CN101682122A

CN101682122A - 高增益、可操纵的相控阵天线

Info

Publication number: CN101682122A
Application number: CN200880018275A
Authority: CN
Inventors: 弗瑞斯特·J·布朗; 弗瑞斯特·沃尔夫
Original assignee: PINYON TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: PINYON TECHNOLOGIES Inc
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-29
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2028-03-29
Also published as: US7522114B2; EP2143172A2; CN101682122B; US20070247385A1; AU2008232596A1; RU2009140108A; TW200915661A; WO2008121902A3; US20100134369A1; JP2010524302A; WO2008121902A2; US8446328B2

Abstract

一种高增益的相控阵天线包括导电薄片，该导电薄片中限定了一个或多个槽。对于每一个槽，电气微带馈线与相应的槽电子地耦合以形成磁耦合的LC谐振元件。主馈线与一条或多条微带馈线相耦合。至少一个槽和/或微带馈线包括至少一个宽度大于其他段的段。

Description

高增益、可操纵的相控阵天线

优先权

本申请要求2007年3月30日提交的美国专利申请No.11/694,916的优先权，该美国专利申请是2005年2月9日提交的美国专利申请No.11/055,490(现在是2007年4月10日授权的美国专利7,202,830B1)的部分继续申请(CIP)，所有这些申请或专利通过引用结合于此。

背景技术

传统的相控阵天线将波导管(waveguide)技术与天线元件结合。波导管是这样的器件：其控制电磁波的传播，以使得该波被强制遵从由该波导管的物理结构所限定的路径。主要在诸如将雷达设备的输出放大器连接到其天线之类的应用中的微波频率有用的波导管通常采用矩形中空金属管的形式，但也已经内建到集成电路中。给定尺寸的波导管将不传播低于一定频率(截止频率)的电磁波。一般而言，当电磁波传播经过波导管时，电磁波的电场和磁场具有多种可能布置。这些布置中的每一种即是一种传播模式。希望具有一种提供增强的功能和增益特性的相控阵天线。

发明内容

提供了一种高增益、可操纵的(steerable)相控阵天线。具有由介电材料所分离的两个或更多个层的导电薄片(conducting sheet)在其中限定了一个或多个槽。对于每一个槽，电气微带馈线(electrical microstrip feedline)与该槽相耦合以形成磁耦合的LC谐振元件。主馈线与这一条或多条微带馈线相耦合。至少一条微带馈线包括宽度大于其他段的至少一个段，以减小电阻并产生增强的q因数，从而为所述天线提供选定的更宽带宽。

该宽度更大的段可以包括具有其他段的宽度的原始馈线和在原始馈线之上的附加迹线(trace)。该宽度更大的段可以具有矩形形状。

提供了另一种高增益的相控阵天线。具有由介电材料所分离的两个或更多个层的导电薄片在其中限定了一个或多个槽。相应的电气微带馈线与各个槽电子地耦合以形成磁耦合的LC谐振元件。主馈线与一条或多条微带馈线相耦合。至少一个槽包括至少一个非矩形段，从而产生提供天线的选定射频特性的形状。

这些天线中的任一者还可以包括以下特征中的一个或多个：

微带馈线可以与其相应的槽电连接，从一边到另一边跨越相应的槽而耦合，并且/或者在中心或者偏离中心地跨越槽。

一种移动电话和/或IC天线设备可以包括任一种天线。

所述一个或多个槽可以包括以十字形设计、X形设计、钩十字形、铁十字形或圣诞树形设计或者其组合相交叠的至少两个长形槽(oblongslot)。这一个或多个槽可以包括具有领结形设计的槽。

所述一个或多个槽可以包括具有不同尺寸或形状或者两者都不同并因此具有不同谐振频率的至少两个槽。这至少两个槽可以以交叉的设计彼此交叠，并且/或者可以提供双频带能力或增强的超宽带能力或者这两者。

所述一个或多个槽可以包括被布置来提供干涉测量功能(interferometric functionality)的两个或更多个槽。

两个或多个槽可以共享公共馈线，该公共馈线从公共馈点起具有不同长度以形成合成孔径(synthetic aperture)。

该天线还可以包括用于通过选择性地改变微带馈线上的信号相位来电子地操纵天线的延迟电路以及基于程序代码而工作的一个或多个处理器，该程序代码持续地或者周期性地确定优选的信号方向，并且控制延迟电路以将天线操纵在该优选方向上。

