具有用于對(duì)波束下傾角的電控制的介電板的縫隙陣列天線的制作方法
【專利說(shuō)明】具有用于對(duì)波束下傾角的電控制的介電板的縫隙陣列天線
[0001]相關(guān)串請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案主張2014年4月6日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為“具有對(duì)下傾波束的電控制的縫隙陣列基站天線(Slot Array Base Stat1n Antenna with Electrical Control ofDown-Tilt Beam) ”的第61/975，826號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的權(quán)益，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的內(nèi)容出于各種目的以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及波導(dǎo)天線，且更具體來(lái)說(shuō)涉及介電負(fù)載的波導(dǎo)天線。
【背景技術(shù)】
[0004]基站天線需要針對(duì)其系統(tǒng)的輻射場(chǎng)型控制波束下傾以便使那些系統(tǒng)的覆蓋區(qū)變化。此可變性為必須的，這是因?yàn)槿Q于基站及所要覆蓋區(qū)的位置及高度將需要不同的波束下傾角角度。圖1圖解說(shuō)明具有兩個(gè)不同度數(shù)的波束或輻射場(chǎng)型下傾角的基站天線系統(tǒng)110。以第一下傾角角度122提供第一覆蓋區(qū)120，且以第二下傾角角度132提供第二覆蓋區(qū)130。需要某一機(jī)構(gòu)來(lái)提供針對(duì)基站天線的波束下傾角的校正量。
[0005]照慣例，兩種不同技術(shù)用以控制波束下傾角。圖2A展示其中以機(jī)械方式執(zhí)行輻射場(chǎng)型的傾斜的第一常規(guī)技術(shù)。在此技術(shù)中，系統(tǒng)220包含安置于以機(jī)械方式傾斜的平臺(tái)225上的基站天線222。以不傾斜定向(實(shí)線)及傾斜定向(虛線)展示系統(tǒng)220。平臺(tái)225以物理方式傾斜以提供覆蓋所要區(qū)的波束下傾角。(例如，圖1中所展示的區(qū)122或132)。雖然實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)220產(chǎn)生失真(S卩，天線覆蓋區(qū)的不均勻性)，此導(dǎo)致已經(jīng)由系統(tǒng)220建立的不可靠或丟失的通信鏈路。
[0006]安裝工以物理方式將天線的定向調(diào)整為指向下。圖2B展示其中使用相控陣列天線以電方式執(zhí)行波束下傾的第二常規(guī)技術(shù)。在此技術(shù)中，系統(tǒng)250包含信號(hào)劃分器252、一堆相移器251到254 n(共同稱為相移器254)及基站天線256。信號(hào)被施加到信號(hào)劃分器252的輸入端口 252a，且信號(hào)被劃分于(例如，平等地)η個(gè)分支之間，其中經(jīng)劃分信號(hào)中的每一者通過對(duì)應(yīng)相移器254相移。所得經(jīng)相移信號(hào)被饋送到基站天線陣列256中的對(duì)應(yīng)天線，且所述信號(hào)共同形成傾斜輻射場(chǎng)型，如上文在圖1中所展示。波束下傾角度數(shù)由施加到信號(hào)的相移的量控制。此基于電的系統(tǒng)250提供相對(duì)均勻的天線覆蓋區(qū)且因此避免由機(jī)械系統(tǒng)220產(chǎn)生的天線覆蓋場(chǎng)型的失真。然而電系統(tǒng)250由于功分器252及相移器254組件的使用而遭受所添加成本及復(fù)雜性。進(jìn)一步不利地，這些組件的功率處置能力可限制系統(tǒng)250可發(fā)射的功率的量。
[0007]因此需要具有可控制波束下傾角的經(jīng)改進(jìn)天線陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，現(xiàn)在呈現(xiàn)一種縫隙陣列天線，所述縫隙陣列天線與常規(guī)基于機(jī)械的波束下傾角天線系統(tǒng)相比提供較均勻輻射場(chǎng)型，且與常規(guī)電控波束下傾角天線系統(tǒng)相比提供較低組件計(jì)數(shù)及較高功率處置能力。
