CN102341953A - 天线装配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于装配平面天线的部件的装置，所述平面天线包括至少一个立体辐射元件和天线的机械结构的至少一个部件，所述立体辐射元件包括在其上设置有辐射平面的支柱。该装置包括电介质部分，所述电介质部分包括：中心区域，包括与辐射元件接合的第一附接装置；侧向区域，包括与天线的机械结构的部件的纵向边缘接合的第二附接装置；以及中间区域，包括在第一附接装置和第二附接装置之间的第三弹性连接装置。
Description
技术领域
本发明涉及在超高频域通过立体(三维)辐射元件传输无线电波的电信天线领域，并且更特别地涉及但不限于天线装配装置。
背景技术
构建天线包括机械地将其部件彼此固定的步骤。目前，大多数天线制造商使用包括用作中心机械结构的框架的机械组件，所有其他部件都固定到该框架上，诸如辐射元件、功率分配器、移相器、反射面、寄生元件等。一旦所有元件都已经装配在框架周围，就用天线罩将整个组件包围。
为了抵挡由于元件的重量而引起的机械力和环境施加的限制，该框架由具有足够硬度和厚度的材料(最常见地由金属材料)制造。这种最初的约束限制了后来的机械选择。为了保证天线性能的稳定，要求在设计中、尤其是在电气和机械因素与制造成本之间进行的折中主要遵照机械需求。例如，工作在2GHz附近频带内的大约2米长的天线包括厚度在1.5mm和2.5mm之间的铝框架。然而，如果仅仅考虑与这个频率范围内的趋肤效应有关的深度，要求的厚度将小于0.1mm。
金属连接的存在以及它们在各部件之间的布置促使选择金属紧固方案，诸如螺纹连接或焊接。否则，由于导电连接不可避免的退化，天线将面临被表示为经由天线传播的信号的失真的互调产物(IMPs)，例如如果这些退化发生在电磁场强的区域会引起性能损失。这些装配技术具有严重的缺点。它们导致额外成本，尤其因为需要时间实施操作并且需要对生成的链路进行更高的质量控制。更进一步，这些装配技术使得拆卸很危险，或甚至是不可能的。
平面天线通常包括被固定在纵向机械结构上的立体辐射元件阵列。因此，问题就是要找到一种装配装置，使得可能将辐射元件布置和固定于该结构以及平面天线结构所包含的潜在的其他部件上，由此获得机械及电气上都高效的并且没有互调产物(IMPs)的链接。
发明内容
因此，本发明的目的是特别地提出一种用于装配平面天线的部件的装置，其使得可以将立体辐射元件快速、可靠、可逆并且廉价地固定于天线的机械结构的部件上。
该广受欢迎的方案必须特别地同时考虑以下需求：
-避免使用诸如像螺纹连接和/或焊接的技术来实施辐射元件和反射器的机械装配；
-使用非导电部分作为装配的机械媒介物(mechanical vector)；
-生成电容性电连接，意味着没有直接的金属与金属的接触。
本发明进一步的目的是提出一种包括立体辐射元件的天线，该立体辐射元件机械地连接到其厚度小于现有技术的反射器，且不损害天线的机械阻力。
本发明进一步的目的是提出一种用于固定耦合到导电反射器的辐射元件的方法，该方法比现有的方法更快还更可靠。
本发明的目的是一种用于装配平面天线的部件的装置，所述平面天线包括至少一个立体辐射元件和天线的机械结构的至少一个部件，所述立体辐射元件包括在其上安装有辐射平面的底部，该装置还包括电介质部分，所述电介质部分包括：
-中心区域，包括与所述辐射元件协同操作的第一固定装置，
-侧向区域，包括与天线的机械结构的纵向边缘协同操作的两个固定装置，
-中间区域，包括在第一和第二固定装置之间的第三弹性链接装置。
电介质部分包括固定立体辐射元件所需的装置，特别地包括孔、夹钳、夹子或销(pin)。有利地，与辐射元件协同操作的第一固定装置是卡入连接(snap-in-place)固定装置，从而使得装配快速且容易，并且可以无损坏地拆卸。
根据本发明的优选实施例，第一固定装置包括能够装配到立体辐射元件的底部的至少一种构件(formation)。通过卡入连接装置将机械元件固定到电介质部分上可以通过以下几种形式的构件来实现：环形、凸出形状、U形、曲折形等。