所述一个或多个槽具有长形的形状，例如矩形或椭圆形状，并且所述微带馈线可以在长形槽的短维度上延伸。

主馈线可以与同轴电缆连接器附接物相耦合。

所述一个或多个槽可以包括由微带馈线并行馈给的两个槽。

在中心可被馈给有同轴电缆连接器附接物的主馈线的任一侧可以部署相等数目的槽，从而提供主馈线的两半。每一半可以具有相同电阻，这也可以是与对应于主馈线的这一半的微带馈线的并联组合相同的总电阻。天线的输入阻抗可被选为与主馈线的两半相同的电阻。

附图说明

图1图示出根据一优选实施例的高增益、可操纵的相控阵天线的前视图。

图2图示出根据一优选实施例的高增益、可操纵的相控阵天线的后视图。

图3图示出根据一优选实施例的耦合到谐振槽的微馈线。

图4示意性地图示出根据一优选实施例的与微带馈线相耦合的、用于操纵相控阵天线的延迟电子器件。

图5A-5D示出根据一优选实施例的基于对不同波瓣(lobe)的选择而在各方向上的示例性信号分布图。

图6示意性地图示出根据一优选实施例的相控阵天线的元件的电子组件表示。

图7-8是根据一优选实施例、为了选择相控阵天线的信号分布波瓣而执行的操作的流程图。

图9示意性地图示出具有偏离中心的微带馈线的LC皆振槽。

图10A示意性地图示出根据一个实施例的具有被加宽的微带馈线的LC皆振槽。

图10B示意性地图示出根据另一实施例的具有微带馈线的LC谐振槽，该微带馈线具有不同宽度的多层迹线。

图10C示意性地图示出根据某些实施例的具有微带馈线的LC谐振槽，该微带馈线具有在各个段部分之上以各种方向应用了具有各种宽度的各种迹线的段。

图11示意性地图示出根据一个实施例的具有LC谐振槽的蜂窝电话。

图12A示意性地图示出根据一个实施例的IC天线。

图12B图示出图12A的IC天线的组件。

图13A-13G图示出根据其他实施例的具有不同功能的槽的不同形状。

图14示意性地图示出包括多个槽并且利用干涉测量学原理的天线的实施例。

图15示意性地图示出根据另一实施例的具有两个芯片的电路板。

图16示意性地图示出根据一个实施例的合成孔径。

图17示意性地图示出根据另一实施例的超宽带性能天线。

图18示意性地图示出根据另一实施例的具有增强的超宽带和双频带性能的天线。

图19A示出根据一优选实施例的天线的微带视图。

图19B示出图19A的天线的槽侧或相反侧视图。

具体实施方式

参考图1，根据一优选实施例的高增益、可操纵的相控阵天线包括导电薄片102。导电薄片102优选地是由介电材料分离的两个或更多层中诸如铜之类的金属薄片区域，并且可以由各种金属中的一种或多种或者其他导体构成。在导电薄片102中开了四个槽104。可以使用任意数目的更多或更少的槽104，尽管槽104优选地以如下方式布置：它们在相控阵模式中彼此互补。每当槽的数目加倍时，增益就被增大3dBi。

槽104优选地是长形的并且更优选地是矩形的。然而，槽104可以是方形或圆形的，或者是任意形状的。薄片的优选尺寸是宽乘

高。矩形槽的优选尺寸是

。槽104的尺寸一般优选地是半波长(λ/2)宽且四分之一波长(λ/4)高。槽104的驱动阻抗优选地为(60)sq/73＝494欧姆。由于在过渡到377.564欧姆的自由空间时没有损失，因此获得了有利的增益特性。

同轴电缆105优选地通过焊接而连接到薄片102。虽然图2将更详细地示出天线的电气布置，但是图1在矩形槽104的长边中间示出了四个焊接连接头(solder connection)106。在图1中还示出了信号电缆105以及其他一些从后侧到薄片102的焊接连接头110。

图2图示出根据一优选实施例的高增益、可操纵的相控阵天线的后侧视图。天线的该侧包括具有各种电连接的电路板。在前侧的导电薄片中所开的槽104在图2中以虚线示出，以透视它们与背侧的电气组件的相对位置。微带馈线连接头206对应于前侧的与导电薄片102的焊接连接头106。这些连接头206优选地位于长形的并且优选地为矩形的槽104的长边的中心。可替代地，连接头206也可以位于短边的中心，或者再次，槽104可以是方形或圆形或者任意形状。

