(gè)探針進(jìn)行激勵(lì)，就可得到較高的增益而且較低的交叉極化。還應(yīng)注意到這種設(shè)計(jì)還可與圖7(a)至圖7(c)所示的堆棧貼片的幾何圖形相結(jié)合。在這個(gè)實(shí)施例中，在第一個(gè)貼片1的上方安放第二個(gè)貼片1’，第一個(gè)貼片1在接地板上方的高度為H1，而第二個(gè)貼片1’在接地板上方的高度為H2。通常H1為0.05λ至0.08λ，而H2為0.1λ至0.15λ。第二個(gè)貼片可比第一個(gè)貼片尺寸小或尺寸大，或與第一個(gè)貼片大小相同。另一種可能是應(yīng)用多個(gè)雙L耦合探針貼片以形成一個(gè)高增益天線陣。
權(quán)利要求
1.一種天線，其包括一個(gè)貼片，該貼片安放于接地板之上并與接地板相分隔，及一對(duì)L形探針，該探針安放于上述的貼片和上述的接地板之間，每一個(gè)上述的探針都包括一個(gè)與貼片及接地板平行的部分，和一個(gè)與貼片及接地板垂直的部分，及以同功率和同相位激勵(lì)上述兩個(gè)探針的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中探針與傳輸線相連接，饋電器與上述傳輸線在其中點(diǎn)相連接，上述探針連接于上述傳輸線相對(duì)的兩端，并與上述的饋電器距離相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其中每一個(gè)上述的探針與上述傳輸線相連接，探針距傳輸線的各自相應(yīng)的一端的距離為λ/4，且其中兩個(gè)饋電器間相隔距離為λ/2，這里λ為天線預(yù)期的中心工作波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其中上述的傳輸線是微帶線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中上述的微帶線與接地板相分隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中微帶線與接地板由金屬分隔物相分隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中上述的探針是定向的，這樣它們的平行部分成直角向貼片的邊緣延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其中上述的探針相對(duì)于貼片是對(duì)稱的，藉此，每一個(gè)探針均安放于與貼片側(cè)邊距離相同的部位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中貼片是矩形的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線，其中貼片長(zhǎng)邊的尺寸是0.7λ到1.1λ，而短邊的尺寸是大約0.4λ，這里λ是天線預(yù)期的中心工作波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中貼片是三角形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中貼片是梯形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中貼片是橢圓形的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其進(jìn)一步包括第二個(gè)貼片，該第二個(gè)貼片位于上述第一個(gè)貼片之上并與之平行。
全文摘要
所描述的天線包括一個(gè)貼片，該貼片位于接地板之上并與之相分隔，及一對(duì)L形探針，該探針位于貼片及接地板之間。每一個(gè)探針都包括一個(gè)與貼片及接地板平行的部分，及一個(gè)與貼片及接地板垂直的部分，天線進(jìn)一步具有以同功率及同相位對(duì)兩個(gè)探針進(jìn)行激勵(lì)的方法。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK1705164SQ20041004292
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月1日
發(fā)明者陸貴文, 黃行, 麥志倫 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)