專利名稱：多級天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由多組類似的幾何元件(多邊形、多面體)構(gòu)成的天 線，這些幾何元件電磁性地耦合和組合，以便在天線結(jié)構(gòu)中可能分辨 形成它的每一基本元件。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及所述天線的一種特殊的幾何設(shè)計，并提 供二個主要的優(yōu)點該天線可以在幾種頻率中同時操作和/或其尺寸實 質(zhì)上可以減小。
本發(fā)明的應(yīng)用范圍主要是通信領(lǐng)域，更具體地說是在無線電通信 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天線約在上一世紀(jì)末首次被開發(fā)，當(dāng)James C. Maxwell在1864 提出電磁學(xué)基本定律時。Heinrich Hertz可能由于1886年發(fā)明第一個 天線而作出貢獻，通過該天線電磁波在空氣中的傳輸被證明。在四十 年代中期顯示了在相對于波長天線的尺寸減小方面的限制，并且在六 十年代初出現(xiàn)了第一個與頻率無關(guān)的天線。在當(dāng)時，建議以螺旋線、 螺旋管、對數(shù)周期天線組、圓錐形和僅由角限定的結(jié)構(gòu)用于寬帶天線。
在1995年介紹了分形或多重分形天線(專利號9501019)，由于它 們的幾何結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出一種多頻特性和在某些情況下的小尺寸。后來 介紹了多三角形天線(multitriangularante隨e)(專利號9800954)， 其同時在頻帶GSM 900和GSM 1800中操作。
本發(fā)明中描述的天線源自分形和多三角形天線，但是解決了限制 所述天線的特性和降低它們在實際環(huán)境中的適用性的實際特性的若干 問題。
從科學(xué)的觀點嚴(yán)格地講，分形天線是不可能的，因為分形物體是
包括無窮多元件的一個數(shù)學(xué)抽象觀念。有可能生成具有基于所述分形 物體的一種形式的天線，包括有限次數(shù)的重復(fù)。這種天線的性能受限 于各個元件的具體幾何結(jié)構(gòu)。例如頻帶的位置和它們的相對間距與分 形幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且設(shè)計天線保持它的分形外形而同時使頻帶置于 無線電頻譜的正確的區(qū)域并不總是可能、可行或經(jīng)濟的。首先，截斷
(truncation )隱含了通過使用 一真實的分形天線所引起的局限的一個 清晰的實例，該天線試圖接近一理想分形天線的理論特性。上述結(jié)果 破壞理想分形結(jié)構(gòu)在低頻帶中的特性，將其從相對于其他頻帶的理論 位置移走，簡單地說，要求天線的尺寸過大，從而妨礙了實際應(yīng)用。
除這種實際問題外，并不總是可能改變該分形結(jié)構(gòu)以便呈現(xiàn)適于 每個應(yīng)用要求的輻射圖的阻抗水平(level of impedance)。由于這些原 因，常有必要拋開分形幾何結(jié)構(gòu)而采取在天線的頻帶位置、適應(yīng)水平 (adaptation level)和阻抗、偏振和輻射圖方面提供更大的靈活性的其他 類型的幾何結(jié)構(gòu)。
多三角形結(jié)構(gòu)(專利號9800954 )是具有非分形結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu) 設(shè)計的實例，因此該天線可用于GSM和DCS蜂窩電話的基站中。在 所述專利中描述的天線包括僅在它們的頂端連接的三個三角形，其尺 寸適合用于頻帶890MHz- 960MHz以及1710MHz - 1880MHz。這 是一個特定環(huán)境中的特定的解決方案，其不提供處理用于其他環(huán)境的 其他天線設(shè)計所要求的靈活性和通用性。

發(fā)明內(nèi)容
