CN107548527A - 具有电子电路的反射器和具有反射器的天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种反射器包括基板、布置在基板上或基板中并被配置为对入射电磁波进行反射的多个反射器结构。反射器还包括电子电路，其布置在基板处、基板上或基板中并被配置为当天线连接到电子电路时控制天线。

Description

具有电子电路的反射器和具有反射器的天线装置
技术领域
本发明涉及具有电子电路的反射器和天线装置，其中反射器可以用于例如对入射电磁波进行反射。此外，本发明涉及有源电子器件集成在主反射器中的双反射器系统。
背景技术
存在解耦的非集成解决方案，其中定向天线、数据处理和无线电前端(即，电子电路)表示彼此连接的分离的模块。这种连接是通过同轴连接、源自电子组件(例如放大器)的输出端的导电迹线、从导电迹线到波导的接合点、接合线连接等建立的。其缺点是整个系统的物理尺寸以及与天线系统的重量和效率有关的损耗，例如从电子器件到天线的接合点中的损耗、匹配损耗等。
在一个印刷电路板上分别实现数据处理的电子器件、无线电前端以及发射和接收天线(馈电天线)的集成解决方案一起应用于所谓的PIFA(平面倒F型天线)或基于印刷电路板的贴片天线或在芯片壳体外辐射的片上天线。这些天线具有宽辐射，不会产生高的方向性，因此不适合于无线电中继应用。相控阵天线还将集成电子器件的原理与印刷电路板上的辐射天线元件组合使用，但是不使用反射器组件来增加方向性，而是使用许多有源天线元件(例如印刷电路板上的贴片天线)的组合辐射以实现方向性。这涉及有源电子器件、移相器和各个天线元件的复杂控制网络。
在不同的方法中，使用具有集成太阳能电池层的所谓反射阵列(例如，反射器元件的阵列)印刷电路板，这对于例如在卫星上产生能量是需要的。这是在无源电子器件的基础上实现的。
图14示出了包括基板104和多个散射元件106的反射阵列102的示意图。与反射阵列102间隔开布置的馈电天线108可以在反射阵列102的方向上发射无线电信号，其中无线电信号被反射阵列102反射。
主反射器(反射阵列102)以及可选的副反射器(其它反射器)可以基于基板上具有反射金属单独元件的印刷电路板来实现，该基板具有下面的金属接地平面，即反射阵列。印刷电路板上的反射元件具有对入射辐射施加期望的相位函数的效果，以便分别对物理弯曲的主反射器和副反射器的功能进行建模。
因此，实现其有效操作的天线反射器和/或天线装置的构思是期望的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种反射器和天线装置，其实现反射器和天线装置的有效操作以及紧凑、可能更轻的构造。
该目的通过独立权利要求的主题来解决。
本发明的核心思想是发现用于控制天线的电子电路可以布置在反射器的基板上或基板中，使得用于控制天线的电路和反射器可以以低损耗(可能固定的)电连接来实现，使得可以忽略两个元件的有损机械可拆卸耦接。以这种方式，可以减少电损耗，这实现了反射器的有效操作。
根据一个实施例，反射器包括基板和布置在基板上或基板中的多个反射器结构。反射器结构被配置为反射入射的电磁波。电子电路布置在基板上或基板中，并且被配置为当天线连接到电子电路时控制天线。这种实现方式的优点是：例如当电子电路包括数据处理和无线电前端时，数据处理和无线电前端之间的功率损耗可以较低。反射器可以以紧凑的方式实现，即具有较小安装空间并且可能具有较轻重量。
根据另一实施例，多个反射器结构被配置为反射入射的电磁波，使得反射的电磁波由于在多个反射器结构处的反射而经历波束聚焦。有利地，通过反射器结构获得要发送的无线电信号的方向性(即，准直或至少较小散射的电磁波)，使得通过反射器实现需要较小发射功率和/或具有高传输路径的信号传输，这导致进一步提高的操作效率。
根据另一实施例，多个反射器结构布置在至少两个不同的基板平面中。基板平面布置为平行于面对电磁波被反射的方向布置的基板表面。有利地，通过两个或更多个基板平面获得反射器的容限鲁棒性。布置在不同基板平面上的反射器结构可以通过基板平面的相对位置来相对于彼此定位。此外，电子电路的组件可以相对于基板平面而定位，从而获得相对于位置偏移的鲁棒性。
根据另一实施例，多个反射器结构中的至少一个反射器结构包括多个(两个或更多个)偶极子结构。有利地，基于反射器结构并且与电子电路相结合，可以使用或实现多个传输通道，例如针对每个偶极子结构一个发送通道，针对每个偶极子结构一个接收通道和/或电子电路和/或连接的天线的同时发送和接收操作。
根据另外的实施例，反射器包括：天线罩结构，该天线罩结构相对于多个反射器结构布置，并且被配置为至少部分地降低多个反射器结构的环境对多个反射器结构的机械或化学影响。所述天线罩结构至少在区域中包括导电结构，该导电结构被配置为反射电磁波，其中所述导电结构相对于所述多个反射器结构布置，使得所述导电结构反射的电磁波被引向多个反射器结构的方向并被所述多个反射器结构再次反射。简单地说，导电结构可以相对于用作主反射器的反射器被布置为副反射器。该实施例的优点在于，获得反射器相对于外部影响的低灵敏度，并且反射器可以用作卡塞格伦反射器结构或格里高利反射器结构。
根据另一实施例，天线布置在基板上或基板中，所述天线连接到电子电路并且被配置为基于电子电路的控制来产生电磁波。该实施例的优点在于，电子电路和天线之间的功率损耗也被降低，使得实现了反射器的更有效的操作。另一优点是，可以实现紧凑的装配，其中反射器和天线彼此相邻地实现，或者甚至以集成的方式实现。
