CN113644447A - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线装置。一种天线装置包括：贴片辐射器；用于贴片辐射器的馈送装置；以及用于馈送装置的腔体，其中馈送装置包括位于贴片辐射器与腔体之间的导电层中的槽。

Description

天线装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种天线装置。一些实施例涉及双线性极化天线装置。
背景技术
双线性极化天线装置通常包括被定向在第一极化方向上的第一偶极辐射器和被定向在与第一极化方向正交的第二极化方向上的第二偶极辐射器。
可能难以同时优化天线装置以使S参数在目标频率处具有适当的大带宽并且在辐射器之间具有足够的隔离。
在用于波束控制的双线性极化天线装置的阵列中，这个问题可能甚至更大，因为需要在波束控制角的整个范围内保持足够的隔离。
发明内容
根据各种但并非全部实施例，提供了一种天线装置，该天线装置包括：贴片辐射器；用于贴片辐射器的馈送装置；以及用于馈送装置的腔体，其中馈送装置包括导电层中的槽，该槽位于贴片辐射器与腔体之间。
在一些但并非全部的示例中，馈送装置包括邻近导电层布置的至少两个馈送导体，其中馈送导体中的每个馈送导体在槽的不同部分之上延伸。
在一些但并非全部的示例中，馈送导体在垂直于槽的方向上延伸跨过槽，并且其中馈送导体具有不同定向。
在一些但并非全部的示例中，馈送导体具有彼此偏移90°的不同定向。
在一些但并非全部的示例中，槽与贴片辐射器电气分离。
在一些但并非全部的示例中，馈送装置包括第一对馈送导体，第一对馈送导体在槽的不同部分之上延伸，第一对馈送导体是对齐的并且被定向在第一方向上，并且其中馈送装置包括第二对馈送导体，第二对馈送导体在槽的不同部分之上延伸，第二对馈送导体是对齐的并且被定向在与第一方向正交的第二方向上。
在一些但并非全部的示例中，馈送装置是平衡馈送装置，其中在操作频带，到第一对馈送导体的不同长度的导电互连在被连接为开路的第一对馈送导体之间引入180°的相位差，并且到第二对馈送导体的不同长度的导电互连在第二对馈送导体之间引入180°的相位差。
在一些但并非全部的示例中，导电层是平面的。
在一些但并非全部的示例中，槽是形成闭合环路的细长槽。
在一些但并非全部的示例中，槽是曲折的，包括具有不同旋向性的多个弯曲部。
在一些但并非全部的示例中，贴片辐射器是旋转对称的。
在一些但并非全部的示例中，贴片辐射器在第一方向上具有第一尺寸，第一尺寸对应于天线装置的操作频带处的波长的一半，并且贴片辐射器在第二方向上具有第二尺寸，第二尺寸对应于天线装置的操作频带处的波长的一半。
在一些但并非全部的示例中，贴片辐射器具有三维形状。
在一些但并非全部的示例中，贴片辐射器的外周和槽的外周中一项是圆形的。
在一些但并非全部的示例中，基站包括天线装置的阵列。
根据各种但并非全部的实施例，提供了如所附权利要求书中所要求保护的示例。
附图说明
现在将参考附图描述一些示例，在附图中：
图1A示出了本文中描述的主题的一个示例；
图1B示出了本文中描述的主题的另一示例；
图1C示出了本文中描述的主题的另一示例；
图2A示出了本文中描述的主题的另一示例；
图2B示出了本文中描述的主题的另一示例；
图3A示出了本文中描述的主题的另一示例；
图3B示出了本文中描述的主题的另一示例；
图4示出了本文中描述的主题的另一示例；以及
图5示出了本文中描述的主题的另一示例。
具体实施方式
附图示出了天线装置10的示例，该天线装置10包括：贴片辐射器20；针对贴片辐射器20的馈送装置40；以及针对馈送装置40的腔体50。
馈送装置40包括在导电层60中的槽30。槽30位于贴片辐射器20与腔体50之间。
槽30是延伸穿过导电层60的通孔。槽是细长的孔。槽的长度比宽度长得多。
天线装置10可以用于传输远场无线电波和/或接收远场无线电波。
在一些示例中，天线系统12包括天线装置10的阵列12。
图1A以立体图示出了天线装置10的阵列12。图1B示出了这些天线装置10中的一个天线装置。图1C示出了没有导电层60的图1B的天线装置10，展露出腔体50。
