CN112534647A - 具有极化相关输出的宽带天线 - Google Patents
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Abstract
天线包括：接地面、第一天线元件和第二天线元件，其中，第一天线元件和第二天线元件布置为用于以设计波长发射和/或接收分别具有第一极化方向和第二极化方向的电磁辐射，第二极化方向与第一极化方向不同，其中，第一天线元件和第二天线元件每一个包括谐振器元件对，谐振器元件对具有面对相应的布置在每一对谐振器元件中的探针的侧壁，其中，第一天线元件与第二天线元件之间共享每一对谐振器元件中的一个谐振器元件，并且第一天线元件和第二天线元件的各个探针布置在共享的谐振器元件的不同侧上。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域。更准确地说，本发明涉及用于可能的5G应用的、具有极化相关输出和波束控制能力的天线阵列。
背景技术
现代信息交换越来越多地基于通信双方之间的自由空间电磁波传输。更高数据传输速率的不断增长的需求和参与者不断增加的数量，推动了射频技术向更高频率和更高带宽的持续发展。
天线用于发送和接收以电磁波编码的信号，并用于在自由空间传播的电磁波与用于信息处理的芯片上的电子设备之间提供接口，诸如，在基站或移动终端中。这个接口常常构成用于数据传输可用频率的瓶颈。
为了满足下一代通信标准的要求，这些天线应该具有可收集和发射电磁辐射的较宽的带宽。优选地，下一代天线的带宽应当覆盖从24GHz到43.5GHz的、用于预期的5G标准的提议带宽的大部分。此外，这种天线应具有方向性和可选择的主极化方向，以进一步提高数据速率和接收质量，并降低能源消耗。然而，这些要求中的一些可以是彼此冲突的，因此，天线的几何形状应该在这些要求之间通过适当的布置和天线元件的尺寸来达成有优势的折衷。
Lei Ge和Kwai-Man Luk(《H-平面内具有可重构波束宽度的线极化和双极化磁电偶极子天线》(Linearly Polarized and Dual-Polarized Magneto-Electric DipoleAntennas With Reconfigurable Beamwidth in the H-plane)；IEEE天线与传播学报(IEEE Transactions on Antennas and Propagation)，第64卷，第2期，2016年2月)描述了具有四个独立金属夹的方形布置的天线配置，位于方形布置的中心有两个交叉的伽玛形探针。每个交叉的伽玛形探针连接到相应的馈电线，以发射和接收具有频率约为2GHz的给定极化的电磁波。
J.Wang等(《具有二维多波束端射辐射的60GHz水平极化磁电偶极子天线阵列》(A60-GHz Horizontally Polarized Magneto-Electric dipole Antenna Array with TwoDimensional multi-beam End-fire Radiation)；IEEE天线与传播学报(IEEETransactions on Antennas and Propagation)，第65卷，第11期，2017年)描述了极化天线配置，其中，布置在由通孔限定的波导端部处的金属贴片形成端射磁电偶极子天线，以实现高频率的高带宽电磁波发射。
W.Hong等(《智能手机毫米波5G天线：概述与实验演示》(Millimeter-wave 5GAntennas for Smartphones：Overview and Experimental Demonstration)；IEEE IEEE天线和传播(IEEE IEEE Transactions on Antennas and Propagation)，第65卷，第12期，2017年)描述了用于移动电话的极化网状网格贴片天线，在模块的边缘处设置有多个不同地极化的天线，以产生频率在24GHz以上的电磁波辐射的定向的且极化的发射。
US 9502780 B2公开了领结天线的平面阵列，其中，探针从基板突出并电连接到菱形谐振器的边缘，以激发由相邻菱形谐振器元件的相邻角形成的偶极子领结天线。
US 2007/0210976 A1公开了用于第二代射频通信和第三代射频通信的、基于微带的互补宽带基站天线。天线包括由金属元件构成的电偶极子区段，该金属元件布置在接地面上，且短接于所述接地面，在偶极子区段的面对的边缘处具有竖直区段。为了将信号耦合到短接的偶极子中，伽玛形探针可放置在面对的金属板之间。可通过螺钉或其他固定装置经由竖直区段将偶极子区段附接到接地面而整体形成或组装天线结构。
发明内容
然而，已知的天线几何形状可能难以制造，可能无法提供波束控制或双极化操作，或者可能遭受不同极化方向之间的高耦合、低频、低带宽或低效率的困扰。
因此，本发明的目的是提供操作中具有低交叉极化的高效双极化宽带天线，其几何形状允许放大以提供发射器的相控阵，并且可容易地在现有技术的基板上进行制造。
这个目的通过根据独立权利要求的天线和相应的构造方法得到解决。从属权利要求与优选的实施方式有关。
为了清晰和简洁地讨论，对于表面和延长形状的相对布置，将在以下描述中使用术语“近似平行”和“近似垂直”。虽然在许多实施方式中优化的设备性能可由精确平行和精确垂直的布置获得，但是技术人员将理解相对布置也可受制于相对对齐的实质性变化而在可接受的阈值水平内不对设备性能有不利影响，并且还可能受制于生产公差。在这种情况下，术语“近似平行”和“近似垂直”可理解为与分别偏离所述精确平行或精确垂直布置小于30度或小于10度(优选地，小于5度)的相关布置的范围有关。
此外，将参照天线在预定发射/接收波段内的设计波长作为示例波长来描述天线的各个尺寸。需要指出的是，术语“波长”和“频率”在用于描述天线的性能特征时将互换使用，并且如果没有另外提及，应考虑空间距离和给定波长之间的比较已将局部电介质环境考虑在内。为了简洁起见，虽然讨论将集中在单一的设计波长/频率上，但是技术人员将理解，在本文中描述的天线可适用于发射和接收在较宽频率和波长范围内的电磁波。因此，设计波长/频率可理解为由天线发射/接收的落入波长/频率的预定范围的波长/频率，诸如，在波长/频率的预定范围内的中心波长/频率，或在波长/频率的预定范围内的最高/最低波长/频率。例如，设计频率可以是预期的5G标准的频率，诸如，24GHz、34GHz或44GHz。
波长/频率的预定范围可对应于预定频段，诸如，连续或不连续的频率间隔，其中，所述频率间隔的特征是天线在所述频率间隔内满足一定的要求。例如，天线的要求可假定天线的辐射强度的实际增益高于一定阈值，或可假定天线的S参数高于或低于给定阈值(诸如，天线的S11参数的上阈值)，或其任何组合。
