背景技术
由DE 102006027694B3已知同一种的多层天线。
平面结构形式的多层天线包括一介电的接地面、一导电的辐射面(其以对接地面的平行的间距设置)和一介电的载体,它夹层式设置在接地面与辐射面之间。在辐射面上方设置支承装置,在支承装置上定位一导电的贴片元件(patch element)。贴片元件的支承装置具有的厚度或高度小于贴片元件的厚度或高度。
贴片元件本身可以构成为体积体,亦即构成为实心体。也有可能的是,贴片元件由一金属板或一金属薄板构成,其例如通过切割或冲裁设有环绕的和背对介电的载体延伸的多个板条、边缘等。
这样的天线特别适合于用作汽车天线,例如也适用于SDARS服务。为此这样的贴片天线(patch antenna),除了用于其它的服务的、在一共同的支座装置上的其它的天线辐射器外,设置在与该支座装置分开的、一般垂直向上伸出的天线结构等上。
这样的整个天线装置然后处于一个外罩的下方,如这例如由EP 1616367B1已知的。
在这样的天线装置中在应用由开头所述DE 102006027694B3已知的贴片天线时必须考虑,遵守某些公差。绝对需要的是,为了避免在外罩内的不足够的内部空间,必须提供附加的微小的1-2mm的尺寸作为公差补偿。然而这在罩形的顶盖中总体上一定导致整个外罩的明显的增大,因为由于外罩的规定的弯曲外轮廓,最小高度的微小的增大已导致罩壳体总体上的不符合要求的加宽和加长。
此外由EP 1793451A1已知一种小型的宽频带天线。按照该提前公开文件的图4和5贴片天线装置包括一接地面、一在接地面上方通过介电的基片与其分开设置的活性的面形的贴片天线,在该贴片天线上方以间距设置一面状的寄生贴片天线。该同样面状的寄生贴片天线固定在一天线屏蔽器的下面或内面上,后者同时以外壁圆周包围在接地面上方的介电的基片。
由Anguera,J.;Boada,L.;Puente,C.;Borja,C.;Soler,J.等人的提前公开文件:“Stacked H-shaped microstrip patch antenna”,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2004年四月第52卷No.4第983-993页,已知H形贴片天线装置,同样如由Moussa,I.K.,Mohamed,D.A.E.,Badran,I.已知“Analysis of StackedRectangular Microstrip Antenna”,2007年本国无线电科学会议,2007年3月1-11日,13-15日。由最后所述提前公开文件还得知各贴片元件到辐射面的可变的间距的作用。
具体实施方式
以下首先参照按图1至4的实施例,其中示出一贴片天线,其具有沿一轴向轴线Z重叠设置的多个平面和层。这样的贴片元件从原理方面由DE 10 2006 027 694 B3是已知的,在此全范围引用其公开内容。不过由DE 10 2006 029 694 B3已知的贴片元件没有构成为两部分的、包括一按照本发明的附加贴片元件的寄生的贴片装置。
由按图1的示意的横剖视图可看出,贴片天线A在其所谓底面或安装面1上具有一导电的接地面3。在接地面3上或与其侧向错位地设置介电的载体5,其通常在俯视图中具有外轮廓5′,其对应于接地面3的外轮廓3′,但介电的载体5的尺寸也可确定成较大的或较小的和/或设有不同于接地面3的外轮廓3′的外轮廓5′。一般接地面的外轮廓3′可以是n多边形的和/或设有弯曲的部分或构成为弯曲的,虽然这是不常用的。
具有上面5a和下面5b的介电的载体5具有足够的高度或厚度,其一般相当于接地面3的厚度的多倍,即与近似地只由两维的平面构成的接地面3相比,介电的载体5构成为具有足够的高度和厚度的三维体。
