CN110071366A - 含介电支撑和内具一个或多个槽的至少一个金属层的天线 - Google Patents

Abstract

本申请涉及含介电支撑和内具一个或多个槽的至少一个金属层的天线。一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，包括：沿着纵向轴线延伸的管状介电支撑件；基本上周向围绕管状介电支撑件的金属层，该金属层在其中包括其中省略了金属的第一纵向延伸槽；以及包括跨过第一纵向延伸槽的传输线的馈送网络。

Description

含介电支撑和内具一个或多个槽的至少一个金属层的天线

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2018年1月23日提交的美国临时专利申请序列No.62/620,650的优先权，其全部内容通过引用并入本文，如同被整体上阐述了一样。

技术领域

本发明涉及通信系统，并且更具体地涉及用于通信系统的天线。

背景技术

蜂窝服务在具有高或中等人口密度的地区中广泛可用，并且在甚至相对低人口密度地区中越来越可用。但是，由于成本考虑，蜂窝服务在人口密度非常低的许多偏远地区仍然不可用，因为通过将服务扩展到这些地区而可以获得的新订户所产生的收益可能远低于提供蜂窝服务的成本。

但是，无线运营商为了增加运营商网络的整体覆盖，仍然可能向具有非常低人口密度的偏远地区提供蜂窝服务。此外，政府实体可以命令无线运营商向某些偏远地区提供蜂窝服务。当出于扩大整体覆盖和/或遵守政府命令的目的而将蜂窝服务扩展到具有非常低人口密度的偏远地区时，无线运营商的目标可以是设计每个单独的蜂窝基站以提供对尽可能宽的地区的覆盖，并且蜂窝基站的容量和/或基站与其它蜂窝基站产生的干扰量可能不是重要的问题。因为在将蜂窝覆盖扩展到非常偏远的地区时可能产生的收益有限，所以成本显然是另一个问题。因为无线运营商将蜂窝覆盖扩展到非常偏远地区的目标常常与更典型的蜂窝安装的目标不同，所以许多适用于典型蜂窝通信系统的基站天线可能不太适合在人口密度非常低的偏远地区使用。

全向天线常常用于在偏远地区中提供覆盖，使得可以在每个基站处使用单个天线，从而降低成本。位于地理特征限制小区尺寸的偏远地区中的蜂窝基站可以使用简单的低增益全向天线来保持低成本。在地理特征允许单个基站服务于较宽的地理地区的偏远地区中，可以使用较高增益的全向天线，因为可能需要较高的天线增益来克服较大的自由空间传播损耗。通常通过提供具有单独天线辐射元件的堆叠阵列的天线来实现较高的天线增益。

图1A是常规的较低增益槽型天线(slot antenna)10的示意性透视图，其适于在低容量、非常低人口密度的偏远地区(诸如例如澳大利亚内陆地区、蒙古或阿拉斯加北部)使用。天线10包括通过同轴馈送电缆40连接到无线电收发装置的中空金属管20(诸如铜管)。金属管20具有切入其一侧的纵向槽32。如果天线10被安装成使得金属管20相对于由地平线定义的平面垂直延伸，那么天线10将发送和接收水平偏振信号。

图1B是示出图1A的同轴馈送电缆40的配置以及它如何跨纵向槽32安装的放大视图。如图1B中所示，同轴馈送电缆40可以包括具有由介电间隔物分开的内导体42和外导体44的常规同轴电缆。同轴馈送电缆40的护套46(图1B中未示出，但在图1A中可见)可以在纵向槽32的任一侧上从同轴馈送电缆40移除，以露出同轴馈送电缆40的外导体44，并且外导体44可以在纵向槽32的任一侧上焊接或以其它方式固定到金属管20。护套46和外导体44可以从同轴馈送电缆40的跨过纵向槽32的部分移除，使得只有同轴馈送电缆40的内导体42跨过纵向槽32。同轴馈送电缆40的远端是开路，如图1B中所示。

图1A-图1B的槽型天线10可以生成提供方位平面中的全向覆盖和仰角平面中的定向覆盖的天线波束。换句话说，由槽型天线10生成的天线波束可以以围绕槽型天线10一直延伸的圆圈在平行于由地平线定义的平面的方向上从槽型天线10向外延伸，同时天线波束可以在仰角平面中是“定向的”，使得天线波束仅提供有限仰角范围的覆盖。图1C图示了在方位平面中是全向并且在方位平面中是定向的天线波束的方位图案和仰角图案。为清楚起见，图1C还包括该天线波束的三维表示。具有类似于图1C中所示的形状的天线波束可以非常适合在偏远地区使用，因为天线波束将沿着地球表面(这是用户通常所在的位置)以高增益延伸，同时不会延伸到地面中太多或以高仰角延伸到天空中。

在方位平面中生成全向天线波束的较高增益天线在本领域中也是已知的。例如，销售生成提供方位平面中的360°全覆盖的垂直偏振天线波束的UNA008R天线和UNA010F-0-V2天线。这些天线在仰角平面中可以具有窄的波束宽度，例如7-10°(并且不使用槽型辐射元件)。同样销售包括三个水平偏振辐射元件的第一阵列和三个垂直偏振辐射元件的第二阵列的LNX003U-V2天线，其中每个辐射元件被实现为黄铜管中的槽。由于容纳辐射元件的这两个阵列所需的金属管的尺寸，因而这些天线可能相对重并且制造起来是昂贵的。