此外，将引用天线的“交叉极化”和“共极化”，该引用可特指由天线的元件发射或接收的电磁辐射的极化的纯度，所述元件旨在主要发射或接收具有第一极化方向的电磁辐射。在此情况下，与发射相同有效功率且处于给定的检测器位置的各向同性发射器相比，共极化可与具有第一极化方向的电磁辐射的相对大小有关，其中，该电磁辐射是由天线的所述元件发射的。与发射相同有效功率且处于给定的检测器位置的各向同性发射器相比，交叉极化可与由天线的所述元件发出的具有第二极化方向的电磁辐射的相对大小有关，其中，第二极化方向垂直于第一极化方向。
根据第一方面，本发明涉及包括接地面、第一天线元件和第二天线元件的天线。第一天线元件布置为以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射。第一天线元件包括第一探针和第一谐振器，其中，第一探针延伸穿过接地面并与接地面电隔离。第一谐振器包括第一谐振器元件和第二谐振器元件。第一谐振器元件和第二谐振器元件每一个联接到接地面，并且每一个具有面对第一探针的竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第一谐振器元件和第二谐振器元件的、面对第一探针的竖直侧壁沿第一方向以第一距离间隔开并且形成第一腔。第一探针至少部分地布置在第一谐振器元件与第二谐振器元件之间的第一腔中。第二天线元件布置为以设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射，其中，第二极化方向不同于第一极化方向。第二天线元件包括第二探针和第二谐振器，其中，第二探针延伸穿过接地面并与接地面电隔离。第二谐振器包括联接到接地面的第一谐振器元件和联接到接地面的第三谐振器元件，其中，第一谐振器元件和第三谐振器元件每一个具有面对第二探针的竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第一谐振器元件和第三谐振器元件的、面对第二探针的竖直侧壁沿第二方向以第二距离间隔开并且形成腔，其中，第二方向不同于第一方向。第二探针至少部分地设置在第一谐振器元件与第三谐振器元件之间的第二腔中。
第一天线元件和第二天线元件共享共同的第一谐振器元件，第一谐振器元件可允许形成具有以行和列布置的谐振器元件的密集天线阵列。第一天线元件与第二天线元件之间的共享谐振器元件可减少天线元件在设置于阵列中时的空间占用。将第一探针和第二探针布置在第一谐振器元件的不同侧上可降低天线的交叉极化属性。
谐振器元件的竖直侧壁可代表导电表面，该导电表面与接地面结合实现辐射天线元件，其中术语竖直侧壁不应理解为局限于连续表面。而是，侧壁可由几个彼此间隔开的导电元件组成，并且/或者可具有多个孔或狭缝，同时仍在给定的频率范围内和对于给定的极化方向实质上充当导电壁。例如，侧壁可由从接地面突出的多个导电细长柱形成。
探针可与接地面和谐振器元件联接，以使得电磁辐射可从天线辐射出来。具体而言，探针布置在腔中并且联接到相邻谐振器元件之间的腔的导电元件，从而形成辐射磁电偶极子天线，偶极子天线以与腔扩展方向一致的主极化方向(即，沿着形成腔的谐振器元件间隔的方向)发射电磁辐射。第一探针/第二探针可与第一谐振器元件的竖直侧壁和第二谐振器元件/第三谐振器元件的竖直侧壁电隔离。
在优选的实施方式中，第一探针、第一谐振器元件和第二谐振器元件与接地面一起布置，以实现短接式四分之一波长贴片天线，其中，第一谐振器元件和/或第二谐振器元件的高度是特别选定的，以使得该高度对应于设计波长的四分之一。
用于四分之一波长贴片天线的四分之一波长贴片可由第一谐振器元件的侧壁和第二谐振器元件的侧壁设置，四分之一波长贴片可短接于接地面，以实现短接式四分之一波长贴片天线。短接式四分之一波长贴片天线可以以设计波长提供极化的且基本上均匀的电磁波辐射。对于第一谐振器元件的高度和/或第二谐振器元件的高度，设计波长可以是天线的预定频段的中心频率，或可对应于中频，所述中频高于设计频段的中心频率且小于设计频段的最高频率。
在另一优选的实施方式中，第一探针在第一腔中沿第一方向延伸。在一些实施方式中，第二探针在第二腔中沿第二方向延伸。
第一探针在第一腔或第二腔中沿第一方向或第二方向的延伸，可改善各个腔中的探针与谐振器元件之间的耦合，和/或可改善辐射的主极化。
在一些实施方式中，第一探针的顶部在第一腔中沿第一方向延伸，和/或第二探针的顶部在第二腔中沿第二方向延伸，其中，顶部近似平行于接地面，并且与接地面以一定距离间隔开，该距离可近似为设计波长(诸如，与设定频段的中心频率相对应的波长)的四分之一。
在优选的实施方式中，第一探针和/或第二探针联接到馈电线，并且包括伽玛形探针区段。伽玛形探针区段包括：馈电部分，延伸穿过接地面，并将伽玛形探针区段与馈电线联接；顶梁，布置为近似平行于第一腔或第二腔的第一方向或第二方向；以及探针尖端，连接到顶梁并且向接地面延伸，其中，顶梁连接馈电部分和探针尖端。
伽玛形探针区段可与谐振器元件相互作用，以形成具有低逆辐射和低交叉极化的天线元件。
在优选的实施方式中，天线包括基板，其中，在基板的一侧设置有接地面，并且在基板的相对侧设置有顶梁。在一些实施方式中，基板是多层基板，并且探针尖端可从顶梁向多层基板的两个基板之间的结合层突出进入多层基板。
在一些实施方式中，第一谐振器元件和第二谐振器元件的、面对第一探针的竖直侧壁中的每一个近似垂直于第一方向。在一些实施方式中，第一谐振器元件和第三谐振器元件的、面对第二探针的竖直侧壁的每一个近似垂直于第二方向。
为谐振器元件提供具有至少一部分面对第一探针或第二探针的且近似分别垂直于第一方向或第二方向的侧壁，考虑到生产公差(诸如第一探针或第二探针从预定位置的无意偏移)，可改善天线属性的稳定性，并且可降低天线的交叉极化。
在优选的实施方式中，第一谐振器元件和/或第二谐振器元件和/或第三谐振器元件包括顶表面，顶表面平行于接地面延伸并且以顶距离与接地面间隔开，其中，第一谐振器元件和/或第二谐振器元件的所述顶距离是特别选择的，以使得第一谐振器元件和/或第二谐振器元件的高度对应于设计波长的四分之一。
布置在第一腔或第二腔的相对侧上的谐振器元件的顶表面可提供与第一探针或第二探针耦合的电偶极子，以增加第一天线元件或第二天线元件的带宽。
在一些实施方式中，天线可提供被从接地面到第一谐振器元件和/或第二谐振器元件和/或第三谐振器元件的间距强烈影响的第一谐振频率，以及被近似平行于接地面延伸的顶表面的空间范围强烈影响的第二谐振频率。
