CN104347948A

CN104347948A - 改进型槽线天线

Info

Publication number: CN104347948A
Application number: CN201410374524.7A
Authority: CN
Inventors: 亚当·坦基伦
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: KR20150016103A; CN104347948B; KR102112263B1; US9606158B2; US20150035707A1

Abstract

本发明的天线包括形成平面槽线天线的两个天线元件。所述天线还包括在包围所述天线元件的两层上的吸收元件。所述吸收元件成形为部分地覆盖所述天线元件并且部分地没有覆盖所述天线元件。而且，它们成形为抑制所述天线元件的至少一个双极子模并且不抑制所述天线元件的槽线模。

Description

改进型槽线天线

技术领域

本发明涉及一种改进型槽线天线。

背景技术

为了制造具有低生产成本的宽带天线，通常采用传统的Vivaldi天线。Vivaldi天线由电路板上的渐变槽线天线构成。尽管常规的Vivaldi天线在信号频率创造了具有双极子辐射模的电短天线，但天线宽度W约比信号波长的一半还短(W<λ/2)。在那些频率，没用的辐射频率电流在馈送同轴线缆的外屏蔽部上流动。因此，线缆提供了不均衡的馈送，并且也变成了天线部分。这使得辐射模式朝向类似双极辐射模式转变。例如，欧洲专利EP1425818B1示出了这样一种Vivaldi天线。另外，电短天线在馈送部分具有典型的低反射率。

因此，本发明的目的是制造一种具有高方向辐射模式和低反射率的宽带天线。

发明内容

上述目的通过独立权利要求的技术特征解决。从属权利要求包含进一步创新。

在本发明天线的第一个方面，所述天线包括形成平面槽线天线的两个天线元件。所述天线还包括在包围所述天线元件的两层上的吸收元件。所述吸收元件成形为部分地覆盖所述天线元件，部分地没有覆盖所述天线元件。而且，它们成形为抑制所述天线元件的至少一个双极子模，且不抑制所述天线元件的槽线模。通过采用以上设置，可以获得天线的高方向性和高带宽。

根据本发明的第二个方面，优选地，在两层上的吸收元件具有相同的形状或至少几乎相同的形状。这导致所述天线的高度对称辐射模式。

在本发明的第三个优选方面，所述天线元件为渐缩的。这种设置可获得所述天线的高带宽，低反射率和期望的方向。

在本发明的第四个优选方面，所述天线元件形成Vivaldi天线。因此可以达到高方向性和高带宽。

在本发明的第五个优选方面，所述天线元件由电路板上的金属化层构成。所述吸收元件成形为覆盖所述天线元件的外部且不覆盖所述天线元件的内部。由于低频所激发的不希望的偶极子模的原因，电流在所述天线元件的外部流动，至少，通过所述吸收元件而包围所述天线元件的外侧，至少使所述偶极子模能够被抑制。对于期望的槽线模被发射的高频，电流主要在所述天线元件的内部流动，因而将不会被抑制。因此，吸收元件不设置在那里。

在本发明的第六个优选方面，所述天线元件由电路板上的金属化层构成。所述吸收元件成形为覆盖所述天线元件的外部。所述电路板和所述吸收元件均扩展超过所述天线元件的这些外部。可以这样做，这是因为以低频在所述天线元件的外侧流动的电流所形成的电场区扩展超过所述天线元件所覆盖的区域。通过在超过所述天线元件的外部的这些区域中放置由所述电路板支撑的吸收元件，这些电场能够被抑制。

根据本发明的第七个优选方面，所述天线元件也由电路板上的金属化层构成。所述吸收元件位于所述电路板的金属化层侧和所述电路板的非金属化层侧。不仅在所述电路板的金属化层侧，还在所述电路板的非金属化层侧，通过抑制所述电场区，所述天线的方向性和带宽可以得到进一步提高。

根据本发明的第八个优选方面，所述天线元件也由电路板上的金属化层构成。所述金属化层被保护层大部分地覆盖。尽管所述保护层在馈线连接区被中断。所述馈线连接区设置在两个天线元件之间的最窄点。通过覆盖大部分表面区域，所述天线被完美地保护。通过留出没有被覆盖的馈线连接区，在两个天线元件之间具有最低距离的尤其是敏感区域，辐射频率影响达到最小。