虽然偏远的低人口地区是生成在方位平面中具有全向覆盖并且在仰角平面中具有定向覆盖的天线波束的天线的一种应用，但是这种天线的另一个应用是在所谓的小型小区基站(其有时也被称为微小区基站)中。小型小区基站是指可以在许可和/或未许可频谱中操作的低功率基站，其具有比典型“宏小区”基站小得多的范围。例如，小型小区基站可以被设计为服务于在基站数十或数百米内的用户。例如，可以使用小型小区基站来向宏小区内的高流量地区提供蜂窝覆盖，这允许宏小区基站在小型小区基站附近卸载大部分或全部流量。

发明内容

在一方面中，提供了一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，其包括：管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；金属层，该金属层相对于管状介电支撑件基本上同心地布置，该金属层在其中包括其中省略了金属的第一纵向延伸槽；馈送网络，该馈送网络包括跨过第一纵向延伸槽的传输线。

在示例中，金属层包括柔性印刷电路板上的金属图案。

在示例中，金属层包括直接在管状介电支撑件上形成的镀覆金属图案。

在示例中，金属层包括粘附到管状介电支撑件的片材金属图案。

在示例中，馈送网络至少部分地驻留在管状介电支撑件内。

在示例中，管状介电支撑件包括纵向延伸槽。

在示例中，柔性印刷电路板基本上覆盖管状介电支撑件中的纵向延伸槽。

在示例中，传输线的信号运载导体与金属层间隔开并且被配置为与金属层电容性耦合。

在示例中，传输线的接地平面电连接到金属层。

在示例中，传输线包括馈送网络中所包括的多个传输线中的一个传输线，并且其中第一纵向延伸槽是金属层中的多个纵向延伸槽中的一个纵向延伸槽，并且其中每个传输线跨过所述多个纵向延伸槽中相应的一个纵向延伸槽。

在示例中，管状介电支撑件的内表面包括接纳所述多个传输线中的相应传输线的多个通道。

在示例中，每个传输线包括相应的金属线。

在示例中，馈送网络还包括具有多个功率分配器的印刷电路板，所述多个功率分配器被配置为将输入到馈送网络的射频(RF)信号划分为沿着相应传输线输出的多个子分量。

在示例中，管状介电支撑件是中空的。

在示例中，金属层位于管状介电支撑件的中空内部内。

在示例中，馈送网络的传输线至少部分地在柔性印刷电路板上形成。

在示例中，金属层周向地围绕管状介电支撑件。

在另一方面中，提供了一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，其包括：管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；管状介电支撑件上的金属圆柱，该金属圆柱在其中包括第一纵向延伸槽；馈送网络，该馈送网络至少部分地设置在管状介电支撑件内，该馈送网络包括跨过第一纵向延伸槽的传输线。

在示例中，金属圆柱包括在圆柱形柔性印刷电路板上的金属图案。

在示例中，金属圆柱包括直接在管状介电支撑件的外表面上形成的镀覆金属图案。

在示例中，金属圆柱包括粘附到管状介电支撑件的有图案的并且轧制的片材金属图案。

在示例中，管状介电支撑件包括纵向延伸槽。

在示例中，柔性印刷电路板基本上覆盖管状介电支撑件中的纵向延伸槽。

在示例中，传输线的信号运载导体与金属圆柱间隔开并且被配置为与金属圆柱电容性耦合，并且传输线的接地平面电连接到金属圆柱。

在又一方面中，提供了一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，其包括：管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板具有在其中包括其中省略了金属的多个槽的金属层，该柔性印刷电路板被安装成围绕管状介电支撑件的表面延伸；以及馈送网络，该馈送网络具有输入端、多个功率分配器和多个开路传输线，每个开路传输线跨过槽中相应的一个槽。