顶表面的空间范围、从接地面到顶表面的间距和探针的形状可适于提供一组谐振结构，该谐振结构提供重叠谐振用于形成较宽的预定频段。
顶表面具有大致多边形或大致正方形的形状，诸如，带有圆角或切角的多边形或正方形。在一些实施方式中，谐振器元件粗略地具有从接地面突出的数学圆柱体的形状，其中，顶表面为数学圆柱体的底，并且数学圆柱体的侧表面可与竖直侧壁有关。
在优选的实施方式中，顶表面具有大致正方形的形状，其中，大致正方形的形状的边与谐振器元件的竖直侧壁对齐，和/或其中接近第一腔和/或第二腔的大致正方形的顶表面的边与第一方向和/或第二方向分别垂直对齐，并且可与第二方向和/或第一方向分别平行对齐。
在优选的实施方式中，接地面布置在基板上，并且第一谐振器元件和/或第二谐振器元件和/或第三谐振器元件的竖直侧壁由延伸穿过基板的多个通孔形成，通孔近似垂直于接地面，其中相邻的通孔以小于设计波长的八分之一的间距间隔开。
间隔紧密的通孔可为谐振器提供有效侧壁，并且可很容易地制造，即，通过在基板上钻孔，然后对孔进行金属化。
在一些实施方式中，相邻的通孔以小于最低预定波长的八分之一或十分之一的间距间隔开，其中，所述最低预定波长可对应于天线的预定频段的最高频率值。这样，通孔可在频段内形成用于电磁辐射的有效壁，以使得天线的性能可被提高。
在优选的实施方式中，通孔形成围绕第一谐振器元件和/或第二谐振器元件的有限空间的外侧壁，有限空间由谐振器元件的顶表面和通孔限定。在一些实施方式中，通孔布置为靠近顶表面的边缘和/或从顶表面的边缘向内间隔开生产裕度，考虑到用于通孔孔位置的推导的给定生产公差，生产裕度保证通孔孔被顶表面的导电部分围绕。
围绕有限空间的外侧壁可允许在谐振器元件的多个侧面上布置探针，用于形成天线元件阵列，并且可进一步降低不同探针之间的耦合。
在优选的实施方式中，天线包括多个谐振器元件，谐振器元件分别沿第一方向和第二方向以行和列布置。
谐振器元件以行和列的所述布置可构成用于在多个谐振器元件的相邻的谐振器元件之间布置探针(诸如，第一探针和第二探针)的阵列，以提供用于沿第一极化方向和/或第二极化方向发射电磁辐射的天线元件的阵列。
在优选的实施方式中，天线还包括第三天线元件。第三天线元件包括：第三探针，延伸穿过接地面，并与接地面电隔离；以及第三谐振器，包括第四谐振器元件和第二谐振器元件。第四谐振器元件和第二谐振器元件每一个联接至接地面，并且每一个具有竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第二谐振器元件和第四谐振器元件的、面对第三探针的竖直侧壁沿第一方向以第一距离间隔开并形成第三腔，并且探针至少部分地布置在第四谐振器元件与第二谐振器元件之间。第三天线元件布置为用于沿第一极化方向以设计波长发射和/或接收电磁辐射。第三探针至少部分地布置在第二谐振器元件与第四谐振器元件之间的第三腔中。
在优选的实施方式中，第一探针和第三探针以小于真空中设计波长的一半的距离间隔开。
在一些实施方式中，所述距离小于真空中天线的最小预定波长的一半，其中，真空中所述最小预定波长对应于光的速度除以天线的预定频段的最高频率。
第一探针和第三探针的所述距离可允许通过发射器的相控阵实现天线辐射的波束控制。特别地，根据这种布置的发射器阵列可通过控制发射器阵列中反馈到每个探针的信号的相位/延迟，允许控制与天线的实际增益的最大值相关联的关于接地面法线面的实相角达90度，所述距离可抑制天线的发射谱中的光栅波瓣，从而改善天线的方向性。
在第二方面中，本发明涉及制作天线的方法。该方法包括设置接地面和制作第一天线元件和第二天线元件。第一天线元件布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射。制作第一天线元件包括：布置第一探针，第一探针延伸穿过接地面并且与接地面电隔离；以及制作第一谐振器，第一谐振器包括第一谐振器元件和第二谐振器元件。第一谐振器元件和第二谐振器元件每一个联接至接地面，并且每一个具有面向第一探针的竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第一谐振器元件和第二谐振器元件的、面对第一探针的竖直侧壁，沿第一方向以第一距离间隔开并且形成第一腔，并且第一探针至少部分地布置在第一谐振器元件与第二谐振器元件之间的第一腔中。第二天线元件布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射，第二极化方向与第一极化方向不同。制作第二天线元件包括：布置第二探针，第二探针延伸穿过接地面并且与接地面电隔离；以及制作第二谐振器，第二谐振器包括联接至接地面的第一谐振器元件和第三谐振器元件。第一谐振器元件和第三谐振器元件每一个具有面对第二探针的竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第一谐振器元件和第三谐振器元件的、面对第二探针的竖直侧壁，沿第二方向以第二距离间隔开并且形成腔，第二方向不同于第一方向，第二探针至少部分地布置在第一谐振器元件与第三谐振器元件之间的第二腔中。
在一些实施方式中，该方法还包括根据第一方面制作、实现或提供天线的任何实施方式的特征。
在一些实施方式中，该方法还包括制作分别沿第一方向和第二方向以行和列布置的多个谐振器元件，并且在多个谐振器元件的共同谐振器元件的相对侧上布置两个探针，其中，两个探针沿第一方向和/或第二方向以小于设计波长的一半或在真空中预定频段的最高频率的波长的一半的间距间隔开。
在一些实施方式中，该方法还包括设置具有接地面的基板，其中，制作第一谐振器元件、第二谐振器元件和/或第三谐振器元件包括：在基板的表面上布置金属贴片，所述表面与接地面以设计波长的四分之一的间距间隔开，以及用金属通孔将金属贴片连接到接地面，所述通孔延伸穿过基板，以使得金属通孔形成各个谐振器元件的竖直侧壁，其中，相邻的通孔以小于设计波长的八分之一的间距间隔开。
在一些实施方式中，谐振器元件的阵列可通过在基板的表面上以行和列布置多个金属贴片并且随后用金属通孔将金属贴片连接到接地面来设置，所述通孔延伸穿过基板，以使得各个谐振器元件的金属通孔侧壁也穿过基板。
在一些实施方式中，金属通孔形成由通孔和金属贴片限定的有限空间的外侧壁。
在优选的实施方式中，布置第一探针和/或第二探针包括形成伽玛形探针。伽玛形探针的形成包括在基板上布置金属条，金属条布置在第一谐振器元件、第二谐振器元件和/或第三谐振器元件的相邻的金属贴片之间，以使得金属条与连接相邻金属贴片的中心的连接线对齐和/或接近，其中，金属条与接地面之间的距离等于或小于金属贴片与接地面之间的距离；在每个金属条的第一端部处形成馈电通孔，馈电通孔延伸穿过基板和接地面；以及在每个金属条的第二端部处形成尖端通孔，第二端部与第一端部相对，其中，尖端通孔突出进入基板并且不延伸穿过基板。