多級天線解決分形和多三角形天線的操作上的限制。它們的幾何 結(jié)構(gòu)更加靈活、豐富和多樣，允許該天線在從二個到更多頻帶中操作， 而且在輻射圖、頻帶位置和阻抗水平方面提供更大的通用性，這里僅 舉幾個例子。盡管它們不是分形的，但多級天線的特征在于其包括在 整體結(jié)構(gòu)中可能被區(qū)別開的多個元件。確切地說因為明確地顯示各部 分的若干級(整體結(jié)構(gòu)和組成它的各個元件的若干級)，所以多級天線 提供多頻帶特性和/或小尺寸。它們的名稱的由來也在于上述特性。
本發(fā)明由一天線組成，該天線的輻射元件的特征在于它的幾何形 狀，該輻射元件主要包括同類型的若干多邊形或多面體。也就是說， 它包括例如彼此電耦合的(或通過至少一個觸點或通過提供電容耦合 的一個小間隔)和在更高級的結(jié)構(gòu)中組合的三角形、正方形、五邊形、 六邊形乃至作為具有很多邊的多邊形的極限情況的圓和橢圓、以及四 面體、六面體、棱柱、十二面體等等，因此在該天線體內(nèi)可以識別它
所包括的多邊形或者多面體元件。其次，用這樣的方式生成的結(jié)構(gòu)可 以類似于基本元件的方式在較高次結(jié)構(gòu)中組合等等，直到達到該天線 設(shè)計師要求的多級。
級部件整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)成它的大部分元件(多邊形或多面體)。這是通 過保證在形成該天線的大部分元件之間接觸或相交(如果存在的話) 的面積僅僅是上述的多邊形或多面體的周長或周圍面積的一小部分來 實現(xiàn)的。
多級天線的一種特殊特性是，它們的無線電特性在幾個頻帶內(nèi)可 以是類似的。天線輸入?yún)?shù)(阻抗和輻射圖)對若干頻帶保持類似(即天 線在每個不同的頻帶中具有相同水平的適應(yīng)性或駐波比)，并且在不同 頻率該天線經(jīng)常呈現(xiàn)幾乎相同的輻射圖。確切地說是因為該天線的多 級結(jié)構(gòu)，即，因為它還可能識別在該天線中組成該天線的大多數(shù)基本 元件(同類多邊形或多面體)。頻帶的數(shù)量與包含在該主輻射元件的幾
寸的數(shù)目成比例。
除了它們的多頻帶特性外，多級結(jié)構(gòu)天線同結(jié)構(gòu)較簡單的其他天 線比較起來通常小于普通的尺寸。(例如由單個多邊形或多面體組成 的天線)。這是由于在多級結(jié)構(gòu)上電流流過的路徑比在簡單幾何結(jié)構(gòu) 中更長且更曲折，因為不同的多邊形或多面體元件之間存在空間。該 空間強制電流沿給定路徑(該路徑必須圍繞上述空間)流動，該電流流 經(jīng)更遠的距離并因此在較低頻率共振。另外，該天線豐富的邊緣和豐 富的間斷性結(jié)構(gòu)簡化了輻射過程，相對增加該天線的輻射電阻并減少 品質(zhì)因數(shù)Q，即增加了它的帶寬。
因此，多級天線的主要特征如下
-包含同類多邊形或多面體的多級幾何結(jié)構(gòu)，該多邊形或多面體 電磁地耦合和組合以形成一更大結(jié)構(gòu)。在多級幾何結(jié)構(gòu)中，大部分元 件清晰可見，因為這些元件與其他元件的接觸、相交或互連(如果存在
的話)的面積總是小于它們的周界的50%。
-由該幾何結(jié)構(gòu)引起的無線電特性多級天線能呈現(xiàn)一種多頻帶 特性(對若干頻帶來說是相同或類似的)和/或在一降低的頻率下操作， 這使得可減小它們的尺寸。
在專門文獻中已經(jīng)可能找出對允許覆蓋幾個頻帶的某種天線設(shè)計 的說明。然而，在這些設(shè)計中多頻帶特征是在天線中通過將許多單頻 帶天線組合到一起或通過把電抗元件結(jié)合到天線中(集中元件作為電
感或電容或它們的集成形式如接線柱(post)或凹槽)來實現(xiàn)的，這
迫使出現(xiàn)新的共振頻率。相反多級天線的特性取決于它們特殊的幾何 結(jié)構(gòu)，給天線設(shè)計者在有關(guān)頻帶的數(shù)量(與部件的級數(shù)成比例)、位 置、相對間隔和寬度方面提供更大靈活性，并因此為最終產(chǎn)品提供更 好和更多不同特征。
多級結(jié)構(gòu)能被用于任何已知的天線構(gòu)造中。正如可被引用的一個
非限制性的例子偶極天線、單極天線、貼片或微帶天線、共面天線、
反射器天線、纏繞天線甚至天線陣。制造技術(shù)也并非多級天線的特征， 因為最適合的技術(shù)可能被用于每一種結(jié)構(gòu)或應(yīng)用。例如，通過照相平
版印刷術(shù)(印刷電路技術(shù))在介電基片上印刷；在金屬板上模壓成形、 在電介質(zhì)上推斥等等。