在示例中，馈送网络至少部分地被实现为安装在管状介电支撑件内的第二印刷电路板。

在示例中，馈送网络至少部分地在柔性印刷电路板中实现。

在示例中，管状介电支撑件的内表面包括接纳所述多个传输线中的相应传输线的多个通道。

在示例中，每个传输线包括相应的金属线。

在示例中，管状介电支撑件的表面是管状介电支撑件的外表面，使得柔性印刷电路板基本上周向地围绕管状介电支撑件。

在示例中，管状介电支撑件具有网状结构。

附图说明

图1A是常规全向槽型天线的示意性透视图。

图1B是示出了用于向图1A的常规全向槽型天线和从图1A的常规全向槽型天线馈送射频(“RF”)信号的同轴馈送电缆的配置的放大视图。

图1C提供了在方位平面中具有全向图案并且在仰角平面中具有定向图案的天线波束的若干视图。

图2是根据本发明的某些实施例的槽型天线的示意性透视图。

图3A是根据本发明的进一步实施例的槽型天线的透视图。

图3B是图3A的槽型天线的纵向截面图，其中省略了其管状介电支撑件。

图3C是图3A-图3B的槽型天线的柔性印刷电路板的平面图。

图3D是沿着图3C的线3D-3D截取的柔性印刷电路板的截面图。

图4是根据本发明的进一步实施例的槽型天线在其组装的中间步骤期间的透视图。

图5是根据本发明的又一些实施例的槽型天线的透视图。

图6A是根据本发明的又一些实施例的槽型天线的透视图。

图6B是图6A的槽型天线的馈送网络的印刷电路板的平面图。

图6C是图6A-图6B的槽型天线的修改版本的透视图。

图7A-图7F是图示可以在根据本发明的实施例的槽型天线中采用的附加示例槽设计的示意图。

图8是根据本发明的又一些实施例的槽型天线的透视图。

图9是根据本发明的又一些实施例的槽型天线的示意图。

具体实施方式

上面讨论的图1A-图1B的常规槽型天线10可能重并且制造起来是昂贵的。而且，常规槽型天线10设计起来可以是昂贵的，因为单独的原型制造起来是昂贵的并且修改起来是昂贵的，并且制造问题会限制可用于槽32的设计。由于天线10可以用于服务于通常只有很少订户的偏远地区，因此这些费用问题会是重要的问题。如果常规槽型天线10用作用于小型小区基站的天线，那么同样会出现成本问题，因为目前正在部署大量这样的基站，因此由于使用了大量的天线而导致成本在小型小区环境中也可以是个问题。

根据本发明的实施例，提供了适合用作基站天线的全向槽型天线。这些天线可以使用柔性印刷电路板或其它金属在电介质上的技术形成。在示例实施例中，柔性印刷电路板可以安装在管状介电支撑件(诸如塑料管)的内侧或外侧。在一些实施例中，管状介电支撑件可以具有圆形横向截面，但是也可以使用具有其它截面(例如，正方形、六边形、八边形、椭圆形等)的管。管状介电支撑件可以是实心的或可以具有中空的内部。通过选择性地蚀刻掉柔性印刷电路板的金属层以形成(一个或多个)槽，可以在柔性印刷电路板中形成一个或多个“槽”。使用柔性印刷电路板来形成槽型天线允许具有任何期望形状的槽而不会引起任何制造问题，因为使用常规的制造技术可以容易地在柔性印刷电路板上形成任何期望的“槽”形状。此外，可以容易且廉价地形成并测试不同的槽设计，从而可以容易地识别最佳的槽图案。

在一些实施例中，柔性印刷电路板可以包括用于将RF信号传递到槽和从槽传递RF信号的馈送部。在其它实施例中，该柔性印刷电路板可以是第一柔性印刷电路板，并且天线还可以包括用来实现用于天线的馈送网络的至少一部分的第二柔性印刷电路板。在此类实施例中，第一柔性印刷电路板(即，包括一个或多个槽的柔性印刷电路板)可以周向围绕管状介电支撑件的内直径或外直径，并且第二柔性印刷电路板(即，具有馈送网络的柔性印刷电路板)可以例如与第一柔性印刷电路板同心地布置(并且可以在管状介电支撑件的内侧或外侧)。在第一柔性印刷电路板包括形成天线阵列的多个槽(即，每个不同的槽充当天线阵列的辐射元件)的实施例中，可以在第二柔性印刷电路板上形成功率分配器网络。在示例实施例中，功率分配器网络可以具有输入端和八个输出端。相应的线可以焊接到八个输出端，并且可以用于将RF信号的子分量运载到相应的槽以形成地上线型的传输线。在进一步的实施例中，可以使用其它类型的馈送网络，诸如例如上面参考图1A-图1B讨论的常规槽型天线10的同轴馈送电缆。根据本发明的实施例的天线可以重量轻并且易于制造，并且可以通过改变槽型辐射元件的数量而被设计为具有低增益或较高增益。

现在将参考描绘了本发明的示例实施例的图2-图9更详细地讨论本发明的实施例。

图2是根据本发明的某些实施例的槽型天线100的示意性透视图。槽型天线100可以生成在方位平面中提供全向覆盖并且在仰角平面中提供合适的波束宽度的天线波束。可以通过包括在天线100的金属层中的槽的长度来控制仰角波束宽度。

作为背景技术，槽型天线是已知类型的天线，其可以以类似于常规偶极天线的方式辐射。槽型天线可以包括金属表面(诸如扁平金属板或金属管)，该金属表面具有从金属切出的一个或多个孔或槽。当RF信号被馈送到天线时，槽辐射电磁能量。如果天线包括单个线性槽，那么发射的电磁辐射的偏振是线性的。槽的配置(例如，其形状和尺寸)和槽后面的腔的配置确定了天线的辐射图案。RF传输线(诸如例如微带传输线)的信号运载迹线可以跨槽的短边放置，从而用开路短截线激励它。当电磁信号被施加到传输线时，在槽内感应出电场分布，并且电流围绕槽的周边行进。两者都有助于发射的辐射。槽型天线在方位平面中提供全向图案并且具有定向仰角图案(其波束宽度可以通过调整例如槽的长度来控制)，因此可以非常适合于某些蜂窝通信应用。

