CN104106180B - 贴片天线单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于在频带内发送及/或接收信号的天线单元，包括：接地平面4、贴片发射体2、用于将所述天线单元连接到具有终端阻抗的馈电网络的连接点14a以及具有两个终端的探针8a。探针8a位于接地平面4与贴片发射体2之间，贴片发射体2与接地平面4以并列关系排列，使得贴片发射体2与接地平面4之间形成谐振腔，所述天线单元包括与接地平面4以并列关系排列的传输线路10a，传输线路10a连接于探针8a的终端9a并且具有使所述探针的终端9a的阻抗发生变换的长度，传输线路10a包含在贴片发射体2与接地平面4之间的谐振腔范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线单元，尤其涉及双极化探针-馈电贴片天线单元(dual polarprobe-fed patch antenna element)。
背景技术
现在的无线通信系统尤其需要能够在蜂窝无线基站收发信号的天线。天线应输出具有从方位角层面限定的带宽的发射图，使得具有与无线蜂窝覆盖区域不同的其他天线等的覆盖区域相重叠(overlap)的受控区域。所述天线例如可以是三-蜂窝排列(tri-cellular arrangement)或六-扇区排列，以窄带宽工作。
天线阵列的天线单元形态可以包括单一发射结构，或者可以包括天线单元的阵列。天线单元可用于发送或接收信号，或者同时用于收发信号。通常，天线单元在工作方面互易(reciprocal)，即能够以相同特性进行发送或接收。通常，天线单元连接在特定终端阻抗(terminating impedance)即一般为50Ω的馈电网络(feed network)，馈电网络可以是将所述天线单元连接到发射器或接收器等无线系统内其他构件的同轴电缆或印刷的线路。
蜂窝无线系统通常采用极化分集法(polarization diversity),使得各天线单元能够发送和接收正交极化的信号的成分。天线单元通常排列成能够接收向垂直方向±45度线性极化的成分，各天线单元一般为了各极化的信号而具有分离的馈电网络。
公知的天线单元是探针-馈电贴片天线(probe-fed patch antenna)。所述天线单元一般采用圆形或四角形金属导体形态的发射贴片，所述发射贴片通过金属导体形态的探针连接于馈电网络。所述探针通过从选定的馈电点连接所述贴片，为指定应用提供最佳发射属性。双极化贴片天线单元采用两个探针，各探针分别连接于极化用馈电网络，从用于激励目标极化的各馈电点连接到所述贴片。探针-馈电贴片天线单元通常包括形成于所述贴片与接地平面之间的谐振腔(resonant cavity)。现有的所述探针能够在所述接地平面的相反面上通过连接用腔体从所述贴片至通到馈电网络。
通常，探针-馈电贴片天线在所述探针测定时具有包含感抗(inductivereactance)的阻抗。为了将所述贴片连接到所述馈电网络，通常需要几种形态的阻抗匹配网络。其可以是所述探针与所述贴片之间的电容耦合形态，以补偿所述阻抗的电抗成分，但其依存于包括所述腔体的尺寸在内的多种因素，还可能需要实际阻抗、即阻抗成分的变换。
在微蜂窝基站的覆盖区域内用于填补空隙的小型基站等的应用中，重要的是限制所述天线单元的尺寸，尤其是限制垂直于所述贴片的方向的厚度尺寸。所述应用可能需要使用浅腔(shallow cavity),而这可能需要两个复合成分的阻抗匹配，复合成分是电抗与实数，即所述馈电网络的阻抗比所述贴片的阻抗的一部分，也就是电阻(resistive)。电阻匹配可通过具有适当长度的传输线路的阻抗匹配网络实现，但是当通过所述探针与所述馈电网络的连接点之间的网络实现时，一般会增大天线单元的尺寸，并且抵消浅腔的好处。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于解决(address)现有系统局限性的方法。
技术方案
为达成上述目的，本发明一个实施例的用于在频带内发送及/或接收信号的天线单元包括：接地平面；贴片发射体；用于将所述天线单元连接到具有终端阻抗的馈电网络的连接点；以及具有两个终端的探针。其中，所述探针位于所述接地平面与所述贴片发射体之间，所述贴片发射体与所述接地平面以并列关系排列，使得所述贴片发射体与所述接地平面之间形成谐振腔，所述天线单元包括与所述接地平面以并列关系排列的传输线路，所述传输线路连接于所述探针的终端并且具有使所述探针的终端的阻抗发生变换的长度，所述传输线路包含在所述贴片发射体与所述接地平面之间的谐振腔范围内。