7>開文件WO 97/06578 ^>開了一種分形天線，該天線與多級天線 毫無關(guān)系，且兩者幾何結(jié)構(gòu)本質(zhì)上也不相同。


由參考附圖所做的對本發(fā)明的 一優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明 的另外的特征和優(yōu)點將變得清楚，該實施例僅用于說明而決不表示對
本發(fā)明限定的范圍進行限制，其中
圖1示出了僅包括三角形的多級元件的特殊例子；
圖2示出了在多種構(gòu)造中多級天線的集合的例子單極天線(2.1 )、 偶極天線(2.2)、貼片天線(2.3)、共面天線(2.4)、喇叭形天線 (2.5-2.6)以及天線陣(2.7);
圖3示出了基于三角形的多級結(jié)構(gòu)的例子；
圖4示出了基于平行六面體的多級結(jié)構(gòu)的例子；
圖5示出了基于五邊形的多級結(jié)構(gòu)的例子；
圖6示出了基于六邊形的多級結(jié)構(gòu)的例子；
圖7示出了基于多面體的多級結(jié)構(gòu)的例子；
圖8示出了在用于GSM ( 900MHz)和DCS ( 1800MHz )的移動 電話基站的貼片結(jié)構(gòu)中的多級天線的一種特殊操作模式的例子；
圖9示出了前述附圖中描述的多級天線的輸入?yún)?shù)(50ohms時的 反射波損耗)；
圖10示出了圖8的多級天線的輻射圖水平平面和垂直平面； 圖11示出了用于室內(nèi)無線通信系統(tǒng)或無線接入局域網(wǎng)環(huán)境中的
一單級天線構(gòu)造的多級天線的一種特殊操作模式的例子；
圖12示出了前述附圖的多級天線的輸入?yún)?shù)(50ohms時的反射
波損耗)；
圖13示出了圖11的多級天線的輻射圖。
具體實施例方式
在對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明中將參考附圖，其中相同的 數(shù)字表示相同或相似的部件。
本發(fā)明涉及一種天線，其包括至少一個采取多級結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)造 元件。多級結(jié)構(gòu)的特征在于，它是通過將彼此電磁耦合的相同類型的 若干多邊形和多面體(例如三角形、平行六面體、五邊形、六邊形等 等，甚至作為具有許多邊的多邊形的特殊情形的圓形和橢圓形，以及 四面體、六面體、棱柱、十二面體等等)通過元件間的鄰近(proximity)
或直接接觸集合在一起而形成的。通過組成元件(多邊形或多面體) 間的互連(如果存在的話)，多級結(jié)構(gòu)或圖形與另一個傳統(tǒng)圖形精確
地區(qū)別開來。在多級結(jié)構(gòu)中至少75%的組成元件的超過其周長的50% (對多邊形來說)沒有與該結(jié)構(gòu)的任何其他元件接觸。因此，在多級 結(jié)構(gòu)中，很容易從幾何上識別和單獨地區(qū)別其大多數(shù)基本組成元件， 從而呈現(xiàn)元件的至少兩級整體結(jié)構(gòu)級和形成該整體結(jié)構(gòu)的多邊形或 多面體元件的級。正是由于多級天線的該特點和該多邊形和多面體能 包括在多種尺寸中，故得其命名。另外，幾種多級結(jié)構(gòu)可彼此組合和 電磁性地耦合以形成更高級結(jié)構(gòu)。在多級結(jié)構(gòu)中，所有的組成元件是 具有相同邊數(shù)的多邊形或具有相同面數(shù)的多面體。當(dāng)然，當(dāng)多個不同 性質(zhì)的多級結(jié)構(gòu)被組合和電磁性地耦合以形成更高級的次顯微組織 時，該特性被打石皮。
用這種方式，在圖1至7中示出了多級結(jié)構(gòu)的幾個特殊例子。 圖1示出了專門由不同尺寸和形狀的三角形組成的多級元件。注 意在該特殊情況中，每個元件(三角形，用黑色表示)能被區(qū)別出來， 因為各個三角形僅以它們的周長的很小區(qū)域重疊，在這種情況下是在 它們的頂端重疊。
圖2示出了各種構(gòu)造中多級天線的集合的例子單極天線(2.1)、 偶極天線(2.2)、貼片天線(2.3)、共面天線(2.4)、螺旋線圏天 線的側(cè)視圖(2.5)和正視圖(2.6)以及天線陣(2.7)。由于此，應(yīng) 注意不管其構(gòu)造如何，多級天線的特征輻射元件的幾何結(jié)構(gòu)與其他天 線是不同的。