现在参考图2，槽型天线100包括管状介电支撑件110、金属层120和馈送网络130。如图所示，管状介电支撑件110可以包括具有圆形横向截面的沿着纵向轴线L延伸的中空细长管112。管112具有内表面114和外表面116。管112可以具有实心侧壁或可以具有网状结构。管112可以是中空的或可以不是中空的(在所描绘的实施例中它是中空的)。管112可以由介电材料(诸如例如塑料材料)形成。如图所示，在一些实施例中，管112可以具有一个或多个纵向延伸槽118。管112可以具有圆形横向截面或其它横向截面。

金属层120可以包括基本上围绕外表面116的薄金属层或者，可替代地，可以在管状介电支撑件112的内表面114上。如果金属层120在内表面上，那么管状介电支撑件110可以由对在天线100的操作频率处的RF能量基本透明的材料形成。在所描绘的实施例中，金属层120周向地围绕管112的外表面116并且相对于管112同心地布置。金属层120可以包括例如铜层。金属层120可以在其中包括其中省略了金属的第一槽122。在一些实施例中，第一槽122可以是如图2中所示的纵向延伸的槽122。金属层120还可以包括其中省略了金属的附加的槽(图2中未示出)。这些附加的槽可以采用各种不同的形状。下面参考图7A-图7F讨论可以用于形成根据本发明的示例实施例的槽型天线的金属层中的槽图案的示例实施例。图2的天线100的槽122可以用图7A-图7F中所示的任何槽设计或任何其它适当的槽设计代替。

馈送网络130可以包括例如耦合到基站的无线电收发装置(未示出)的传输线130。传输线130可以包括例如沿着管状介电支撑件110延伸的金属迹线132，使得它与包括第一槽122的金属层120间隔开。同轴电缆(未示出)可以将传输线130连接到无线电收发装置或其它装备(诸如例如塔式双工器)。同轴电缆的中心导体可以连接到(例如，通过焊接)传输线130的金属迹线132。同轴电缆的接地导体可以连接到(例如，通过焊接)金属层120。金属迹线132可以包括纵向延伸通过管状介电支撑件110的第一段134和可以横向跨过第一槽122延伸的第二段136。传输线130可以是能够运载RF信号的任何传输线，包括微带传输线、带状线传输线、金属线、电缆等。

图3A-图3D图示了根据本发明的另一个示例实施例的槽型天线200。特别地，图3A是槽型天线200的透视图，并且图3B是图3A的槽型天线200的纵向截面图并且其中省略了管状介电支撑件。图3C是槽型天线200的柔性印刷电路板的平面图，并且图3D是沿着图3C的线3D-3D截取的柔性印刷电路板的截面图。

如图3A中所示，槽型天线200包括管状介电支撑件210和柔性印刷电路板220。管状介电支撑件210包括具有圆形横向截面的沿着纵向轴线L延伸的细长中空介电管212。管212具有内表面214和外表面216。管212被绘制为具有实心侧壁，但是在其它实施例中它可以具有切口和/或网状结构。在所描绘的实施例中，管212仅延伸大约330°，并且因此包括纵向延伸的槽218。

参考图3B-图3D，柔性印刷电路板220可以包括薄的柔性介电基板222，该柔性介电基板222在其第一侧上具有金属层224(例如，铜层)并且在其与第一侧相对的第二侧上具有金属迹线226。可以在金属层224和金属迹线226中的一个或两个上形成介电材料228的薄涂层，以保护金属层224和/或金属迹线226免受损坏和/或环境影响(例如，暴露于可能导致金属的氧化或其它化学变化的空气或水)。柔性印刷电路板220可以缠绕在管状介电支撑件210的外部周围，使得它基本上周向地围绕管状介电支撑件210。金属层224可以包括在其中形成的、其中省略了金属的槽230。槽230可以是例如大致纵向延伸的槽230，如图3A-图3C中所示。在所描绘的实施例中，槽230不仅包括纵向延伸部分232，而且还包括连接到纵向延伸部分232的任一端的一对横向延伸部分234-1、234-2。横向部分234可以有效地延伸纵向部分232的长度，而不需要对应地增加天线200的长度。纵向延伸部分232和横向延伸部分234-1、234-2可以一起形成具有“I”形或“H”形的槽230。将认识到的是，在其它实施例中，可以仅提供一个横向部分234，并且横向部分和纵向部分232、234不需要彼此垂直。要注意的是，在本文中，当提供多个相同元件时，它们可以用两部分的附图标记表示，并且这些元件可以通过它们的完全附图标记(例如，横向槽234-2)单独地引用，并且可以通过它们的附图标记的第一部分(例如，横向槽234)共同地引用。

在示例实施例中，金属迹线226可以包括细铜迹线。金属迹线226可以与柔性介电基板222和金属层224一起形成传输线240。同轴电缆(未示出)可以将传输线240连接到基站天线的无线电收发装置(未示出)或其它装备(诸如例如塔式双工器)。金属迹线226(以及因此传输线240)可以包括第一部分242和第二部分244。传输线240的第一部分242可以例如沿着管状介电支撑件210的外部纵向延伸，并且传输线242的第二部分244可以跨过槽230的纵向部分232横向延伸。虽然在上述实施例中传输线240被形成为柔性印刷电路板220的一部分，但是将认识到的是，在其它实施例中，传输线240可以与柔性印刷电路板220分开实现。通常，柔性印刷电路板220将安装在管状介电支撑件210上，使得金属层224在柔性印刷电路板220的外侧上形成，并且金属迹线226在柔性印刷电路板220的内侧(即，柔性印刷电路板220的与管状介电支撑件210相邻的部分)上形成。但是，如果柔性介电基板222足够薄，那么可以颠倒这种布置。在其它实施例中，柔性印刷电路板220也可以安装在管状介电支撑件210的内侧上。