电介质部分必须能够吸收震动和冲击，以防止将它们传输给辐射元件。因为这个原因，电介质部分可以进一步包括至少一个减震器。
本发明的优点是作为机械结构的反射器位于天线的沿着其纵轴的中心处，不再直接吸收外界的机械压力，因为辐射元件现在通过电介质部分与它连接。没有这些压力的反射器仅保留其作为导电反射器的功能。
构造平面天线所涉及的所有部件，特别是反射器、辐射元件、天线罩、屏蔽网(screen)、寄生元件等，可以被连接到电介质部分，这保证了装配的机械刚性。
电介质部分必须足够刚硬以抵挡施加在其上的机械压力，并且必须同时保证辐射元件和反射器之间的机械链接的弹性。这个部分将优选由聚合物材料制成，例如聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)或潜在地装载有玻璃纤维的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)的共聚物。优选地，电介质部分仅从单件模制。
通过研究其设计和选择电介质部分的材料，该有创造性的装配装置使得可以更容易地保持对震动或外部冲击的控制。例如，塑料的使用使得可以至少部分地吸收由外部机械环境施加的力并且限制其传播通过天线内部的部件。
本发明还提出一种平面天线，包括：至少一个包括底部的立体辐射元件，在所述底部上安装有辐射平面；天线的机械结构的至少一个部件；以及前述的装配装置。所述电介质部分相对于天线的纵轴横向地布置。立体辐射元件和面对辐射平面放置的特别用作反射器的平的导电机架(mount)之间的电连接是电容性的。
根据第一实施例，天线的机械结构的部件是天线罩。
根据第二实施例，天线的机械结构的部件是反射器。
减小施加在天线内部的部件上的机械压力增加了天线的整体可靠性，并且通过减少互调产物(IMPs)，操作寿命也提高了。首先，本发明可以将天线的反射器上的这些压力大大减小到其不再与外界环境直接接触的程度。
本发明还提出一种用于装配平面天线的部件的方法，该平面天线包括至少一个包括底部的立体辐射元件，在所述底部上面安装有辐射平面，所述辐射元件将被固定在天线的机械结构的至少一个部件上；以及如前所述的装配装置，在所述装配装置中，电介质部分相对于天线的纵轴横向地布置。
附图说明
通过阅读下面对于一个实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。所述实施例当然是通过非限制性的示例给出的，并且在附图中，其中：
图1示意性地描述了通过根据本发明的装配装置对立体辐射元件进行固定。
图2示意性地描述了通过根据本发明的装配装置的变化实施例对立体辐射元件进行固定。
图3示出了将立体辐射元件与反射器电容性耦合的第一模式。
图4示出了将立体辐射元件与反射器电容性耦合的第二模式。
图5描述了包括通过根据本发明的优选实施例的装配装置固定的立体辐射元件的平面天线的部分透视图。
图6为根据本发明的优选实施例的装配装置的电介质部分的自顶向下的透视图。
图7为图6中的装配装置的自底向上的透视图。
图8为图6中的装配装置的三维剖面图。
图9为天线的部分截面图，其显示了天线的部件如何与根据图6中的实施例的装配装置协同操作。
具体实施方式
图1示意性地描述了根据本发明的一个实施例的装配装置的使用原理。该装配装置包括电介质部分1，用于固定立体(即三维)辐射元件2，该立体辐射元件2被电容性地耦合到平的导体支架(例如天线的反射器3)。天线罩4包围并保护组成天线的元件。辐射元件2包括由偶极子形成的、由通常为管状的底部6支撑的辐射平面5。辐射元件2通过诸如分流器、移相器等的附件7来馈电。电介质部分1包括在其中心区域8的固定辐射元件2的固定装置，以及在其侧向区域9的与属于天线的机械结构的部件(诸如反射器3或天线罩4)的纵向边缘10协同操作的固定装置。
图2显示了装配装置的变化实施例，其包括具有减震器22的电介质部分21，所述减震器22可以减少来自天线外部环境的冲击和震动向辐射元件2的传输。