圖3示出了源于三角形，并均由三角形構(gòu)成的的多級結(jié)構(gòu) (3.1-3.15)的另外的例子。注意實例(3.14)是實例(3.13)的變形； 不管這4個三角形間的接觸，75%的元件(三個三角形，除中間的一 個外)其周長的50%是自由的。
圖4描述了由平行六面體(正方形、矩形、菱形......)形成的多
級結(jié)構(gòu)(4.1-4.14)。注意組成元件總是可單個地識別(至少大部分如 此)。特別是在實例(4.12)中，所述元件周長的100%是自由的，它
們之間沒有任何物理上的連接(耦合是通過由各元件間的互電容而造 成的鄰近來實現(xiàn)的)。
圖5、 6和7是分別基于五邊形、六邊形和多面體的其它多極結(jié)構(gòu) 的非限制性的例子。
應(yīng)注意多級天線和其它現(xiàn)存的天線的區(qū)別在于其特有的幾何結(jié) 構(gòu)，而不在于它們作為天線的構(gòu)造和用于該構(gòu)造的材料。因此，多級 結(jié)構(gòu)可與任何已知的天線構(gòu)造一起使用，諸如以如下非限制性的方式 偶極天線、單極天線、貼片或微帶天線、共面天線、反射器天線、纏 繞天線乃至天線陣。通常，多級結(jié)構(gòu)形成所述構(gòu)造的輻射元件特征的 一部分，如桿(arm)、大平面(mass plane)或同時在一單極天線中的 桿和大平面、桿或同時在一偶極天線中的桿、微帶天線、貼片天線或 共面天線中的貼片或印刷元件；反射器天線中的反射器，或在一喇叭 形天線中的圓錐形部分乃至天線壁(antenna wall)。甚至可能使用 一種 螺旋式天線結(jié)構(gòu)，其中環(huán)或多環(huán)的幾何結(jié)構(gòu)是多級結(jié)構(gòu)的外周?？偟?來說，多級天線和傳統(tǒng)天線的區(qū)別在于輻射元件或它的一個組成部分 的幾何結(jié)構(gòu)，并不在于天線的特殊構(gòu)造。
至于構(gòu)造材料和技術(shù)，多級天線的實現(xiàn)并不局限于某種特別的和 可能被認(rèn)為是最適合于每一應(yīng)用而釆用的已知的或?qū)砑夹g(shù)中的任何 一種，因為本發(fā)明的本質(zhì)在于用在多級結(jié)構(gòu)中的幾何結(jié)構(gòu)而不是其特 殊構(gòu)造。因此，多級結(jié)構(gòu)可能通過如薄片、導(dǎo)電材料或超導(dǎo)材料的一 部分、通過使用如印刷電路所用的金屬涂層在電介質(zhì)基片(剛性的或 柔性的)上印刷、將構(gòu)成多級結(jié)構(gòu)的幾種電介質(zhì)材料瓦狀重疊等等來 形成，這往往取決于每種情形和應(yīng)用的特殊要求。 一旦多級結(jié)構(gòu)形成， 天線的實現(xiàn)就依靠所選擇的構(gòu)造(單極、偶極、貼片、喇叭形、反射 器......)。對單極、纏繞、偶極和貼片天線，多種相似的結(jié)構(gòu)是在金
屬支架上實現(xiàn)(簡單的過程包括將一照相平版印刷過程應(yīng)用到一空白 印刷電路介質(zhì)板)，并且將該結(jié)構(gòu)安裝到一標(biāo)準(zhǔn)微波連接器上，對單 極和貼片天線的情形，與任何傳統(tǒng)天線一樣，該微波連接器是依次連 接到大平面上(典型的是一金屬板或盒)。對偶極天線情況來說，兩
個相同的多級結(jié)構(gòu)形成天線的兩桿；在開放式天線中，多級幾何結(jié)構(gòu) 可能是喇p八形天線的金屬壁或其橫截面的一部分，最后，對反射器來 說，多種相似元件或一組這種元件可能形成或覆蓋該反射器。
多級天線的最相關(guān)的特性主要是由于它們的幾何結(jié)構(gòu)形成的，且 如下所述在幾種頻帶中用相似的方式(相似的阻抗和輻射圖)同時 操作的可能性以及與專門基于單個多邊形或多面體的其他傳統(tǒng)天線相 比減小它們的尺寸的可能性。這些特性在通信系統(tǒng)領(lǐng)域中特別有關(guān)。 在幾個頻帶中同時操作使得一單個多級天線可將幾個通信系統(tǒng)結(jié)合成 為一體，而不是象傳統(tǒng)那樣為每一系統(tǒng)或業(yè)務(wù)分配一天線。當(dāng)由于在
城市或農(nóng)村風(fēng)景中的視覺效果或當(dāng)結(jié)合到車輛或便攜式通信裝置上時 無美感或無氣動效果時，天線必須被隱蔽起來，則尺寸減小是特別有 用的。