天线200可以如下操作。RF信号由无线电收发装置(未示出)生成，并经由例如同轴电缆(也未示出)传递到天线200。同轴电缆的接地导体可以连接(例如，通过焊接)到柔性印刷电路板220的金属层224，并且同轴电缆的中心导体可以连接(例如，通过焊接)到在柔性印刷电路板220的相对侧上的金属迹线226。如上所述，金属迹线226跨过槽230的纵向部分232。金属迹线226跨过槽230的位置可以基于传输线240与槽230的阻抗匹配特性来选择。槽230的边缘形成平衡的传输线，该传输线由分布式并联感抗负载。响应于将RF信号施加到传输线240而施加到槽230的相对边缘的电压生成在由金属层224形成的金属圆柱上流动的周向电流。由于这些电流可以非常接近同相，因此由金属层224形成的金属圆柱(其中具有槽230)的整体行为可以非常类似于紧密堆叠的小环的阵列，该紧密堆叠的小环的阵列在方位平面中生成几乎全向的天线波束。天线波束的仰角波束宽度可以主要由槽230的长度确定。连接到槽230的纵向延伸部分232的任一端的一对横向延伸部分234-1、234-2允许减小槽230的纵向延伸部分232的长度以及因此天线200的长度，尽管天线200的增益和/或其交叉偏振性能中的任一个或两者可能略微变差。减小天线200的尺寸具有成本益处和其它益处，并且还可以提供包括以堆叠阵列的多个槽的天线中的栅瓣效应的减少(如稍后在本公开中所讨论的)。还将认识到的是，根据本发明的进一步实施例，图1的常规天线10的槽32(其中槽在中空金属管中形成)可以用槽230或本文公开的包括纵向延伸部分以及至少一个大致横向延伸部分的任何其它槽设计代替。这可以允许减小常规天线10的长度。

与图1的常规槽型天线10相比，槽型天线200可以具有许多优点。首先，天线200可以比常规槽型天线10更便宜和更轻。横向槽234可以在维持天线200的性能的同时允许减小天线200的长度。管状介电支撑件210可以被形成为既重量轻又便宜的薄塑料管。柔性印刷电路板220也可以是重量轻的，并且可以比常规天线10中使用的铜管20便宜得多。微带馈线240也可以是便宜的并且可以在用于形成槽型天线200的同一柔性印刷电路板220上实现。第二，天线200可以容易地被形成为具有基本上任何期望的槽设计，因为槽230可以通过在柔性印刷电路板220的制造中使用的掩模工艺来产生。相反，对于常规的槽型天线10，槽设计可能受到将槽32切入金属管20的制造能力的限制，并且重新配置装备以形成不同的槽设计可能更麻烦。

可以以任何适当的方式将柔性印刷电路板220安装到管状介电支撑件210上。例如，在一些实施例中，诸如螺钉、铆钉、电缆扎带等的机械安装机构可以用于将柔性印刷电路板220固定到管状介电支撑件210的外(或可替代地，内)表面。在其它实施例中，诸如环氧树脂、胶、双面胶带等的粘合剂可以用于将柔性印刷电路板220固定到管状介电支撑件210的表面。在其它实施例中，可以在柔性印刷电路板220上方应用层压件，以封装柔性印刷电路板220和管状介电支撑件210。

上面讨论的槽型天线200使用柔性印刷电路板220形成。根据本发明的进一步实施例，提供了使用用于在介电基板上选择性地镀覆金属的其它技术形成的槽型天线。

例如，图4是根据本发明的进一步实施例的槽型天线300的透视图，该槽型天线300使用激光直接烧结或用于选择性地将金属(例如，铜)镀覆到介电基板上的其它技术形成。槽型天线300包括管状介电支撑件310、金属层320和传输线340。如图4中所示，除了在管状介电支撑件310中省略了天线200的管状介电支撑件210中的槽218并且在天线300中用一层沉积在管状介电支撑件310的外表面上的镀覆金属320代替了天线200的柔性印刷电路板220之外，槽型天线300看起来可以几乎与图3A-图3D的槽型天线200完全相同，其中镀覆金属层320中的金属被选择性地省略以在管状介电支撑件310的外表面上形成不含金属的槽状区域330。传输线340可以被实现为例如在管状介电支撑件310的内部延伸的金属迹线。在一些实施例中，传输线340可以是固定到管状介电支撑件310的内部的分离件。在其它实施例中，传输线340可以通过激光直接烧结或一些其它技术形成，以与管状介电支撑件310成一体。管状介电支撑件310可以包括一个或多个纵向槽和/或横向槽(未示出)，以促进形成传输线340(例如，通过激光直接烧结)。