根据另一实施例，天线装置包括：上述反射器、副反射器，副反射器被配置为至少部分地在多个反射器结构的方向上反射天线发射的电磁波，使得副反射器反射的电磁波被引向多个反射器结构的方向并被所述多个反射器结构再次反射。此外，天线装置包括天线，天线连接到电子电路并被配置为基于电子电路的控制产生电磁波并在副反射器的方向上发射电磁波。该实施例的优点在于能够实现天线的集成设计和/或天线装置的有效操作。
根据一个实施例，反射器结构和副反射器包括卡塞格伦配置或格里高利配置。有利地，可以获得天线装置的高方向性，使得需要较少的传输功率和/或获得较大的传输范围。
根据另一实施例，天线被配置为表面安装装置(SMD)。有利地，天线装置作为整体结构包括高功能集成密度，并且可以以较小的安装空间和/或较轻的重量实现天线装置。
根据另一实施例，副反射器相对于反射器的轴向相对位置沿着平行于基板的表面法线的轴向是可变的。有利地，天线装置的辐射特性(例如入射电磁波的聚焦)是可调节的。
根据另一实施例，副反射器相对于反射器的横向相对位置沿着垂直于基板的表面法线的横向方向是可变的，或者主反射器或副反射器相对于反射器的基板的表面的倾角是可变的。该实施例的优点在于，可以改变天线装置的辐射方向，而不改变多个反射器结构的相位函数。
根据另一实施例，天线包括多个天线元件，其中天线元件的第一子集被配置为产生具有第一偏振方向的电磁波，并且其中天线元件的第二子集被配置为产生具有第二偏振方向的电磁波。多个反射器结构的第一子集被配置为当电磁波包括第一偏振方向时以第一反射度反射电磁波，并且当电磁波包括第二偏振时以第二反射度反射电磁波。多个反射器结构的第二子集被配置为当电磁波包括第二偏振方向时以第三反射度反射电磁波，并且当电磁波包括第一偏振时以第四反射度反射电磁波。第一反射度和第三反射度具有比第二反射度和第四反射度更大的值。有利地，可以同时发送和/或接收具有不同偏振的不同信号，并且以这种方式天线装置具有高传输效率。
根据实施例，天线被配置为将在天线装置的方向上发射并由天线装置接收的电磁波引向电路或另一电路。有利地，发送功能、接收功能以及产生电磁波可以以集成的方式实现为一个设备的功能。
根据另一实施例，天线装置包括多个天线和多个副反射器，其中每个副反射器被分配给一个天线。有利地，可以相对于多个天线和多个副反射器以共享方式布置反射器，使得获得多天线装置的高紧致度。
另外的有利实现方式是从属权利要求的主题。
附图说明
将参照附图更详细地讨论本发明的优选实施例。附图示出了：
图1是根据实施例的反射器的示意框图；
图2是根据实施例的具有包括多层板的基板的反射器的示意性侧截面图；
图3a是根据实施例的被实现为矩形的反射器结构的示意性顶视图；
图3b是根据实施例的配置为椭圆形的反射器结构的示意性顶视图；
图3c是根据实施例的实现为两个偶极子结构组合的反射器结构的示意性顶视图；
图3d是根据实施例的包括彼此成角度地布置的三个偶极子结构的反射器结构的示意性顶视图；
图4是根据实施例的通过壳体部件相对于图1的反射器延伸的反射器的示意图；
图5是根据实施例的基板包括通孔的反射器的示意性侧截面图；
图6是根据实施例的天线装置、反射器和天线的示意性框图；
图7是根据实施例的在基板上布置有根据图3c的多个反射器结构的天线装置的示意性框图；
图8是根据实施例的包括喇叭天线的天线装置的示意性框图；
图9是根据实施例的基板包括非平面形式的天线装置的示意性框图；
图10是根据实施例的布置有多个反射器结构和电部分电路的基板的示意性顶视图；
图11是用于说明根据实施例的施加的相位函数的功能的图1的反射器的示意性侧视图；
图12是根据实施例的被配置为折叠反射阵列天线的天线装置的示意性侧视图；
图13是根据实施例的包括喇叭天线和根据图1的反射器的天线装置的示意图；
图14是根据现有技术的反射阵列的示意图。
具体实施方式
在基于附图在以下更详细地讨论本发明的实施例之前，应当注意，在不同的附图中相同、功能上等同或等同的元件、对象和/或结构配备有相同的附图标记，使得对不同实施例中示意的这些元件的描述是可互换的或相互适用的。
图1示出了反射器10的示意性框图。反射器10包括基板12和布置在基板12的表面上的多个反射器结构14。多个反射器结构14被配置为对入射电磁波16(无线电信号)进行反射。此外，反射器10包括布置在基板的与多个反射器结构相同的一侧上的电子电路18。电子电路18被配置为当天线连接到电子电路时控制天线(未示出)。天线可以例如是分别产生和发射电磁波16的天线。
基板12可以是任何载体材料，例如低损耗HF材料(HF＝高频)。可以基于PTFE复合材料(PTFE＝聚四氟乙烯)获得低损耗HF材料。备选或附加地，基板可以至少部分地是硅基板(晶片或其部分)或印刷电路板(PCB)。基板12可以包括彼此连接或由中间片隔开的一个或若干层(片)。中间片例如可以是金属片，其允许屏蔽电磁波16和/或向电子组件供应电源或参考电势(地)。中间片也可以是空气片，即基板的两层可以通过间隔件彼此连接。不同的层22a和22b或22b和22c也可以包括中间空气片，并且例如螺纹连接在一起等。中间空气层可以用于容纳反射器结构或者可以用作反射器结构。