在實際環(huán)境中使用多頻帶天線所獲得的優(yōu)點的一個例子是下面將 進一步描述的，用于GSM和DCS環(huán)境的多級天線AM1。這些天線被 設(shè)計成符合在兩個蜂窩電話系統(tǒng)中的無線電規(guī)范。為兩個頻帶(卯0 MHz和1800 MHz)使用 一個單一 GSM和DCS多級天線，蜂窩電話 經(jīng)營者能減少費用和他們的站點網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的影響，同時增加由該網(wǎng) 絡(luò)支持的用戶(顧客)數(shù)量。
將多級天線與分形天線區(qū)別開來特別重要。后者是基于分形幾何 結(jié)構(gòu)，而分形幾何結(jié)構(gòu)是基于在實際中很難實現(xiàn)的抽象數(shù)學(xué)概念。專 門的科學(xué)文獻通常將具有非整體Haussdorf尺寸的那些幾何結(jié)構(gòu)的物 體定義為分形。這表示分形物體僅作為一抽象或一概念存在，但對一 有形物體或圖畫來說所述的幾何結(jié)構(gòu)是難以想象的(從嚴(yán)格意義上來 說)，盡管基于該幾何結(jié)構(gòu)的天線的確已經(jīng)被開發(fā)且在科學(xué)文獻中廣 泛描述，雖然它們的幾何結(jié)構(gòu)從科學(xué)術(shù)語上講并不是嚴(yán)格的分形。盡 管這些天線中的一些提供一種多頻帶特征(它們的阻抗和輻射圖對幾 個頻帶來說幾乎保持不變)，但在實際環(huán)境中它們自己不能為適用性 提供所要求的天線的所有特性。因此，例如，Sierpinski天線具有由因 數(shù)2分隔開的N個頻帶的多頻帶特性，并且盡管由于這種分隔人們可
以想到將其用于通信網(wǎng)絡(luò)GSM 900 MHz和GSM 1800 MHz (或 DCS)，但對這些頻率來說它的不適合的輻射圖和尺寸防礙了其在現(xiàn) 實環(huán)境中的實際應(yīng)用。簡單地說，為獲得除提供多頻帶特性外，還符 合為每一特殊用途所要求的所有規(guī)范的天線，幾乎總是必須放棄分形 幾何結(jié)構(gòu)而釆用例如多級幾何結(jié)構(gòu)天線。例如，圖1、 3、 4、 5和6中 描述的結(jié)構(gòu)沒有一個是分形的。對所有這些結(jié)構(gòu)而言，它們的 Hausdorff尺寸等于2,這與它們的拓樸尺寸相同。同樣圖7的多級結(jié) 構(gòu)中沒有一個是分形的，它們的Hausdorff尺寸等于3，這與它們的 拓樸尺寸相同。
在任何情況下，多級結(jié)構(gòu)不應(yīng)與天線陣混淆。盡管天線陣的確是 由多組相同的天線形成的，在天線陣中天線的各元件是電磁性去耦的， 這與多級天線中所想要的正好相反。在一天線陣中，每一元件被單獨 供電，或者是通過每個元件的特殊信號發(fā)送器或接收器，或者通過一 信號分配網(wǎng)絡(luò)，但在多級天線中，在一些元件中激勵該結(jié)構(gòu)，則剩余 的元件電磁性耦合或通過直接接觸(在不超過相鄰元件的周長或表面 的50%的區(qū)域內(nèi))耦合。在一天線陣中試圖增加單個天線的方向性以 形成用于一特殊用途的輻射圖；在一多級天線中，其目的在于獲得多 頻帶特性或天線的縮減尺寸，這意味著與天線陣是完全不同的應(yīng)用。
僅為了說明目的，下面將描述用于特殊環(huán)境和應(yīng)用的多級天線 (AM1和AM2)的操作模式的兩個非限制性的例子。
模式AMI
該模式包括多級貼片類型天線，如圖8所示，其在頻帶GSM900 (890 MHz - 960 MHz )和GSM 1800 ( 1710 MHz - 1880 MHz )中同 時操作且在水平平面中提供一扇形輻射圖。該天線被設(shè)想為主要(盡 管并不局限于)用于GSM 900和1800移動電話的基站中。
多級結(jié)構(gòu)(8.10),或天線貼片，由在標(biāo)準(zhǔn)玻璃纖維印刷電路板 上的一印刷銅片組成。多級幾何結(jié)構(gòu)由頂端相互連接的5個三角形 (8.1-8.5)組成，如圖8所示，其外周邊形成高為13.9cm (8.6)的一
個等邊三角形。底部三角形高8.2cm (8.7)并與兩個相鄰的三角形一 起構(gòu)成高為10.7cm (8.8)的三角形周邊結(jié)構(gòu)。
