CN109417225A - 天线和包括天线的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及：具有底侧和相对的顶侧的天线基层，该天线基层具有在堆叠方向上从底侧延伸到顶侧的至少一个通孔，其中，所述至少一个通孔中的每一个在天线基层的底侧处的第一部分被配置成容纳对应波导的端部；在堆叠方向上被布置在天线基层的顶侧上的天线主层，其中，天线主层包括：作为在堆叠方向上天线主层的最下层的第一导电子层，该第一导电子层包括至少一个第一非导电槽，所述至少一个第一非导电槽被布置成使得每个第一槽在堆叠方向上与天线基层的至少一个通孔中的对应通孔至少部分地交叠；在堆叠方向上被布置在第一子层上方的第二导电子层，第二子层包括被配置成将来自天线基层的电磁波转换成用于带状线传输的电磁信号的至少一个第一电路系统，其中，至少一个第一电路系统中的每一个与至少一个第一槽中的对应第一槽至少部分地交叠，并且第二子层还包括用于带状线传输的至少一个传输线以及被配置成将带状线传输的传输信号转换成从第二子层辐射出的电磁波的至少一个第二电路系统，其中，传输线将至少一个第一电路系统中的第一电路系统与至少一个第二电路系统中的对应第二电路系统连接；在堆叠方向上被布置在第二子层上方的第三导电子层，该第三导电子层包括至少一个第二非导电槽，其中，至少一个第二槽中的每一个被布置成在堆叠方向上与至少一个第二电路系统的对应第二电路系统至少部分地交叠；在堆叠方向上被布置在天线主层的第三导电子层上方的天线壁层，该天线壁层包括在堆叠方向上从天线壁层的底侧延伸到天线壁层的顶侧的至少一个腔，其中，至少一个腔中的每一个被布置成使得腔在堆叠方向上与第三子层的对应第二槽交叠；顶层，其包括至少一个导电贴片，所述至少一个导电贴片被布置在天线壁层上使得至少一个贴片中的每一个在堆叠方向上与天线壁层的对应腔交叠。

Description

天线和包括天线的系统

技术领域

本发明涉及天线、包括天线和块的系统以及用于制造天线的方法，所述块包括至少一个波导。

背景技术

大规模MIMO(Massive MIMO,mMIMO)通信系统将部署在5G移动接入环境中，以进一步提高所实现的频谱效率并且提供用户所需求不断增加的吞吐量。这些大规模MIMO系统被设想成既在常规移动接入频率(sub-6GHz)下操作也在毫米波(millimeter-wave,mmW)频率(例如30GHz)下操作，在sub-6GH和毫米波频率中存在大量未被充分使用的频谱。

在mMIMO基站中，数量“庞大”的RF收发器将直接集成在天线阵列之后，并且将允许(借助于数字波束成形)自适应地跟随特定用户的非常窄天线波束的成形和转向。与传统的基站天线面板相比，5G mMIMO基站的天线系统将有很大的不同。完整的天线阵列应最好通过全自动化过程来制造并且作为系统集成的单个部件来提供。此外，阵列的多个端口应当以高度简化和小型化的方式与基站的有源收发器连接，以便支持数字波束成形方案。此外，可能需要在较小的天线元件组(从同一收发器馈送)之间以零成本和整个系统的零复杂度增加来进行一些基本的模拟波束成形。

迄今为止毫米波(mmW)频率已经被采用在移动通信环境下，主要用于点对点(回程)链路。在这样的系统中，所采用的天线阵列是高增益天线，其尺寸在电气和物理上都很大，主要在单个端口馈送，并且被适当地安装以便实现任何这种系统对之间的完美对准。这些天线技术与mmW 5G mMIMO系统中需要的天线有很大的不同。在mmW 5G mMIMO系统的环境中采用的天线技术更类似于迄今为止在有源电子扫描阵列(在大范围的应用中采用的雷达系统)中采用的天线技术，其中不同之处在于：用于移动接入的天线系统将始终需要展现更小的形状因子、实现与有源收发器的最大可能集成，并且以最低可能的成本大批量可靠和可重复地进行生产。

mmW 5G mMIMO天线阵列需要克服的最大挑战是阵列元件之间的物理间距(初步由操作波长决定并且通常设置在0.5λ和1λ之间)比可用有源收发器的物理尺寸以及提取这些收发器上散发的热量所需的物理区域明显要小(1个数量级)。因此，这种天线阵列(在mmW频率下)与多个有源收发器的集成被证明非常具有挑战性。因此，将需要巨大的努力和一流的创新来解决这个问题。