多个反射器结构14示例性地布置在基板12的第一主侧上，即布置在基板12的面对入射电磁波16的一侧上。虽然电子电路18被描述为使得其布置在与多个反射器结构14相同的侧上，但是电子电路也可以完全或部分地布置(例如以部分电路的形式)在基板12的不同侧(例如，相对侧)上。例如当基板12是多层结构时，多个反射器结构14和/或电子电路18也可以完全或部分地布置在基板12上或基板12中。简单地说，关于一个或所有反射器结构14和/或电子电路18，可以布置基板12的另一层，使得相关反射器结构和/或电路18被该另一层覆盖。
反射器结构14可以包括诸如金属或半导体等导电材料。可以选择多个反射器结构的表面几何形状，使得反射器结构14的相应表面形状和/或它们相对于彼此的相对位置对入射电磁波16施加相位函数。导电材料可以例如是铂、金、银、铝、铜、(掺杂)半导体等。多个反射器结构可以例如通过粘合剂、压力或溅射方法或通过汽相沉积布置在基板12上。备选地，多个反射器结构可以通过蚀刻或铣削在PCB中以岛状结构的形式形成。至少一个反射器结构可以通过化学镀金或通过手段或汽相沉积布置。
通过反射器结构14对电磁波16施加的相位函数可以被实现为使得电磁波16通过反射被聚焦或至少被反射器10以较少散射的方式反射。所施加的相位函数可以对反射器10的曲率(例如凸形或凹形)进行建模。这里，多个反射器结构基于相位函数彼此匹配，使得电磁波16在反射器结构14的平面分布和配置上被局部不同地(方向、偏振等)反射，使得对电磁波16施加相位函数。此外，波束轮廓和轮廓成形波束分别可以通过相位函数获得。
图2示出了反射器20的示意性侧截面图。反射器20包括基板12，其中基板12包括印刷电路板或实现为多层印刷电路板。基板12包括一起形成堆叠的部分的第一层22a、第二层22b和第三层22c，其中在第一层22a和第二层22b之间布置有第一至少部分导电的片24a，并且在第二层22b和第三层22c之间布置第二至少部分导电的片24b。片22a、22b和/或22c可以包括例如可以彼此粘合的环氧树脂材料、半导体材料和/或诸如FR-4、卡普顿等的玻璃纤维材料。为了提高清楚性但没有任何限制的效果，基板12的堆叠被描述为使得多个反射器结构14布置在基板12的顶端，并且包括电子部分电路18a-c的电子电路布置在堆叠的底端。显然，取决于反射器20在空间中的取向，指定“顶部”和“底部”可以分别由任何其他指定代替。备选地，多层基板也可以仅包括一层和一个导电片。
导电片24a和24b可以例如包括金属材料，并且可以分别作为接地平面被使用和接触。在上面，导电片24a和/或24b允许电磁波16的(可能完全)反射。这可以涉及电磁波16的未被反射器结构14反射并且进入基板12的部分。分别在导电片24a和/或24b的背离入射电磁波16的一侧上的电子电路和部分电路18a、18b和/或18c的布置允许电子部分电路18a-c不受电磁波的影响。在操作期间，这提供了具体关于电路结构中电磁波16的低电磁耦合方面的优点，电磁耦合将导致对电子电路的功能的不利影响。因此，屏蔽实现了反射器20的增加的电磁兼容性(EMC)。此外，电子部分电路18a-c在与多个反射器结构14不同侧上的布置允许由于反射器结构14对堆叠的上侧的空间利用增加，这是因为电子电路不需要空间。
至少一个反射器结构14布置在基板12的不同于顶侧的基板平面中，例如作为布置在金属片24a上或金属片24a中的结构。例如可以构造金属片24a。这实现了反射器结构14相对于电磁波16增加的(面积)密度，使得具备相位函数的电磁波16的反射部分增加。这允许在操作期间电磁波16的下部耦合到导电片中。备选或附加地，电磁波16的增加部分或全部部分可以具有相位函数。与入射电磁波16相比，反射的电磁波的相位函数可以具有增加的线性度量，这导致增加的容限鲁棒性。
备选地，也可以在第一层22a上布置面对电磁波16的一个或若干电子部分电路18a-c。备选或附加地，一个或若干电子部分电路18a-c可以布置在基板12中，例如布置在第二层22b或第一或第二导电片24a或24b上。
在接地平面24a下面是可以具有电功能或仅用于印刷电路板的稳定性的另一片(第二层22b)。下面是可以是另一接地平面24b，其可以例如与顶部接地平面24a电隔离地形成用于有源电子器件(电子部分电路18a-c)的印刷电路板的底部上的基板层的接地平面。在用于电子器件的另一片(第三层22c)下面，用于控制馈电天线(未示出)的电子组件在其底部上。备选地，基板12也可以仅包括一层、两层或多于三层。简单地说，第二层22b可以不被布置或者可以被配置为若干层的形式。
反射器结构14也可以集成(嵌入)在层22a、22b或22c之一中，例如作为印刷电路板的导电“岛”。如果例如没有布置第二层22b，则可以在层22a和22c之间仅布置金属片24a或24b之一。
此外，反射器结构14可以包括不同的偏振方向(优选方向)。不同的偏振方向可以布置在不同的基板平面上。基板平面可以平行于基板表面(基板12的面对电磁波16或者背离电磁波16的一侧)布置。
基板可以包括例如液晶(LC)基板层，其被布置为使得反射器结构在电磁源波的(虚拟)源和LC基板片之间。通过LC基板片，可以基于印刷电路板以重新调整的方式分别实现主反射器和副反射器的相位分配，即可以基于液晶元件的控制来影响反射特性。
换句话说，图2示出了主反射器印刷电路板的可能的层结构。顶片(即，在第一层22a上方)由反射元件(反射器结构14)形成，该反射元件能够对入射辐射16施加相位函数，并且位于基板(第一层22a)上。在该基板的下方是金属片24a，用作例如接地平面并确保所有入射波束的反射。