在一些实施方式中，制作天线包括：在相邻谐振器元件之间形成多个探针，用于制作以行和列布置的天线元件阵列，其中，天线元件沿第一方向或第二方向布置。
附图说明
根据参照附图对优选实施方式的详细描述，将最好地理解根据本发明的天线的特征和众多优点，在附图中：
图1是根据示例的天线的示意性立体图；
图2是根据示例的天线的示意性侧视图；
图3是根据示例的在基板中制造的天线元件的示意图；
图4是根据示例的天线的示意性俯视图；
图5A示出了根据示例的用于天线的一组S参数；
图5B示出了根据示例的天线的主极化的模拟值；以及
图5C示出了根据示例的天线的交叉极化的模拟值。
具体实施方式
图1展示了具有多个天线元件的天线10，多个天线元件包括第一天线元件12和第二天线元件14，多个天线元件被布置用于发射和/或接收沿第一极化方向和沿第二极化方向的电磁辐射。第一极化方向和第二极化方向与天线10的水平方向H和垂直方向V有关。天线10包括接地面11，接地面11上布置有多个谐振器元件16、18和20，其中，探针22至25位于包括第一谐振器元件16、第二谐振器元件18和第三谐振器元件20的相邻的谐振器元件之间，以形成天线元件12和天线元件14。探针22至25与接地面11电隔离，并通过接地面11中的通孔开口22v至25v延伸。
谐振器元件16、18和20包括方顶表面16r、18r和20r，方顶表面16r、18r和20r通过多个金属通孔连接到接地面11，金属通孔形成各个谐振器元件16、18和20的竖直侧壁16a、16b、16c、16d、18a和20a。谐振器元件16、18和20的竖直侧壁16a、16b、16c、16d、18a和20a面对布置在谐振器元件16、18和20的对应侧上的探针22至25。如图1所示，在谐振器元件16的四个侧中的每一个侧上，将一个探针22至25布置成面对谐振器元件16的通孔形成的各个侧壁16a、16b、16c、16d，其中，探针22至25中的每一个近似垂直于各个相邻侧壁16a、16b、16c、16d延伸，即，探针22面对竖直侧壁16a，探针24面对竖直侧壁16b，探针23面对竖直侧壁16c，探针25面对竖直侧壁16d。
第一天线元件12包括第一探针22，第一探针22布置在第一谐振器元件16与第二谐振器元件18之间，接近连接第一谐振器元件16的中心与第二谐振器元件18的中心的第一连接线cl1。第一谐振器元件16和第二谐振器元件18包括各自的竖直侧壁16a和18a，竖直侧壁16a和18a面对第一探针22并形成第一天线元件12的第一腔。第一探针22沿水平方向H在第一谐振器元件16与第二谐振器元件18之间与第一连接线cl1对齐，因此，第一天线元件12主要沿水平方向H定向。
第二天线元件14包括第二探针24，第二探针24布置在第一谐振器元件16与第三谐振器元件20之间，接近连接第一谐振器元件16的中心与第三谐振器元件20的中心的第二连接线cl2。第一谐振器元件16和第三谐振器元件20包括各自的竖直侧壁16b和20a，竖直侧壁16b和20a面对第二探针24并形成第二天线元件14的第二腔。第二探针24沿垂直方向V在第一谐振器元件16与第三谐振器元件20之间与第二连接线cl2对齐，因此，第二天线元件12主要沿竖直方向V定向。
接地面11、第一谐振器元件16和第二谐振器元件18可形成第一天线元件12的联接到第一探针22的第一谐振器，以使得第一探针12的电激发可诱导第一谐振器中电荷分布的变化。第一谐振器中电荷分布的所述变化可实现辐射偶极子，用于将第一探针22的电激发耦合到传播电磁波的自由空间中，反之亦然。第一天线元件12可提供主要沿水平方向H定向的偶极子，以使得发射的或接收的辐射的极化可主要沿水平方向H极化。
同样地，接地面11、第一谐振器元件16和第三谐振器元件20可形成第二天线元件14的联接到第二探针24的第二谐振器。由于第二天线元件14主要沿竖直方向V定向，因此第二天线元件14的发射的或接收的辐射的极化可主要沿竖直方向V极化。
在图1中，在第一天线元件12的谐振器元件16、18的竖直侧壁16a与18a之间的沿水平方向H的第一距离被描绘为与在第二天线元件14的谐振器元件16、20的竖直侧壁16b与20a之间的沿竖直方向V的第二距离相等，以举例说明，其中，第一天线元件12和第二天线元件14的预定频段重合。
图2展示了根据示例的第一天线元件12的示意性侧视图。天线元件12由接地面11、两个相邻谐振器元件16、18以及第一探针22形成。
谐振器元件16、18每一个包括顶表面16r、18r，以及将顶表面16r和18r连接到接地面11的竖直侧壁16a、18a。接地面11与竖直侧壁16a、18a可被认为形成了短接式贴片天线，其中，短接式贴片天线的特征距离对应于第一高度H1，第一高度H1基本对应于竖直侧壁16a、18a的高度。第一天线元件12的第一谐振器元件16和第二谐振器元件18以第一距离L1间隔开，并且第一谐振器元件16和第二谐振器元件18每一个具有近似平行于接地面11以第三距离L3延伸的顶表面16r、18r。
通过侧壁16a、18a连接的谐振器元件16、18以及接地面11可实现短接式四分之一波长贴片天线。谐振器元件16、18的高度H1(顶表面16r和18r与接地面11间隔开的高度)应对应于天线10的设计波长的四分之一。短接式四分之一波长贴片天线可提供磁电偶极子。因此，天线元件12包括布置在谐振器元件16与18之间且在接地面11之上的探针22，天线元件12可将反馈到探针22的信号转换到以设计波长/频率或接近于设计波长/频率的波长/频率传播电磁波的自由空间中。
在一些实施方式中，第三距离L3大于或小于第一距离L1和/或第一高度H1。当第三距离L3不同于第一距离L1和/或第一高度H1时，与第三距离L3相关联的偶极子可提供与第一高度H1和/或第一距离L1相关联的谐振频率不同的谐振频率，以提高天线10的带宽。当第三距离L3大于第一距离L1和/或第一高度H1时，相邻天线元件12、14之间的耦合也可减小。
在一些实施方式中，第三距离L3与第一距离L1和/或第一高度H1不同，并且与第一距离L1和/或第一高度H1偏离小于50％。在一些实施方式中，第一距离L1大于第一高度H1并且与第一高度H1偏离小于50％，尤其小于30％；第三距离L3大于第一距离L1并且与第一距离L1偏离小于50％，尤其小于30％。