根据第九个优选方面，所述天线元件也由电路板上的金属化层构成。所述天线包括连接器，其用于连接外部线路。而且，还包括连接到所述连接器和所述天线元件的馈线，以将信号从所述外部线路馈送到所述天线元件。这种情况下，所述馈线优选为形成阻抗变压器，用于将同轴馈线的阻抗转换为天线阻抗。例如，可以采用窄细的馈线。如果天线阻抗不同于线阻抗，那么会获得最优的能量转换。

根据本发明的第十个优选方面，所述天线元件也由电路板上的金属化层构成。所述天线元件包括辐射边缘。所述电路板的形状大致跟随所述辐射边缘的形状，并稍微扩展超过所述辐射边缘。因此，天线元件被所述电路板完美地支撑。多余电路板区域引起的不利影响被阻止，可以减少天线内的散射。通过在各天线元件之间以槽形式剪切电路板，可以提高周围空气中的信号能量与所述电路板中的信号能量之比。因此，传输线介质变得更加均匀，且散射效应被减小。这会防止方向衰减，尤其是在频率范围的更高处。

根据本发明的第十一个优选方面，天线系统包括两个前述的天线。所述两个天线沿着它们的天线元件之间的对称轴垂直交叉安装。所述两个平面天线元件构成了三维天线系统。当只使用前述的一个天线时，可以获得发射信号的线性极化。通过使用此处所描述的天线系统，能够获得任意极性的电磁辐射或两个正交线性极化。可选择地，通过在两个天线信号之间增加90°相位，能够达到圆极化发射信号。

根据第十二个优选方面，所述天线系统包括垂直于所述天线安装在所述天线的非辐射侧上的基板以及被安装在所述基板上的吸收元件，优选地，以朝向天线的辐射侧的方向扩展。因此，可以防止两个天线之间不希望的交叉影响和来自基板的反射。

在优选的第十三个方面，天线包括形成平面槽线天线的两个天线元件。所述天线元件由电路板上的金属化层构成。在该情况下，所述天线元件包括辐射边缘。所述电路板的形状跟随所述辐射边缘的形状，并稍微扩展超过所述辐射边缘。如前面所述，通过减少信号散射，可以达到高方向性。

在本发明的第十四个优选方面，提供一种用于测量无线设备的辐射的测试室，包括封住电磁辐射的厢体和前述天线或天线系统。待测试的设备放置在所述测试室内，并且很容易地被测量。由于本发明中的天线和天线系统只要求小空间，所以所述测试室具有小尺寸。

引入吸收元件的动机在于，有利地抑制除了槽线模以外的所有其它模。在天线宽度W或天线长度L比λ/2稍长的频率，沿着天线的金属边缘，可以激起一些潜在的电磁模。吸收元件也将抑制这些模。结果会获得宽的带宽，高方向性和低反射率。

附图说明

结合对附图的具体描述将会更好地理解本发明的这些和其它技术特征，现在，结合相关附图对本发明的示例性实施例做进一步解释，其中，

图1表示本发明天线的第一实施例的正视图和后视图，其隐藏了吸收元件；

图2表示本发明天线的第一实施例的正视图和后视图的第二示意图；

图3表示采用本发明天线获得的电压驻波比(VSWR)曲线；

图4表示采用本发明的不带切口的天线所获得的绝对增益曲线；

图5表示采用本发明天线所获得的交叉极化比(XPR)曲线；

图6表示本发明天线的第二实施例的正视图和后视图，其隐藏了吸收元件；

图7表示采用本明的带有切口的天线所获得的绝对增益曲线；

图8表示本发明天线的第三实施例；

图9表示在天线系统中本发明天线的第四实施例的正视图和后视图；

图10表示本发明的测试室的实施例。

具体实施方式

首先，根据图1-2，介绍本发明天线的第一实施例的总体结构和功能。然后图3-5示出了采用本发明天线的实施例所获得的测试结果。再通过图6-9具体描述本发明天线的其它实施例。最后，根据图10，描述本发明测试室的实施例。相似部件和附图标记已在不同的附图中被部分省略。

第一实施例

图1所示为本发明天线的第一实施例。在图1中，为了清楚和理解的目的，并未示出天线的所有部件。在图2中，示出了天线的所有部件。在图1的左侧，示出了天线1的正视图。在右侧，示出了天线1的后视图。