代替用于反射元件和电子器件的两个电隔离的接地平面24a和24b，反射器20还可以在层结构中仅包括一个公共接地平面(因此对于反射元件14和电子器件18a-c仅包括一个公共接地平面)，而无需任何其它中间层来稳定印刷电路板。
用于反射元件的主反射器的(上)基板层(基板层22a)可以被实现为一层或以多层的方式实现，其中在多层实现方式中，可以在金属层之间布置另外的反射元件。此外，可以布置将这些层(多层反射阵列)物理连接的粘合剂层。一个优点可能是，多层实现方式的主要优点是主反射器的可实现带宽更大。如果副反射器的层实现为印刷电路板版本，则上述描述也适用于副反射器的层。
用于电子器件的主反射器的底部基板层(22c)可以实现为一层并且还以多层方式实现，其中，在若干层的情况下，同样金属层可以布置有导电迹线和将不同基板层连接的粘合剂层。
主反射器印刷电路板或副反射器印刷电路板的单独基板层可以被粘合或机械地固定/保持在一起或与其他装置粘合或机械地固定/保持在一起。
图3a-d各自示出了反射器结构的可能实施例的示意性顶视图。
图3a示出了被实现为具有第一横向尺寸a和第二横向尺寸b的矩形的反射器结构14-1的示意性顶视图。横向尺寸a和b可以具有不同或相同的值(正方形)。
图3b示出了实现为椭圆形的反射器结构14-2的示意性顶视图。主轴和副轴的比率是任意的。
图3c示出了被实现为两个偶极子结构26a和26b的组合的反射器结构14-3的示意性顶视图。偶极子结构26a和26b彼此垂直布置，从而允许具有不同偏振方向的入射电磁波的高度绝缘和解耦反射。偶极子结构26a和26b的垂直布置允许例如彼此垂直(例如水平和竖直地)的偏振方向的反射，其中这些取向可以在空间中以任意方式各自旋转或一起旋转，或者也可以不同地被指定。备选地，偶极子结构26a和26b也可以具有相差90°的角度和/或反射具有相同或不同角度的偏振方向。
偶极子26a和26b当以与相应偶极子26a或26b的布置相对应的偏振接收到电磁波时各自具有增加的反射度，并且当以不同的偏振方向(具体地，与同相应偶极子26a或26b的布置相对应的偏振垂直布置的偏振方向)接收到电磁波时具有相对减小的反射度。如果例如以第一偏振接收到电磁波，则偶极子结构26a包括例如高(第一)反射度。如果以与第一偏振不同(例如与其垂直)的第二偏振接收电磁波，则偶极子结构26a具有较低(第二)反射度。第一偏振可以被称为相对于偶极子26a的优选方向。例如在第二偏振的情况下，偶极子26b包括高(第三)反射度，并且当电磁波包括第一偏振时，偶极子26b具有反射电磁波的较低(第四)反射度。
第一反射度和第三反射度大于第二反射度和第四反射度。第一反射度和第三反射度或第二反射度和第四反射度也可以相同。简单地说，偶极子26a可以被配置为反射第一偏振，并且偶极子26b可以被配置为反射第二偏振。此外，偶极子结构26a和26b可以被配置为对反射的电磁波施加不同的相位函数。
可以通过将多个天线结构或元件与电子电路连接来获得几种不同的偏振，其中天线结构或元件的第一子集被配置为产生具有第一偏振的电磁波，并且天线结构或元件的第二子集被配置为产生具有第二偏振的电磁波。附加地，可以布置另外的天线结构或元件，其被配置为产生具有至少一个另外的偏振的电磁波。
图3d示出了包括三个偶极子结构26a、26b和26c的反射器结构14-4的示意性顶视图，每个偶极子结构彼此成角度地设置，这允许反射三个相应的偏振。偶极子结构26a-c可以彼此具有任何角度，并且可以匹配到例如要传输的电磁波的偏振。备选地，可以布置多于三个偶极子结构或仅一个偶极子结构。
备选地，反射器结构也可以具有任何其它形式，例如多边形形式、圆形形式、自由形式或形式和/或偶极子结构的组合。
换句话说，当将主反射器和副反射器分别实现为反射阵列时，反射元件可以具有任何几何形状。此外，可以使用任何方法来实现反射器的孔径上的期望的相位变化，例如元件的可变尺寸、安装线部件和/或元件相对于彼此的旋转。
图4示出了相对于反射器10延伸的反射器40的示意图，使得壳体部件28布置在基板12的背离反射器结构14的一侧上。壳体部件28可以例如用作布置在基板12上面对壳体部件28的电子电路的盖。壳体部件28可以包括非导电(例如包括塑料材料或树脂材料)或导电材料(例如金属)。简单地说，壳体部件28可以是金属盖。
天线罩结构32布置在基板12的面对反射器结构14的一侧上。仅为了说明的目的，基板12以相对于壳体部件28以及天线罩结构32偏移的方式布置，即基板12、壳体部件28和天线罩结构32也可以被布置为使得基板被壳体部件28和天线罩结构32包围(容纳)。壳体可以是防水的和/或耐化学腐蚀的。
天线罩结构32至少在某些区域中包括导电结构34。导电结构34被配置为反射电磁波并且相对于多个反射器结构14布置为使得由导电结构34反射的电磁波被引向多个反射器结构14的方向并被多个反射器结构14再次反射。例如，如果天线布置在壳体部件28和天线罩结构32之间(例如在基板12上或基板12中)，则该天线可以被配置为在导电结构34的方向上发射电磁波，使得导电结构34在反射器结构14的方向上反射电磁波。导电结构34可以提供副反射器的功能。副反射器可以被布置为双反射器系统的一部分，其中反射器10和20分别被布置为主反射器。然后，反射器结构14可以提供具有相位函数的电磁波并且(通过天线罩结构32)发射该电磁波。备选或附加地，天线罩结构34还可以包括另外多个反射器结构。