槽104通过耦合机构而谐振。该耦合机构利用微带馈线212连接到谐振槽104。在天线的分离平面上构建微带馈线。优选地利用100欧姆的微带馈线212来并行地对谐振槽104进行馈给。微带馈线212被示出为在矩形槽104的中心跨越矩形槽104的短维度。微带馈线212各自连接到一系列电子电路组件214。在图2中，每条微带馈线212连接到这些被图示为方形的组件214中的四个。这些组件214包括允许天线在方向上可被操纵的电子延迟。组件214优选地包括PIN二极管和电感器。二极管的类型可以是Panasonic SSG的二极管PIN 60V 100mA S mini-2P(MFG P/NMA2JP0200L；digikey MA2JP0200LTR-ND)，或者优选的是肖特基二极管，Agilent p/n HSMS-2850或其等同物。电感器的类型可以是Panasonic的1.0μH+/-5％1210(MFG P/N ELJ-FA1R0JF2；digikey PCD1825TR-ND)。电容器可以优选地是1000pF，TDK，C1608X7R1H102K或其等同物。电阻器可以优选地是470欧姆，Yaego 9C06031A4700JLHFT或其等同物。

通过向微带馈线212添加延迟电路214来电子地操纵天线。延迟改变了微带馈线上的信号的相位。延迟电路包括PIN二极管和在电路板的铜平面上切割出的焊盘(pad)。当PIN二极管开启时，向电路添加延迟。这意味着其可用于跟随信号的源。该信号可以源自无线接入点、便携式计算机或者另一设备。

微带馈线212各自连接到主馈线216。图2的天线上半部的两条微带馈线212连接到主馈线216的上半部，图2的天线下半部的两条微带馈线212连接到主馈线216的下半部。主馈线在其中心处连接到同轴电缆连接段218，同轴电缆连接段218连接到同轴电缆105。各种迹线被示出为将延迟焊盘214连接到信号电缆108。信号电缆108进而连接到计算机操作的控制设备。

图1-2的天线具有四个谐振槽104。天线的上半部和下半部是彼此的镜像。两条100欧姆的馈线对图1所示天线的上半部的两个谐振槽104进行馈给。100欧姆的馈线是并行的。由此得到的电阻是50欧姆。这与50欧姆的主馈线216的电阻相匹配。当天线的下半部被考虑时，天线的中心是25欧姆，即，并行的两个50欧姆电路。根据优选实施例，天线的输入阻抗被选为50欧姆。35.35欧姆的阻抗匹配焊盘实现该输入阻抗。

现在参考图3，图示出微馈线耦合点306。这些耦合点在谐振槽104的长边的中心。微带馈线212跨越槽104的短维度。因为图3仅用于说明，因此仅示出槽104、微带馈线212和连接点306。在图3的天线下半部的两个槽104的连接头306在槽104的下部长边上。在图2中，它们被示出为连接到槽104的上部长边。与天线上半部的两个槽的微带馈线连接头也可以是到槽104的下部边。此外，可将槽104和微带馈线212旋转90度或另一任意度数，或者可以仅旋转槽，或者可以仅旋转微带馈线212。

图4示意性地图示出根据本发明一优选实施例的与微带馈线212相耦合的、用于操纵相控阵天线的延迟电子器件214。每条微带馈线212在图4中被示出为与三组包括pin二极管焊盘424和电感器426的电子器件相耦合。延迟焊盘424分别通过选择线上的+5伏特和-5伏特的电压而被使能和禁止。

图5A-5D示出根据一优选实施例的基于对不同波瓣的选择而在各方向上的示例性信号分布图。图4所图示的焊盘标有1至6，或者焊盘#1、#2、#3、#4、#5和#6。信号分布图是基于选择性地开启焊盘#1-#6中的某些而生成的。图5A图示出当仅焊盘#1被选择时天线的信号分布。图5B图示出当焊盘#1、#2和#3的每一个被选择时天线的信号分布。图5C图示出当仅焊盘#4被选择时天线的信号分布。图5D图示出当焊盘#4、#5和#6的每一个被选择时天线的信号分布。

图6示意性地示出根据一优选实施例的相控阵天线的元件的电子组件表示。槽104、微带馈线212、主馈线216、同轴电缆附接点218和微带馈线附接点306被各自示出，并且优选地如上所述。微带馈线附接点306优选被接地，如图6所图示。pin二极管焊盘424和电感器426被用它们的常见电气表示法示出。

图7-8是根据一优选实施例、为了基于对相控阵天线的波瓣吞吐量的监视来选择信号分布波瓣而执行的操作的流程图。虽然可以获得两个波瓣或者多于三个波瓣，但是图7的示例性过程为了说明而假定了三个波瓣。在702，获得所连接的无线设备的IP地址。针对与天线的该连接，波瓣数据被扫描并记录。在可被选择的波瓣中，具有最高吞吐量的波瓣被选择。吞吐量是无线网络在每单位时间端到端地处理数据的速度，通常以兆比特每秒(Mbps)来测量。在该示例中，将假定三个波瓣的中心被选择。

