CN102224631B - 用于耦合和附接辐射天线元件的设备和天线组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括平坦导电介质的横列定向天线，包括至少一个开口、至少一个辐射元件，所述辐射元件包括支脚，该支脚具有安装在其上的偶极，本发明还涉及一种用于将辐射元件耦合和附接在所述介质上的设备。用于将辐射元件(包括支脚，该支脚具有安装在其上的偶极)耦合和附接在该介质上的设备包括介电组件，该介电组件包括：基座，其大于在所述介质中制作的开口；至少一个杆，刚性地连接到基座，并且通过该介质的适合于该杆从中通过的开口而在与基座的平面垂直的方向上凸起；布置在该杆的末端的至少一个凸起，适合用于与辐射元件接合以握持所述元件。该设备还包括介电层，布置在辐射元件与导电介质之间以避免任何直接接触。

Description

用于耦合和附接辐射天线元件的设备和天线组装方法

技术领域

本发明涉及借助于辐射元件发射超高频场中的无线电波的电信天线领域。本发明更特别地涉及如下设备，该设备使得在天线组装期间快速、可靠且低成本地将辐射元件耦合和紧固到平坦金属支架上成为可能。

另外，其还涉及包括这种设备的天线和用于组装这种天线的方法。

背景技术

天线的构造包括将其组件机械地紧固到彼此的步骤。如今，大部分天线制造商都使用如下机械组装件，该机械组装件包括底盘，该底盘构成中央机械轴，所有其他组件被紧固到该中央机械轴上，该其他组件诸如辐射元件、功率分配器、移相器、反射壁、寄生元件等。一旦已经围绕底盘组装了所有元件，就用雷达天线罩包围该组装件。

为了承受由于组件重量和由于环境而导致的机械力，这一底盘由具有足够硬度和厚度的金属材料制造。这一初始约束限制了后来的机械选择。其需要在设计时特别地在电和机械的因素与制造成本之间进行折中，这主要是在考虑到确保性能稳定性的情况下由机械要求来主导。例如，在约2GHz的频带内工作的大约2m长的天线包括厚度在1.5mm与2.5mm之间的铝底盘。然而，只要涉及趋肤效应的深度被考虑在频域内，则所需的厚度将仅为小于0.1mm。金属连接的存在及其在组件之间的定位使得有必要选择机械解决方案，诸如用螺钉固定或焊接。这些结合技术必然伴随附加成本，特别是由执行该操作所需的时间以及由于需要对所得到的连接进行高级的质量控制，并且它们使得拆卸变得危险甚至是不可能。换言之，由于电接触的不可避免的恶化，如果这些恶化发生在电磁场强度较大的位置上，则天线可能面临互调产物(IMP)问题，IMP问题导致行进通过天线的信号发生失真，诸如性能损失。

平板天线包括辐射元件阵列，这些辐射元件可以是紧固到作为平坦反射体的金属底盘上的偶极。因此，问题在于发现使得如下情形成为可能的设备，即快速、可靠、可逆且低成本地将这些偶极定位和紧固到底盘上，以便获得在机械上和电学上高效且无互调产物的链接。

所探索的解决方案必须特别地同时将以下要求考虑在内：

-避免用螺钉固定和/或焊接以机械地组装偶极和反射体；

-创建电容性电链接，即其中无直接金属-金属接触。

文献US-6,933,906描述了一种天线，包括偶极，该偶极借助于耦合和紧固结构以无接触方式电容性地链接到反射体，该耦合和紧固结构不是导电性的，部署在辐射元件的脚与反射体之间。该耦合和紧固结构是由介电材料制成的插头。偶极的基座被插入和握持到配备了突起的插头中，然后该插头通过旋转被固定到孔中，以匹配的形状和尺寸被置入反射体。为了将插头拉拔到位，提供了附加的紧固装置，诸如插入到由塑料制成的插头的孔洞中并且插入到反射体的孔洞中的螺钉，其中需要当心，不应建立与偶极的电连接。

然而，这一耦合和紧固结构表现出如下缺陷，即仍然需要使用基于螺钉的紧固装置来确保紧固可靠性，特别是防止插头旋转和插头从孔脱落。另外，从耦合表面的角度而言，这种组装件是有害的。大部分表面区域被置入到反射体中的孔占据，其表面区域等于或大于插头的表面区域，相应地减小了反射体与偶极之间的耦合表面。