换句话说，可以在主反射器印刷电路板的反射元件/电子器件上方布置天线罩层，以覆盖元件并保护它们免受腐蚀和外部影响或至少减小影响。这个天线罩层可以附加地改变反射元件的反射特性，并且可以分别用作电子器件的散热。
图5示出了反射器50的示意性侧截面图，其中与反射器20相比，反射器50的基板12包括通孔36a和36b，使得可以通过基板12将电信号从电子电路18引向基板12的与电子电路18相对的一侧。天线38布置在基板12上，其被配置为例如以电磁波16的形式发射无线电信号。天线38例如借助于接合线41a和41b分别连接到通孔36a和36b，并因此连接到电子电路18。电子电路18被配置为控制天线38，使得诸如信号形状、传输周期、信号幅度和/或传输频率等电磁波16的参数受到电子电路18的控制的影响。反射器结构(未示出)布置在基板12的与天线38相同的一侧上。
备选或附加地，反射器结构可以布置在基板12中。备选地，电子电路18也可以布置在基板12上的与天线38相同的侧上和/或可以以部分电路的形式实现。天线38在基板12上的布置允许电子电路18和天线38的高度集成布线，这可能引起低功率损耗以及由此的有效操作。因此，反射器50也可以被描述为包括电子电路18、基板12和天线38的天线装置。
天线38可以是任何天线。例如，天线可以是片上馈电天线、贴片天线、PIFA天线、波导天线、硅基天线或任何其他天线。
例如，如果在图4的上下文中描述的包括导电结构的天线罩结构与天线装置50组合，则可以获得包括双反射器系统的天线形式。例如，这种天线形式可以实现为卡塞格伦天线或格里高利天线，使得可以获得集成的卡塞格伦天线或集成的格里高利天线。
换句话说，图5示出了主反射器印刷电路板的底层的电子组件与顶部上的片上馈电天线相连接的示例。在该示例中，电子器件与SMD片上天线的连接通过通孔和可选的接合线实现。副反射器42可以例如是天线罩结构的一部分。
图6示出了包括其上布置有多个反射器结构14的基板12的天线装置60的示意性框图。天线38安装在基板12上与多个反射器结构14相同的侧上，并被配置为产生并发射电磁波16。电磁波16可以被较宽地(空间上)辐射，即具有很大的孔径角。这意味着电磁波16可以具有低方向性。关于基板12，布置另外的反射器结构，以下被称为副反射器42。副反射器42可以例如是以凹形或凸形方式形成的导电层。备选地，副反射器42也可以以平面方式配置，例如包括具有反射器结构的基板和/或印刷电路板，反射器结构被配置为对接收和反射的电磁波16施加相位函数。简单地说，副反射器42被布置和配置为散射从天线38接收的电磁辐射并且至少部分地在反射器结构14的方向上反射电磁辐射。反射器结构14被配置为再次反射由副反射器42反射的电磁波16，并且适应电磁波16的相位函数，使得电磁波16相对于天线38的特性经历波束聚焦。以这种方式，例如可以以准直的方式近似或完全地发射电磁波16，使得作为定向无线电天线的天线装置60的应用是可能的。
图7示出了天线装置70的示意性框图，其中多个反射器结构14-3布置在基板12上。电子电路包括布置在基板12的与反射器结构14-3和天线38相同侧上的部分电路18a和18b。电子部分电路18a和18b例如通过所谓的微带线(MSL)43a和43b分别连接到天线38。副反射器42分别相对于基板12和相对于天线38和/或反射器结构14-3可倾斜角度α。副反射器以凸形方式形成或者被配置为对电磁波施加凸相位函数。角度α可以例如小于90°，小于60°或小于30°。利用副反射器42，电磁波也可以相对于施加的相位函数在空间中倾斜，使得从反射器结构14-3反射电磁波的辐射特性全部改变。
电磁波可以例如在通过角度α可变的空间方向上被反射。此外，副反射器42沿着轴向44可移动。因此，副反射器42与基板12之间的距离和副反射器42与天线38之间的距离分别沿着轴向44可变化。轴向44例如平行于基板12的表面法线46延伸。根据副反射器42的散射特性，天线38与副反射器42之间的距离减小可以引起电磁波的波瓣变窄或扩大。这意味着从反射器结构14-3辐射的电磁波的焦点分别随距离和沿着轴向44的移动而变化。这实现了天线结构70的方向性的调节或校正，这种调节或校正是例如由于可变的环境影响(例如天线装置70和与天线装置70通信的另一天线装置之间的加热和/或可变材料)而引起的。
备选或附加地，副反射器42还可以沿着垂直于表面法线46布置的横向84移动。备选地，副反射器42也可以刚性地布置或仅可倾斜角度α或沿着方向44可移动。
反射器结构14-3的偶极子的位置可以适于从天线装置70发射电磁波的一个偏振或多个偏振。备选或附加地，可以布置其它反射器结构。天线38被配置为将在天线装置的方向上发送并由天线装置70接收的电磁波引向电路(未示出)或布置在例如基板12的背离天线38的一侧上的另一电路。
备选地，基板12和(主)反射器分别也可以包括可以以相同或不同的方式配置的若干天线38。关于多个天线，可以布置多个副反射器42。例如，可以将每个副反射器分配给所布置的天线之一。这实现了多天线装置的结构。
图8示出了包括天线38’的天线装置80的示意性框图。天线38′被实现为喇叭天线。关于天线38′，布置副反射器42，副反射器42被配置为通过相位函数对凹形进行建模。副反射器42′可以实现为例如凹形金属元件。备选地，副反射器42′还可以被实现为(平面)印刷电路板，其被配置为通过反射器结构的合适布置来施加相应的相位函数。