多級貼片(8.10)平行地裝配到22*18.5cm的矩形鋁的接地面 (earth plane) (8.9)上。貼片和接地面間的間距是3.3cm,通過作 為支架(8.12)的一對電介質(zhì)墊片來保持該距離。
多級結(jié)構(gòu)的兩個點連接到天線，每一個對應(yīng)一操作頻帶(GSM 900 和GSM 1800 )。激勵(excitation)是通過垂直于一個大平面和該多 級結(jié)構(gòu)的一垂直金屬接線柱來實現(xiàn)的，通過鄰近(電容效應(yīng))電耦合 到貼片的一金屬片來電容性地完成。在貼片構(gòu)造天線中這是一個標(biāo)準(zhǔn) 系統(tǒng)，其目的是用接線柱最終的電容效應(yīng)補償其電感效應(yīng)。
在激勵柱的底部連接用于互連各元件和接入天線的端口或連接器 (8.13)的電路。所述互連電路可能是用微帶、同軸或微波帶狀線技 術(shù)形成(只列舉一些實例)，且結(jié)合把在接線柱底部測量的阻抗變換 成在輸入/輸出天線連接器所要求的50ohm (通常這些應(yīng)用的駐波比 (SWR)的典型容差低于1.5)的傳統(tǒng)的適配網(wǎng)絡(luò)。所述連接器通常 是用于微蜂窩基站應(yīng)用的型N或SMA。
除了適配阻抗和提供與輻射元件的互連外，互連網(wǎng)絡(luò)(8.11)可 能包括允許該天線出現(xiàn)在兩個連接器結(jié)構(gòu)(每一個對應(yīng)一個頻帶)中或 出現(xiàn)在用于兩個頻帶的單個連接器中的天線共用器。
對雙連接器結(jié)構(gòu)來說，為增加GSM 900和GSM 1800 ( DCS )終 端間的絕緣，DCS頻帶激勵柱(excitation post)的基部可能連接到在 中央DCS波長中電長度(electrical length )等于波長一半的平行短棒 (stub)上并在開路中結(jié)束。類似地，GSM卯0引線的基部可被連接 到在GSM頻帶的中央波長處電長度稍微大于四分之一波長的開路中 的一平行短棒端部。所述短棒在連接的基部引入了可能被調(diào)整用以補 償所述柱的剩余電感效應(yīng)的電容。另外，所述短棒在DCS頻帶中呈現(xiàn) 很低的阻抗，這有助于所述頻帶中連接器間的絕緣。
圖9和10示出了雙多級天線的特定實施例的典型無線電特性。
圖9示出了在GSM (9.1)和DCS (9.2)中的反射波損耗(Lr)，
該損耗典型地低于-14dB(等效于SWR<1.5)，因此在兩種操作頻帶 (8卯MHz - 960 MHZ以及1710 MHz - 1880 MHz )中該天線都非常 適合。
在兩個頻帶中垂直平面(10.1和10.3 )和水平平面(10.2和10.4) 中的輻射圖如圖10所示?？汕宄乜吹皆诖怪痹撎炀€的方向(IO.I和 10.3)上兩個天線都使用主瓣(main lobe)輻射，且在水平平面(10.2 和10.4)中兩個輻射圖是65。的典型的波束寬度為3dB的瓣狀。在兩 個頻帶中典型的方向性(d)是(1>7(18。
模式AM2
本模型由單極天線中一多級天線組成，如圖11所示，用于室內(nèi)無 線通信系統(tǒng)或使用無線電的本地接入環(huán)境。
用相似的方式該天線在頻帶1880 MHz-1930 MHz和3400 MHz -3600 MHz同時操作，例如在具有系統(tǒng)DECT的設(shè)備中。多級結(jié)構(gòu)由 三個或五個三角形(見圖11和3.6)構(gòu)成以便可能對其增加一個電感 環(huán)(inductive loop) (11.1)。該天線在水平平面中呈現(xiàn)一全方向的 輻射圖并主要設(shè)想用于(但不局限于)安裝到屋頂或地板。
多級結(jié)構(gòu)被印刷到5.5cm寬、4.9cm高和0.8mm厚的一個Rogers RO4003電介質(zhì)基片(11.2)上，且電介質(zhì)介電常數(shù)等于3.38。該多級 元件包括在頂端連接的三個三角形(11.3-11.5);底部三角形(11.3) 高1.82cm,而多級結(jié)構(gòu)總高2.72cm。在該特殊應(yīng)用中，為減小天線的 總尺寸，在多級元件頂部增加梯形形狀的一電感環(huán)(11.1)，因此輻 射元件的總尺寸是4.5cm。