不同于介电体5,也可以设置不同类型的电介质或不同类型的电介质结构,也可以采用空气,或同时采用空气层以及另外的介电体。在采用空气作为电介质时,则自然必须设置一对应的支承装置,其例如包括多个高架、螺栓、支柱等,以便支承和固定贴片天线的其它处在其上的且以下还要说明的元件。
在对置于下面5b(其邻接于接地面3设置)的上面5a上构成一导电的辐射面7,其同样又可近似理解为两维的平面。该辐射面7经由一馈电线9供电和激光,馈电线优选沿横向方向、特别是垂直于辐射面7从下面在一相应的孔或一相应的通道5c中延伸穿过介电的载体5。
从一通常在下方的连接位置11,在其上可以连接一未详细示出的同轴电缆,所述未示出的同轴电缆的内导体与馈电线9并从而与辐射面7电流连接。未示出的同轴电缆的外导体则电流连接于在下面的接地面3。
在按图1等的实施例中描述一种贴片天线,其具有一电介质5和一在俯视图中正方形的形状。但该形状或相应的外轮廓或轮廓线5′也可以具有不同于正方形的形状并且一般来说n-多边形的形状。虽然是不常用的,然而也可以设置弯曲的外边界。
在电介质5上安装的辐射面7可以与位于下方的电介质5具有相同的外轮廓或轮廓线7′。在所示的实施例中基础形状同样与电介质5的轮廓线5′适配地构成为正方形的,但在对置的两端上具有斜面7″,它们可以说通过去掉等腰直角三角形构成。因此一般来说轮廓线7′也可以为n-多边形的轮廓线或外轮廓或甚至设有弯曲的外边界7′。
所述的接地面3以及辐射面7部分地称为“两维的”平面,因为其厚度是如此之小,以致它们可以说不可能称为“体积体”。接地面和辐射面3、7的厚度通常在1mm以下,亦即一般在0.5mm以下、特别在0.25mm、0.20mm、0.10mm以下变动。
至今说明的贴片天线A可以例如由一商业上通用的贴片天线构成,优选由所谓的陶瓷贴片天线构成,其中介电的载体层5由陶瓷材料构成。按照进一步的描述得出,从至此说明的贴片天线出发按照堆叠的贴片天线的目的进一步构成一种贴片天线,其中相对于上部的辐射面7以侧向错位或高度错位附加地设置一贴片装置13,其包括一初级的第一贴片天线53和一次级的第二附加贴片元件55。对此将寄生的第一贴片元件53如此构成,使得它相对于所述接地面3和辐射面7具有三维的结构,其相对于接地面3和辐射面7具有不同的、亦即较大的高度或厚度。
优选应用具有厚度或高度17的支承装置19、特别是介电的支承装置19,在其上方固定及支承初级的贴片元件53。该介电的支承装置19优选包括一粘附或装配层19′(图1),其例如可以构成为所谓双面粘合的粘附及装配层19′。为此可以采用商业上通用的双面粘合的粘合带或双面粘合的泡沫带、粘合垫等。它们具有相应的以上所述的厚度。这开辟一种简单的可能性,即,将所述的贴片元件53固定和安装在一商业上通用的贴片天线、特别是商业上通用的陶瓷贴片天线的上面上。
如此构成的堆叠的贴片天线定位在一在图1中只作为直线说明的底盘B上,其例如可以构成用于汽车天线的基础底盘,在其中必要时除其它用于其它的服务的天线外可安装按照本发明的天线。按照本发明的堆叠的贴片天线可以例如特别作为天线用于与地球旋转同步的定位和/或用于接收例如所谓SDARS服务的卫星或地球的信号。但对于应用没有限制也可用于其它的服务。
初级的贴片元件53可以例如由导电的向上敞开的盒形的金属体构成,其具有相应的纵向长度和横向长度和足够的高度。
如由按图3和4的立体视图显而易见的,该贴片元件53可以具有一矩形的或正方形的结构,其具有相应的外轮廓53′。
在所示的实施例中贴片元件53具有一纵向长度和一横向长度,其一方面大于辐射面7的纵向长度和横向长度和/或另一方面也大于介电的载体5和/或处在其下方的接地面3的纵向长度和横向长度。