天线装置80可以例如用作格里高利天线。这里，可以独立于天线38和38′的实现来选择副反射器42或42′的配置。以这种方式，天线装置80例如也可以包括天线38和/或副反射器42。
图9示出了天线装置90的示意性框图，其中基板12′(主反射器)包括非平面形状。例如通过若干(可能是平面的)部分基板12a-e相对于彼此分别倾斜布置来获得天线装置90。这也可以分别被称为扇区抛物面和多面反射阵列(具有若干表面的反射器)。通过彼此倾斜的部分基板12a-b，可以获得凹形形式或凸形形式或在基板12′并由此主反射器的部件中连续的形式(例如，抛物面形式)。简单地说，主反射器和/或基板12′可以以若干部件来实现，其中部件可以彼此平行地布置或彼此成角度地布置。天线38例如被布置为偏离中心位置(所谓的偏移馈电)。备选地，天线38也可以布置在几何或区域中心。天线装置90也可以被描述为一维多面反射阵列配置。
换句话说，主反射器可以实现为基于印刷电路板的扇区抛物面(多面反射阵列)，其具有用于控制馈电天线的电子器件和/或具有一个或多个印刷电路板的物理弯曲形式(共形天线)，以实现期望的相位函数。用于控制馈电天线的电子器件布置在这些印刷电路板(即分别为扇区、面和面板12a-e)中的至少一个上。基于印刷电路板的副反射器可以实现为例如扇区形式的多个印刷电路板。与平面配置相比，扇区形式的优点是可以实现更高的天线带宽，并且可以获得反射器结构的更高的相位余量。
图10示出了布置多个反射器结构14-1和部分电路18-d的基板12的示意性顶视图。备选或附加地，可以布置另外和/或不同的反射器结构。
图11示出了用于说明所施加的相位函数的功能的反射器10的示意性侧视图，其中的说明也可以应用于副反射器。由反射器结构14施加给电磁波16的相位函数允许实现反射器10的虚拟模型。虚凹线示出了所实现的反射器的虚拟抛物面形式。因此，反射器10可以包括例如其上布置有反射器结构14的平面基板12。通过相位函数，电磁波16可以被反射，好像电磁波16将被凹(或者备选地凸)或抛物面反射器反射一样。
图12示出了被实现为折叠反射阵列天线的天线装置120的示意性侧视图。天线装置120例如包括喇叭天线38′或备选地任何其它天线形式。关于天线38′，副反射器以偏振光栅或狭缝阵列44的形式布置。偏振光栅或狭缝阵列44被配置为当电磁波16包括第一偏振时，将电磁波16偏振并反射。反射器结构14被配置为旋转电磁波的偏振并且聚焦电磁波16。以这种方式，例如，狭缝阵列44可以被配置为当电磁波16包括旋转的(第二)偏振时，使电磁波16大部分或全部通过。
由于物理弯曲变化，副反射器可以以凸形方式(例如对于卡塞格伦天线)、凹形方式(例如，对于格里高利天线)或作为印刷电路板(反射阵列)来实现。折叠天线(折叠反射阵列)也可以被布置为反射器系统。
在这种情况下，仍然分别给出作为反射阵列的基于印刷电路板的主反射器的聚焦和轮廓成形波束功能。例如，具有与主反射器相似或相同尺寸的偏振选择光栅可以作为副反射器沉积在主反射器的上方。馈电天线仍然可以位于副反射器光栅下方的位置。馈电天线的入射光束以偏振相关的方式被该光栅反射，其中偏振可以在反射期间部分旋转。在主反射器反射阵列的反射期间，分别地入射辐射的偏振再次部分地旋转并且同时以期望的方式聚焦或形成。波束现在可以通过副反射器而不反射。因此，这种折叠形式的天线也可以以非常紧凑的方式构建，然而，由于副反射器的偏振选择性，其同样可以通过一个偏振和主反射器上以实现的反射旋转入射波束的偏振的特定反射元件来实现。
图13示出了包括喇叭天线38′和反射器10的天线装置130的示意图。通过反射器10，获得类似于抛物面主反射器的反射器特性。关于反射器10，副反射器42被布置成反射以2θf的孔径角发射的电磁波16，并将该电磁波16反射到反射器10的方向上。关于反射器10，其起到类似于虚拟天线(虚拟馈电)38v的作用，虚拟天线38v以孔径角2θvf发射电磁波。简单地说，这实现了卡塞格伦天线的功能。
简而言之，上述实施例中的一些可以实现为双反射器系统，例如，卡塞格伦天线、格里高利天线或折叠式天线。馈电天线可以布置在主反射器的中心，并且可以被配置为照射(照亮)副反射器，该副反射器再次配置成照亮主反射器。副反射器可以经由主反射器虚拟地反映馈电天线的功能。与平面金属区域处的反射相反，虚拟反射点可以被凸或凹形式的副反射器(格里高利天线)移位。因此，整个天线装置可以以非常紧凑的方式构建。主反射器可以以抛物面形来实现或者可以被配置为实现相应的相位函数，即引起入射辐射的准直并因此引起方向性。因此，天线可以将高方向性与非常紧凑的结构相结合。
实施例涉及一种被配置为印刷电路板(PCB)的主反射器，附加地主反射器的顶侧或底侧(或另一侧)上驻留有用于给馈电天线馈电的电子器件。在一侧(例如顶侧)上，布置反射阵列以及馈电天线的元件。该馈电天线可以由驻留在印刷电路板的相同或不同侧或两侧上的电子器件来控制。
在实施例中，电子电路(有源电子器件)可以在基板(主反射器)的与反射器结构相同侧上，并且可以被配置为从该侧控制馈电天线。这可以例如通过导电迹线、微带配置、接合线连接等来执行。
馈电天线可以是任何天线，并且可以具有较窄或较宽的辐射特性。馈电天线可以被配置为例如片上天线、喇叭天线、开放波导或相控阵天线。馈电天线还可以包括单独或按组地被激发进行辐射的多个分布式天线元件。馈电天线的其它示例例如是基板集成波导，可能地具有喇叭、具有装配喇叭的(平面)模式转换器、封装天线，印刷平面天线(例如贴片天线)、PIFA天线等。