天线1包括电路板10和在电路板10的正面形成为金属化层11的两个天线元件12，13。这两个天线元件12，13没有电连接。天线元件13直接连接到连接器17，而天线元件12则通过电线19和馈线18连接到连接器17。例如，连接器17为同轴连接器。在这种情况下，天线元件13连接到同轴连接器的屏蔽部，而天线元件12则连接到同轴连接器17的中心线上。

天线元件12，13对称设置在电路板10的正面。电路板10从对称轴向外扩展超过天线元件12，13的范围。而且，天线元件12，13在它们的外边缘关于对称轴设有凹口14，15。

在图2中，示出了包括所有相关部件的图1中的天线。在对图2的描述中，部分省略了相同的部件。吸收元件20，21，22和23设置在包围天线元件12，13的两层上。吸收元件20，21，22，和23设置在电路板10的正面和后面。吸收元件20-23优选为介电常数εr在10和100之间的泡沫材料。

吸收元件20，21和吸收元件22，23之间的距离d₁优选在20mm至100mm之间，最优选为约60mm。而且d₁处于天线的整个宽度的30％至70％的范围内。最优选地，d₁为整个天线的宽度的50％。

天线的整个宽度W在50mm至200mm之间，优选为在80mm至140mm之间，最优选为约120mm。

吸收元件20-23基本上关于电路板10和关于天线元件12，13的对称轴对称。

在天线元件的上面和下面，吸收元件20-23设置在电路板10的外侧35。外侧35相对于天线元件12，13的中心对称轴更为靠外。吸收元件20-23的外侧吸收元件区域110相对于中心对称轴比天线元件12，13更向外扩展。

相对于天线元件12，13的中心对称轴，内侧34没有被吸收元件20-23覆盖。而且，吸收元件20-23相对于天线元件12，13的发射边缘形成凹口33。另外，吸收元件20-23在外侧35形成凹口24，25，28，29。优选地，这些凹口24，25，28，29可以被用来安装天线。另外，吸收元件20-23在天线1的非发射侧形成凹口26，27，30，31。这些凹口26，27，30，31也可以被用于安装天线1。

在图1中所示的金属化层11大部分地被保护层覆盖。因此，该保护层直接设置在没有形成天线元件12，13的电路板10上以及形成有天线元件12，13的天线元件12，13上。所述保护层优选设置在电路板的顶面和底面。在馈线连接区域39附近，在保护层内形成有凹口32。这样做，是为了使保护层不会影响天线的无线电频率性能，尤其是在天线的敏感区，在那里天线元件12，13具有最小的间距。保护层内部的凹口32朝向天线的发射侧扩展直到天线元件12，13之间的距离达到d₂。优选地，d₂在2mm至8mm之间，最优选为5mm。

在图3中，示出了本发明天线的示例的性能。不同天线类型的VSWR(电压驻波比)通过频率展示出来。曲线40和曲线41示出了示例性常规天线。曲线42所示为本发明天线的示例性实施例。可以很清楚地看到，本发明天线的性能是最优的。

而且，在图4中，通过频率示出了不同天线类型的绝对增益。曲线50所示为本发明天线的性能，而曲线51-54所示为常规宽带天线的性能。可以清楚地看到，本发明的天线是非常优越的。

而且，在图5中，示出了不同天线类型的交叉极化比。曲线60所示为本发明天线的示例性实施例的交叉极化比XPR，而曲线61和62所示为常规宽带天线的交叉极化。同样，从此处可以看出本发明的天线是最优的。

第二实施例

在图6中，示出了本发明天线的第二实施例。在该实施例中，天线2不必包括吸收元件。此处，天线2的电路板70在天线2的发射侧还包括凹口72。电路板70的形状跟随天线元件的发射边缘71的形状。电路板70扩展超过天线元件的形状而稍微进入天线的发射方向。在天线元件的发射边缘，天线元件内流动的电流会在周围空气和电路板绝缘体中沿着天线元件的发射边缘产生电磁场。这两种介质具有产生散射效应的不同电容率。切口72可以减少该散射并提高辐射方向性。

而且，在图7中，示出了图6所示的实施例的绝对增益111。在12GHz以上，增益没有像图4所示的没有切口72的天线那样衰减。

可选择地，图1和图2和图6所示的实施例的技术特征可以组合。因此，图2所示的吸收元件20-23可以设置在图6所示的电路板70上。在这种组合的实施例中，可以获得高方向性和高带宽。