5G mMIMO mmW移动接入系统到目前为止是5G研究领域中的一个热门且非常新的话题，并且关于这种应用的天线技术迄今仅公布了有限数量的文献。例如，W.Roh,J.Y.Seol等人于2014年2月在IEEE Comm.Mag上发表的“Millimeter-Wave Beamforming as anEnabling Technology for 5G Cellular Communications:Theoretical Feasibilityand Prototype Results”中涉及在5G mmW mMIMO接入节点上采用基于PCB的天线区域。如图1所示，在该原型布置中使用的天线区域完全是基于PCB的(PCB印刷贴片)并且位于接入节点的中央，而有源电路系统围绕天线系统构建在同一PCB上。多个天线端口使用基于PCB的传输线与多个收发器的有源电路系统连接。然而，这种方法将很难在商业系统中采用，主要是因为天线系统本身以及其与系统的其余部分互连的方式二者都是特别有损耗的。预计这种RF前端的效率会很低。此外，已经使用的基于PCB的互连线路和天线公司馈送网络预期会与自身发生寄生辐射的贴片辐射器相互作用，并且最终使接入节点的总辐射性能恶化。为了解决上述现有技术文档的天线系统的一些天线性能问题，可以采用替选天线技术。这样的替选天线技术例如是Yujian Li和Kwai-Man Luk于2014年11月在IEEE TAP第62卷第11期以及A.B.Guntupalli和Ke Wu于2014年在IEEE AWPL第13卷中提出的天线技术，其中，图2和图3分别示出了这两个现有技术文档中的对应布置。

关于图2中示出的布置，在两个PCB之间插入了具有嵌入式空气腔的铝层(铝板)，以便允许形成阵列的谐振贴片(位于顶PCB上)在自由空间中(部分地)谐振，从而以这种方式减小由阵列的介电损耗引起的效率降低。在底PCB上，使用基于PCB的馈送网络(基底集成波导技术)从单个矩形WG端口馈送整个区域。

在图3中示出的布置中，还提出了在谐振贴片下使用空气腔以减少天线的介电损耗。然而，在图3的这种方法中，在PCB层内形成空气腔，以这种方式消除了使用铝层的需要。图3中这种方法的优点在于天线的制造过程得以简化，但是缺点是腔的高度由介电芯的可用厚度(而不是贴片的设计要求)初步决定，并且性能比铝基空气腔差。

发明内容

因此，本发明要解决的问题是提供适于在5G mMIMO mmW移动接入系统内集成的天线。通过独立权利要求的主题来解决该问题。在各个从属权利要求中进一步限定有利的实现方式。

在第一方面中，提供了一种天线，包括：具有底侧和相对的顶侧的天线基层，该天线基层具有在堆叠方向上从底侧延伸到顶侧的至少一个通孔，其中，所述至少一个通孔中的每一个在天线基层的底侧处的第一部分被配置成容纳对应波导的端部；在堆叠方向上被布置在天线基层的顶侧上的天线主层，其中，天线主层包括：作为在堆叠方向上天线主层的最下层的第一导电子层，该第一导电子层包括至少一个第一非导电槽，所述至少一个第一非导电槽被布置成使得每个第一槽在堆叠方向上与天线基层的至少一个通孔中的对应通孔至少部分地交叠；在堆叠方向上被布置在第一子层上方的第二导电子层，第二子层包括被配置成将来自天线基层的电磁波转换成用于带状线传输的电磁信号的至少一个第一电路系统，其中，至少一个第一电路系统中的每一个与至少一个第一槽中的对应第一槽至少部分地交叠，并且第二子层还包括用于带状线传输的至少一个传输线以及被配置成将带状线传输的传输信号转换成从第二子层辐射出的电磁波的至少一个第二电路系统，其中，传输线将至少一个第一电路系统中的第一电路系统与至少一个第二电路系统中的对应第二电路系统连接；在堆叠方向上被布置在第二子层上方的第三导电子层，该第三导电子层包括至少一个第二非导电槽，其中，至少一个第二槽中的每一个被布置成在堆叠方向上与至少一个第二电路系统中的对应第二电路系统至少部分地交叠；在堆叠方向上被布置在天线主层的第三导电子层上方的天线壁层，天线壁层包括在堆叠方向上从天线壁层的底侧延伸到天线壁层的顶侧的至少一个腔，其中，所述至少一个腔中的每一个被布置成使得腔在堆叠方向上与第三子层的对应第二槽交叠；顶层，其包括至少一个导电贴片，所述至少一个导电贴片被布置在天线壁层上使得至少一个贴片中的每一个在堆叠方向上与天线壁层的对应腔交叠。

根据第一方面的发明提供了在小占用区域内有合理的大量波导端口向天线馈电的机会，这是因为所有波导都被固定在天线基层上。可以在由不同波导端口馈送的天线的部分之间实现数字波束成形。此外，实施方式可以用PCB技术(带状线技术)实现模拟/静态波束成形，这使得可以实现天线的小型化(特别是就其厚度而言)以及各种波束成形功能(振幅和相位渐变)的合成以及以任何所需的极化激发贴片。可以在从同一波导端口馈送的天线元件(导电贴片)之间实现这种模拟/静态波束成形。此外，天线的馈送网络不会自行辐射，因为它可以完全屏蔽外界。此外，根据第一方面的布置允许导电贴片的辐射谐振可以在填充空气的腔中被支持，以这种方式增强其功率效率并且抑制寄生效应如表面波。此外，根据第一方面的布置允许改善其各个贴片之间的隔离，这也改善了其总功率效率、其有源匹配性能以及其极化纯度。此外，根据第一方面的布置允许使用任何形状的任何单个或堆叠的贴片来实现所需的辐射性能。此外，根据第一方面的布置(在mmW区域中)也是可缩放的。此外，根据第一方面的布置也可以在全自动过程中大量生产。此外，本发明的实施方式提供高度天线集成并且达到良好的辐射性能。