所述贴片发射体与所述接地平面之间的谐振腔内包括传输线路的好处是无需为了向所述谐振腔的外部容纳传输线路而增大所述天线单元的尺寸。所述传输线路典型地可以由印刷电路基板的线路即由微带线形成，当具有用于所述传输线路的起接地平面功能的所述天线单元的接地平面时，可以由金属带即微带线形成。但是，金属带线会产生辐射，无遮蔽(shield)时从所述接地平面的另一侧加大干扰。所述贴片发射体也发射和接收干扰。因此，本领域技术人员知道若所述传输线路位于所述腔体内，则所述传输线路与所述贴片发射体之间会相互作用，所述谐振腔的谐振属性受所述传输线路的影响。以往是设计成分离的腔体与传输线路等无线频率回路部分，所述无线频率回路部分为了简化设计过程并避免相互作用，尤其考虑到所述回路部分的辐射，分别位于相分离的空间内。因此，本领域技术人员从来没有考虑过将传输线路设置在所述腔体内。相比于以上考虑，设计成这种相邻方式的天线单元具有优异的输入匹配及控制良好的发射图，性能良好。
根据一个实施例，所述探针具有连接于所述贴片发射体的一个终端及提供所述贴片发射体的馈电点的另一终端，所述传输线路排列成所述贴片发射体的馈电点连接到所述连接点。从而正如所述传输线路在所述连接点的测定结果，优点是能够变换所述馈电点的阻抗。
根据一个实施例，所述传输线路排列成在所述贴片发射体的馈电点的阻抗发生变换，以提供更为接近所述馈电网络的终端阻抗的所述连接点的阻抗，其在所述频带内的频率被测定。其优点是当所述馈电点的阻抗具有小于终端阻抗的实数成分时，所述终端点的阻抗仍能够大概至少与所述馈电网络的终端阻抗匹配。
根据一个实施例，所述连接点至所述馈电点的传输线路的长度是所述频带范围内的频率的0.2至0.5波长范围内的值。这表示上述范围是用于执行所述馈电点与所述连接点之间的阻抗变换的有效长度范围。
根据一个实施例，所述的天线单元还包括预定长度的匹配短截线，所述匹配短截线的一个终端在所述连接点连接到所述传输线路。匹配短截线在所述连接点连接到所述传输线路，从而能够通过无所需电容耦合即可达到效果的所述传输线路附加到阻抗变换，使得所述贴片发射体的馈电点不需要阻抗变换。当所述电容耦合通过所述贴片发射体的导电连接部分与所述贴片发射体的导电发射部分之间的非导电间隙实现时，需要使用价格相对高的印刷电路基板等具有导电及非导电部分的复合物质得到所述贴片发射体。若不需要这种电容耦合，则所述贴片发射体的制造更为简单，价格更为低廉，能够用铝或铜等金属得到。
根据一个实施例，连接到所述传输线路的终端至所述匹配短截线的另一终端对于所述接地平面是开路。采用开路时无需连接到所述接地平面，因此具有便于制造的优点。
根据一个实施例，所述匹配短截线排列成其长度提供并联电容，所述并联电容(shunt capacitance)排列使得在所述贴片发射体的馈电点通过所述传输线路发生的阻抗变换所引起的连接点的阻抗，变换为更加接近在所述频带内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗的值。这是变换阻抗的有效办法。
根据一个实施例，所述传输线路排列成其长度使得所述馈电点的阻抗变换为能够通过所述并联电容变换成充分接近所述馈电网络的终端值的值，以优于10dB反射损耗。减少所述天线的反射损耗，其优点是能够接收或发送更多电力，并且减少反射引起的非期望结果。
根据一个实施例，所述匹配短截线的长度是所述频率的0.1至0.3波长范围内的值，所述传输线路的长度是所述频率的0.3至0.5波长范围的值。这些值提供优异的阻抗匹配属性。
根据一个实施例，所述传输线路在所述频率的实质性长度是0.39波长。发现该值尤其有利。
根据一个实施例，连接到所述传输线路的终端至所述匹配短截线的另一终端对于所述接地平面是短路。由于所述传输线路的长度减小，因此其优点是能够在更宽频带工作。
根据一个实施例，所述匹配短截线排列成其长度提供并联电感，所述并联电感排列成在所述贴片发射体的馈电点通过所述传输线路发生的阻抗变换所引起的连接点的阻抗，变换为更加接近在所述频带内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗的值。