在一些实施例中，可以使用激光直接结构化将金属选择性地沉积在管状介电支撑件310上。利用激光直接结构化，热塑性材料被用于形成管状介电支撑件310，并且这种热塑性材料可以掺杂有可以借助于激光被激活的金属—塑料添加剂材料。管状介电支撑件310的待沉积金属的部分可以通过激光来处理，其中激光在管状介电支撑件310的表面上产生微尺度的粗糙。存在于这些粗糙区域中的来自金属—塑料添加剂材料的金属颗粒用作后续金属化的籽晶层。金属化工艺可以使用无电金属浴(例如，铜浴)在由激光处理的粗糙区域上沉积铜。然后可以在初始金属层上形成相继的金属层(诸如例如铜)，以形成金属层330。

虽然激光直接结构化是可以用于形成具有槽状无金属区域330和/或传输线340的镀覆金属层320的一种技术，但是在其它实施例中可以使用用于选择性地将三维塑料框架金属化的不同技术，诸如真空金属化、电镀、微观集成处理技术、3D打印等。

根据更进一步的实施例，具有槽的金属层可以使用常规的金属冲压(stamping)和轧制(rolling)技术形成。图5是根据本发明的又一些实施例的槽型天线400的透视图，该透视图描绘了这种天线在其制造中的中间步骤期间(即，在金属片材420缠绕在管状介电支撑件210周围之前)。如图5中所示，槽型天线400包括通过冲压薄片材金属材料形成的金属层420。槽型天线400可以包括管状介电支撑件和微带传输线，它们分别与上面描述的管状介电支撑件210和微带传输线240完全相同。因而，将省略对天线400的这些元件的进一步讨论。如图5中进一步所示，可以将诸如薄铜片之类的薄件金属片材420切割成具有等于管状介电支撑件210的长度的长度和大致等于管状介电支撑件210的周长的宽度。然后可以将这一金属切割片材420冲压成具有形成在其中的槽430。槽430可以具有任何适当的形状。在所描绘的实施例中，槽430包括纵向延伸部分432和连接到纵向延伸部分432的任一端的一对横向延伸部分434-1、434-2，使得槽430具有“I”形。然后可以将片材420围绕管状介电支撑件210的外部(或内部)轧制，并通过任何适当的手段(诸如粘合剂、沿着在片材围绕管状介电支撑件210轧制之后金属片材420的端部相遇的接缝处施加的单面胶带条、双面胶带、插入在轧制金属片材420上方的薄塑料管等)将其固定在适当位置。

图6A-图6B图示了根据本发明的进一步实施例的槽型天线500，该槽型天线500包括多个辐射槽530。特别地，图6A是槽型天线500的透视剖视图，并且图6B是槽型天线500的包括用于槽型天线500的馈送网络的柔性印刷电路板的一侧的平面图。

如图6A中所示，槽型天线500与上述槽型天线200类似之处在于：天线500包括管状介电支撑件510和柔性印刷电路板520。但是，如图6A-图6B中可以看到的，天线500包括多个槽530而不是在天线200、300、400中的每一个中包括的单个槽。槽530沿着管状介电支撑件510纵向地以直线布置，其中在相邻的槽530之间具有均匀的距离(即，槽530以均匀的间距布置)。通过在柔性印刷电路板520的金属层524中形成多个槽530，槽型天线500被形成为相控阵天线，其中每个槽530构成其分离的辐射元件。因此，天线500可以表现出较高的增益(因为它包括多个辐射元件)，并且馈送到各个辐射元件(即，槽530)的RF信号的相应子分量的相位可以被设置为以本领域技术人员众所周知的方式设置天线波束的形状。

在图6A-图6B的实施例中，纵向延伸的线性的槽530沿着管状介电支撑件510以均匀的间距纵向延伸。将认识到的是，许多其它配置是可能的。例如，在另一个实施例中，槽530可以布置成具有不均匀的间距(即，相邻的槽530对之间的距离可以变化)。作为又一个示例，槽530不需要以直线延伸，而是可以代替地根据旋转图案相对于彼此旋转，如图6C中所示。在此类实施例中，间距可以是均匀的或不均匀的。可以使用槽530的不同设计，如下面参考图7A-图7F所讨论的。因此，将认识到的是，相控阵槽型天线500仅是一个示例实现方式。

柔性印刷电路板520可以包括在其一侧上具有金属层524的介电基板522，金属层524在其中具有槽530。在所描绘的实施例中，提供了总共八个槽530-1至530-8(在图6A的剖视图中仅完全或部分地示出了其中五个)。每个槽530可以由馈送网络540中分离的分支馈送。馈送网络540未在图6A中示出以简化附图，但是在图6B中示出了。

馈送网络540(参见图6B)用于将RF信号从无线电收发装置馈送到槽型天线500的相应的槽530。馈送网络540可以在柔性印刷电路板520的介电基板522的与金属层524相对的一侧上形成。如图6B中所示，馈送网络540可以包括例如七个功率分配器544的分支网络，其可以将输入其中的RF信号在发送路径上拆分成八个子分量，并且可以将RF信号的八个子分量在接收路径上组合成单个RF信号。功率分配器544可以被实现为例如Wilkinson功率分配器或任何其它合适的基于印刷电路板的功率分配器。功率分配器544可以在柔性印刷电路板520的介电基板522的与其中具有槽530的金属层524相对的一侧上形成。柔性印刷电路板520可以包括输入焊盘542和多个输出短截线546。输入焊盘542可以连接到无线电收发装置(通过例如同轴电缆)。同轴电缆的中心导体可以连接到输入焊盘542，并且同轴电缆的接地导体可以连接到印刷电路板520上的包括槽530的金属层524。七个功率分配器544可以将在输入焊盘542处输入的RF信号划分为馈送到输出短截线546的八个子分量(其可以具有或可以不具有相等的量值)。每个输出短截线可以以上面图3B中所示的方式横向地跨过槽530中相应的一个。