在天线的第一实现形式中，天线基层内的每个通孔包括第二部分，其中，每个通孔的第一部分从天线基层的底侧延伸到对应通孔的第二部分，其中，每个通孔的第二部分从其对应的第一部分延伸到天线基层的顶侧，其中，每个通孔的第二部分的尺寸适于使第一部分的阻抗与对应的第一槽的阻抗匹配。由此，以非常有效和简单的方式，可以将对应的波导附接到天线的天线基层，其中，对应波导的一端被设置在天线基层的底侧处的第一部分内。此外，由于第一部分和第二部分的尺寸被配置成使得第一部分的阻抗与天线主层的第一导电子层的对应非导电第一槽的阻抗匹配，所以可以确保布置所需的有效的阻抗匹配。

在天线的第二实现形式中，天线主层包括布置在第一导电子层和第二导电子层之间的第一介电子层，其中，天线主层还包括布置在第二导电子层和第三导电子层之间的第二介电子层。由此，可以通过仅改变第一介电子层和/或第二介电子层的厚度来自由地适应第一子层、第二子层和第三子层之间的距离。此外，通过提供第一介电子层和第二介电子层，也可以以非常有效的并且有成本效益的方式进行制造过程，因为在制造整个布置特别是天线主层时，第一导电子层、第二导电子层和第三导电子层中的每一个可以被设置在对应介电层的预组装的顶部和底部表面上，其最终可以以完全自动化和标准化的过程接合在一起。

此外，在天线的第三实现形式中，第三导电子层包括两个或更多个第二槽，并且在第三导电子层中的两个或更多个第二槽中的每一个之间设置有切口，该切口沿堆叠方向延伸至少穿过第二介电子层。在该布置中，在第二非导电槽之间设置有切口，其中，切口可以用作通过与天线壁层的对应对准销接合而将第三导电子层与天线的所有其他层附接和对准。

在天线的第四实现形式中，在天线壁层的底侧上设置有对准销，并且对准销与天线主层中的对应切口接合。因此，这些对准销可以被用于插入到第三导电子层的对应切口中，以将天线壁层与天线主层紧密固定和对准。

在天线的第五实现形式中，在第三子层的两个或更多个第二槽之间设置有至少一个过孔，所述至少一个过孔沿堆叠方向延伸穿过天线主层，其中，过孔的内表面镀有导电材料。由此，第一电路系统和/或第二电路系统和/或第二电路系统的不同列的传输线可以彼此去耦。

在天线的第六实现形式中，在天线壁层的顶侧上设置有对准销，并且对准销与顶层中的对应切口接合。由此，可以以有效的并且简单的方式确保将天线壁层与天线的所有其他层附接和固定，并且同时可以确保将天线壁层与天线的所有其他层对准。此外，天线壁层特别用于限定天线主层和顶层之间的一定距离，使得通过限定天线壁层的一定厚度，可以自由调整顶层和天线主层之间的距离。

在天线的第七实现形式中，顶层包括介电基底，其中，导电贴片被布置在基底的顶侧或底侧上或基底的两侧上。由此，不仅可以在介电基底的一个表面上而且可以例如在介电基底的两个表面上设置贴片，由此通过例如在顶层的对应表面上印刷贴片来提供在顶层上设置贴片的各种的可能性。

在天线的第八实现形式中，顶层包括两个或更多个贴片并且在两个或更多个贴片之间在顶层中设置有切口。通过在贴片之间设置这些切口，可以将顶层附接到天线的所有其他层，并且同时提供顶层与所有其他层的对准。

在天线的第九实现形式中，顶层包括两个或更多个贴片并且在两个或更多个贴片之间设置有具有内镀表面的过孔。通过在贴片之间设置这些过孔，贴片可以彼此隔离并且表面波也可以被抑制。

在天线的第十实现形式中，过孔的两端都覆盖有金属化焊盘。通过设置这些焊盘，可以进一步改善各个贴片之间的隔离。

在天线的第十一实现形式中，天线基层和天线壁层由导电材料优选地铝制成。因此，可以提供重量非常轻的天线，这使制造容易且具有成本效益。

在天线的第十二实现形式中，对于至少一个第一电路系统中的每一个，第一电路系统被配置成将作为来自天线基层的电磁波的信号分离成构成用于第一电路系统的两个相对侧在垂直于堆叠方向的平面内的带状线传输的电磁信号的两个信号，其中，两个相对侧的每一侧包括至少一个第二电路系统，其中，两侧上的至少两个电路系统在平面内一起构成第二电路系统的列。

这特别用于实现以下布置，在该布置中，可以通过第一电路系统以非常有效的方式将来自下方(即表示来自波导的经由天线基层的)的电磁信号分离成用于带状线传输的电磁信号，使得由第二导电子层提供的空间可以被有效地用于布置第一电路系统和第二电路系统。因此，可以以在第二子层内不存在未使用的空间的方式布置第一电路系统和第二电路系统。此外，以如该实现形式中的方式设置第一电路系统和第二电路系统提供了在第二导电子层内制造第一电路系统和第二电路系统的非常有效和简单的方式。