馈电天线可以包括具有相同或不同偏振的一个或若干单独的馈电天线。因此，分别与主反射器平面和副反射器平面上的特定反射元件结合，可以根据偏振来实现电磁波(无线电信号)的复用、解复用或双工传输。例如，交叉偶极子可以被布置为反射元件。单独偶极子臂可以选择性地反射具有纵向方向的偏振的入射波束的相位。作为交叉偶极子，散射元件(反射器结构)因此可以选择性地反射不同的偏振(例如具有高隔离性的正交线性偏振)，并因此将不同的相位分配施加到不同的偏振波束(例如正交偏振光束)。这允许例如空间分离，即两个线性正交偏振馈电天线的两个焦点。这意味着布置了两个馈电天线。
在实施例中，馈电天线可以布置在(例如竖直)位置，即与主反射器的在主反射器的水平面上的孔径垂直的位置(例如，贴片天线的形式)、更高位置(例如以喇叭天线的形式)，但也可以是更低位置(例如，集成在基板的层之一中)。
实施例包括被配置为辐射各自具有不同频率的电磁波的两个或更多个馈电天线(所谓的多频带反射阵列)。备选或附加地，可以通过时分复用来控制馈电天线。
馈电天线(在主反射器的孔径平面中)的水平(横向)位置可以在中心或不同位置(所谓的偏移馈电)。此外，副反射器的轴向或横向位置可以是可变的。备选或附加地，副反射器也可以倾斜任何角度α(例如，小于90°)。
双反射器系统的(可能必要的)功能是例如波束聚焦，即天线的高方向性。因此，天线可以在定向无线电和/或点到点连接(直接连接)中使用。通过主反射阵列的适合相位分配，轮廓成形辐射(轮廓成形波束)的选项也是可能的。这里，主要应用是例如卫星无线电站。此外，可以实现相位分配(相位函数)，使得获得整个天线的多波束、倾斜波束或任何其他可实现形式的辐射。
在实施例中，主反射器和副反射器可以分别相对于彼此机械移动，以执行例如波束控制和扫描。
上述实施例描述了例如在卡塞格伦天线系统或印刷电路板上的折叠天线中将电子器件和波束反射与副反射器的辐射的特定相位分配相结合的主反射器的实现。这里，一个优点是天线系统的紧凑性和电子器件的可集成性以及印刷电路板上的天线的反射器特性。
实施例可以用于例如定向无线电链路(点对点)、卫星无线电站和/或雷达应用中。此外，根据上述实施例的天线装置可以用于需要具有高方向性或连续辐射的高集成度天线的任何地方。具有主反射镜(反射器)和副反射镜(反射器)作为印刷电路板实现的卡塞格伦反射阵列天线可以视为典型的应用示例。作为印刷电路板的副反射器可以嵌入在辐射透明的天线罩壳体中，而主反射器印刷电路板安装在金属壳体上，金属壳体的功能包括保护电子器件以及屏蔽电子器件(在EMC的意义上)和/或电子组件的散热。两个壳体组件可以机械地(可能以防水和/或耐化学腐蚀的方式)接合，并用沉积的片上馈电天线包围主反射器印刷电路板。外部端子(即用于接触天线装置)可以例如以数据端子的形式和作为供能端子来配置。
虽然上面已经描述了天线和/或天线装置，使得它们被配置为产生和发射电磁波16，但是实施例也可以用于备选或附加地接收电磁波16，使得可以将它们与电子电路或另一电子电路一起评估。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是应当清楚的是，这些方面也表示对相应方法的描述，使得装置的块或器件也对应于相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应块或细节或特征的描述。
上述实施例对于本发明的原理仅是说明性的。应当理解的是，本文所描述的布置和细节的修改和变形对于本领域其他技术人员将是显而易见的。因此，旨在仅由所附专利权利要求的范围而不由通过描述和解释本文的实施例的方式给出的具体细节来限制本发明。
得到了这些结果的研究工作已由欧盟资助。

Claims (20)

1.一种反射器(10；20；40；50)，包括：
基板(12)；
多个反射器结构(14；14-1-4)，布置在所述基板(12)上或所述基板(12)中，并被配置为对入射电磁波(16)进行反射；以及
电子电路(18；18a-d)，布置在所述基板(12)上或所述基板(12)中，并被配置为当天线连接到所述电子电路(18；18a-d)时控制所述天线。
2.根据权利要求1所述的反射器，其中，所述多个反射器结构(14；14-1-4)被配置为对所述入射电磁波(16)进行反射，使得反射的电磁波(16)由于所述多个反射器结构(14；14-1-4)处的反射而经历波束聚焦。
3.根据权利要求1或2所述的反射器，其中，所述基板(12)包括印刷电路板，其中所述印刷电路板包括至少具有第一层(22a)、第二层(24a)和第三层(22b)的堆叠，其中所述第二层(24a)布置在所述第一层(22a)和所述第三层(22b)之间，其中所述多个反射器结构(14；14-1-4)至少部分地布置在所述第一层(22a)处、所述第一层(22a)上或所述第一层(22a)中，并且其中所述第二层(24a)是至少部分导电的。
4.根据权利要求3所述的反射器，其中，所述第二层(22b)形成为电接地平面。
5.根据前述权利要求之一所述的反射器，其中，所述多个反射器结构(14；14-1-4)布置在至少两个不同的基板平面(22a、22b)中，所述至少两个不同的基板平面(22a、22b)布置为与面对电磁波(16)被反射的方向而布置的基板表面相平行。