在上述实施例中，馈送网络540在柔性印刷电路板520上形成。在其它实施例中，馈送网络540可以分开形成。例如，馈送网络540可以在第二印刷电路板(其可以是柔性印刷电路板或可以不是柔性印刷电路板)上形成。如果使用第二柔性印刷电路板来实现馈送网络540，那么第二柔性印刷电路板可以被轧制成圆柱(或圆柱的一部分)并且例如(1)插入到管状介电支撑件510的内部，(2)插入到管状介电支撑件510和柔性印刷电路板520之间，或(3)围绕柔性印刷电路板520的外侧轧制。

在馈送网络540与柔性印刷电路板520分开实现的实施例中，馈送网络540在一些情况下可以插入在管状介电支撑件510的内部内。在此类实施例中，管状介电支撑件510可以包括可以提供对管状介电支撑件510的内部的更好访问(access)的纵向槽518，以促进将馈送网络540安装在其中。柔性印刷电路板520可以覆盖管状介电支撑件510中的纵向槽518。

在一些实施例中，馈送网络540可以以与上面关于图6B所述的方式类似的方式在小印刷电路板上被实现为级联的一系列功率分配器。在一些实施例中，代替使用延伸天线500的长度的显著部分使得短截线546可以跨过相应槽530的大印刷电路板(如图6B的实施例的情况)，短截线546可以替代地被用作输出焊盘。例如，如图8中所示，功率分配器544可以在安装在槽型天线700内部的小印刷电路板741上实现，并且馈送网络740可以包括印刷电路板741和连接到印刷电路板741上的多个输出焊盘748中的相应输出焊盘的相应传输线750。每个传输线750可以是预焊接到输出焊盘748中的相应输出焊盘的金属线。在一些实施例中，管状介电支撑件710的内表面714可以具有在其中形成的通道716，通道716的尺寸可以设置成接纳相应的金属线传输线750。通道716可以例如在用于制造管状介电支撑件710的挤压工艺期间形成。每个金属线传输线750的远端可以跨过槽530中的相应一个，使得每个传输线750可以将其上的RF信号耦合到相应的槽530。天线700的其它部件可以与天线500的相同编号的部件完全相同，因此这里将省略对其进一步的描述。

图7A-图7F是图示可以在根据本发明的实施例的槽型天线中使用的示例槽设计的示意图。在这些图中的每一个图当中，槽630与天线表面上不包括金属的区域对应。换句话说，根据本发明的实施例的天线可以具有包括其中省略金属的一个或多个槽的金属层。

如图7A-图7F中所示，可以使用各种不同的槽设计。图7A和图7B图示了可以提供良好的交叉偏振性能的槽设计600、610。特别地，图7A图示了包括线性槽602的槽设计600，线性槽602可以例如平行于管状介电支撑件(诸如上面讨论的介电支撑件)的纵向轴线延伸。由于槽设计600仅包括纵向延伸的槽602并且不包括任何横向槽，因此它可以表现出优异的交叉偏振性能。图7B图示了还包括调谐铜(或其它金属)多边形614的线性槽610。调谐铜多边形614可以在柔性印刷电路板的、与定义纵向延伸槽602的铜层相同的铜层上形成。如图7B中所示，只有小介电间隙616将调谐铜多边形614与定义纵向延伸槽602的主铜层分开。纵向延伸槽602的形状可以容易地通过将调谐铜多边形614中的一个或多个电连接到定义纵向延伸槽602的主铜层来修改。例如，调谐铜多边形614中的一个或多个可以通过使用烙铁来在将调谐铜多边形614中的一个与定义纵向延伸槽602的主铜层分开的小介电间隙616中沉积焊料618，而被短路到主铜层，如图7B右侧(使用点线矩形)示意性地示出的。以这种方式，可以修改槽602的长度以调谐由根据本发明的实施例的包括槽610的槽型天线生成的天线波束的回波损耗和/或仰角波束宽度。当调谐铜多边形614没有电短路到主铜层时，调谐铜多边形614通常对包括线性槽610的天线的性能没有太大影响。

图7C图示了可以用于减小天线的整体尺寸的槽设计620。如图7C中所示，槽设计620包括纵向延伸槽622和可以(但不需要)大致垂直于纵向延伸槽622延伸的一个或多个横向延伸槽624。提供横向延伸槽624可以允许减小提供期望的仰角波束宽度的纵向延伸槽622的长度，并且因此可以允许缩短包括槽设计620的天线的整体长度。但是，包括横向延伸槽624会使天线的交叉偏振性能变差。图7D图示了槽设计630，除了槽设计630还包括可以用于以上面参考图7B讨论的方式调谐天线的回波损耗和/或仰角波束宽度的铜多边形636之外，槽设计630与槽设计620完全相同。