如由各图可看出的,寄生的贴片装置13是构成为两部分的并且包括位于支承装置19上的或固定及支承在其上的初级的贴片元件53,其按照向上敞开的盒的型式构成并且包括基面或中心面153,其在所示的实施例中设有环绕的边缘或环绕的板条53b(通常是相应的突起53b),其从平行于接地面的基面153的平面出发横向地、特别是垂直地凸出。这样的贴片元件53可以例如通过由导电的金属薄板的切割和弯边制造,其中环绕的板条53b在各角部可以例如通过焊接相互电/电流连接,其中另外在中心部分153中还可以设置多个空隙,对此以下不再进一步讨论。
然后在该初级的贴片元件53的上方设置次级的附加贴片元件55,其在所示的实施例中也构成为盒形的,而且按照具有相应的长度和宽度和高度的体积体的型式构成。长度和宽度的尺寸确定成,使尺寸例如至少稍小于在初级的贴片元件53的各环绕的板条53b之间的净内长度及横向长度。这同样开辟了这样的可能性,即次级的贴片元件、亦即次级的附加贴片元件55可以以不同的尺寸伸入下部的贴片元件53的内部空间53a中。换言之,最下面的水平面、亦即最下部的边界平面55′位于初级的贴片元件53的内部空间53a中,亦即处在上部的边界平面53′的下方,边界平面53′通过各板条或各边缘或各外壁53b的环绕的上部棱边预定。
但不同于这样构成的体积体,也可以将次级的附加贴片元件55构成使其类似于下部的贴片元件53按照敞开的盒的形式构成,其包括一内部空间55a(见图5和6)和一环绕的边缘或一环绕的板条55b(通常是环绕的突起55b),亦即该次级的附加贴片元件55以其开口侧面指向下方并且通过处在上方的基面155封闭。
这样说明的附加贴片元件55现在通过一单独的支承装置61(其优选为覆盖和容纳天线的外罩或壳体61′的形式)保持。
图5中以一横向于接地平面或横向于贴片天线的辐射平面的垂直剖面描述示意的第一实施例,其中在处在上方的、在该实施例中扁平构成的外罩上面61a上在处在那里的内面61b上例如通过粘合、通过单独的锁定或固定机构等支承和固定次级的附加贴片元件的上面13a(其通过基面或中心面155构成)。
该实施形式允许这样容易地补偿容许误差,即按照得出的贴片天线的总结构(其包括初级的贴片元件53和附加贴片元件55)以及按照外罩61的高度和在该外罩61的下方提供的净内部尺寸,该附加贴片元件55可以不同深度地伸入下面的初级的贴片元件53中,由此可以补偿容许误差。
在按图6的方案中示出不同的、横截面为梯形的罩构型。在这种情况下处在上方的附加贴片元件55经由一单独的支承装置63悬挂在外罩的上面61a上。在这里可以考虑任何的机械的支承和/或锁定和/或夹紧机构,以便相应地支承和固定上部的附加贴片元件。
因此由所述的结构得出,可以完全按照不同的公差条件易于改变贴片装置13的总高度114。这如此达到,即,将贴片装置13至少构成为两部分的并且这两个部分是能够以必要时不同的相对间距定位的构件、亦即贴片元件53和附加贴片元件55。
全部贴片装置13的厚度应该优选具有一尺寸,其不是仅仅为接地面3的厚度和/或辐射面7的厚度的2倍、3倍、4倍或5倍等,而是特别是10倍、20、30、40、50、60、70、80、90和/或100倍和更多。
在所示的实施例中全部贴片装置13的厚度或高度114等于或大于在贴片元件53的下面与辐射面7的上面之间的间距17。另一方面该间距也应为不小于0.5mm、优选大于0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或等于或大于1mm。约1.5mm的数值,亦即一般在1mm至2mm或1mm至3mm、4mm或5mm之间是完全足够的。