[0009]縫隙陣列天線的示范性實(shí)施例包含波導(dǎo)縫隙主體及介電板。所述波導(dǎo)主體包含界定波導(dǎo)孔口的一或多個(gè)壁，所述波導(dǎo)孔口沿著所述波導(dǎo)縫隙主體的縱向軸延伸。所述波導(dǎo)縫隙主體包含安置于所述波導(dǎo)縫隙主體的一或多個(gè)壁上的多個(gè)縫隙。所述介電板安置于所述波導(dǎo)孔口內(nèi)且沿著所述波導(dǎo)縫隙主體的所述縱向軸延伸。所述介電板可在所述波導(dǎo)孔口內(nèi)圍繞所述縱向軸旋轉(zhuǎn)。
[0010]在一個(gè)示范性實(shí)施例中，波導(dǎo)孔口包含長(zhǎng)尺寸及短尺寸。進(jìn)一步在此實(shí)施例中，介電板可圍繞波導(dǎo)縫隙主體的縱向軸相對(duì)于所述波導(dǎo)孔口的所述短尺寸從O度角旋轉(zhuǎn)到90度角。進(jìn)一步在此實(shí)施例中，所述介電板包含沿著所述波導(dǎo)縫隙主體的所述縱向軸延伸的長(zhǎng)度尺寸、沿著所述波導(dǎo)孔口的所述短尺寸延伸的寬度尺寸及沿著所述波導(dǎo)孔口的所述長(zhǎng)尺寸延伸的厚度尺寸。所述介電板的所述寬度尺寸大于或等于所述介電板的所述厚度尺寸的五倍。
[0011 ] 在另一示范性實(shí)施例中，基站天線系統(tǒng)包含根據(jù)前述實(shí)施例中的任一者的縫隙陣列天線。
[0012]在另一實(shí)施例中，呈現(xiàn)一種用于控制縫隙陣列天線的輻射場(chǎng)型的波束下傾角的方法。所述方法包含提供縫隙陣列天線，上文描述了所述方法的示范性實(shí)施例。所述方法進(jìn)一步包含圍繞縱向軸且在波導(dǎo)孔口內(nèi)將介電板定位到預(yù)定義定向角度，其中以所述預(yù)定義角度定向的所述介電板對(duì)傳播穿過波導(dǎo)縫隙主體的信號(hào)賦予預(yù)定義相位，借此提供縫隙陣列天線的波束下傾角。
[0013]鑒于以下詳細(xì)說(shuō)明及圖式將更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1圖解說(shuō)明如本技術(shù)領(lǐng)域中已知的具有兩個(gè)不同度數(shù)的下傾角的基站天線；
[0015]圖2A圖解說(shuō)明其中以機(jī)械方式執(zhí)行輻射場(chǎng)型的傾斜的常規(guī)技術(shù)；
[0016]圖2B圖解說(shuō)明其中以電方式執(zhí)行波束下傾的常規(guī)技術(shù)；
[0017]圖3A及3B分別圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的縫隙陣列天線的橫截面圖及等角視圖；
[0018]圖4A及4B分別圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例隨介電板的角度定向而變化的由圖3A及圖3B的縫隙陣列天線產(chǎn)生的輻射場(chǎng)型的仰角及方位角平面；且
[0019]圖5圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于控制圖3A及圖3B中所展示的縫隙陣列天線的輻射場(chǎng)型的波束下傾角的方法。
[0020]為了清晰，后續(xù)圖式中所使用的特征保留先前圖式中所使用的參考指數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]介電材料在波導(dǎo)內(nèi)的存在可影響在所述波導(dǎo)內(nèi)行進(jìn)的信號(hào)的傳播常數(shù)且對(duì)應(yīng)地影響傳播穿過所述波導(dǎo)的信號(hào)相位的改變。本發(fā)明通過以下操作利用此現(xiàn)象:構(gòu)造具有介電板的縫隙陣列天線，所述介電板可沿著縫隙陣列天線的縱向軸旋轉(zhuǎn)；及相對(duì)于傳播穿過縫隙陣列天線的信號(hào)的電場(chǎng)以不同角度定位介電板以便影響傳播常數(shù)且對(duì)應(yīng)地影響信號(hào)相位。將介電板定位為實(shí)質(zhì)上正交于電場(chǎng)實(shí)質(zhì)上不產(chǎn)生傳播常數(shù)及信號(hào)相位的改變，而將介電板定位為實(shí)質(zhì)上與電場(chǎng)平行產(chǎn)生傳播常數(shù)及信號(hào)相位的最強(qiáng)改變。使介電板與電場(chǎng)成不同角度可對(duì)信號(hào)賦予對(duì)應(yīng)的不同相位，且因此可通過相對(duì)于傳播信號(hào)的電場(chǎng)而調(diào)整介電板的定向角度而實(shí)現(xiàn)特定下傾角。
