CN101569059A - 多部分式天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多部分式天线，包括N(N＞1)个平面天线(10A，10B，10C，10D)，每个平面天线由刻在第一基底上的水平辐射槽组成，所述第一基底包括接地表面并通过激励线馈电。N个第一基底固定在第二公共基底(14)上以使得每个天线的辐射轴平行于所述第二基底，N个第一基底根据垂直于第二基底的轴(13)互连。本发明可以应用到无线高清相机。

Description

多部分式天线

技术领域

本发明涉及多部分式(multi-sector)天线，更具体地，涉及由N个平面天线形成的多部分式天线。

背景技术

通信系统的不断发展，特别是无线通信，要求越来越复杂且有效的系统，同时维持尽可能低的制造成本以及最小化的尺寸。然而，在该领域中，天线是这种小型化的一个例外。事实上，它们受制于这样的物理规律，该物理规律对于在给定频率下工作强加一个最小尺寸。这样，对于印刷平面天线，尺度通常在中心工作频率的波长的数量级。不可否定的是，印刷平面结构优选地适于集成无源和有源功能的装置的批量生产。然而，对于辐射元件，平面结构并不许可天线辐射的完全控制，特别是在高度上。而且，天线辐射图的主波瓣的方向性和角向开口直接与天线尺度有关，所述天线尺度必须增大以获得主波瓣的高度方向性和/或大的开口。因此，利用当前市场上的平面结构的多部分式天线是大体积和高成本的。

发明内容

本发明提出一种三维(3D)多部分式天线，其降低天线的突起尺寸(projected size)，同时维持良好无线电性能，特别在产量、频带宽度和辐射图方面。

本发明还提出一种三维(3D)多部分式天线，其易于实施并且便宜。

因此，本发明涉及一种多部分式天线，其包括N(N＞1)个平面天线，每个天线由蚀刻在第一基底上的纵向辐射槽组成，该第一基底具有接地平面特征并由激励线馈电，N个第一基底围绕相同轴互连。根据本发明，N个第一基底设置在平行于每个天线连接装置的辐射轴的基底侧面的至少之一上，所述天线连接装置固定在垂直于N个第一基底的第二基底上。

根据本发明的特征，N个第一基底是由塑料组成，更具体地，由PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)类材料组成。

结果，根据本发明的第一实施例，N个第一基底的每个由塑料板组成，塑料板的一个侧面被金属化。

在本发明的实施例中，N个第一基底连接在垂直于第二基底的天线杆上。

根据另一实施例，两个第一基底在单个塑料板上实现，一部分，优选的第一侧面的一半，和另一部分，优选的板的第二侧面的另一半，被金属化。而且，所述板装备有允许其与至少一个其它板互连的装置。

根据本发明的另一特征以及根据第一实施例，N个第一基底在固定到第二基底的侧面上提供形成所述连接装置的加宽部分。

根据另一实施例，连接装置由在所述第一基底的至少一个侧面上实现的销组成。而且，第二基底提供连接到N个第一基底的接地平面的接地平面，所述平面具有用于通过激励线的开口的特征。当连接装置由销组成时，第二基底包括孔，所述孔使得能够与第一基底互锁。

根据本发明的实施例，纵向辐射槽类型天线是“行波(progressive wave)”类型天线，特别地，行波开口或者Vivaldi(维瓦尔迪)类型天线。

三维的多部分式天线，特别地，维瓦尔迪类型天线，许可实现上的大灵活性。塑料技术使得能够设计3D多部分式天线，该多部分式天线能够直接布置在类似CMS(表面安装部件)部件的电子卡上。

这种类型的天线在无线领域获得应用，例如，用于高清无线相机，其工作在4.8-6GHz的频带。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过阅读下面对不同实施例的描述而显现，这些描述通过参照附图进行，其中：