为了尽可能大程度地避免由直接的金属与金属的接触所引起的互调产物(IMPs)，电连接由电容性耦合生成。电容性耦合可以通过不同方式实现，如图3和图4描述的那样。
在图3的例子中，辐射元件2与反射器3之间的电容性耦合30是通过结合以下两方面来获得的：第一，空气空间31在辐射元件2的底部6和反射器3的折叠边缘32之间形成绝缘层；第二，属于辐射元件2的装配装置的电介质部分33。可选地，可以在空间31内放置电介质材料的固体薄膜。
图4显示了辐射元件2与平的反射器41之间的另一个示例性的电容耦合40。在这种情况下，必须在辐射元件2的底部6和平的反射器41之间放置绝缘材料的膜42。
图5表示了天线50的透视图。天线50包括依照本发明优选实施例的装配装置。辐射元件51、反射器52、以及装配装置的电介质部分53布置在天线罩54下方，并通过加以透明度成为可视的。
辐射元件51包括支撑辐射平面56的底部55，辐射平面56包括两个偶极子57、58，每个偶极子为半波长长，并正交结合以获得交叉极化和双极化排列。每个偶极子57、58被分别地提供馈线(feed)。底部55由4个管状部分构成，两个管状部分59用来允许偶极子的馈线通过，并且两个管状部分60是空闲的。
要注意的是放置在反射器52下面的装配装置的电介质部分53包括减震器61和各个端部。电介质部分53的侧向区域62支撑固定装置63，固定装置63钩在反射器52的纵向边缘64上的每个端部，纵向边缘64属于天线的机械结构的部件65，这里指天线罩54的下部。辐射元件51的底部55通过位于电介质部分53的中心区域66中的固定装置保持，中间区域67将中心区域66连接到侧向区域62。
现在将考虑图6、7和8。它们详细地显示了装配装置的电介质部分70的优选实施例。
电介质部分70包括具有固定装置的中心区域71，固定装置包括能够装配到辐射元件的底部的开口管状部分之一的至少一个构件72，以将其保持咬合在适当的位置。中心区域71进一步包括至少一个孔73，用于允许偶极子的馈线通过。
电介质部分70进一步包括侧向区域74，其被有利地装配有减震器75以限制可能来自于外部环境的冲击或震动传输到辐射元件。使用固定装置76将每一个侧向区域装配到天线的机械结构的部件上。在这种情况下，该固定装置76大体上具有钩子形状，意图于钩在纵向边缘上。
电介质部分70最后包括中间区域77，其将中心区域71分别连接到侧向区域74。中间区域77必须保证弹性链接以授予电介质部分具有吸收任何可能发生的震动、冲击或变形的能力。
由于这些不同的部分，可以使用电介质部分70来装配天线的多个部件，诸如反射器、辐射元件、天线罩、屏蔽网、寄生元件等。电介质部分70必须足够刚硬以抵抗由附接到其上的天线的部件造成的机械压力，但也要足够弹性以限制震动和冲击的传输。这种吸收能力使得可以增加置于天线内的部件的寿命，因为这些部件接收更小的力。同时，由于减小了外界压力向天线内部的传输，相对于互调产物(IMPs)的性能得到了提高。优选地，电介质部分70由单块塑料材料模制而成。
图9中的截面图详细显示了通过根据本发明的一个特定实施例的装配装置对天线内部的辐射元件进行固定。辐射元件91的底部90在这里由四个管状部分92构成。底部90的主要功能是保持辐射平面93远离反射器94的辐射元件91，并且允许辐射元件91接地。这些管状部分中的两个用于允许同轴电缆通过其对偶极子馈电，另两个管状部分92可用于固定辐射元件91。
在这里所描述的模式中，电介质部分96支撑的成形销95被外力推入管状部分92。这些销95优选地为波纹状，以便增加摩擦力，从而确保辐射元件91的保持。反射器94被布置在电介质部分96的上面并且包括允许通过管状部分通道的开口，其中通道允许电缆通过。电介质部分96同时支撑辐射元件91、反射器94、与辐射元件的馈电相关联的附件97以及天线罩98。使用固定装置将每个侧向区域装配到天线的机械结构的部件上，在当前情况下天线的机械结构部件是天线罩98的下部。由于该装配装置，辐射元件91和天线的其他部件94、97、98的固定非常容易，简单且有效，无需用工具或外部部分将部件装配在一起。