发明内容

本发明的目的在于消除现有技术的缺陷，并且特别地公开了一种用于将天线的辐射元件耦合和紧固到平坦金属支架上的、从而最大化耦合表面区域的设备。

本发明的目的还在于公开一种用于将辐射元件耦合和紧固到平坦金属支架上的、不需要用螺钉固定或焊接的设备。

本发明的目的还在于公开一种天线，其包括紧固到平坦金属支架上的辐射元件，该支架的厚度小于现有技术，而不牺牲天线的机械强度。

本发明的目的还在于公开一种用于将辐射元件耦合和紧固到平坦金属支架上的方法，该方法比现有技术的方法更快速，但又与现有技术的方法一样可靠。

本发明的目的是一种用于耦合和紧固辐射天线元件的设备，该辐射天线元件包括脚，该脚在偶极之下安装到平坦导电支架，该平坦导电支架配备有孔。该设备包括介电部分，该介电部分包括：

-基座，其尺寸大于置入该支架的该孔的尺寸，

-与该基座结合的至少一个杆，延伸到与该基座的平面垂直的方向上，

-布置在该杆的末端的至少一个凸起，能够与该辐射元件配合以对其进行保持，

该设备还包括介电层，放置在该辐射元件与该导电支架之间以避免任何直接接触。

辐射元件与支架之间的介电层的存在使得有可能保证电绝缘，并由此创建辐射元件与反射体之间的电容性耦合。由于介电部分不再需要提供这一功能，因此该介电部分由此可以针对可以对辐射元件进行紧固的容易程度进行优化。

根据一个优选实施例，介电部分的基座在其外围包括弯瓣，该弯瓣适于实现与支架的弹簧式接触。基座的外围边缘被切开以形成微弯的瓣，以便从基座延伸出去。当安装介电部分时，瓣首先紧靠支架，提供弹簧效应，该弹簧效应有助于将辐射元件保持在所希望的位置。

根据一个实施例，介电部分的基座包括用于插入辐射元件的电源的至少一个孔。这能够实现将功率装置插入支架之下以便将支撑辐射元件并形成反射体的支架的表面保持整洁。在此情况下，支架进一步包括用于插入功率装置的孔。

在第一变型中，介电部分包括能够与辐射元件的脚的外部配合的至少一个杆。该杆垂直于介电部分的基座而延伸，并且通过适当大小的孔穿越支架。杆沿着脚外部放置，以便使得由该杆的末端形成的凸起能够将其自身固定到脚的外表面上的、针对该目的而构建的凹口中以保持该辐射元件。

在第二变型中，介电部分包括能够被插入到部署在辐射元件的脚内的中空管中的至少一个杆。该杆垂直于介电部分的基座而延伸，并且通过适当大小的孔穿越支架。该杆被插入到置入到辐射元件的脚中的中空管之一中，以便使得由该杆的末端形成的凸起能够将其自身固定到该管的内表面上的、针对该目的而构建的凹口中以保持该辐射元件。