在第十三实现形式中，分离之后的两个信号具有不同的相位。由此，可以提供从第二子层朝向具有各种频率的顶层辐射的电磁波。

根据第十四实现形式，在平面内设置有多于一列的第二电路系统，由此成形第二电路系统的阵列。特别地，设置第二电路系统阵列的这种布置用于提供第一电路系统和第二电路系统的非常结构化的布置，同时高密度的第一电路系统/第二电路系统是可能的，并且第二子层可以尽可能有效地用于容纳第一电路系统和第二电路系统。此外，由于构成这种阵列的第二电路系统的非常结构化的布置，第二子层内的第一电路系统和第二电路系统的制造也得到改善。

根据第二方面，提供了一种系统，其包括：根据第一方面或第一方面的实现形式中的任一个所述的天线以及包括至少一个波导的块，其中，块附接到天线并且波导具有本体，该本体具有带有开口的第一端，并且第一端被天线基层的对应通孔包围，并且波导的作为最大延伸方向的主延伸方向与对应通孔的主延伸方向一致。由此，提供了包括天线和对应波导的系统，该系统用于天线和波导的非常紧凑的布置，实现了已经关于第一方面提及的优点。

在第三方面中，提供了用于制造根据第一方面或第一方面的实现形式中的任一个的天线的方法，该方法包括以下步骤：在堆叠方向上堆叠天线基层、天线主层、天线壁层和顶层，并且通过使用导电或非导电环氧树脂将这些层粘合在一起或者通过使用螺钉特别是微型螺钉将这些层固定在一起而将这些层组装在一起。由此，可以提供一种制造方法，其使用简单且具有成本效益的技术来组装天线。

附图说明

将在以下结合附图对具体实施方式的描述中解释本发明的上述方面和实现形式，在附图中，

图1涉及现有技术文件中的布置；

图2涉及另一现有技术文件中的布置；

图3涉及又一现有技术文件中的布置；

图4示出了根据本发明的实施方式的天线的示意性截面图；

图5示出了图4中的天线的分解图；

图6示出了图4中的天线的更详细的示意性侧视图；

图7示出了之前附图中的天线的天线基层的透视图；

图8a示出了之前附图中的天线的第一导电子层的俯视图；

图8b示出了之前附图中的天线的第二导电子层的俯视图；

图8c示出了之前附图中的天线的第三导电子层的俯视图；

图9示出组装状态的俯视图，在该组装状态中第一导电子层、第二导电子层和第三导电子层被组装，由此形成之前附图中的天线的天线主层；

图10a示出了之前附图中的天线的天线壁层的透视图；

图10b示出了根据图10a的天线壁层的放大图；

图11示出了图10a的天线壁层的侧视图；

图12示出了之前附图中的天线的顶层的透视图；

图13示出了之前附图中的天线的俯视图；

图14a示出了根据本发明实施方式的组装天线的照片；

图14b示出了图14a中的天线的天线主层、天线壁层和顶层的照片；并且图14c示出了图14b中的天线的截面图中的照片。

具体实施方式

通常，必须注意的是，本申请中描述的所有布置、设备、元件、单元和装置等可以通过软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中所描述的各种实体执行的所有步骤以及所描述的要由各种实体执行的功能旨在表示相应的实体适于被配置成执行各个步骤和功能。即使在特定实施方式的以下描述中，特定功能或步骤将由一般实体执行并且未反映在该实体的执行该特定步骤或功能的特定详细元件的描述中，技术人员应当清楚，可以在各个的硬件或软件元件或其任何种类的组合中实现这些元件和功能。此外，在所描述的各个设备元件的功能中实施本发明的方法及其各个步骤。

图4示出了根据本发明的实施方式的天线的截面图。可以看出，天线10在堆叠方向上包括四层，即天线基层20、天线主层30、天线壁层60和顶层70。此外，天线主层30在堆叠方向上包括第一导电子层32，接着是沿堆叠方向的第一介电子层31、第二导电子层40、第二介电子层31'以及第三导电子层50。此外，在图4中的实施方式中，分别在顶层70的顶侧和底侧上设置有导电贴片72。此外，在天线基层20的下方设置有块90，块90在本示例中包括八个波导100，每个波导100具有本体110，如图4中虚线所指示的。在这种情况下，每个波导100的一端被附接到天线基层20。在这种情况下，在图4中未示出天线基层的第一部分/第二部分与波导100的特定附接。因此，图4仅示意性地示出了天线的对应层的主堆叠顺序。

此外，图5是图4中示出的具有全部四层即天线基层20、天线主层30、天线壁层60和顶层70的天线的分解图。顶层70被示为两件式元件，然而，这仅仅是可选的并且顶层70当然也可以是单件式元件。天线基层20例如可以是具有用于连接到波导100而且也用于安装天线的对应的多个通孔的固体导电块(例如由诸如铝的金属或金属化塑料制成)。天线主层30例如可以是多层PCB。天线壁层例如可以是具有用于容纳顶层70的贴片的多个通孔的导电框架(例如由诸如铝的金属或金属化塑料制成)。顶层70例如可以是另一PCB。