根据一个实施例，所述传输线路排列成其长度使得所述馈电点的阻抗变换为能够通过所述并联电感变换成充分接近所述馈电网络的终端值的值,以优于10dB反射损耗。
根据一个实施例，所述匹配短截线的长度是所述频率的0.05至0.2波长范围内的值，所述传输线路的长度是所述频率的0.2至0.4波长范围内的值。发现这些值尤其有利。
根据一个实施例，所述传输线路在所述频率的实质性长度是0.26波长。
根据一个实施例，所述传输线路通过电容连接到所述贴片发射体。其优点是所述连接点可以省略匹配短截线。
根据一个实施例，所述贴片发射体包括通过非导电的部分而从导电的发射部分分离的导电的连接部分，所述馈电点位于所述连接部分上，所述电容由所述连接部分与所述发射部分之间的电容提供。其优点是能够低成本实现具有优异的无线频率属性的阻抗。
根据一个实施例，所述电容排列成提供所述贴片发射体的馈电点的阻抗，从而当所述贴片发射体的馈电点的阻抗通过所述传输线路变换为提供所述连接点的阻抗时，所述连接点的阻抗相比于所述馈电点与所述贴片发射体的发射部分之间直接耦合，更加接近在所述频率范围内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗。其优点是能够能够实现优异的阻抗匹配。
根据一个实施例，所述电容排列成实质上取消所述频带内的频率下所述馈电点的阻抗的电抗部分。其优点是能够使得源于传输线路的阻抗更为接近终端阻抗。
根据一个实施例，所述传输线路的长度是所述频带范围内的频率的0.2至0.3波长范围内的值。这是尤其有效的范围值。
根据一个实施例，所述传输线路在所述频带内的频率的实质性长度是1/4波长。其是尤其有利的值。
根据一个实施例，所述传输线路排列成在所述连接点测定时具有特性阻抗，使得所述馈电点的所述阻抗值的实数部变换为更加接近所述馈电网络的终端阻抗的实数部的值。这些阻抗值赋予有效的变换。
根据一个实施例，所述传输线路的特性阻抗在30-40Ω范围内。这是尤其有利的值。
根据一个实施例，所述的天线单元还包括连接于所述接地平面且垂直于所述接地平面的导电屏障(barrier)，所述导电屏障排列形成用于限定所述谐振腔的围隔(enclosure)的壁部，所述围隔包括由所述贴片发射体限定的上部面及由所述接地平面限定的底面，所述贴片发射体的周边及所述屏障之间具有非导电间隙。
根据一个实施例，所述贴片发射体实质上是圆形。
根据一个实施例，所述贴片发射体实质上是矩形。其优点是矩形贴片发射体能够被其他矩形装置封装的用于所述天线单元的矩形外廓。
根据一个实施例，所述传输线路由金属带形成。其优点是便于制造所述传输线路，所述传输线路可以具有损耗明显低于固体电介质的空气电介质。
根据一个实施例，所述传输线路由印刷电路基板上的线路形成。其优点是便于制造所述传输线路。
根据一个实施例，所述传输线路并列于所述接地平面，并且受到非导电垫片的支撑。这是制造具有受控阻抗与低损耗的传输线路的简便方法。
根据一个实施例，所述探针排列成与所述贴片发射体构成垂直关系。
根据一个实施例，所述探针由内置于所述传输线路的金属带形成。其优点是可以省略所述探针与所述传输线路之间的焊接。
根据一个实施例，所述天线单元是双极化天线单元，所述天线单元包括第二连接点及第二探针，其中所述第二连接点用于将所述天线单元连接到具有所述终端阻抗的第二馈电网络，所述第二探针具有两个终端，所述第二探针位于所述接地平面与所述贴片发射体之间，所述天线单元包括与所述接地平面以并列关系排列的第二传输线路，所述第二传输线路连接于所述第二探针的终端，排列长其长度用于变换所述第二探针的终端的阻抗变换，
所述第一传输线及所述第二传输线均包含在所述贴片发射体与所述接地平面之间的所述谐振腔内。
所述天线单元是双极化天线单元，所述天线单元包括第二连接点及第二探针，其中所述第二连接点用于将所述天线单元连接到具有所述终端阻抗的第二馈电网络，所述第二探针具有两个终端，所述第二探针位于所述接地平面与所述贴片发射体之间，所述天线单元包括与所述接地平面以并列关系排列的第二传输线路，所述第二传输线路连接于所述第二探针的终端，并且其长度设置成变换在所述第二探针的终端的阻抗，所述第一传输线路及所述第二传输线路两个都包含在所述贴片发射体与所述接地平面之间的所述谐振腔内。