此外也可看出,三维的贴片装置13的高度或厚度114优选小于介电的载体5的高度或厚度15。优选贴片装置13的总厚度或总高度114具有一尺寸,其小于载体元件5的高度或厚度15的90%、特别是小于80%、70%、60%、50%或甚至小于40%和必要小于30%或小于20%。
此外不必一定限于上述高度。由此三维的贴片装置13的高度或厚度114也可以与介电的载体5的厚度或高度15相比具有较大的和特别明显较大的高度或厚度。换言之,载体元件5的高度或厚度15例如也具有一尺寸,其对应于载体元件5的高度或厚度15的直到1.5倍、2倍、4、5、6、7、8、9和/或10倍和更多。
另一方面,整个贴片装置13的厚度或高度114优选大于在辐射面7与贴片元件13的下面13b之间的间隔尺寸17。
下部的贴片元件53的高度114a和上部的附加贴片元件55的高度114b优选是相同的,以便能够实现一最大的公差补偿。优选贴片元件53和附加贴片元件55的至少两个单个高度114a和114b(图5)关于相比并且彼此相差小于50%、特别是小于40%、30%、20%、特别是小于10%。
上部的附加贴片元件55自然也是导电的或在其外面上或必要时设有一具有导电内面的空腔体。由此该空腔体也可以由金属构成或由一塑料材料或电介体构成,其必要时涂覆一导电的层。在实践中对此可以在一外罩内使用一内装部件,其中上部的第二贴片元件55可能以其下部的边界平面55′只处在下部的贴片元件53的上部的边界平面53′的高度,或甚至稍高一点定位。
只为了完整起见还要提到,下部的和上部的贴片元件的总体结构可以相反这样实施,例如将由外轮廓尺寸较小的上部的贴片元件55安装在支承装置19上,而将在各图中的下部的贴片元件53固定和/或支承在一外罩上,换言之亦即在这种情况下处在上部的贴片元件搭接下部的贴片元件并且下部的贴片元件可以伸入上部的贴片元件中。但这导致罩尺寸的增大,这基本上是不大符合要求的。
原则上还要说明,整个贴片装置13的相应一元件(其尺寸确定成较小的并且可以伸入相应另一贴片元件或附加贴片元件(其按照敞开的盒的型式构成))可以构成为体积体(亦即实心体)或也可以构成为向一侧边敞开的盒。同时这样构成的盒形的贴片元件53或附加贴片元件55的敞开的侧面总是处在面向另一贴片元件的一侧上。换言之,亦即贴片元件53或附加贴片元件55的敞开的侧面处在两个相互面对的侧面上。原则上开口侧面,特别在较小尺寸的附加贴片元件55中,也可以构成在背对贴片元件53的一侧上。
最后借助图7只原则上说明,不仅对于上部的辐射面7,而且优选也对于两个可相互嵌入的贴片装置53、55,也可设想其它的几何形状和外轮廓。
在按图7的实施例中至少在两个对置的区域内不仅贴片元件53而且附加贴片元件55设有一不同于矩形的或正方形的结构的形状。其中在这里在各角部设置斜面153′或155′。不过很通常的是,两个贴片元件53、55的轮廓形状应该这样相互配合,即一般它们至少相互类似的并且允许最好的可以说伸缩式的嵌套接合性。
已描述了各至今的实施例,其中,如在各附图中示出的,贴片元件53和附加贴片元件55至少部分地相互嵌套。如已提到的,也可以将两个贴片元件53、55设置成,使上部的贴片元件的下部的边界平面和下部的贴片元件的上部的边界平面正好处在一个平面内或甚至在该两个边界平面之间形成一间距。同时应该如此设置,即在初级的贴片元件53的上部的边界平面53′与附加贴片元件55的下部的边界平面55′之间的最大间距小于贴片元件55的高度114b的5倍,优选小于贴片元件55的高度114b的4倍、3倍、2倍和特别是小于1倍或甚至少于高度114b的一半。
最后还要参照按图8的实施例,其只为了完整示出可能的改变,例如也可以在附加贴片元件55的上面的基面或中心面155中制出空隙或切去部分55″。在所示实施例中该空隙55″构成圆孔形的或圆形的。