第三实施例

在图8中，示出了本发明天线83的第三个实施例。天线83是天线系统3的一部分，天线系统3包括天线83，基板80(天线83垂直安装在基板80上)，安装在基板80上的吸收座81，和安装在吸收座81上的多个吸收元件。吸收元件82从天线的非发射侧朝向天线83的发射侧扩展，并平行于天线而安装。优选地，吸收元件比天线83稍短。天线83为根据本发明天线的前述其中一个实施例的天线。

第四实施例

在图9中，示出了本发明天线系统4的实施例。两个天线93和94垂直设置。它们在天线元件所限定的中心对称轴处相交。天线93，94安装在基板90上，基板90上还安装有吸收座91和吸收元件92。在图9的左侧，示出了天线93，94和吸收座91和吸收元件92。为达清楚目的，在图9的右侧，仅示出了天线93，94和基板90本身。

第五实施例

最后，在图10中，示出了本发明测试室5的实施例。测试室5包括能够封住电磁辐射的厢体101，和至少一个天线100或根据其中一个前述实施例的天线系统。天线100或天线系统安装在厢体101的内表面上。被测设备102放置在厢体101内。厢体101的内表面完全被吸收元件覆盖。为达清楚目的，此处仅显示了这些吸收元件的一部分。

本发明不限于本文所述的例子。以上讨论的本发明不仅可以应用在发射天线上，也可以应用在接收天线上。在测试室外部使用也是可能的，例如在基站等等。这些示例性实施例的特征可以任意组合使用。

现在，已经描述了本发明的少量实施例、其一些修改或变形，显然，对于本领域内的技术人员来说，上述内容仅是示例性的并非限定性的，它们仅以示例方式给出。本领域普通技术人员可提出多种修改和其它实施例，这均在所附的权利要求书所限定的本发明的保护范围内。

Claims

1.一种天线，包括形成平面槽线天线的两个天线元件，

其中，所述天线包括在包围平面槽线天线的层的两层上的吸收元件，所述吸收元件成形为

-部分地覆盖所述天线元件，

-部分地没有覆盖所述天线元件，

-抑制所述天线元件的至少一个双极子模，并且

-不抑制所述天线元件的槽线模。

2.根据权利要求1所述的天线，其中，在两层上的吸收元件具有相同或几乎相同的形状。

3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件为渐缩的。

4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件形成Vivaldi天线。

5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述吸收元件成形为覆盖所述天线元件的外部，并且

所述吸收元件成形为不覆盖所述天线元件的内部。

6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述吸收元件成形为覆盖所述天线元件的外部，并且

其中，所述电路板和所述吸收元件扩展超过所述天线元件的外部。

7.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述吸收元件位于所述电路板的金属化层侧和所述电路板的非金属化层侧。

8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述金属化层被保护层大部分地覆盖，并且

其中，所述保护层在馈线连接区被中断。

9.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述天线包括用于连接外部线路的连接器，并且

其中，所述天线包括连接到所述连接器和所述天线元件的馈线，以将信号从所述外部线路馈送到所述天线元件。

10.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中所述天线包括用于连接外部线路的连接器，

其中，所述天线包括连接到所述连接器和所述天线元件的馈线，以将信号从所述外部线路馈送到所述天线元件，并且

其中，所述馈线形成阻抗变压器。

11.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述天线元件包括辐射边缘，

其中，所述电路板的形状大体上跟随所述辐射边缘的形状，并扩展超过所述辐射边缘。

12.一种天线系统，包括两个根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线沿着它们的天线元件之间的对称轴垂直交叉安装。

13.根据权利要求12所述的天线系统，包括垂直于所述天线安装在所述天线的非辐射侧上的基板，并包括被安装在所述基板上的吸收元件。

14.一种天线，包括形成平面槽线天线的两个天线元件，

其中，所述天线元件由电路板上的金属化层形成，

其中，所述天线元件包括辐射边缘，

其中，所述电路板的形状跟随所述辐射边缘的形状，并扩展超过所述辐射边缘。

15.一种天线系统，包括两个根据权利要求14所述的天线，其中，所述天线沿它们的天线元件之间的对称轴垂直交叉安装。

16.根据权利要求15所述的天线系统，包括垂直于所述天线安装在所述天线的非辐射侧上的基板，并包括被安装在所述基板上的吸收元件。

17.一种用于测量无线设备的辐射的测试室，包括封住电磁辐射的厢体和根据权利要求1至11或14或15中任一项所述的天线或根据权利要求12或13或15或16中任一项所述的天线系统。