其优点是单极化贴片能够用于发送或接收两个极化。由于所述传输线路之间的耦合能够减少正交极化隔离度(cross-polar isolation),因此所述谐振腔内包括第一及第二传输线路并非显而易见。
本发明的特征及优点可通过以下本发明实施例的说明明确理解，而这些仅作为实施例。
技术效果
本发明天线单元的所述贴片发射体与所述接地平面之间的谐振腔内包括传输线路，从而所述谐振腔的外部无需为了容纳传输线路而增大所述天线单元的尺寸。另外所述天线单元具有优异的输入匹配及控制良好的发射图，性能良好。
附图说明
图1为显示本发明一个实施例的具有能够在延长到698MHz以下的12％频带的频率范围内发送及/或接收信号的单元的双极化天线单元的立体图；
图2为从剖面X-X显示图1的双极化天线单元的剖面图；
图3为从剖面Y-Y显示图1的双极化天线单元的剖面图；
图4为从剖面X-X显示图1的双极化天线单元的剖面图；
图5为显示本发明一个实施例的具有圆形贴片发射体22的双极化天线单元的立体图；
图6为显示本发明一个实施例的包括匹配短截线46a、46b的双极化天线单元的立体图，其中匹配短截线具有短路终端44a、44b；
图7为显示包括探针28a、28b与贴片发射体之间的电容连接的双极化天线单元的立体图。
附图标记说明
2:贴片发射体 4:接地平面
9a、9b:馈电点 10a、10b:传输线路
12a、12b:探针 14a、14b:连接点
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
本发明的实施例将详细说明在12％带宽范围的约700MHz工作的载波频率的蜂窝无线系统所用到的探针-馈电双极化天线单元。但是，其他实施例可包括在500MHz至3GHz范围内或该范围外频率的工作，所述带宽可大于或小于详细说明的实施例中的带宽。实施例并非限定使得以特定的无线系统形态使用。天线单元可单独使用，也可作为天线单元阵列的一部分使用。天线单元不以双极化为必要条件，本发明的实施例包括单极化天线单元(single polar antenna elements)。
在探针-馈电贴片天线的现有设计中，所述探针通过形成于贴片发射体与所述接地平面之间并起连接作用的腔体，从贴片天线的馈电点通到接地平面的另一侧上的馈电网络。通常，所述探针通过电容(capacitance)连接到所述贴片发射体的发射部，电容可以由所述贴片天线的连接部，例如小圆盘与所述贴片发射体的发射部之间的非导电间隙(non-conducting gap)形成。所述电容可充分补偿所述探针的电感，使得能够实现接近无线系统，例如馈电网络广泛使用的50Ω标准终端阻抗的所需实数阻抗。无线频率系统中重要的是对共同连接的无线频率级(stages)的阻抗进行匹配，而其原因是这使得级之间的电力传输最大化，反射程度最小化。反射损耗(return loss)表示连接标准终端阻抗时测定的从设备反射的电力，通常优选的是使设备之间实现优异的阻抗匹配，以最小化反射损耗。一般可以给天线设定反射损耗，例如优于10dB，这表示不足10％的电力从连接点(connectionpoint)反射。现有的探针-馈电贴片天线单元的厚度减小时，所述探针在电容补偿后通常会表现为50Ω的标准终端阻抗的实数成分，即具有电阻(resistive)的阻抗。其原因在于所述贴片发射体与所述接地平面之间的间距(clearance)减小。
根据本发明的一个实施例，探针-馈电贴片天线单元的厚度减小，从而降低的阻抗可通过所述贴片发射体与所述接地平面之间腔体内所包括的传输线路的长度得到补偿。与设置在腔体外部的情况相反，可节省用于容纳传输线路的额外高度或宽度。
图1为显示本发明一个实施例的具有能够在延长到698MHz以下的12％频带的频率范围内发送及/或接收信号的单元的双极化天线单元的立体图。本实施例中天线单元可适用到用于填补微蜂窝基站覆盖区域内空隙的小型基站内，根据特定应用，天线单元的尺寸在与限定为约25mm的贴片相垂直地测定的厚度及平面图的面积的角度均受限制。并且，本发明一个实施例的天线单元要求在约120度带宽的方位角内生成波束。