[0022]圖3A及3B分別圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的縫隙陣列天線300的橫截面圖及等角視圖?？p隙陣列天線300包含波導(dǎo)縫隙主體310及介電板330。波導(dǎo)縫隙主體包含界定波導(dǎo)孔口 311的四個(gè)壁310a到310d，且波導(dǎo)孔口 311沿著波導(dǎo)縫隙主體310的縱向軸312延伸。波導(dǎo)縫隙主體還包含安置于波導(dǎo)縫隙主體的壁310a上的一或多個(gè)縫隙320。沿著波導(dǎo)縫隙主體310的一個(gè)壁對(duì)角地提供縫隙320，如所展示。在本技術(shù)領(lǐng)域中已知此定向提供垂直偏振的福射場(chǎng)型，如共同擁有的第8，604, 990號(hào)美國(guó)專利中所描述。在另一實(shí)施例中，波導(dǎo)縫隙主體310包含一個(gè)壁，例如，在采用圓形波導(dǎo)作為波導(dǎo)縫隙主體310的情況下。位于接近于其上安置有縫隙320的短壁310a處的凸緣313a及313b從長(zhǎng)壁310b及310d延伸。凸緣313a及313b形成縫隙陣列天線的輻射孔口。功能上，凸緣313a及313b作為喇叭形天線結(jié)構(gòu)操作且波導(dǎo)主體310及縫隙320作為饋電結(jié)構(gòu)操作。所述凸緣可用以控制方位角場(chǎng)型，且較大孔口提供窄波束及較高增益。
[0023]介電板330安置于波導(dǎo)孔口 311內(nèi)，且沿著波導(dǎo)縫隙主體310的縱向軸312延伸。介電板可在波導(dǎo)孔口內(nèi)圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)定向角度α 340，在所圖解說(shuō)明實(shí)施例中，角度α 340在O度與90度之間延伸。更特定來(lái)說(shuō)，波導(dǎo)孔口 311包含長(zhǎng)尺寸311a及短尺寸311b。介電板330可圍繞波導(dǎo)縫隙主體310的縱向軸312相對(duì)于波導(dǎo)孔口的短尺寸311b以從O度到90度的角度α旋轉(zhuǎn)。
[0024]如進(jìn)一步所展示，介電板330包含沿著波導(dǎo)縫隙主體310的縱向軸312延伸的長(zhǎng)度尺寸330a、沿著波導(dǎo)孔口的短尺寸311b延伸的寬度尺寸330b及沿著波導(dǎo)孔口的長(zhǎng)尺寸311a延伸的厚度尺寸330c。示范性地，介電板的寬度尺寸330b大于或等于介電板的厚度尺寸330c的五倍。
[0025]進(jìn)一步示范性地，電動(dòng)機(jī)(未展示)經(jīng)耦合以圍繞縱向軸312使介電板330旋轉(zhuǎn)到所要定向角度α 340。替代地，可在波導(dǎo)孔口 311內(nèi)將介電板330手動(dòng)地設(shè)定到定向角度α 340 ο
[0026]波導(dǎo)縫隙主體310、縫隙320及介電板330的尺寸可經(jīng)定大小以在任何特定頻率或頻率范圍下操作。在下文于圖4Α及4Β中所展示的示范性實(shí)施例中，波導(dǎo)縫隙主體310、縫隙320及介電板330經(jīng)定大小以在1.95GHz的中心頻率下操作。示范性地，波導(dǎo)主體310及縫隙320初始地經(jīng)設(shè)計(jì)以在所要頻率下操作且提供輻射場(chǎng)型的所要仰角平面相位(例如，O度)，且天線經(jīng)分析以確認(rèn)這些操作參數(shù)。隨后，將介電板330插入到波導(dǎo)孔口 311中，借此介電板的表面經(jīng)定向?qū)嵸|(zhì)上正交于(即，α?O)將沿著其建立傳播穿過縫隙主體310的信號(hào)的電場(chǎng)的波導(dǎo)的長(zhǎng)尺寸311a。天線的輻射場(chǎng)型的操作頻率及仰角平面隨后經(jīng)分析以確保:與不具有介電板的天線的操作相比實(shí)質(zhì)上不具有仰角平面相位的改變。如果看到此改變，那么可做出數(shù)個(gè)改變，包含修改介電板的厚度330c或者波導(dǎo)縫隙主體310及/或縫隙320的尺寸，以使縫隙陣列天線的仰角平面相位返回到所要相位，例如，O度。
[0027]進(jìn)一步示范性地，介電板330可與具有不同介電常數(shù)的另一介電板互換。板330的介電常數(shù)越大，在介電板從正交定向(角度α = O度)旋轉(zhuǎn)成與設(shè)置于波導(dǎo)孔口 311(跨越長(zhǎng)尺寸311a建立)內(nèi)的電場(chǎng)較平行的定向時(shí)，將產(chǎn)生的相位改變?cè)酱蟆Ｒ虼?，具有較大介電常數(shù)的板與較低介電常數(shù)的板相比將能夠提供較大波束下傾角。因此，可由較高介電常數(shù)的板來(lái)替換較低介電常數(shù)的板以便提供所需要波束下傾角。波導(dǎo)縫隙主體310將不需要修改。
[0028]圖4A及4B分別圖解說(shuō)明