此外，图6示出了天线的示意性侧视图，其侧重于天线基层20，其中，可以清楚地看到在天线基层20中设置有第一部分27和第二部分28。因此，基层20的每个通孔26由两部分即第一部分27和第二部分28组成，其中，每个通孔26的第一部分27从天线基层20的底侧22延伸到对应通孔26的第二部分28，并且每个通孔26的第二部分28从其对应部分27延伸到天线基层20的顶侧24。在这种情况下，每个通孔26的第二部分28的尺寸适于使第一部分27的阻抗与第一导电子层32的对应第一槽34的阻抗匹配。这类似于用于确保波导和天线主层30之间所需的阻抗匹配的有效方法。

此外，图7涉及天线基层20的透视图。天线基层20是导电元件，例如由铝或金属化塑料制成。在图7中，可以看到布置成一排的八个通孔26，其中，在这些通孔中的每一个上，可以附接对应波导100的端部，使得在该示例中天线基层20上可以附接八个波导100。在图7中示出的实施方式中，在每个通孔26之间可以设置对应的另外的孔25(可能是螺纹的)，用于将天线基层20与所有其他天线层附接和对准的附接目的。此外，还可以设置另外的孔25'(可能是螺纹的)，其可以在图7中在天线基层20的边缘上看到，可以如在另外的孔25中那样将螺钉插入孔25'中，用于进一步固定天线基层20并且使其与天线的所有其他层和剩余的RF系统(即进入的波导100)对准。因此，天线基层20可以用于将波导与天线(即天线端口)对准，并且还用于将天线安装在无线单元的剩余部分上。如以上已经提及的，图7中示出的通孔26用作阻抗变换器，其用于将波导与天线互连并且将波导的阻抗变换成天线的阻抗。应当注意，图7中仅示出了示例性的八个通孔26，并且当然通孔26的数目也可以是任意的。此外，还可以自由选择另外的孔25、孔25'的数目和尺寸。

图8a示出了天线主层30的第一导电子层32的俯视图。在第一导电子层32中，优选地如图8a中那样将第一非导电槽34设置成一行。在图8a的实现形式中，这些第一非导电槽34可以被构造成细长槽。槽可以在堆叠方向上从第一导电子层32的底侧延伸到第一导电子层32的顶侧。此外，第一非导电槽34中的每一个被布置在第一导电子层32内，使得每个第一槽34在堆叠方向上与天线基层20的对应通孔26至少部分地交叠，使得电磁波可以从波导100通过第一导电子层32传输到在堆叠方向上设置在第一导电子层32上方的第二导电子层40成为可能。

此外，图8b示出了在堆叠方向上布置在第一子层32上方的第二导电子层40的俯视图，其中，第二子层40可以包括如图8b的实施方式中那样布置成行的八个第一电路系统42，其中，这八个第一电路系统42中的每一个都可以被配置成将通过槽34从对应波导100接收的电磁波转换成用于带状线传输的电磁信号，其中，带状线传输指的是通过信号线(导线)和适当地布置在信号线周围的两个对应的接地面进行的电流/电压的传输。此外，这些第一电路系统42中的每一个在第二导电子层40内被设置成与第一导电子层32的对应的第一槽34至少部分地交叠。在图8a至图8c的实施方式中，设置了与第一导电子层32的八个第一非导电槽34对应的八个第一电路系统42，使得每个第一非导电槽34在堆叠方向上与第二导电子层40的对应第一电路系统42至少部分地交叠。因此，每个第一非导电槽34被分配给一个对应的第一电路系统42。此外，在图8b中，第二子层40包括用于带状线传输的传输线和对应的第二电路系统46，第二电路系统46被配置成将带状线传输的传输信号转换成从第二子层40向第三导电子层50辐射的电磁波，其中，传输线44将第一电路系统42与对应的第二电路系统46连接。在图8b中示出的布置中，对于每个第一电路系统42，第一电路系统42被配置成将来自对应波导100的进入电磁波分离成构成用于第一电路系统42的两个相对侧在垂直于堆叠方向的平面内的带状线传输的电磁信号的两个信号，其中，在图8b的实施方式中，两个相对侧中的每一侧包括彼此串联连接的多个第二电路系统46。第一电路系统42的一侧上的这些第二电路系统中的每一个串联连接，使得第一电路系统42的两侧上的所有第二电路系统46在垂直于堆叠方向的平面内一起形成第二电路系统46的列46'。在图8b的实施方式中，八列第二电路系统46彼此相邻设置，由此形成跨整个平面延伸的第二电路系统46的阵列。由此，在图8b中示出的布置中，在第二导电子层40的中间设置一行第一电路系统42，其中，垂直于该行第一电路系统42的主延伸方向设置第二电路系统46的列。由此，可以提供图8b中示出的结构。在第二导电子层40的布置中，第二电路系统42分别由C形传输线构成，其对称地激发布置在顶层70中的辐射贴片72的预定极化。此外，由于第一电路系统42的布置和在第一电路系统42的两侧上的第二电路系统46的相对布置，在对应的第一电路系统42的两侧上的信号具有不同的相位。由此，可以在辐射贴片72中生成特定的辐射图案。在图8b的布置中，电磁波信号从对应的波导100被传送到第二导电子层40，到达特定的第一电路系统42并且被转换成带状线信号，该带状线信号是利用特定电压/电流传送到第二电路系统46的对应列的所有第二电路系统46的信号，这类似于每列内的模拟(静态)波束成形。此外，也可以在列之间支持数字波束成形。如在图8b的布置中，在作为图8b中的多个第一电路系统42的主延伸方向的行方向上实现数字波束成形，并且在作为每列第二电路系统46的主延伸方向的列方向上实现模拟波束成形。应当注意，第一电路系统42(每列一个)和第二电路系统46的数目可以任意选择，并且图8b仅示出8列×14行布置的示例。