如图1所示，天线单元包括接地平面4、贴片发射体2、两个传输线路10a、10b及将各传输线路连接到馈电网络的两个连接点(connection points)14a、14b,以使各信道通过具有指定极化的天线进行接收或发送。贴片发射体2与接地平面4以并列关系排列，使得贴片发射体2与接地平面4之间形成谐振腔，各传输线路10a、10b与接地平面以并列关系排列。各传输线路排列成所述贴片发射体的各馈电点9a、9b连接到各连接点14a、14b，馈电点9a、9b可以是各探针8a、8b的终端。各探针从作为所述馈电点工作的终端9a、9b经过探针12a、12b的另一终端连接到所述贴片发射体。各传输线路10a、10b排列成具有从连接点14a、14b到贴片发射体2的馈电点9a、9b的长度，从而所述贴片发射体的馈电点的阻抗发生变换，以提供相比于频带内的频率，一般是所述频带的约中心频率测定的所述连接点的阻抗，更加接近所述馈电网络的终端阻抗的所述连接点的阻抗。另外，所述阻抗可以在所述频带范围内的预定频率测定得出，使得在所述频带阻抗匹配达到最佳，或者使得所述频带的任何部分都不出现不如特定量的阻抗匹配。例如，两个传输线路10a、10b可包括在贴片发射体2与接地平面4之间的谐振腔内。
图1显示连接于两个连接点14a、14b的两个同轴电缆16a、16b，所述同轴电缆16a、16b能够形成用于各极化的馈电网络的一部分。如图1所示，匹配短截线20a、20b在各连接点14a、14b连接到各传输线路10a、10b。匹配短截线20a、20b不同于现有贴片天线，无需连接到所述贴片发射体所需的电容耦合(capacitive coupling)，对通过传输线路10a、10b导入的阻抗变换追加提供阻抗变换。根据本发明的一个实施例，连接到所述传输线路的终端至所述匹配短截线的另一终端对于所述接地平面是开路，从而无需像短路情况一样连接到接地平面，这能够简化制造过程。所述匹配短截线排列成其长度提供并联电容(shuntcapacitance)。所述并联电容的值被选择为追加到通过所述传输线路连接到所述贴片发射体的馈电点的阻抗变换，以进一步变换各连接点的阻抗。通过阻抗的追加变换，连接点14a、14b的阻抗能够更加接近要求的所述终端阻抗50Ω。
可结合设计使得通过所述传输线路及所述匹配短截线产生的阻抗变换对工作频带达到最佳匹配。各传输线路10a、10b可排列其长度使得各馈电点9a、9b的阻抗变换为能够通过所述并联电容变换成充分接近所述馈电网络的终端值的值，以优于10dB反射损耗。
根据本发明的一个实施例，所述匹配短截线的长度是所述工作频带内频率的0.1至0.3波长范围内的值，所述传输线路的长度是0.3至0.5波长范围内的值。图1所示实施例中，所述传输线路的实质性长度是0.39波长，所述匹配短截线的长度约为0.2波长。
图1所示实施例中，所述接地平面具有环绕周边部的导电壁部6，以提供电磁屏蔽(electromagnetic shielding)功能。所述壁部形成连接于所述接地平面的导电屏障(barrier),并且垂直于所述接地平面。壁部6形成用于限定所述谐振腔的围隔(enclosure)，所述围隔包括由所述贴片发射体限定的上部面及由所述接地平面限定的底面。如图1所示，非导电间隙(non-conductive gap)由贴片发射体2的周边与壁部6之间提供。
图1所示实施例中，各传输线路10a、10b由金属带形成，例如所述金属带可以是易于制造的铜或铝带。所述传输线路可包括损耗明显小于固体电介质的空气电介质。另外，所述传输线路可以由印刷电路基板上的线路(track)形成。
图1所示实施例中，贴片发射体9a、9b的各馈电点是垂直地连接于所述贴片发射体的探针8a、8b的终端。如图1所示，各探针8a、8b由内置于传输线路10a、10b的金属带形成。另外，各探针可以是焊接在各传输线路10a、10b及贴片发射体2的例如直径为1.5mm的金属杆(metallic rod)。
图2为从剖面X-X显示图1的双极化天线单元的剖面图。图2显示连接于贴片发射体2的探针8a、8b，从连接点14a、14b通到各传输线路的剖面显示连接到同轴电缆16a、16b。
图3为从剖面Y-Y显示图1的双极化天线单元的剖面图。传输线路10b排列成与所述接地平面构成并列关系，受非导电垫片18a、18b、18c、18d及18e支撑。这是一种制造具有受控阻抗及低损耗的传输线路的简便方法。
图4为从剖面X-X显示图1的双极化天线单元的剖面图。所述双极化天线单元包括导电罩42。所述罩可以由聚碳酸酯形成，可从外部环境中保护所述天线单元。