在另一实施例中，在杆的末端的凸起具有钩状。这一形状使得其更好地与如下凹口配合，该凹口可以具有突起或外壳的形状，该突起或外壳的形状成形为适合于该钩状。

本发明的一个优点是通过向辐射元件施加轴向保持力来禁止该元件旋转并且保证其紧固，从而提供了辐射元件相对于反射体的准确定位。

本发明的又一目的是一种平板天线，包括：

-至少一个辐射元件，包括安装在偶极之下的脚，

-如上所述的用于耦合和紧固该辐射元件的设备，

-平坦导电支架，包括适合用于插入介电部分的杆的至少一个孔。

本发明天线的一个优点是其可以以极大的可靠性快速地组装，同时又只需要更少的人力和设备手段。

优选地，该天线进一步包括部署在支架的纵向末端的加固件。

本发明的又一目的是一种用于借助于如上所述的用于耦合和紧固辐射元件的设备来组装天线的方法，包括以下步骤：

-将介电部分的杆插入到支架的孔中，以便使得该介电部分的基座与该支架的后表面相接触，

-在该支架的前表面侧将该辐射元件的脚轴向地推入该介电部分中，从而使得由该杆的末端形成的凸起与该脚的至少一个凹口配合以便保持该辐射元件。

附图说明

在阅读以下对实施例的描述(其为非限制性的并且仅出于说明的目的而给出)后，本发明的其他特征和优点将变得明显，并且在附图中：

图1是通过本发明方法和借助于本发明设备而对天线的辐射元件进行组装的第一实施例的示意性横截面视图，

图2是通过本发明方法和借助于本发明设备而对天线的辐射元件进行组装的第二实施例的示意性横截面视图，

图3是通过本发明方法和借助于本发明设备而对天线的辐射元件进行组装的第三实施例的示意性横截面视图，

图4是根据本发明第三实施例的设备的介电部分的透视的示意性俯视图，

图5是根据本发明第三实施例的设备的介电部分的示意性仰视图，

图6是根据本发明一个实施例的天线部分的透视的示意性俯视图，

图7是图6的天线的透视的示意性仰视图，

图8是示出加固件的另一实施例的天线部分的透视的示意性俯视图。

具体实施方式

在图1所绘出的本发明实施例中，示出了辐射元件1，包括支撑至少一个偶极3的脚2，以及反射体4，辐射元件1借助于介电部分5而被紧固到反射体4上。介电部分5包括安装在杆7之下的基座6，杆7承载形成钩的突起8，基座6的外围被切开以便形成微弯的瓣9。介电部分5的基座6被应用于反射体4的后表面10。反射体4包括孔11，杆7通过孔11插入。这些孔11仅具有插入杆7所需的正好的大小，杆7安装在其突起8之下。在本情形下，辐射元件1的脚2的较低部分包括凹陷12，凹陷12构成如下凹口，突起8钩到该凹口上，以便保持辐射元件1。

介电部分5由赋予其一定柔性的介电材料制成，该介电材料优选地是聚合物，如聚甲醛(POM)，玻璃纤维增强聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)，丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯聚合物(ASA)等。基座6的外围被切开以便形成微弯的瓣9，瓣9比基座6的中央部分13相对更具柔性。由此，基座6通过其瓣9的媒介作用弹性地支撑反射体4的后表面10。这一弹性支撑向钩8施加了力，该力确保辐射元件1通过弹簧效应被握持到位。一旦到位，辐射元件1就被紧密地维持，并且组装件不需要任何附加的紧固装置。绝缘层14散置在辐射元件1的脚2的较低部分与反射体4的前表面15之间以便避免任何直接接触，由此创建了辐射元件1与反射体4之间的电容性耦合。介电层14例如是厚度为0.1mm量级的薄隔离聚乙烯(PE)膜。优选地，有色膜将被用于便于控制。

辐射元件1的脚2最通常包括四个并置的中空管20，其旨在插入偶极3的电源导线16。在图2所绘出的实施例中，并不用于对偶极3供电的两个中空管20可用于容纳杆21，杆21承载属于介电部分23的凸起22。介电部分23包括安装在杆21之下的基座24，杆21承载形成钩的凸起22。与在先前情况下相比，杆21在基座24的更中央处，以便对应于其所插入到的管20的位置。将凹陷25置入到管20的内表面中，以便形成如下凹口，凸起22可以钩到该凹口中。

现在应当考虑图3，其绘出了本发明紧固设备的一个有利的实施例。在这一实施例中，包括脚2和至少一个偶极3的辐射元件1借助于介电部分30而被紧固到平坦反射体4上。

介电部分30在图4的透视图中和图5的俯视图中绘出。介电部分30包括基座31，从基座31延伸出至少一个中央杆32(在本情况下为两个)，以及至少一个外围杆33(在本情形下为四个)。外围杆33配备有形成钩34的末端，钩34与置入到辐射元件的脚2中的突起35配合。外围杆33通过孔11穿越平坦的反射体，孔11的大小被制定为大到刚好足够允许它们通过。中央杆32在其末端承载双钩36。将中央杆32插入在辐射元件1的中空管20之一中，中空管20并未被电源导线16占据。钩36与构建为管20的内表面的外壳37配合。