此外，图8c示出了第三导电子层50的俯视图。第三导电子层50包括第二非导电槽52，其中，第二非导电槽52中的每一个被布置成在堆叠方向上与对应的第二电路系统46至少部分地交叠。由此，如可以从图8c中清楚地得出，第二槽52被布置成列和行，由此形成如由第二电路系统46在第二导电子层40中形成的阵列那样的对应的阵列。特别地，这些第二槽52可以如图8c中那样(以+/-45°)倾斜，这使得能够进一步提供从天线10辐射的信号的特定极化。第二槽52的精确取向限定了从天线10辐射的辐射信号的极化。此外，在第二槽52之间，可以设置切口53(优选金属化)。这些切口53可以被配置成延长槽并且至少在堆叠方向上延伸穿过第三导电子层50和第二介电子层31'，并且可以接合天线壁层60的对应对准销68，由此有助于将天线主层30附接到天线10的其他层并且与天线10的其他层对准。此外，切口53和嵌入的对准销68也可以有助于进一步将第一电路系统42/第二电路系统46彼此去耦的隔离目的。切口的金属化可以进一步改善绝缘性能。在这种情况下要注意，切口53形成为延长槽当然只是一种可能性，而且也可以形成为多个通孔，只要这些通孔可以用于固定和对准的目的即可。第三导电子层50也可以用作辐射贴片72的接地面。此外，第一导电子层32、第二导电子层40和第三导电子层50可以由镀铜等制成。

此外，图9示出了包括第一导电子层32、第二导电子层40和第三导电子层50的组装天线主层30的俯视图。在该图中可以看到，切口53被设置在第三导电子层50中。请注意，在图9的组装状态中，不仅第一导电子层32、第二导电子层40和第三导电子层50被组装，而且天线主层30还包括布置在第一导电子层32和第二导电子层40之间的第一介电子层31以及布置在第二导电子层40和第三导电子层50之间的第二介电子层31'。因此，切口53不仅可以延伸穿过第三导电子层50而且还至少穿过第三导电子层50下方的第二介电子层31'。此外，如图9中的实施方式中一样，可以在第二非导电槽52之间并且还围绕每个第一电路系统42设置过孔54，用于将第一电路系统和第二电路系统46彼此去耦。这些过孔54的内表面可以镀有金属例如铜。此外，也可以在图9的作为PCB的天线主层30的俯视图中看到第二非导电槽52。

图10a示出了在堆叠方向上布置在天线主层30的第三导电子层50上方的天线壁层60的透视图，其中，天线壁层60可以包括如可以在图10a中看到的多个腔，其中，腔62中的每一个被布置成使得腔62在堆叠方向上与第三子层50的对应的第二槽52至少部分地交叠，使得腔62的阵列与第三导电子层50和第二导电子层40的对应阵列对应地设置。天线壁层60可以由导电材料例如铝或金属化塑料制成。使用腔62以使得在空气中支持近场天线谐振，并且天线操作不会受到由于使用介电材料而引起的副作用(损耗、表面波等)的影响。腔62的壁也用于将设置在顶层70中的各个贴片72彼此去耦。在图10a至图10b的实施方式中，腔62更类似于矩形形式的形状。不同形状的腔(例如圆形或多边形)当然也应是可能的。如可以在图10b的放大图中看出，在腔62之间可以设置通孔47和另外的对准销67，其用于天线壁层60与天线10的其他层的固定和对准目的。这种情况下，例如通孔47可以被构造成接收用于将天线壁层60紧密地固定在天线10内的对应螺钉。此外，每个腔62的壁还使相邻谐振器去耦并且改善辐射交叉极化纯度。

图11示出了天线壁层60的侧视图。天线壁层60被配置成与天线主层30中的对应切口53接合。因此，底侧64上的对准销68用作将天线壁层60与天线主层30对准的对准目的并且用作将天线壁层60与其他层组装的固定目的。此外，可选地，如同样在图11中，还可以在天线壁层60的相对的顶侧66上设置另外的对准销67，其被配置成用于与设置在顶层70中的对应切口74接合。在组装状态下，由于另外的对准销67与顶层中的对应切口74的接合以及对准销68与设置在天线主层30中的对应切口53的接合，顶层70和天线主层30之间的距离h_cav(如图11中所指示的)被限定。因此，通过使用天线壁层60，还可以自由调整和限定顶层70和天线主层30之间的距离。