第一探针22具有伽玛形状的区段，并包括延伸穿过通孔开口22v并且近似垂直于接地面11的馈电部分22f。馈电部分22f布置在通孔开口22v中，以使得第一探针22与接地面11电隔离。
第一探针22的馈电部分22f进一步连接到顶梁22t，顶梁22t近似平行于接地面11延伸且与接地面11间隔第二高度H2。第二高度H2可与第一高度H1相似，来改善对由谐振器元件16、18以及接地面11实现的磁电偶极子的耦合。顶梁22t在第一谐振器16与第二谐振器18之间在对应于第四距离L4的长度上延伸。
顶梁22t连接到探针尖端22p，探针尖端22p从顶梁22t向接地面11延伸第三高度H3。第三高度H3应小于第二高度H2，诸如，接近第二高度H2的一半和/或接近第一高度H1的一半。探针尖端22p与馈电部分22f近似平行并以第五距离L5间隔开，其中，第五距离L5应小于第四距离L4。第四距离L4应该小于第一距离L1，以将探针22容纳在第一谐振器元件16与第二谐振器元件18之间。
在一些实施方式中，第四距离L4与第一高度H1或第二高度H2不同。当第四距离L4与第一高度H1和/或第二高度H2不同时，天线10的带宽可增加。在一些实施方式中，第四距离L4与第一高度H1或第二高度H2偏离小于50％，特别地小于30％，优选地小于20％。在一些实施方式中，第四距离L4大于第一高度H1。
在一些实施方式中，第四距离L4对应于与预定频段的中心频率相关联的波长的四分之一，或与与中心频率相关联的所述波长偏离小于30％，特别地小于20％，优选地小于10％。
在一些实施方式中，第一距离L1大于第一高度H1和/或第二高度H2，以将探针22布置在具有第四距离L4的谐振器元件16、18之间，该第四距离L4类似于或大于第一高度H1和/或第二高度H2。
如图2所示，第一探针22的馈电部分22f可与第二谐振器元件18的、面对的竖直侧壁18a间隔开，竖直侧壁18a与馈电部分22f相邻，间隔为第六距离L6。所述第六距离L6可小于第一探针22的探针尖端22p与第一谐振器元件16的竖直侧壁16a之间的第七距离L7。
在一些实施方式中，选择第六距离L6和/或馈电部分22f的半径，以使得馈电部分22f和竖直侧壁18的阻抗接近于天线元件12到外部电路的阻抗匹配的期望的值，诸如，50Ω或75Ω。
探针22的馈电部分22f可连接到接地面11的相对侧上的馈电线(未示出)，以向探针22反馈信号，该信号可由天线元件12发射，其中，接地面11的相对侧与其上布置有谐振器元件16、18和20的接地面11的侧相对。
可通过选择天线10的设计频率来选择长度L1至L6和高度H1至H3，天线10的设计频率可高于天线10的预定频段的中心频率。第一高度H1可被选择为对应于在其中放置有和/或形成有天线10的电介质中与所述选择的设计频率相关联的波长的四分之一。
相邻谐振器元件16、18所间隔的第一距离L1可选择为大于第一高度H1，所述第一距离L1与第一高度H1偏离小于50％。随后，选择第三距离L3以根据给定的天线要求提供在天线10的预定频段内发射电磁波的天线10。为此，第三距离L3可大于第一距离L1和/或大于第一高度H1。探针22在谐振器元件16、18之间的布置和探针22的形状，以及特别是探针22的顶梁22t的形状，可在改变第一高度H1和第三距离L3的同时进行调整，以满足在预定频段内的天线的要求。
相邻谐振器元件16、20所间隔的第二距离可选择为与第一距离L1相同或相似，以沿天线10的第一极化方向和第二极化方向产生依赖于天线特性的相似频率。
天线10可在如图3所示的基板26中实现。基板26可以是多层基板26，包括第一基板元件26a，第一基板元件26a可通过结合层27结合到第二基板元件26b。基板26可包括：至少部分地被接地面11覆盖的第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面包括顶表面16r、18r以及探针22的顶梁22t的金属化区域。
通孔28a至28e、通孔30a至30e可通过将顶表面16r、18r和接地面11相连接的基底26来制造，其中，通孔28a至28e、通孔30a至30e近似垂直于接地面11延伸。通孔28a至28e、通孔30a至30e最好接近顶表面16r、18r的边缘制造，以实现谐振器元件16、18的竖直侧壁16a、18a。通孔28a至28e、通孔30a至30e可通过在通孔28a至28e、通孔30a至30e的预定位置处制作延伸穿过基板26的贯穿孔来制造。贯穿孔可用导电材料填充以形成导电柱28a至28e、30a至30e，导电柱28a至28e、30a至30e充当谐振器元件16、18的竖直侧壁。
探针22可通过制造从通孔开口22v到顶梁22t的近似垂直于接地面11延伸的贯穿孔，并通过用导电材料填充贯穿孔以形成馈电部分22f来构造。为了形成探针22的探针尖端22p，可在基板26内设置金属化部分22m，诸如，靠近于第一基板元件26a与第二基板元件26b之间的接口。在金属化部分22m与顶梁22t之间可形成延伸穿过基板26的贯穿孔，所述贯穿孔近似垂直于接地面11延伸。贯穿孔可用导电材料填充，以形成探针尖端22p。
自然地，所有的贯穿孔可在一个单独的处理步骤中制造或可为多层基板26的第一基板元件26a和第二基板元件26b的每一个单独制造，并且在后续步骤中贯穿孔可填充有导电材料，诸如，通过制造好的贯穿孔的金属化，以同时形成通孔28a至28e、通孔30a至30e以及探针22。因此，天线10可用简单的方法在基板26中制造。
图4展示了天线阵列10形式的天线10的示例，包括多个谐振器元件16、18、20、32、34以及探针22、22ha、24、24va，以提供多个天线元件12、12ha、14、14va。谐振器元件布置在R1至R5行和C1至C5列中。如说明性示例所示，在行R1至R5和/或列C1至C5中的相邻谐振器元件16、18、20、32之间的间隔可沿着行R1至R5或列C1至C5恒定，其中，沿行R1至R5的谐振器元件16、18、32可以以第一距离L1间隔开，并且沿列C1至C5的谐振器元件16、20、34可以以等于或类似于第一距离L1的第二距离L2间隔开。
探针22、22ha、24、24va布置在相邻的谐振器元件16、18、20、32、34之间。在图4中，沿着每一行R1至R5和沿每一列C1至C5，在每一对相邻的谐振器元件16、18、20、32、34之间设置探针22、22ha、24、24va。换句话说，沿着每一行R1至R5或沿每一列C1至C5，每一对相邻的谐振器元件16、18、20、32、34与布置在相邻的谐振器元件16、18、20、32、34之间的探针，可形成天线元件12、12ha、14、14va。