图7E图示了可以用于进一步减小天线的整体尺寸的槽设计640。如图7E中所示，槽设计640包括纵向延伸槽642和大致垂直于纵向延伸槽642延伸的一对横向延伸槽644。横向延伸槽644可以比图7C-图7D的槽设计620、630中的横向延伸槽624长，因此槽设计640可以允许更大地减小提供期望的仰角波束宽度的纵向延伸槽642的长度，并且因此可以允许进一步缩短包括槽设计640的天线的整体长度。但是，包括较长的横向延伸槽624会进一步使天线的交叉偏振性能变差。图7F图示了槽设计650，除了槽设计650还包括可以用于以上面参考图7B讨论的方式调谐天线的回波损耗和/或仰角波束宽度的铜多边形656之外，槽设计650与槽设计640完全相同。

如上面所讨论的，馈送网络和包括槽的金属层都可以布置在根据本发明的实施例的槽型天线的管状介电支撑件的内部或外部。虽然在上面的示例实施例中未示出，但是槽型天线通常将被封在用于保护天线免受环境(例如，雨、动物等)影响的天线罩内。通常，天线罩由对RF能量大致透明的玻璃纤维形成。在本发明的一些实施例中，天线罩可以用作管状介电支撑件。这可以可能地进一步减小天线的尺寸、重量和/或成本。

例如，天线罩可以被形成为玻璃纤维材料层。现有的天线罩技术允许一层或多层金属箔(有或没有附带的介电支撑层)被天线罩的相应玻璃纤维层代替。图9示意性地图示了具有这种设计的槽型天线800。如图9中所示，天线800包括多层管状天线罩810，多层管状天线罩810包括五层。层812、814和816可以包括例如玻璃纤维层。层820可以包括包含其中形成槽830的有图案的金属箔(其可以在分离的介电支撑层上形成或可以不在分离的介电支撑层上形成)的层。层840可以包括包含跨过槽830的金属迹线842的馈送层。同轴馈送电缆(未示出)的中心导体可以连接到金属迹线842，并且同轴馈送电缆的接地导体可以连接到层820的有图案的金属箔。例如，金属迹线842可以通过玻璃纤维层816电容耦合到同轴电缆的内导体。

根据本发明的实施例的槽型天线可以用于标准蜂窝服务。可以适当地缩放天线，以例如在所谓的“低频带”(通常为696-960MHz或其被选部分，但是有时延伸到更低的频率(诸如600MHz频带的剩余部分))和所谓的“高频带”(通常大约1.6-2.7GHz或其被选部分，但是有时延伸到更低的频率(诸如1400MHz频带))中操作。

以上已经参考附图描述了本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。相同的数字通篇指代相同的元件。

应该认识到的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不偏离本发明的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

应该认识到的是，当元件被称为“在”另一个元件“上”时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，不存在中间元件。还将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。作为对照，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应该以类似的方式进行解释(即，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

诸如“在...下方”或“在...上方”或“上面的”或“下面的”或“水平”或“垂直”的相对术语可以在本文中用于描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图所示。应该认识到的是，除了图中描绘的朝向之外，这些术语旨在包含设备的不同朝向。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还将理解的是，当在本文使用时，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指定所陈述的特征、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

以上公开的所有实施例的方面和元件可以以任何方式组合和/或与其它实施例的方面或元件组合，以提供多个附加实施例。

Claims (10)

1.一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，包括：

管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；

金属层，该金属层相对于管状介电支撑件基本上同心地布置，金属层在其中包括其中省略了金属的第一纵向延伸槽；

馈送网络，该馈送网络包括跨过第一纵向延伸槽的传输线。

2.如权利要求1所述的槽型天线，其中金属层包括柔性印刷电路板上的金属图案。

3.如权利要求1所述的槽型天线，其中金属层包括直接在管状介电支撑件上形成的镀覆金属图案。

4.如权利要求1所述的槽型天线，其中金属层包括粘附到管状介电支撑件的片材金属图案。

5.一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，包括：

管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；

管状介电支撑件上的金属圆柱，该金属圆柱在其中包括第一纵向延伸槽；

馈送网络，该馈送网络至少部分地设置在管状介电支撑件内，该馈送网络包括跨过第一纵向延伸槽的传输线。

6.如权利要求5所述的槽型天线，其中金属圆柱包括在圆柱形柔性印刷电路板上的金属图案。

7.如权利要求5所述的槽型天线，其中金属圆柱包括直接在管状介电支撑件的外表面上形成的镀覆金属图案。

8.一种用于蜂窝通信系统的槽型天线，包括：

管状介电支撑件，该管状介电支撑件沿着纵向轴线延伸；

柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板具有在其中包括其中省略了金属的多个槽的金属层，该柔性印刷电路板被安装成围绕管状介电支撑件的表面延伸；以及

馈送网络，该馈送网络具有输入端、多个功率分配器和多个开路传输线，每个开路传输线跨过槽中相应的一个槽。

9.如权利要求8所述的槽型天线，其中馈送网络至少部分地被实现为安装在管状介电支撑件内的第二印刷电路板。

10.如权利要求8所述的槽型天线，其中馈送网络至少部分地在柔性印刷电路板中实现。