图12示出了顶层70的透视图。在图12的实施方式中，布置有多个导电贴片72，其中，导电贴片72中的每一个以这样的方式设置：贴片中的每一个在堆叠方向上与天线壁层60的对应腔62交叠，由此可以形成与天线壁层60或者第二导电子层40和第三导电子层50的阵列对应的阵列。贴片72可以被印刷在顶层70的表面上。在图12的实施方式中，贴片72中的每一个是圆形贴片，但是也可以设想任何其他形状。圆形贴片72印刷在例如PCB上的顶层70的两侧上，但是也可以仅印刷在PCB的中间层或一侧上。这些贴片72的精确尺寸以及它们之间的距离(正在使用的介电芯的厚度)通常取决于操作频率要求并且通过电磁模拟来精确地确定。在一般情况下，可以在顶层70的顶侧和/或底侧上使用任何形状的贴片72。此外，由于每个贴片72被设置在与天线壁层60的对应腔62至少部分地交叠的位置，因此一列73的所有贴片72可以由用作天线的端口的一个单个通孔26馈送。此外，通过使用第三导电子层50的对应非导电槽52来激发每个贴片72，这允许电磁场耦合并且激发每个贴片72的对应谐振腔62。此外，在图12的布置中，镀膜过孔76被设置在贴片72周围用于贴片72之间的隔离目的，其中，过孔76在贴片72周围形成矩形腔，用于改善贴片72之间的隔离并且抑制任何可能被支持的表面波。此外，出于相同的原因，使用金属化焊盘78(例如用铜金属化)以进一步将所有贴片72特别是在贴片72的角处彼此隔离。金属化焊盘78被设置在对应过孔76的下方和/或上方，使得对应过孔76的每个端可以被金属化焊盘78覆盖。此外，切口74被设置在作为PCB的顶层70中，其被配置成与天线壁层60的对应突起67接合。这些切口74用于达到机械稳定的布置并且还用于将顶层70与天线的所有其他层对准的对准目的。在图12的实施方式中，在每个圆形贴片72周围设置有四个矩形切口74。

图13示出了组装天线10的俯视图。在该俯视图中，可以清楚地看到圆形贴片72的阵列。该实施方式中的阵列由8列组成，每列由14个圆形贴片72组成。

图14a示出了组装天线的照片，其中，图14b从图14b的左侧到右侧示出了天线主层30、天线壁层60和顶层70。此外，图14c示出了根据本发明实施方式的整个组装天线的截面图中的照片。

此外，应当注意，整个组装天线可以通过以下方式制造：在堆叠方向上设置天线基层20、天线主层30、天线壁层60和顶层70，并且通过使用导电或非导电环氧树脂将这些层粘合在一起或者通过使用螺钉特别是微型螺钉将这些层固定在一起，来将这些层组装在一起。

已经结合本文的各个实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员可以容易地理解和实现所附实施方式的其他变型，并且根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究来实践要求保护的本发明。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a或an)”或“一个(a或an)”不排除多个。实体的单个处理器可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施这一事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以被存储/分布在与其他硬件一起或作为其他硬件的部分提供的合适介质(例如光存储介质或固态介质)上，但是也可以以其他形式例如经由互联网或其他有线或无线电信系统分布。

Claims (17)

1.一种天线(10)，包括：

具有底侧(22)和相对的顶侧(24)的天线基层(20)，所述天线基层(20)具有在堆叠方向上从所述底侧(22)延伸到所述顶侧(24)的至少一个通孔(26)，其中，所述至少一个通孔(26)中的每一个在所述天线基层(20)的底侧(22)处的第一部分(27)被配置成容纳对应波导(100)的端部；

在所述堆叠方向上被布置在所述天线基层(20)的顶侧(24)上的天线主层(30)，其中，所述天线主层包括：

作为在所述堆叠方向上所述天线主层(30)的最下层的第一导电子层(32)，所述第一导电子层(32)包括至少一个第一非导电槽(34)，所述至少一个第一非导电槽(34)被布置成使得每个第一槽(34)在所述堆叠方向上与所述天线基层(20)的所述至少一个通孔(26)中的对应通孔(26)至少部分地交叠；

在所述堆叠方向上被布置在所述第一子层(32)上方的第二导电子层(40)，所述第二子层(40)包括至少一个第一电路系统(42)，所述至少一个第一电路系统(42)被配置成将来自所述天线基层(20)的电磁波转换成用于带状线传输的电磁信号，其中，所述至少一个第一电路系统(42)中的每一个与所述至少一个第一槽(34)中的对应第一槽(34)至少部分地交叠，并且所述第二子层(40)还包括用于带状线传输的至少一个传输线(44)以及被配置成将带状线传输的传输信号转换成从所述第二子层(40)辐射出的电磁波的至少一个第二电路系统(46)，其中，所述传输线(44)将所述至少一个第一电路系统(42)中的第一电路系统(42)与所述至少一个第二电路系统(46)中的对应的第二电路系统(46)连接；

在所述堆叠方向上被布置在所述第二子层(40)上方的第三导电子层(50)，所述第三导电子层(50)包括至少一个第二非导电槽(52)，其中，所述至少一个第二槽(52)中的每一个被布置成在所述堆叠方向上与所述至少一个第二电路系统(46)中的对应第二电路系统(46)至少部分地交叠；