图5为显示本发明一个实施例的具有圆形贴片发射体22的双极化天线单元的立体图。如图5所示，接地平面24可延长到超出壁部24。主要工作原理类似于图1所示的包括长方形或正方形贴片发射体的天线单元的工作原理。传输线路30a、30b的尺寸、开路短截线40a、40b及探针28a、28b类似于图1，探针28a、28b具有分别连接于所述贴片天线的一个终端32a、32b及从所述贴片发射体用馈电点连接到各传输线路的另一终端29a、29b。同轴电缆36a、36b同图1所示连接到连接点34a、34b。
图6为显示本发明一个实施例的包括匹配短截线46a、46b的双极化天线单元的立体图，其中匹配短截线具有短路终端44a、44b。其也可以通过具有开路终端的短截线实现。其由于传输线路48a、48b的长度减小，从而能够在更宽频带工作，但是由于需要焊接匹配短截线与接地平面，因此会产生连接费用。各匹配短截线46a、46b排列成其长度提供并联电感(shunt inductance)，所述并联电感可排列使得通过各传输线路48a、48b连接到所述贴片发射体的各馈电点9a、9b的阻抗变换引起的各连接点14a、14b的阻抗，变换为更加接近在工作频带内的频率测定的或在工作频带内的数点最佳化的馈电网络的终端阻抗的值。各传输线路48a、48b排列成其长度使各馈电点在此指各探针8a、8b的终端9a、9b的阻抗变换为通过所述并联电感变换为能够充分接近所述馈电网络的终端值(terminating value)的值,使得优于10dB反射损耗。
根据本发明的一个实施例，各匹配短截线46a、46b的长度是0.05至0.2波长范围内的值，各传输线路48a、48b的长度是0.2至0.4波长范围内的值。如图6所示，各传输线路48a、48b的实质性长度可以是0.26波长，匹配短截线46a、46b的长度是约0.1波长。
图7为显示包括探针28a、28b与贴片发射体之间的电容连接的双极化天线单元的立体图。在另一实施例中，各传输线路52a、52b通过所述电容连接的电容连接到所述贴片发射体。其优点是连接点54a、54b处可以省略匹配短截线。根据本发明的一个实施例，所述贴片发射体包括通过非导电部分50a、50b从导电发射部分(conductive radiating part)分离出来的导电连接部分。连接于各传输线路52a、52b的各馈电点29a、29b是各探针28a、28b的一个终端，各探针从其另一终端32a、32b连接到所述贴片发射体的各连接部(connectingpart)。所述电容由所述连接部与所述贴片发射体的发射部之间的电容提供。其提供具有优异的无线频率属性的电容。
根据本发明的一个实施例，所述电容排列成提供所述贴片发射体的各馈电点29a、29b的阻抗，从而当所述贴片发射体的各馈电点的阻抗通过各传输线路52a、52b变换为提供各连接点54a、54b的阻抗时，各连接点54a、54b的阻抗相比于所述馈电点与所述贴片发射体的发射部之间直接耦合的情况，更加接近所述馈电网络的终端阻抗。所述电容可排列成实质上取消所述频带范围内的频率下各馈电点的阻抗的电抗部分(reactive part)。根据本发明的一个实施例，各传输线路52a、52b的长度是0.2至0.3波长范围内的值。图7所示的实施例中各传输线路52a、52b的实际长度是1/4波长。各传输线路排列得使在各连接点54a、54b测定时具有特性阻抗，使得各馈电点28a、28b的阻抗值的实数部变换为更加接近所述馈电网络的终端阻抗的实数部的值。根据本发明的一个实施例，所述传输线路的特性阻抗范围是30-40Ω。图7所示本发明的实施例中所述阻抗约为35Ω。
图1至图7的实施例中单极化天线单元可通过省略用于所述双极化天线单元的一个极化的所述短截线、传输线路及连接点等要素实现。
产业上的可应用性
所述本发明的实施例作为例示的目的，本发明所属领域的普通技术人员在本发明思想范围内可进行多种修正、变更及附加，而这些修正、变更及附加应视为包含在权利要求书的范围内。
Claims (31)
1.一种天线单元，其是用于在频带内发送及/或接收信号的天线单元，其特征在于，包括：
接地平面；贴片发射体；用于将所述天线单元连接到具有终端阻抗的馈电网络的连接点；具有两个终端的探针；以及预定长度的匹配短截线，
其中，所述探针位于所述接地平面与所述贴片发射体之间，所述贴片发射体与所述接地平面以并列关系排列，使得所述贴片发射体与所述接地平面之间形成谐振腔，