只要吞吐量保持在阈值水平以上，该波瓣就被维持为所选波瓣。阈值水平可以是预定的吞吐量水平，或者是最大的、平均的或者预设的吞吐量水平以下的预定吞吐量或吞吐量百分比，或者可以基于与其他吞吐量的比较。在以下将会详细描述的图8，如果信号强度下降到噪声水平或者下降到噪声水平的一定量百分比内，则该下降的信号强度用于确定何时选择另一波瓣。根据图7的过程持续地或周期性地在708监视吞吐量。除非确定吞吐量已下降到阈值水平以下，否则该过程保持在708执行这种监视。然后在710，另一波瓣被选择，例如右边的下一个最接近的波瓣。在712确定该波瓣的吞吐量是在阈值以上还是在阈值以下。如果该新波瓣的吞吐量在阈值以上，则过程移至714。在714，新波瓣的波瓣编号和信号强度和/或其他数据被保存。现在，与708处对初始波瓣的监视一样，在716将对新波瓣继续进行监视。也就是说，过程将周期性地或者持续地监视新波瓣的连接吞吐量。仅当在716确定新波瓣的吞吐量在阈值水平以下时，过程在移至718。返回来参考712，如果在此确定新波瓣的吞吐量在阈值以下，则过程直接移至718。在718，另一波瓣(第三波瓣)被选择，例如初始波瓣左边的最接近的波瓣。在720，确定吞吐量是在阈值以上还是在阈值以下。如果在阈值以上，则该波瓣将保持为所选波瓣，除非或者直到吞吐量下降到阈值以下。如果吞吐量确实下降到阈值以下，则在724，波瓣数据被扫描并记录，并且过程返回到706以再次选择最高吞吐量的波瓣。

图8的过程图示出根据另一实施例对所有波瓣的信号强度和其他数据进行监视以例如选择最强波瓣。现在参考图8，在802例如选择波瓣#1。在804，读取无线设备的连接的信号强度。如果信号强度被确定为在噪声水平以上，或者可替代地如果信号强度在噪声水平以上的某一预定量或百分比以上，则在808计算吞吐量。在810记录波瓣编号、信号强度和吞吐量，并且过程移至812。如果在806，信号强度被确定为处于噪声水平或者处于或低于噪声水平以上的预定量或百分比，则波瓣编号、信号强度和吞吐量(等于0)在814被记录并且过程移至814。

在812，确定与最后的波瓣有关的数据是否已被处理。如果还未处理，则过程返回到804以对下一波瓣执行监视。如果所有波瓣的波瓣数据已被监视和确定，则过程在818返回到调用者。

在序号为11/055,490和/或60/617,609的父系美国申请(通过引用结合于此)中所公开的一些特征总结如下。高增益的相控阵天线包括导电薄片，该导电薄片中限定了数目为一个或多个的槽，并且对于这些槽中的每一个，电气微带馈线被部署在与该槽平行的平面内。微带馈线和相应的槽形成磁耦合的LC谐振元件。主馈线与微带馈线相耦合。

槽可以具有长形的形状，例如矩形或椭圆形状。微带馈线可以优选地在长形槽的短维度上延伸，或者可以在长形槽的长维度上延伸。主馈线可以与同轴电缆附接物相耦合。微带馈线可以并行地对槽进行馈给。

槽的数目可以是两个或者四个，并且其中，一个或两个槽可分别部署在主馈线(主馈线的中心被馈给有同轴电缆附接物)的每一侧上，从而提供主馈线的两半。在该实施例中，主馈线的每一半可以具有相同电阻，这也可以是与对应于主馈线的这一半的微带馈线的并联组合相同的总电阻。天线的输入阻抗可被选为与主馈线的各半相同的电阻。天线信号可以包括一个或多个从天线向外延伸的离散波瓣(discreet lobe)。

可以仅存在单个被馈给有同轴电缆附接物的槽。在这种情况下，天线的输入阻抗可被选为与同轴电缆阻抗相同。这种情况下的天线信号也可以包括一个或多个从天线向外延伸的离散波瓣。

可以仅存在单个被馈给有微带馈线的槽。在这种情况下，天线的输入阻抗可被选为与微带馈线相同。这种情况下的天线信号也可以包括一个或多个从天线向外延伸的离散波瓣。

另一高增益、可操纵的相控阵天线包括具有多个槽的板或导电薄片。对于这些槽中的每一个，电气微带馈线被部署在与该槽平行的平面内。微带馈线和相应的槽形成磁耦合的LC谐振元件。主馈线与微带馈线相耦合。延迟电路用于通过选择性地改变微带馈线上的信号相位来电子地操纵天线。基于程序代码而工作的一个或多个处理器持续地或者周期性地确定优选的信号方向，并且控制延迟电路以将天线操纵在优选的信号方向上。槽优选地是椭圆形的或矩形的。微带馈线优选地在槽的短维度上延伸。