在图4中，沿着每一行R1至R5，与第一天线元件12水平相邻的水平相邻天线元件12ha的探针22ha可与第一天线元件12的第一探针22类似或相同，并可沿水平方向H平移距离D1，该距离D1可等于行R1至R5的谐振器元件16、18、32的中心之间的距离，其中，第一天线元件12沿竖直方向H布置。然而，在一些示例中，水平相邻探针22ha可以是第一探针22的镜像，其相对于第二谐振器元件18镜像，第二谐振器元件18布置在第一探针22与水平相邻探针22ha之间。
类似地，在图4中，沿着每一列C1至C5，与第二天线元件14竖直相邻的竖直相邻天线元件14va的探针24va可与第二天线元件14的第二探针24类似或相同，并可沿竖直方向V平移距离D2，该距离D2可等于列C1至C5的谐振器元件16、20、34的中心之间的距离，其中，第二天线元件14沿竖直方向V布置。然而，在一些示例中，竖直相邻探针24va可以是第二探针24的镜像，其相对于第三谐振器元件20镜像，第三谐振器元件20布置在第二探针24与竖直相邻探针24va之间。
距离D1、D2可小于天线10在真空中的设计波长的一半，以改善天线10的波束控制。在一些实施方式中，距离D1、D2可小于真空中天线10的与预定频段的最高频率值相对应的波长的一半，以在天线10的整个预定频段上改善天线10的波束控制。
在一些示例中，布置在外侧行R5或外侧列C5中的探针16、18、20、32、34可不连接到馈电线，但可端接(诸如，50Ω端接)，以改善与天线阵列的对称性相关的天线特性。
根据示例，图5A至图5C示出了模拟天线特性，该模拟天线特性为天线10的频率的函数，天线10包括以行和列布置的第一天线元件12和第二天线元件14的4x4的阵列对，诸如，如图4所示的陈列对。
图5A展示了天线10的S参数S1，1、S1，2和S2，2，该S参数S1，1、S1，2和S2，2为24GHz至44GHz频段内的频率的函数。S1，1与当各个频率的信号反馈到布置在行R1至R5中的天线元件12、12ha的探针22、22ha中时，沿水平方向H定向的所有天线元件12、12ha反射的反射功率有关。S2，2与当各个频率的信号反馈到布置在列C1至C5中的天线元件14、14va的探针24、24va时，沿竖直方向V定向的所有天线元件14、14va反射的反射功率有关。S1，2与当信号反馈到布置在列R1至R5中的天线元件12、12ha的探针22、22ha时，布置在列C1至C5中的天线元件14、14va接收到的功率有关。
在图5A中，与S1，1和S2，2有关的曲线几乎相同，并因此彼此重叠。两条曲线都展示在研究的频段内低于-9dB的反射功率。因此，天线可用于在24GHz至44GHz之间的全频段上产生电磁辐射。在研究的频段内，由S1，2的值给出的、从沿水平方向H定向的天线元件12、12ha到沿竖直方向V定向的天线元件14、14va的功率的耦合较低，其中，S1，2在整个曲线上小于-17dB。
图5B示出了与图5A相同的天线10的模拟共极化，天线10还包括以dBi(有效各向同性辐射功率)作为研究频段中频率的函数的4x4天线阵列。为了获得共极化，当处于各个频率且处于相同相位的信号被反馈到沿水平方向H定向的天线元件12、12ha时，首先可确定接收到的水平极化电磁功率，该水平极化电磁功率被面对天线10的水平极化接收器接收。接收到的水平极化电磁功率可除以由同一接收器从置于天线10位置处的且辐射相同功率的各向同性源接收的信号，以获得具有水平极化的有效各向同性辐射功率。
图5C示出了与图5A和图5B中相同的天线10的模拟交叉极化，天线10还包括以dBi(有效各向同性辐射功率)作为研究频段中频率的函数的4x4天线阵列。为了获得交叉极化，当处于各个频率且处于相同相位的信号被反馈到沿水平方向H定向的天线元件12、12ha时，首先可确定接收到的横向极化电磁功率，该横向极化电磁功率被面对天线10的竖直极化接收器接收。接收到的横向极化电磁功率可再次除以由同一接收器从置于天线10位置处的且辐射相同功率的各向同性源接收的信号，以获得具有竖直(横向)极化的有效各向同性辐射功率。
从图5A和图5C中可看出，可由天线10的水平布置的天线元件12、12ha发射少量的竖直极化辐射，竖直(横向)极化辐射相对于水平极化辐射衰减至少-20dB，使得天线10的输出可高度极化，从而允许天线10的双极化操作。
从图5B中的共极化的值可看出，通过波束控制可提高天线的方向性，使得天线10可提供超过10dB的有效增益。
对优选实施方式和图形的描述仅用于示出本发明及其相关联的有益效果，但不应理解为隐含任何限制。本发明的范围仅由所附权利要求书确定。
参考标志一览表
10 天线/天线阵列
11 接地面
12、12ha 水平/第一天线元件
14、14va 竖直/第二天线元件
16 第一谐振器元件
18 第二谐振器元件
16a、16b、16c、16d 第一谐振器元件的侧壁
18a 第二谐振器元件的侧壁
20a 第三谐振器元件的侧壁
16r、18r、20r 第一/第二/第三谐振器元件的顶表面
20 第三谐振器元件
22至25 邻近于第一天线元件的探针
22、22ha 水平/第一探针
22f 伽玛形探针的馈电部分
22t 伽玛形探针的顶梁
22p 伽玛形探针的探针尖端
22m 伽玛形探针的金属化尖端部分
22v至25v 探针的通孔开口
24、24va 竖直/第二探针
26 (多层)基板
26、26b 基板元件
27 结合层
28a至28e 第一谐振器元件的通孔
30a至30e 第二谐振器元件的通孔
32 第四谐振器元件
34 第五谐振器元件
H 水平方向
V 竖直方向
L1至L7 天线的横向尺寸
H1至H3 天线高度
cl1、cl2 第一谐振器元件与第二/第三谐振器元件之间的连接线
R1至R5 天线阵列的行
C1至C5 天线阵列的列
D1、D2 水平/竖直相邻的探针之间的距离
Claims (13)
1.天线(10)包括：
接地面(11)，其中，所述接地面(11)布置在基板(26、26a和26b)上；
第一天线元件(12)，布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射，所述第一天线元件(12)包括：
第一探针(22)，所述第一探针(22)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及
第一谐振器，所述第一谐振器包括第一谐振器元件(16)和第二谐振器元件(18)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)每一个联接到所述接地面(11)，并且每一个具有面对所述第一探针(22)的竖直侧壁(16a、18a)，所述竖直侧壁(16a、18a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)沿第一方向(H)以第一距离(L1)间隔开并形成第一腔，所述竖直侧壁(16a、18a)面对所述第一探针(22)；