组装的执行开始于将介电部分30安装通过反射体4的后表面10。将杆32、33插入到反射体4的孔11中。对着反射体4的后表面10按压基座31，基座31的外围被切开以便形成弹性地支撑面10的瓣38。绝缘膜14部署在反射体4的前表面15上。然后，将辐射元件1的脚2轴向地按压到介电部分30中，从而使得杆32被插入到辐射元件的脚2的管20中，并且杆33移动到围绕脚2的位置上。最终施加压力导致钩34、36卡入脚2的内部或外部凹口35、37，以便保持辐射元件1。由此，辐射元件1变为通过绝缘膜14的媒介作用而支撑反射体4的前表面15，绝缘膜14禁止辐射元件1与反射体4之间的任何直接接触。

根据刚刚描述的方法组装的天线60在图6中以透视图绘出。天线60包括辐射元件61，辐射元件61借助于与上述介电部分类似的介电部分63而被对准和紧固到反射体62上。

天线60的反射体62的下表面64在图7中绘出。其示出了介电部分63的基座65，基座65通过切割进其外围且微弯的瓣66的媒介作用而弹性地倚靠在反射体62的下表面64上。这些瓣66用作用于向如下凸起施加拉力的弹簧，这些凸起由杆的末端形成、钩进辐射元件61的脚的凹口中。向辐射元件61施加适当的力，辐射元件61由此被可靠且高效地保持，并且其被保护从而不会发生由于冲击或振动而引起的运动。

在下表面64上安装加固件67。将加固件67紧固到与反射体62的下表面64相对的折叠的纵向边缘68上，其向纵向边缘68施加适度压力以便防止边缘68靠近。加固件67包括基座69，基座69的形状组合了反射体62和见于基座69上的顶峰70的形状并且有助于加固件67的刚性。这些加固件67由刚性材料制成，该刚性材料优选地是介电的，例如聚合物，诸如聚甲醛(POM)，玻璃纤维增强聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)，丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯聚合物(ASA)等。

图8示出了置于支撑辐射元件82的反射体81的上表面上的加固件80的另一实施例。加固件80部署在辐射元件82之间。这些加固件80具有圆弧的形状并且倚靠在反射体81的纵向边缘83上。

Claims (8)

1.一种平板天线，包括：

-至少一个辐射元件，包括安装在偶极之下的脚，

-平坦导电支架，包括至少一个孔，

-用于耦合和紧固辐射元件的设备，包括介电部分和介电层，所述介电部分包括基座以及与所述基座结合的至少一个杆，延伸到与所述基座的平面垂直的方向上，所述介电层放置在所述辐射元件与所述导电支架之间以避免任何直接接触，

其特征在于，所述平坦导电支架包括具有插入所述介电部分的杆所需的正好的大小的至少一个孔，以及其尺寸大于置入所述支架的所述孔的尺寸的基座被应用于所述平坦导电支架的后表面，其中所述介电部分包括布置在所述杆的末端处的至少一个凸起，能够与所述辐射元件配合以对其进行保持。

2.根据权利要求1所述的平板天线，其中所述介电部分的所述基座在其外围处包括弯瓣，所述弯瓣适于实现与所述支架的弹簧式接触。

3.根据权利要求1所述的平板天线，其中所述介电部分的所述基座包括用于插入所述辐射元件的电源的至少一个孔。

4.根据权利要求1所述的平板天线，其中所述介电部分包括能够与所述辐射元件的脚的外部配合的至少一个杆。

5.根据权利要求1所述的平板天线，其中所述介电部分包括能够被插入到部署在所述辐射元件的脚内的中空管中的至少一个杆。

6.根据权利要求1所述的平板天线，其中在所述杆的末端处的所述凸起具有钩状。

7.根据权利要求1所述的平板天线，进一步包括部署在所述支架的纵向边缘之间的加固件。

8.一种用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的用于耦合和紧固辐射元件的设备来组装平板天线的方法，包括以下步骤：

-将介电部分的杆插入到支架的孔中，以便使得所述介电部分的基座与所述支架的后表面相接触，

-在所述支架的前表面侧将所述辐射元件的脚轴向地推入所述介电部分中，从而使得由所述杆的末端形成的凸起与所述脚的至少一个凹口配合以便保持所述辐射元件。

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