图1是示出用于本发明的Vivaldi类型天线的平面图；

图2是图1的A-A截面视图；

图3是根据本发明的多部分式天线的第一实施例的透视图；

图4是图3的天线的顶部视图；

图5是图4的部分B-B截面视图；

图6是图4的部分C-C截面视图；

图7是图3的天线的底侧视图；

图8示出一曲线，该曲线给出图3的天线通路之一上的反射损失；

图9示出图3的天线的一个部分在5.5GHz的辐射图；

图10是根据本发明的多部分式天线的第二实施例的透视图；

图11是根据本发明的多部分式天线的第三实施例的透视图；

图12是根据本发明的多部分式天线的第四实施例的透视图；以及

图13是根据图12的实施例的对角线的立面图。

具体实施方式

为了简化下面的描述，对于附图，相同的部件用相同的附图标记表示。

本发明将对由纵向辐射槽组成的平面天线即Vivaldi类型天线进行描述。Vivaldi天线的渐缩形式可以具有圆形、矩形、指数形等形式。其它的辐射槽平面天线类型也是可以的，并不超出本发明的范围。在图1和2上示出Vivaldi类型天线。该天线在绝缘基底1上实现，其在本发明的范围内由塑性材料例如PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)类型塑性材料组成，例如商品名为Vestodur(εr＝4，tanδ＝0.02)的已知材料，或者商品名为POCAN(εr＝3.4，tanδ＝0.01，h＝1.5mm)的已知材料。基底1在一例上覆盖有导电材料例如金属，特别地为铜，从而形成接地平面2。在接地平面2中蚀刻槽线3，其向基底的边缘逐渐加宽。在基底的另一侧上蚀刻微带线4，用于通过槽的电磁耦合而激励。其它类型的馈电线也是可以的，并不超出本发明的范围，特别地，通过共面线的馈电。如图1所示，激励线4延伸到基底1的一个边缘以获得接入点(access point)5。

现将参照图3-9给出对根据本发明的多部分式天线的第一实施例的描述。如图3所示，天线由四个Vovaldi天线10A、10B、10C、10D组成。该四个天线每一个如上所述在第一基底上实现，该第一基底安装在第二公共基底14上，第二公共基底14在上侧上具有导电层，形成接地平面14A。更具体地，承载Vivaldi天线的四个基底固定在基底14上以使得Vivaldi槽11A、11B、11C和11D的辐射轴平行于第二基底14的平面14A。四个第一基底平行于基底14的边缘定位。但是，四个第一基底也可根据第二基底14的对角线定位，这可以减小尺寸。为了有利于Vivaldi天线的固定，在第一实施例中，每个Vivaldi天线的基底在公共基底14的固定侧面上具有例如图3，5和6上所示的加宽部分17D。该加宽部分使得能够例如通过焊接而连接在第二基底14上，从而保证优良的接地连续性，如图5所示，由标记10′D和14A表示。但是，取决于选取的塑料材料，并不推荐焊接连接。在这种情形下，第一基底的加宽部分包括固定销，其插入到第二基底中的特定开口中。定位在激励线的延长部分中的销是一导体并插入在金属化的开口中，以使得获得电连续性。此外，该加宽部分可以包括定位区或者标尺16，其使得能够改善连接的机械精度。四个Vivaldi天线根据垂直于第二基底14的平面的轴13互连。在所示实施例中，四个基底互相垂直以形成四部分式天线。每个基底完全金属化，然后蚀刻以在一侧上实现辐射槽如以11A、11B、11C和11D所示，而在另一侧上实现激励线，如以12D所示。如图4所示，未金属化区15A、15B、15C和15D设置在第二基底的接地平面14A中用于激励线的通过。如图6中的12D所示，激励线沿着接收Vivaldi天线的第一基底的加宽部分的轮廓设置，并连接到开关电路，如图7上的18。这样，第二绝缘基底14的下平面包括开关电路18，其由连接到Vivaldi天线的激励线12A、12B、12C和12D和连接到公共馈电线19的部件例如PIN二极管、MEM或者其它开关部件组成。

该类型的多部分式天线通过电磁模拟应用HFSS进行模拟，其是利用以下值基于ANSOFT公司的成品元(finished elements)万法：

工作频率5.5GHz。

第一基底：塑性材料，其具有3.5的电容率和0.01的损耗角正切。基底具有0.77毫米的厚度。

第二基底：Rogers 4003类型，具有3.38的电容率和0.0027的损耗角正切，并具有0.81毫米的厚度。

模拟的结果在图8和9中提供。图8给出到Vivaldi天线的4通路之一中的反射损失。在这种情形中，适应性保持在5.5GHZ工作频率周围的宽频带。单个上升(lit-up)部分的方向性值为6.9dBi，其它三个部分被无效。图9所示的辐射图根据布置在没有限制的环境中的Vivaldi天线的辐射图而保持。