多級結(jié)構(gòu)被垂直地安裝到其長度或直徑大約為18cm的一正方形 或圓形的金屬(如鋁)接地面(11.6)上。該元件的底部頂端被放在 大平面的中心且形成該天線的激勵點。該點被連接到將輻射元件和輸 入/輸出連接器連接起來的互連網(wǎng)絡(luò)上。所述互連網(wǎng)絡(luò)可能以微帶、 微波帶狀線或同軸技術(shù)來實現(xiàn)(僅列舉一些實例)。在本特定例子中 使用微帶結(jié)構(gòu)。除用于輻射元件和連接器的互連外，該互連網(wǎng)絡(luò)可用
作一阻抗變換器，其將多級元件頂端處的阻抗匹配為輸入/輸出連接
器所要求的50ohms ( Lr<-14dB，SWR<1.5 )。
圖12和13概括了在較低(l卯0)和較高(3500)頻帶中的天線 的無線電特性。
圖12示出了用于兩個頻帶的駐波比(SWR):圖12.1用于1800 和1930 MHz之間的頻帶，圖12.2用于3400和3600 MHz之間的頻帶。 這些圖表明該天線非常適合用于反射波損耗低于14dB的情形，即對 感興趣的整個頻帶來說SWR<1.5。
圖13示出了典型的輻射圖。在1905 MHz時分別在垂直平面、水 平平面和天線平面測量的圖(13.1 ) 、 ( 13.2)和(13.3)，以及在3500 MHz時分別在垂直平面、水平平面和天線平面測量的圖(13.4)、 (13.5)和(13.6)。
人們可觀察到在水平平面上的全方向特性和具有在1900頻帶中 高于4dBi及在3500頻帶中高于6dBi的典型天線方向性在垂直平面中 的典型的兩小葉圖。
在天線特性中，應(yīng)注意該特性(SWR和輻射圖)對使其成為多頻 帶天線的兩個頻帶是相當(dāng)類似的。
AMI和AM2天線典型地將用一電介質(zhì)天線罩罩上，該天線罩對 電磁輻射實際上是透明的，其用來保護輻射元件和連接網(wǎng)絡(luò)免受外部 侵害并提供美觀的外形。
在理解中不必考慮延伸本說明書，本領(lǐng)域的專家能理解其范圍和 由此產(chǎn)生的優(yōu)點并將其再現(xiàn)。
然而，由于上述說明僅涉及一優(yōu)選實施例，所以應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā) 明精神內(nèi)可能引出細(xì)節(jié)的許多變形，同時還保護天線尺寸和/或用于制 造該天線的全部或部分的材料。
權(quán)利要求
1、一種天線，其特征在于，它包括至少一多級結(jié)構(gòu)，該多級結(jié)構(gòu)是一組相同類型(邊數(shù)或面數(shù)相同)的多邊形或多面體元件，盡管尺寸不必相同，該多級結(jié)構(gòu)和形成它的多邊形或多面體具有不同的幾何結(jié)構(gòu)，所述多邊形或多面體彼此電磁性耦合以便至少在大部分多邊形或多面體中各元件間的接觸區(qū)域未覆蓋其周界或面積的主要部分，所以在至少75％的多邊形和多面體中各元件間的接觸區(qū)域低于該周界或面積的50％，因此在多級結(jié)構(gòu)中允許幾何地辨別形成該結(jié)構(gòu)的大多數(shù)多邊形或多面體。
2、 如權(quán)利要求1所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)專門由 三角形構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求1所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)專門由 單一類型的多邊形構(gòu)成，其中包括諸如四邊形、五邊形、六邊形、七 邊形、八邊形、十邊形、十二邊形、圓或橢圓。
4、 如權(quán)利要求1所述的多級天線，其特征在于，所述多級結(jié)構(gòu)專 門由多面體、圓柱體或推形體構(gòu)成。
5、 如上述權(quán)利要求所述的多級天線，其特征在于，在一單極天線 構(gòu)造中多級結(jié)構(gòu)垂直地安裝在接地面上。
6、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，在一貼片或 微帶天線構(gòu)造中多級結(jié)構(gòu)被平行于接地面安裝。
7、 如權(quán)利要求5和6所述的多級天線，其特征在于，在具有一貼 片構(gòu)造的天線中，多級元件是平面微帶或具有幾個級的寄生貼片的貼 片構(gòu)造的輻射元件中的一個。