还提供了一种操作高增益、可操纵的相控阵天线的方法。该方法包括通过控制延迟电路来电子地操纵上述天线、持续地或者周期性地确定优选的信号方向、以及控制延迟电路以选择性地改变微带馈线上的信号相位并从而将天线操纵在优选方向上。

还提供了另一高增益、可操纵的相控阵天线以及操作该相控阵天线的相应方法。该天线包括多个谐振元件和与这些谐振元件相耦合的主馈给物。电子器件用于通过向谐振元件提供不同输入来操纵天线。基于程序代码而工作的一个或多个处理器持续地或者周期性地基于方向性的吞吐量确定来确定优选的信号方向，并且控制电子器件来将天线操纵在优选的方向上。谐振元件优选地是在板中所限定的椭圆形的或者矩形的槽。

天线信号优选地包括在不同方向上从天线向外延伸的多个离散波瓣。优选地基于方向性的吞吐量确定、通过控制电子器件来选择波瓣。

方向性的吞吐量确定可以包括监视初始所选波瓣的吞吐量，并且当该吞吐量下降到阈值以下或者下降预定的百分比量，或者变为噪声水平以上的预定量或者是其组合时，则改变至相邻的波瓣并且类似地监视其吞吐量。当相邻的波瓣被确定为具有低于阈值的吞吐量，或者至少是最大值以下的预定百分比量，或者低于噪声水平以上的预定量或者是其组合时，则所选波瓣被改变至初始所选波瓣的相反侧上的另一相邻波瓣。方向性的吞吐量确定还可以包括扫描和确定所有波瓣或者多个波瓣的吞吐量，其中，具有最高吞吐量的波瓣被选择。

还提供了一个或多个处理器可读存储设备，其上包含有处理器可读代码。处理器可读代码对一个或多个处理器编程，以执行这里描述的操作高增益、可操纵的相控阵天线的任意方法。

以下参考新的图9-17。这些新的特征可以结合已经参考图1-8描述的特征或者代替已经参考图1-8描述的特征而被有利地利用，这些特征在序号为11/055,490和/或60/617,609的父系美国专利申请(通过引用结合于此)中公开了。

上面参考图2、3、4和6描述了微带馈线212。这些提供了精确的谐振频率。在一个实施例中，该频率约为2.4GHz。电阻约为100欧姆，这提供了某一取决于电抗的q因数。在另一实施例中，提供更宽的频带，例如分别在2.3GHz-2.5GHz之间或者2.3GHz-2.7GHz之间的200MHz或者400MHz宽的频带、3.3GHz-3.8GHz之间的500MHz宽的频带、4.9GHz至5.9GHz之间的1GHz宽的频带、3.168GHz至4.488GHz之间的1.32GHz宽的频带。这可以通过将电阻减小为例如约50至80欧姆而增强q因数来实现。新的电阻在驱动端被匹配。

可以提供不同的微带馈线以实现减小的电阻和增强的q因数。微带馈线可被设置为跨越槽的中心，从而产生已经描述的半波λ/2谐振条件，并且可替代地馈线也可被设置在槽末端处从而产生四分之一波λ/4条件，如图9所示，图9图示出具有微带馈线912的槽904，微带馈线912被跨越槽904而部署在离长边之一的距离为路线的约三分之一至八分之一处，或者如图所示，例如离短边之一的距离为长边长度的六分之一。相关的电子电路组件由块914表示，并且三角形944被设在印刷电路板954上。可以利用微带馈线的其他“偏离中心的”布置，例如离短边之一的距离为长边长度的四分之一或者五分之一，并且馈线912可以与任一边成角度地跨越。

例如与图2、3、4或6所示的迹线相比，迹线也可被加宽，如图10A示意性示出的槽1004的宽微带馈线1012所图示的。如同图9的三角形944，类似的三角形1044被设在印刷电路板1054上。

在另一实施例中，为图10B所图示的槽1018设置不同宽度的多层迹线1012、1016。第一迹线可以是图10A的微带馈线。宽于第一迹线1012的第二迹线1016可在整条迹线1012的局部段上应用在第一迹线1012之上。更宽的第二迹线1016可应用在更长或更短长度的段上，并且多个更宽或更窄的迹线可应用在整条迹线1012的多个段上。也就是说，可以设置不同宽度和长度的各种迹线。关于图10C所图示的槽1022，多条宽迹线1020以不同方向应用在整条迹线1012的短段上，并且与略微不同的段部分相交叠。可以创建阱(trap)。可以创建这样的迹线：该迹线从一端到另一端改变其宽度，或者仅仅具有一个或多个与其他段宽度不同的所选段。不同宽度的这些段可以具有恒定的宽度或者变化的宽度。可以为单个槽设置具有各种宽度和/或长度的多条迹线。