所述天线单元包括与所述接地平面以并列关系排列的传输线路，所述传输线路连接于所述探针的终端并且具有使所述探针的终端的阻抗发生变换的长度，
所述传输线路包含在所述贴片发射体与所述接地平面之间的谐振腔范围内，
所述匹配短截线的一个终端在所述连接点连接到所述传输线路。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述探针具有连接于所述贴片发射体的一个终端及提供所述贴片发射体的馈电点的另一终端，所述传输线路排列成所述贴片发射体的馈电点连接到所述连接点。
3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路排列得使在所述贴片发射体的馈电点的阻抗发生变换，以提供在所述频带内的频率被测定并且更为接近所述馈电网络的终端阻抗的所述连接点的阻抗。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的天线单元，其特征在于：
所述连接点至所述馈电点的传输线路的长度是所述频带范围内的频率的0.2至0.5波长范围内的值。
5.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
连接到所述传输线路的终端至所述匹配短截线的另一终端对于所述接地平面是开路。
6.根据权利要求5所述的天线单元，其特征在于：
所述匹配短截线排列成其长度提供并联电容，所述并联电容排列使得在所述贴片发射体的馈电点通过所述传输线路发生的阻抗变换所引起的连接点的阻抗，变换为更加接近在所述频带内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗的值。
7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路排列成其长度使得所述馈电点的阻抗变换为能够通过所述并联电容变换成充分接近所述馈电网络的终端值的值，以优于10dB反射损耗。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的天线单元，其特征在于：
所述匹配短截线的长度是所述频带内的频率的0.1至0.3波长范围内的值，所述传输线路的长度是所述频率的0.3至0.5波长范围的值。
9.根据权利要求8所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路在所述频率的实质性长度是0.39波长。
10.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
连接到所述传输线路的终端至所述匹配短截线的另一终端对于所述接地平面是短路。
11.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于：
所述匹配短截线排列成其长度提供并联电感，所述并联电感排列使得在所述贴片发射体的馈电点通过所述传输线路发生的阻抗变换所引起的连接点的阻抗，变换为更加接近在所述频带内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗的值。
12.根据权利要求11所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路排列成其长度使得所述馈电点的阻抗变换为能够通过所述并联电感变换成充分接近所述馈电网络的终端值的值,以优于10dB反射损耗。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的天线单元，其特征在于：
所述匹配短截线的长度是所述频带内的频率的0.05至0.2波长范围内的值，所述传输线路的长度是所述频率的0.2至0.4波长范围内的值。
14.根据权利要求13所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路在所述频率的实质性长度是0.26波长。
15.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路通过电容连接到所述贴片发射体。
16.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：