在必要时，可以将薄的绝缘薄膜99(诸如薄塑料片或塑料膜)放置在辐射元件91和反射器94之间。相对于天线的频域给出辐射元件91的底部90的表面，在辐射元件91和反射器94之间设置的薄的绝缘膜足以生成用于电容性耦合的条件，这意味着辐射元件91和反射器94之间的电磁场足够高以将电磁功率从一个耦合到另一个。这种生成电容性耦合的能力是利用非常便宜的材料(薄塑料膜)获得的。其还使得可以增加天线的IMP容量。因为在这个区域的电磁场非常高，所以辐射元件91和反射器94之间的链接对互调产物(PIM)敏感，这是形成IMP的一个可能原因。使辐射元件91和反射器94绝缘是补救这个问题的一种方法。
图9详细描绘了通过装配装置96对与辐射元件91的馈电阵列相关联的附件97、反射器94以及天线罩98进行固定。与现有技术相比，可以看到反射器94的厚度已经显著减少了，因为这部分不再支撑天线部件(辐射元件91、馈线以及其附件97、屏蔽网或陷波器(trap)、寄生元件、天线罩98等)的质量(mass)和相应的机械力。在这里描述的示例性实施例中，反射器94厚度的减小可以容易地达到5倍。相应地，反射器94的成本也大大减少。进一步，减小反射器94的厚度现在将可以获得以其他方式在机械上很难获得和/或高成本获得的形状。例如，反射器94的辐射部分的圆形可以被直接集成到反射器94的设计中而没有任何特殊的约束，其中反射器的辐射部分指面向辐射元件91的用作陷波器的部分。反射器94的圆形在功率电流区域附近没有任何锐角，这使得可以通过限制反射从而减少朝天线背面的电磁波水平和朝天线前面辐射的电磁波水平之间的比例而在频带内稳定天线性能。因为反射器94具有小得多的厚度，因此所有种类的弯曲现在都很容易实现，并且因此陷波功能可以被直接集成到反射器94中。通过装配装置背后设置的钩子100将辐射元件91的馈电阵列保持在合适的位置。通过装配装置96装配的所有部件91、94、97、98最终都被插入天线罩98中。
从前面的说明可以理解该创造性的装置有很多优点。厚度的减少使得能够将反射器材料的选择扩展到低成本材料(诸如金属化塑料或非常低厚度的金属)。这导致成本显著减少。尽可能最大程度避免了直接的金属与金属的接触。该装配可以没有任何损坏地拆卸。电介质部分使得连接到其的部件(辐射元件、反射器等)抵抗更大的振动和机械冲击。通过其设计，该装配装置使得可以克服互调产物(IMPs)。
Claims (9)
1.一种用于装配平面天线的部件的装配装置，所述平面天线包括至少一个立体辐射元件和天线的机械结构的至少一个部件，所述立体辐射元件包括在其上安装有辐射平面的底部，该装置包括电介质部分，所述电介质部分包括：
-中心区域，包括与所述辐射元件协同操作的第一固定装置；
-侧向区域，包括与天线的机械结构的纵向边缘协同操作的两个固定装置；
-中间区域，包括在第一和第二固定装置之间的第三弹性链接装置。
2.根据权利要求1所述的装配装置，其中与所述辐射元件协同操作的所述第一固定装置是卡入连接固定装置。
3.根据权利要求1或2所述的装配装置，其中与所述辐射元件协同操作的所述第一固定装置包括能够装配到所述辐射元件的底部的至少一个构件。
4.根据前面任一权利要求所述的装配装置，其中所述电介质部分进一步包括至少一个减震器。
5.根据前面任一权利要求所述的装配装置，其中所述电介质部分由聚合物材料制成。
6.根据权利要求5所述的装配装置，其中所述电介质部分从单件模制。
7.一种平面天线，包括至少一个密集的辐射元件，所述辐射元件包括在其上安装有辐射平面的底部；天线的机械结构的至少一个部件；以及根据前面任一权利要求所述的装配装置，其中所述电介质部分相对于天线的纵轴横向地布置。
8.根据权利要求7所述的天线，其中所述天线的机械结构的部件是天线罩。
9.根据权利要求7所述的天线，其中所述天线的机械结构的部件是反射器。
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