如图11所图示，提供了移动电话1024，其具有一个或多个大致尺寸为一英寸乘二点五英寸(即，1”×2.5”)的槽1026。图示出偏离中心的微带馈线912，但是也可以使用多种其他配置。槽1026和馈线912在图11中被示出为彼此接近但离开其他蜂窝电话电子器件1028。

作为另一示例，槽可以是最窄一英寸宽且六英寸长，并且宽度可以在其六英寸的长度上改变(或者不管其具有什么长度)。

IC也在其顶层设有电流驱动槽，如图12A所图示。该IC可被封装为倒装芯片或者任何其他IC封装。在图12A示出四个层1202、1204、1206和1208。过孔1210被设在顶层1208，去往下面的第三层1204中的功率放大器1211，其可以高至20dB。天线1212也设在顶层1208。电容被设在内部或者外部。这样，可容易地调谐频率。成批的这些器件可被设在IC中，其中这些槽1212中的十个的成行配置可以将电力线要求减小因数10。每个IC中的逻辑器件可以是发送/接收开关(即T/R开关)1214、低噪声放大器(即LNA)1216和功率放大器(即PA)1211。这些组件(即，天线1212、T/R开关1214、功率放大器1211和低噪声放大器1216)还在图12B以框的形式示出。

图13A-13F图示出提供进一步功能的槽的不同形状。对于以下示例中的多个而言，形状可被看作是具有所示形状的单个槽，或者看作是以如下方式而交叠或隔开的两个或更多个槽：其组合产生想要获得的天线射频特性。例如，图13A的槽1304和馈线1312图示出十字形，其中馈线1312还可以按各种其他方式而交叉。在图13B中x形槽1314被与馈线1322一起图示出。还可以提供交叠的长形槽的其他配置，例如T、V或者L配置或字母表的任何其他字母，或者直的和/或弯的段的其他组合。对于每一个加倍数目仍然可以获得额外的3dB增益。

这些也可以用来增强天线方向性。这些可以关于带宽而被交叉极化。尺度可以是2.5倍频程(octave)，以使得1mm提供10GHz并且2.5mm提供1GHz。

槽1324可以是领结形的，如图13C中与馈线1332一起示出的，其中领结可以朝向任何方向。分别如图13D、13E、13F和13G所图示，在替代的实施例中可以提供钩十字或万十字形、或者圣诞树形、或者具有凸起的长形槽、或者铁十字形。

这些配置最佳地提供360°的操纵灵活性和方位角。这可以与上面所描述的延迟焊盘一起被提供，或者代替延迟焊盘而被提供。可以基于吞吐量、强度和信噪比中的任一者或者全部来操纵天线。

干涉度量学原理也可被应用，如图14所图示。也就是说，来自具有相同频率和相位的槽的增益可被相加。使用两个或更多个槽，每个槽作为点源而工作。这些槽1404在图14中示出，每个槽具有其自己的馈线1412。在图14的实施例中，三条馈线在公共馈点1418处相连并且与无线电装置1420相连。每个槽接收来自单个源的不同信号。不同信号被组合以示出单个源的三维图像。

可以提供电路板，如图15所图示。两个芯片1510(即，IC的封装芯片或者作为倒装芯片的芯片)可以设在包括其他设备电子器件1520的电路板的角上。两个芯片的间隔可以是任意距离。

还可以提供合成孔径，如示出无线电装置1640的图16所图示。具有相同频率的两个或更多个槽1604由从馈点1630射出的不同长度的馈线1612和1622来控制。馈线的长度对应于槽之间的间隔，以使得槽在预定义的点截取信号。当进入的信号的波长长于槽天线时使用该方法。两个小槽用于表现为更大孔径的一个更长槽，从而形成合成孔径。

还可以实现超宽带性能，如图17的槽1704和馈线1712所图示。首先，通过减小槽1704处的馈线1712上的电容量来加载Q。这可以通过减小PCB 1754背侧的三角形1744的大小来实现。其次，跨越槽的馈线段1760的阻抗小于100欧姆。然后，馈线1712过渡到更宽的段1770，段1770对于源1780具有50欧姆的阻抗。

如图18所示，实现了增强的超宽带和双频带性能。两个超宽带槽天线1804和1806或者一个标准天线1806和一个宽带天线1804(该宽带天线1804具有比标准天线1806的三角形1809和尺寸更小的三角形1808和尺寸)被置于公共基板1810上并且由公共馈线1812来馈给。槽1804和1806以不同的频率谐振。每个槽的带宽和中心频率可被调节，以使得两个槽天线的频谱交叠。每个槽的带宽和中心频率也可以针对频谱不交叠的不同带宽来调节。