所述贴片发射体包括通过非导电的部分而从导电的发射部分分离的导电的连接部分，连接于各传输线路的各馈电点是各探针的一个终端，各探针从其另一终端连接到所述贴片发射体的各连接部，所述电容由所述连接部分与所述发射部分之间的电容提供。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的天线单元，其特征在于：
所述电容排列成提供所述贴片发射体的馈电点的阻抗，从而当所述贴片发射体的馈电点的阻抗通过所述传输线路变换为提供所述连接点的阻抗时，所述连接点的阻抗相比于所述馈电点与所述贴片发射体的发射部分之间直接耦合，更加接近在所述频带范围内的频率测定的所述馈电网络的终端阻抗。
18.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：
所述电容排列成实质上取消所述频带内的频率下所述贴片发射体的馈电点的阻抗的电抗部分。
19.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路的长度是所述频带范围内的频率的0.2至0.3波长范围内的值。
20.根据权利要求19所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路在所述频带内的频率的实质性长度是1/4波长。
21.根据权利要求15所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路排列成在所述连接点测定时具有特性阻抗，使得所述贴片发射体的馈电点的阻抗值的实数部变换为更加接近所述馈电网络的终端阻抗的实数部的值。
22.根据权利要求21所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路的特性阻抗在30-40Ω范围内。
23.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，还包括：
导电屏障，其连接于所述接地平面且垂直于所述接地平面，
所述导电屏障排列形成用于限定所述谐振腔的围隔的壁部，所述围隔包括由所述贴片发射体限定的上部面及由所述接地平面限定的底面，所述贴片发射体的周边及所述屏障之间具有非导电间隙。
24.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述贴片发射体实质上是圆形。
25.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述贴片发射体实质上是矩形。
26.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路由金属带形成。
27.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路由印刷电路基板上的线路形成。
28.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述传输线路并列于所述接地平面，并且受到非导电垫片的支撑。
29.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述探针排列成与所述贴片发射体构成垂直关系。
30.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述探针由内置于所述传输线路的金属带形成。
31.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：
所述天线单元是双极化天线单元，
所述天线单元包括第二连接点及第二探针，其中所述第二连接点用于将所述天线单元连接到具有所述终端阻抗的第二馈电网络，所述第二探针具有两个终端，所述第二探针位于所述接地平面与所述贴片发射体之间，所述天线单元包括与所述接地平面以并列关系排列的第二传输线路，所述第二传输线路连接于所述第二探针的终端，并且排列成其长度用于变换所述第二探针的终端的阻抗，
所述传输线路及所述第二传输线路均包括在所述贴片发射体与所述接地平面之间的所述谐振腔内。
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