其中，所述第一探针(22)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第二谐振器元件(18)之间的所述第一腔中；以及
第二天线元件(14)，布置为用于以所述设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射，所述第二极化方向与所述第一极化方向不同，所述第二天线元件(14)包括：
第二探针(24)，所述第二探针(24)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及
第二谐振器，所述第二谐振器包括与所述接地面(11)联接的所述第一谐振器元件(16)和第三谐振器元件(20)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)每一个具有面对所述第二探针(24)的竖直侧壁(16b、20a)，所述竖直侧壁(16b、20a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b、20a)沿第二方向(V)以第二距离(L2)间隔开并形成腔，所述第二方向(V)与所述第一方向(H)不同，所述竖直侧壁(16b、20a)面对所述第二探针(24)；
其中，所述第二探针(24)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第三谐振器元件(20)之间的所述第二腔中；
其中，所述第一谐振器元件和/或所述第二谐振器元件和/或所述第三谐振器元件包括基板表面(26、26a、26b)上的金属贴片(16r、18r、20r)，所述基板表面与所述接地面(11)以所述设计波长的四分之一的间距间隔开；
其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16a、16b、18、20)由延伸穿过所述基板(26、26a、26b)的多个通孔(28a至28e、30a至30e)形成，所述通孔(28a至28e、30a至30e)近似垂直于所述接地面(11)并将所述金属贴片(16r、18r、20r)连接到所述接地面(11)，其中，相邻通孔(28a至28e、30a至30e)以小于所述设计波长的八分之一的间距间隔开。
2.根据权利要求1所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)、所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)与所述接地面(11)一起布置，以实现短接式四分之一波长贴片天线，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的高度(H1)是特别选择的，以使得所述高度(H1)对应于所述设计波长的四分之一。
3.根据权利要求1或2所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)在所述第一腔中沿所述第一方向(H)延伸；以及/或者
其中，所述第二探针(24)在所述第二腔中沿所述第二方向(V)延伸。
4.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，面对所述第一探针(22)的、所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)中的每一个近似垂直于所述第一方向(H)；以及/或者
其中，面对所述第二探针(24)的、所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b，20a)中的每一个近似垂直于所述第二方向(V)。
5.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)和/或所述第二探针(24)联接到馈电线，并且包括伽玛形探针区段，所述伽玛形探针区段包括：
馈电部分(22f)，延伸穿过所述接地面(11)，并将所述伽玛形探针区段与所述馈电线相联接；
顶梁(22t)，所述顶梁(22t)布置为近似平行于所述第一腔或所述第二腔的所述第一方向(H)或所述第二方向(V)；以及
探针尖端(22p)，所述探针尖端(22p)连接到所述顶梁(22t)并且向所述接地面(11)延伸，
其中，所述顶梁(22t)连接所述馈电部分(22f)和所述探针尖端(22p)。
6.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)包括顶表面(16r、18r、20r)，所述顶表面(16r、18r、20r)平行于所述接地面(11)延伸并且与所述接地面(11)以顶距离(H1)间隔开，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的所述顶距离(H1)是特别选择的，以使得所述顶距离(H1)对应于所述设计波长的四分之一。
7.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述通孔(28a至28e、30a至30e)形成围绕所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的有限空间的外侧壁，所述有限空间由所述谐振器元件(16、18)的所述顶表面(16r、18r)和所述通孔(28a至28e、30a至30e)限定。
8.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述天线(10)包括多个谐振器元件(16、18、20)，所述谐振器元件(16、18、20)分别沿所述第一方向(H)和所述第二方向(V)布置在行(R1至R5)和列(C1至C5)中。
9.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，还包括第三天线元件(12ha)，所述第三天线元件(12ha)包括：
第三探针(22ha)，所述第三探针(22ha)延伸穿过所述接地面(11)并且与所述接地面(11)电隔离；以及
第三谐振器，所述第三谐振器包括第四谐振器元件(32)和所述第二谐振器元件(18)；