现在参考图19A-19B，在某些实施例中，天线1900优选地由两个或更多个层形成。材料可以是印刷电路板材料。微带馈线1912可形成在顶层上，并且底层可以包含槽1904和三角形1944(例如还参见图9的槽904和三角形944以及图10A的槽1004和三角形1044等等)。微带馈线1912(还参见图9和图10A的元件912和1012等等)优选地与第二层相交，二者被分离一距离，并且由介电材料分离。

图19A图示出从微带侧看的天线1900的视图，而图19B图示出从相反侧(即，槽侧)看的天线1900的视图。

天线1900也可以构建在四层的PCB上。在四层的实施例中，第一层和第四层分别被称为顶层和底层，而第二层和第三层是空的或者不包含铜(或者类似导体)。

可以使用FR4以及Rogers公司的RO-3010和RO-4350B(见www.rogerscorporation.com，这通过引用结合于此，尤其是与RO4000和RO3000系列的高频电路材料有关的部分)。可以使用不同的介电材料，这些介电材料允许天线在较低的损耗角正切和更高的增益的情况下呈现增强的性能。

天线也可以被选择性地确定尺寸为大于或小于以上所图示或描述的。例如，天线的尺寸可被缩小。利用更高的介电常数(例如，RO-3010的介电常数高于典型值)实际上可以辅助这种缩小。两层或四层的实施例对于这些材料是优选的。

以上已参考优选实施例描述了本发明。然而，本领域技术人员在阅读了本公开之后将认识到可以对优选实施例进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围。希望这些和其他改变或修改包括在本发明的范围内，如所附权利要求中所表达的。

另外，在可根据优选实施例来执行或者可能已在上面描述的方法中，并且/或者如所附权利要求中所叙述的，已按所选的排版顺序在上面描述了和/或在下面叙述了操作。然而，顺序被选择和这样排序是为了排版方便，不是意图暗示任何用于执行操作的特定顺序。

另外，除了背景技术和发明内容部分之外，本文上面所引用的所有参考文献通过引用而结合到对优选实施例的详细描述中，如同公开替代的实施例和组件。以下文献也通过引用结合于此：

美国专利No.3,705,283、3,764,768、5,025,264、5,087,921、5,119,107、5,347,287、6,611,231、6,456,241、6,388,621、6,292,133、6,285,337、6,130,648、5,189,433；和

美国公开的专利申请No.2005/0146479、2003/0184477、2002/0171594和2002/0021255；和

欧洲公开的专利申请No.EP 0384780A2/A3、EP 0384777A2/A3；和

Brown等人，″A GPA Digital Phased Array Antenna and Receiver，″Proceedings of IEEE Phased Array Symposium，Dana Point，CA，May，2000，4pages；

Agile Phased Array Antenna，by Roke Manor Research，2002；和

Galdi等人，″Cad of Coaxially End-Fed Waveguide Phased-ArrayAntennas″，Microwave and Optical Technology Letters，Vol.34，No.4，August20，2002，pp.276-281。

Claims

1.一种高增益、可操纵的相控阵天线，包括：

(a)导电薄片，该导电薄片中限定了一个或多个槽；

(b)对于所述槽中的每一个槽，电气微带馈线与该槽相耦合以形成磁耦合的LC谐振元件；以及

(c)主馈线，该主馈线与所述微带馈线相耦合；并且

(d)其中，至少一条微带馈线包括宽度大于其他段的至少一个段，以减小电阻并产生增强的q因数，从而为所述天线提供选定的更宽带宽。

2.如权利要求1所述的天线，其中，宽度更大的所述段包括具有所述其他段的宽度的原始馈线和在所述原始馈线之上的附加迹线。

3.如权利要求1所述的天线，其中，所述微带馈线与其相应的槽电连接。

4.如权利要求1所述的天线，其中，所述微带馈线从一边到另一边跨越其相应的槽而耦合。

5.如权利要求1所述的天线，其中，所述微带馈线偏离中心地跨越所述槽。

6.如权利要求1所述的天线，其中，宽度更大的所述段具有矩形形状。

7.一种移动电话设备，包括如权利要求1所述的天线。

8.一种IC天线设备，包括如权利要求1所述的天线。

9.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以十字形设计相交叠的至少两个长形槽。

10.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以X形设计相交叠的至少两个长形槽。

11.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括具有领结形设计的至少一个槽。

12.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以钩十字形、铁十字形或圣诞树形设计或者其组合相交叠的至少两个槽。

13.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括具有不同尺寸或形状或者两者都不同并因此具有不同谐振频率的至少两个槽。