现参照图10描述本发明的另一实施例。在该情形中，多部分式天线包括八个Vivaldi类型天线101、102、103、104、105、106、107、108，它们在垂直于公共基底14的公共轴100的地方互连。每个Vivaldi类型天线与上面描述的Vivaldi类型天线相同。可以互连以确定各部分的Vivaldi类型天线的最大数量N由物理规律确定。

参照图11，现将描述本发明的第三实施例。在该实施例中，四个Vivaldi类型天线20A、20B、20C和20D连接在具有凹槽25的天线杆24上，在凹槽25中插入Vivaldi天线的基底的一侧。天线杆24垂直于第二基底14固定。在该实施例中，Vivaldi类型天线通过电路金属化的常用技术独立实现。

可以对上述实施例进行某些改进。例如，天线杆可以包括另外的定位销或者在其下部镂空以能够集成部件在公共基底上。

现将参照图12和13描述本发明的第四实施例。在该实施例中，在例如上面所述的塑料矩形板30中，实现两个第一基底30A和30B。为此，矩形板的第一半侧被金属化，并且在该金属化的侧面中蚀刻渐细的槽31，未金属化的半侧接收微带线32。

在板的另一侧上，金属化被反过来。该结构提供两个Vivaldi天线。矩形板30在其中央具有槽，其使得能够与相同类型的另一矩形板30’交错，如图12所示。

根据本发明，如图12和13所示，矩形板至少在其长度之一上提供销33，其中一个销33’延伸有微带线32。销33使得能够在设置有相应开口的第二基底34上固定不同的矩形板30，30’。

优选地，接收微带激励线32的对应销33’的孔被金属化。另一销33被金属化，其保证与顶侧被金属化的第二基底34的接地连续性。对于前面的实施例，基底的下侧接收微带线，其通过任何适当的电路媒介在公共馈电线处连接Vivaldi天线的激励线。

该实施例实现起来简单且便宜。其不需要焊接，并且由多部分式天线构成的元件能够标准化。

根据本发明的多部分式天线通过利用三维装置导致方向性的提高和束宽(beam width)的降低以覆盖给定的部分。

该天线具有以下优点：

a.在增益和束宽方面保持良好性能，同时尺寸减小。

b.与通过平面技术相比，获得更大数量的部分的可能性。

c.由于第三维的加入，形式因素多样化。

d.借助于允许复杂和变化形式的“金属化塑料”技术，在设计、构造和集成上灵活。

Claims (11)

1.一种多部分式天线，包括N(N＞1)个平面天线(10A，10B，10C，10D，30A和30B)，每个所述平面天线由蚀刻在第一基底上的纵向辐射槽组成，所述第一基底设置有接地平面并通过激励线馈电，所述第一基底根据单轴(13)互连，其特征在于，所述N个第一基底在平行于所述轴的所述基底的至少一个侧面上具有连接装置，该连接装置固定在垂直于所述N个第一基底的第二基底(14，34)上。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述激励线通过印刷在所述第一基底的与接收所述槽的侧面相反的侧面上的线组成。

3.如权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述第一基底通过由塑料材料制成的板组成。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述N个第一基底的每一个通过由一个侧面被金属化的塑料制成的板组成。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述N个第一基底连接在垂直于所述第二基底的天线杆上。

6.如权利要求3所述的天线，其特征在于，两个第一基底通过塑料材料的单个板形成，所述板的第一侧面的一部分和第二侧面的另一部分被金属化。

7.如权利要求1-6中任一项所述的天线，其特征在于，所述第一基底在所述第二基底上的固定侧面上具有加宽部分。

8.如权利要求1-6中任一项所述的天线，其特征在于，所述连接装置通过在第一基底的至少一个侧面上实现的销组成。

9.如权利要求1-8中任一项所述的天线，其特征在于，所述第二基底具有连接到所述第一基底的所述接地平面的接地平面，所述平面设置有用于通过激励线和/或销的开口。

10.如权利要求1-9中任一项所述的天线，其特征在于，所述平面天线的所述N个激励线通过开关电路连接到公共馈电线。

11.如权利要求10所述的天线，其特征在于，所述馈电线是在所述第二基底上实现的印刷线。

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