在所述堆叠方向上被布置在所述天线主层(30)的所述第三导电子层(50)上方的天线壁层(60)，所述天线壁层(60)包括至少一个腔(62)，所述至少一个腔(62)在所述堆叠方向上从所述天线壁层(60)的底侧(64)延伸到所述天线壁层(60)的顶侧(66)，其中，所述至少一个腔(62)中的每一个被布置成使得所述腔(62)在所述堆叠方向上与所述第三子层(50)的对应第二槽(52)交叠；

顶层(70)，所述顶层(70)包括至少一个导电贴片(72)，所述至少一个导电贴片(72)被布置在所述天线壁层(60)上使得所述至少一个贴片(72)中的每一个在所述堆叠方向上与所述天线壁层(60)的对应腔(62)交叠。

2.根据权利要求1所述的天线(10)，其中：

所述天线基层(20)内的每个通孔(26)包括第二部分(28)；

其中，每个通孔(26)的第一部分(27)从所述天线基层(20)的底侧(22)延伸到对应通孔(26)的第二部分(28)；

其中，每个通孔(26)的第二部分(28)从其对应的第一部分(27)延伸到所述天线基层(20)的顶侧(24)；

其中，每个通孔(26)的第二部分(28)的尺寸适于使所述第一部分(27)的阻抗与对应的第一槽(34)的阻抗匹配。

3.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，

其中，所述天线主层(30)包括布置在所述第一导电子层(32)和所述第二导电子层(40)之间的第一介电子层(31)；

其中，所述天线主层(30)还包括布置在所述第二导电子层(40)和所述第三导电子层(50)之间的第二介电子层(31')。

4.根据权利要求3所述的天线(10)，其中，所述第三导电子层(50)包括两个或更多个第二槽(52)，并且在所述第三导电子层(50)中的所述两个或更多个第二槽(52)中的每一个之间设置有切口(53)，所述切口(53)沿所述堆叠方向延伸至少穿过所述第二介电子层(31')。

5.根据权利要求4所述的天线(10)，其中，在所述天线壁层(60)的底侧(64)上设置有对准销(68)，并且所述对准销(68)与所述天线主层(10)中的对应切口(53)接合。

6.根据权利要求4所述的天线(10)，其中，

在所述第三子层(50)的两个或更多个第二槽(52)之间设置有至少一个过孔(54)，所述至少一个过孔(54)沿所述堆叠方向延伸穿过所述天线主层(30)，其中，所述过孔(54)的内表面镀有导电材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，在所述天线壁层(60)的顶侧(66)上设置有对准销(67)，并且所述对准销(67)与所述顶层(70)中的对应切口(74)接合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，所述顶层(70)包括介电基底，其中，所述导电贴片(72)被布置在所述基底的顶侧或底侧上或者在所述基底的两侧上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，

所述顶层(70)包括两个或更多个贴片(72)，并且在所述两个或更多个贴片(72)之间在所述顶层(70)中设置有切口(74)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，所述顶层(70)包括两个或更多个贴片(72)，并且在所述两个或更多个贴片(72)之间设置有具有内镀表面的过孔(76)。

11.根据权利要求10所述的天线(10)，其中，所述过孔(76)的两端覆盖有金属化焊盘(78)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，所述天线基层(20)和所述天线壁层(60)由导电材料优选地铝制成。

13.根据前述权利要求中任一项所述的天线(10)，其中，对于所述至少一个第一电路系统(42)中的每一个，所述第一电路系统(42)被配置成将作为来自所述天线基层(20)的电磁波的信号分离成构成用于所述第一电路系统(42)的两个相对侧在垂直于所述堆叠方向的平面内的带状线传输的电磁信号的两个信号，其中，所述两个相对侧的每一侧包括所述至少一个第二电路系统(46)，其中，两侧上的至少两个第二电路系统(46)在所述平面内一起构成第二电路系统(46)的列。

14.根据权利要求13所述的天线(10)，其中，在所述分离之后的两个信号具有不同的相位。

15.根据权利要求13或14所述的天线(10)，其中，在所述平面内设置有多于一个的第二电路系统(46)的列(46')，由此形成所述第二电路系统(46)的阵列。

16.一种包括块(90)和根据权利要求1至15中任一项所述的天线(10)的系统，所述块(90)包括至少一个波导(100)，其中，所述块(90)附接到所述天线(10)并且所述波导(100)具有本体(110)，所述本体(110)具有带有开口的第一端并且所述第一端被所述天线基层(20)的对应通孔(26)包围，并且所述波导(100)的作为最大延伸方向的主延伸方向与所述对应通孔(26)的主延伸方向一致。

17.一种用于制造根据权利要求1至15中任一项所述的天线(10)的方法，包括以下步骤：在堆叠方向上堆叠所述天线基层(20)、所述天线主层(30)、所述天线壁层(60)和所述顶层(70)，并且通过使用导电或非导电环氧树脂将这些层粘合在一起或者通过使用螺钉特别是微型螺钉将这些层固定在一起，而将这些层组装在一起。