14.如权利要求13所述的天线，其中，所述至少两个槽以交叉的设计彼此交叠。

15.如权利要求13所述的天线，其中，所述至少两个槽提供双频带能力或者增强的超宽带能力，或者这两者。

16.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括被布置来提供干涉测量功能的至少两个槽。

17.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括共享公共馈线的至少两个槽，该公共馈线从馈点到所述至少两个槽中的每一个具有不同长度以形成合成孔径。

18.如权利要求1所述的天线，还包括：

(e)延迟电路，用于通过选择性地改变所述微带馈线上的信号相位来电子地操纵所述天线；以及

(f)基于程序代码而工作的一个或多个处理器，该程序代码持续地或者周期性地确定优选的信号方向，并且控制所述延迟电路以将所述天线操纵在该优选方向上。

19.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽具有长形的形状。

20.如权利要求19所述的天线，其中，所述微带馈线在长形槽的短维度上延伸。

21.如权利要求1所述的天线，其中，所述主馈线与同轴电缆连接器附接物相耦合。

22.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括由所述微带馈线并行馈给的至少两个槽。

23.如权利要求1所述的天线，其中，在中心被馈给有同轴电缆连接器附接物的所述主馈线的任一侧部署相等数目的槽，从而提供所述主馈线的两半。

24.如权利要求23所述的天线，其中，所述主馈线的每一半具有相同电阻，这也是与对应于主馈线的这一半的微带馈线的并行组合相同的总电阻。

25.如权利要求24所述的天线，其中，所述天线的输入阻抗被选为与所述主馈线的所述两半相同的电阻。

26.如权利要求1所述的天线，包括多个层，以使得所述微带馈线被形成在第一层上并且所述槽被限定在第二层内。

27.如权利要求26所述的天线，其中，所述第二层包括：到与所述第一层的微带线相耦合的槽中的三角形凸起。

28.一种高增益的相控阵天线，包括：

(a)导电薄片，该导电薄片中限定了一个或多个槽；

(b)对于所述槽中的每一个槽，电气微带馈线与相应的槽电子地耦合以形成磁耦合的LC谐振元件；以及

(c)主馈线，该主馈线与一条或多条微带馈线相耦合，并且

(d)其中，至少一个槽包括至少一个非矩形段，从而为所述槽产生提供所述天线的选定射频特性的形状。

29.如权利要求28所述的天线，其中，所述微带馈线与其相应的槽电连接。

30.如权利要求28所述的天线，其中，所述微带馈线从一边到另一边跨越其相应的槽而耦合。

31.如权利要求28所述的天线，其中，所述微带馈线偏离中心地跨越所述槽。

32.一种移动电话设备，包括如权利要求28所述的天线。

33.一种IC天线设备，包括如权利要求28所述的天线。

34.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以十字形设计相交叠的至少两个长形槽。

35.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以X形设计相交叠的至少两个长形槽。

36.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括具有领结形设计的至少一个槽。

37.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括以钩十字形、铁十字形或圣诞树形设计或者其组合相交叠的至少两个槽。

38.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括具有不同尺寸或形状或者两者都不同并因此具有不同谐振频率的至少两个槽。

39.如权利要求38所述的天线，其中，所述至少两个槽以交叉的设计彼此交叠。

40.如权利要求38所述的天线，其中，所述至少两个槽提供双频带能力或者增强的超宽带能力，或者这两者。

41.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括被布置来提供干涉测量功能的至少两个槽。

42.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括共享公共馈线的至少两个槽，该公共馈线从馈点到所述至少两个槽中的每一个具有不同长度以形成合成孔径。

43.如权利要求28所述的天线，还包括：

44.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽具有长形的形状。

45.如权利要求44所述的天线，其中，所述微带馈线在长形槽的短维度上延伸。

46.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽具有矩形形状。

47.如权利要求46所述的天线，其中，所述微带馈线在矩形槽的短维度上延伸。

48.如权利要求28所述的天线，其中，所述主馈线与同轴电缆连接器附接物相耦合。

49.如权利要求28所述的天线，其中，所述一个或多个槽包括由所述微带馈线并行馈给的至少两个槽。

50.如权利要求28所述的天线，其中，在中心被馈给有同轴电缆连接器附接物的所述主馈线的任一侧部署相等数目的槽，从而提供所述主馈线的两半。

51.如权利要求50所述的天线，其中，所述主馈线的每一半具有相同电阻，这也是与对应于主馈线的这一半的微带馈线的并行组合相同的总电阻。

52.如权利要求51所述的天线，其中，所述天线的输入阻抗被选为与所述主馈线的所述两半相同的电阻。

53.如权利要求28所述的天线，包括多个层，以使得所述微带馈线被形成在第一层上并且所述槽被限定在第二层内。

54.如权利要求53所述的天线，其中，所述第二层包括：到与所述第一层的微带线相耦合的槽中的三角形凸起。