所述第四谐振器元件(32)和所述第二谐振器元件(18)每一个联接到所述接地面(11)并且每一个具有竖直侧壁，所述竖直侧壁近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第二谐振器元件和所述第四谐振器元件的所述竖直侧壁沿所述第一方向(H)以所述第一距离(L1)间隔开并且形成第三腔，所述竖直侧壁面对所述第三探针(22ha)；
其中，所述第三探针(22ha)至少部分地布置在所述第四谐振器元件与所述第二谐振器元件(18)之间；
其中，所述第三天线元件(12ha)布置为沿所述第一极化方向以所述设计波长发射和/或接收电磁辐射；
其中，所述第三探针(22ha)至少部分地布置在所述第二谐振器元件(18)与所述第四谐振器元件之间的所述第三腔中。
10.根据权利要求9所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)和所述第三探针(22ha)以距离(D1)间隔开，所述距离(D1)小于天线(10)在真空中的预定频段的最高频率的所述波长的一半。
11.制作天线(10)的方法，包括：
为基板(26、26a、26b)提供接地面(11)；
制作布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射的第一天线元件(12)，其中，制作所述第一天线元件(12)包括：
布置第一探针(22)，所述第一探针(22)延伸穿过所述接地面(11)并与所述接地面(11)电隔离；以及
制作第一谐振器，所述第一谐振器包括第一谐振器元件(16)和第二谐振器元件(18)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)每一个联接到所述接地面(11)并且每一个具有面对所述第一探针(22)的竖直侧壁(16a、18a)，所述竖直侧壁(16a、18a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)沿第一方向(H)以第一距离(L1)间隔开并形成第一腔，所述竖直侧壁(16a、18a)面对所述第一探针(22)；
其中，所述第一探针(22)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第二谐振器元件(18)之间的所述第一腔中；以及
制作布置为用于以所述设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射的第二天线元件(14)，所述第二极化方向与所述第一极化方向不同，其中制作所述第二天线元件(14)包括：
布置第二探针(24)，所述第二探针(24)延伸穿过所述接地面(11)并与所述接地面(11)电绝缘；以及
制作第二谐振器，所述第二谐振器包括与所述接地面(11)联接的所述第一谐振器元件(16)和第三谐振器元件(20)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)每一个具有面对所述第二探针(24)的竖直侧壁(16b、20a)，所述竖直侧壁(16b、20a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b、20a)沿第二方向(V)以第二距离(L2)间隔开并形成腔，所述第二方向(V)与所述第一方向(H)不同，所述竖直侧壁(16b、20a)面对所述第二探针(24)；
其中，所述第二探针(24)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第三谐振器元件(20)之间的所述第二腔中；
其中，制作所述第一谐振器元件(16)、所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)包括：
在所述基板(26、26a、26b)的表面上布置金属贴片(16r、18r、20r)，所述表面与所述接地面(11)以所述设计波长的四分之一的间距间隔开；以及
将所述金属贴片(16r、18r、20r)与金属通孔(28a至28e、30a至30e)连接到所述接地面(11)，所述通孔(28a至28e、30a至30e)延伸穿过所述基板(26、26a、26b)，以使得所述金属通孔(28a至28e、30a至30e)形成各个所述谐振器元件(16、18、20)的竖直侧壁(16a、16b、18a、20a)，其中，相邻的通孔(28a至28e、30a至30e)以小于所述设计波长的八分之一的间距间隔开。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：
制作多个谐振器元件(16、18、20)，所述谐振器元件(16、18、20)分别沿所述第一方向(H)和所述第二方向(V)布置在行(R1至R5)和列(C1至C5)中，以及
在所述多个谐振器元件(16、18、20)的共有谐振器元件(18、20)的相对侧上布置两个探针(22、22ha、24、24ha)，其中，所述两个探针(22、22ha、24、24ha)以小于所述天线(10)在真空中沿所述第一方向(H)和/或所述第二方向(V)的预定频段的最高频率的所述波长的一半的间距间隔开。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，布置所述第一探针(22)和/或所述第二探针(24)包括形成伽玛形探针，所述形成所述伽玛形探针包括：
在所述基板(26、26a、26b)上布置金属条(22t)，所述金属条(22t)布置在所述第一谐振器元件(16)、所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)的相邻的金属贴片(16r、18r、20r)之间，以使得所述金属条(22t)与连接所述相邻的金属贴片(16r、18r、20r)的所述中心的连接线(cl1、cl2)对齐和/或接近，其中，所述金属条(22t)与所述接地面(11)之间的距离(H2)等于或小于所述金属贴片(16r、18r、20r)与所述接地面(11)之间的距离(H1)；
在每一个金属条(22t)的第一端部处形成馈电通孔(22f)，所述馈电通孔(22f)延伸穿过所述基板(26，26a，26b)和所述接地面(11)；以及
在每一个金属条(22t)的第二端部处形成尖端通孔(22p)，所述第二端部与所述第一端部相对，其中，所述尖端通孔(22p)突出进入所述基板(26、26a、26b)中并且不延伸穿过所述接地面(11)。
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