6.根据权利要求4或5所述的反射器，其中，所述电子电路(18；18a-d)的至少一个部分电路(18a-d)布置在所述基板的背离入射电磁波(16)的一侧上，所述入射电磁波(16)碰撞所述多个反射器结构(14；14-1-4)。
7.根据前述权利要求之一所述的反射器，其中，所述多个反射器结构(14；14-1-4)中的至少一个反射器结构(14-3；14-4)包括多个偶极子结构(26a-c)。
8.根据前述权利要求之一所述的反射器，还包括天线罩结构(32)，所述天线罩结构(32)相对于所述多个反射器结构(14；14-1-4)布置，并且被配置为至少部分地减少所述多个反射器结构(14；14-1-4)的环境对所述多个反射器结构(14；14-1-4)的机械或化学影响，其中所述天线罩结构(32)至少在区域中包括被配置为反射所述电磁波(16)的导电结构(34)或另外多个反射器结构，其中所述导电结构(34)或所述另外多个反射器结构相对于所述多个反射器结构(14；14-1-4)布置，使得被所述导电结构(34)反射的所述电磁波(16)被引向所述多个反射器结构(14；14-1-4)的方向，并再次被所述多个反射器结构(14；14-1-4)反射。
9.根据前述权利要求之一所述的反射器，其中，天线(38；38′)布置在所述基板(12)上或所述基板(12)中，所述天线(38；38′)连接到所述电子电路(18；18a-d)并且被配置为基于所述电子电路(18；18a-d)的控制产生所述电磁波(16)。
10.一种天线装置(50；60；70；80；90；120；130)，包括：
根据权利要求1至8之一所述的反射器(10；20；40；50)；
天线(38；38’)；以及
副反射器(42；42′)，被配置为至少部分地在所述多个反射器结构(14；14-1-4)的方向上反射由所述天线(38；38’)发射的电磁波(16)，使得被所述副反射器(42；42’)反射的所述电磁波(16)被引向所述多个反射器结构(14；14-1-4)的方向，并且再次被所述多个反射器结构(14；14-1-4)反射；
其中所述天线(38；38′)连接到电子电路(18；18a-d)，并且被配置为基于所述电子电路(18；18a-d)的控制产生所述电磁波(16)并在所述副反射器(42；42’)的方向上发射所述电磁波(16)。
11.根据权利要求10所述的天线装置，其中，所述反射器包括天线罩结构(32)，所述天线罩结构(32)相对于所述多个反射器结构(14；14-1-4)布置，并且被配置为至少部分地减少所述多个反射器结构(14；14-1-4)的环境对所述多个反射器结构(14；14-1-4)的机械或化学影响。
12.根据权利要求10或11所述的天线装置，其中，所述天线罩结构(32)包括所述副反射器(42；42’)。
13.根据权利要求10至12之一所述的天线装置，其中，所述基板(12)包括印刷电路板，其中所述印刷电路板包括至少具有第一层(22a)、第二层(24a)和第三层(22b)的堆叠，并且其中所述天线罩结构(33)在所述基板(12)上形成为天线罩层。
14.根据权利要求10至13之一所述的天线装置，其中，所述反射器结构(14；14-1-4)和所述副反射器(42；42′)包括卡塞格伦配置或格里高利配置。
15.根据权利要求10至14之一所述的天线装置，其中，所述天线(38；38′)被配置为表面安装组件。
16.根据权利要求10至15之一所述的天线装置，其中，所述副反射器(42；42′)相对于所述反射器(10；20；40；50)的轴向相对位置是沿着平行于所述基板(12)的表面法线(46)的轴向(44)可变的。
17.根据权利要求10至16之一所述的天线装置，其中，所述副反射器(42；42′)相对于所述反射器(10；20；40；50)的横向相对位置是沿着垂直于所述基板(12)的表面法线(46)的横向方向(48)可变的，或者其中所述副反射器(42；42′)相对于所述反射器(10；20；40；50)的所述基板(12)的表面的倾角α是可变的。
18.根据权利要求10至17之一所述的天线装置，其中，所述天线(38、38′)包括多个天线元件，其中所述天线元件的第一子集被配置为产生具有第一偏振方向的电磁波(16)，并且其中所述天线元件的第二子集被配置为产生具有第二偏振方向的电磁波(16)；
其中所述多个反射器结构(14；14-1-4)的第一子集(26a)被配置为当所述电磁波(16)包括所述第一偏振方向时以第一反射度反射所述电磁波(16)，并且当所述电磁波(16)包括所述第二偏振时以第二反射度反射所述电磁波(16)，
其中所述多个反射器结构(14；14-1-4)的第二子集(26b)被配置为当所述电磁波(16)包括所述第二偏振方向时以第三反射度反射所述电磁波(16)，并且当所述电磁波(16)包括所述第一偏振时以第四反射度反射所述电磁波(16)；
其中所述第一反射度和所述第三反射度具有比所述第二反射度和所述第四反射度更大的值。
19.根据权利要求10至18之一所述的天线装置，其中，所述天线(38、38′)还被配置为将在所述天线装置的方向上发送并被所述天线装置接收的电磁波(16)引向所述电路(18；18a-d)或另一电路。
20.根据权利要求10至19之一所述的天线装置，包括多个天线(42；42′)和多个副反射器(42；42′)，其中每个副反射器(42；42′)被分配给一个天线(42；42’)。
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