8、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)形 成偶極構(gòu)造天線的兩桿，共面構(gòu)造天線的一部分，角錐形喇叭天線 的至少一個面。
9、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)或 其周界形成圓錐或角錐形喇叭型天線的橫截面。
10、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，在螺旋型天 線中多級結(jié)構(gòu)的周界確定至少一個環(huán)的形狀。
11、 如權(quán)利要求l-4所述的多級天線，其特征在于，該多級天線 可能是天線陣的一部分。
12、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)由 導(dǎo)電、超導(dǎo)或電介質(zhì)材料，或它們的組合構(gòu)成。
13、 如權(quán)利要求12所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)使在 金屬的、超導(dǎo)的或電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中所做的間隔的幾何結(jié)構(gòu)一致。
14、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，該天線具有 多頻帶特性，即，其阻抗水平和輻射圖在若干頻帶中是相似的，因此 該天線在所述頻帶中基本保持相同的無線電操作性和功能度。
15、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，與在多級結(jié) 構(gòu)中周界可被限定的圓形、方形或三角形天線相比，該天線具有一小 尺寸，且在相同頻率(相同的諧振頻率)中操作。
16、 如權(quán)利要求14所述的多級天線，其特征在于，多頻帶特性允 許其同時在若干頻率中操作，因此可由若干通信業(yè)務(wù)或系統(tǒng)共享。
17、 如權(quán)利要求14所述的多級天線，其特征在于，該天線被用于 移動電話的基站、通信終端(發(fā)射器或接收器)、車輛、通信衛(wèi)星或 雷達系統(tǒng)中。
18、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，在無效率輻 射的情形中，該多級結(jié)構(gòu)可被用作一多頻帶或微型諧振器。
19、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，除多級元件 外，該天線結(jié)合將該結(jié)構(gòu)連接到輸入/輸出連接器的一互連電路，該 互連電路可能被用來結(jié)合用于阻抗、濾波器或天線共用器的適配網(wǎng)絡(luò)。
20、 如權(quán)利要求1-4所述的多級天線，其特征在于，多級結(jié)構(gòu)被 加載電容性或電感性元件以改變其尺寸、諧振頻率、輻射圖或阻抗。
21、 如權(quán)利要求l-4所述的多級天線，其特征在于，被稱為第一級結(jié) 構(gòu)的相同類型(相同的特征多邊形或多面體、相同數(shù)量、配置和元件間 的耦合)的若干多級結(jié)構(gòu)可能以與構(gòu)成第一級多級結(jié)構(gòu)的類似的方式在 更高級結(jié)構(gòu)中組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線，其中相應(yīng)的輻射元件包括由電磁性耦合和組合的一組類似的幾何元件(多邊形或多面體)形成的至少一個多級結(jié)構(gòu)，因此可辨別構(gòu)成該天線結(jié)構(gòu)的每一基本組成元件。這樣的設(shè)計提供兩個重要優(yōu)點該天線可能在若干頻率中同時操作和/或它的尺寸可實質(zhì)地減小。因此，可實現(xiàn)多頻帶無線電特性，即，對不同頻帶特性相似。
文檔編號H01Q13/08GK101188325SQ20071018511
公開日2008年5月28日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月20日
發(fā)明者喬米·安格雷·普羅斯, 喬迪·索萊爾·卡斯塔尼, 卡里斯·普倫廷·巴里阿達, 卡門·鮑嘉·鮑奧 申請人:弗拉克托斯股份有限公司