图2A和2B示出了适用于天线装置10(例如，图1B的天线装置10)的馈送装置40。图2A和图2B示出了导电层60的相反侧。
图3A以立体图示出了天线装置10的另一阵列12。图3B示出了图3A所示的天线装置10的阵列12的分解图。图4以立体截面图示出了图3A和3B的天线装置10中的一个天线装置。
图5示出了包括天线装置10的阵列12的基站100。
在这些示例中，天线装置10具有双线性极化。馈送装置40是双极化的，并且包括至少两个馈送导体42A、42B，每个正交线性极化有一个馈送导体。馈送导体42A、42B邻近导电层60布置。如图2A和2B所示，馈送导体42A、42B中的每个馈送导体在槽30的不同部分之上延伸。馈送导体42A、42B与槽重叠并且延伸跨过槽的外周和槽的内周两者。
在一些但并非全部的示例中，馈送导体42A、42B在垂直于槽30的方向上延伸跨过槽30。然而，其他角度也是可能的。
在一些但并非全部的示例中，馈送导体42A、42B具有彼此偏移90°的不同定向。
在所示的示例中，馈送装置40包括在槽30的不同相对部分之上延伸的第一对馈送导体42A。第一对馈送导体42A是对齐的并且被定向在第一方向70上。馈送装置40还包括在槽30的不同相对部分之上延伸的第二对馈送导体42B。第二对馈送导体42B是对齐的并且被定向在与第一方向70正交的第二方向72上。
馈送装置40可以是平衡的馈送装置40。第一导电互连44A耦合到第一对馈送导体42A。第一导电互连44A具有不同物理(和电气)长度，并且被配置为在操作频带在第一对馈送导体42A之间引入180°的相位差。第一对馈送导体42A中的每个可以终止于开路阻抗(高阻抗)。第二导电互连44B耦合到第二对馈送导体42B。第二导电互连44B具有不同物理(和电气)长度，并且被配置为在操作频带在作为开路而连接的第二对馈送导体42B之间引入180°的相位差。
对于双线性极化中的每个，这种均衡的馈送在极化之间提供更好的隔离。
导电层60可以接地并且形成接地平面。导电层60可以是接地平面或更大的接地平面的一部分。
导电层60可以例如被设置为平面层并且可以由电介质基板支撑。
例如，导电层60可以被设置为印刷电路板(PCB)。
在一个示例中，如图2A和2B所示，一个第一导电互连44A沿着PCB的一侧行进(图2A)，然后穿过PCB中的通孔到达PCB的另一侧，在此处(图2B)分开以将不同长度的第一导电互连44A提供给相应的第一对馈送导体42A。同样，一个第二导电互连44B沿着PCB的一侧行进(图2A)，然后穿过PCB中的通孔到达PCB的另一侧，在此处(图2B)分开以将不同长度的第二导电互连44B提供给相应的第二对馈送导体42B。
在一些但并非全部的示例中，PCB的包括多对馈送导体42A、42B的一侧是腔体50内距离贴片辐射器20最远的一侧。
贴片辐射器20由槽30进行槽馈送。槽30本身从贴片辐射器20下方辐射，以对贴片辐射器20进行馈送。
这样避免了焊接。
槽30是长且窄的并且自行弯曲成圆形以形成闭合环路。在所示的示例中，槽沿其长度具有恒定宽度。它的长度大于宽度的30倍。
槽30具有旋转对称性。在所示的示例中，其形状具有至少四个度的旋转对称性。也就是说，它在围绕中心点旋转90°时是同构的。
贴片辐射器20由导电材料形成。它可以例如由金属或由覆盖有导电材料的非导电基板形成。非导电基板可以例如由非导电介电材料形成，例如，塑料、FR4 PCB材料、陶瓷材料和其他已知的适合RF的介电材料中的至少一种。
贴片辐射器20具有旋转对称性。在所示的示例中，其形状具有至少四个度的旋转对称性。也就是说，它在围绕中心点旋转90°时是同构的。
贴片辐射器20的尺寸被确定为以操作频带操作。贴片辐射器20在第一方向70上具有第一尺寸，第一尺寸对应于天线装置10的操作频带处的波长的一半，并且贴片辐射器20在第二方向72上具有第二尺寸，第二尺寸对应于天线装置10的操作频带处的波长的一半。第一尺寸和第二尺寸的大小可以相同。
贴片辐射器20由支撑件64支撑，支撑件64延伸穿过导电层60中的孔62，孔62位于槽30的内周内的中心位置处。
在所示的示例中，支撑件64是从腔体50的基部向上延伸的柱。支撑件连接到贴片辐射器20的中心。该连接可以是流电的(直流电导电)或隔离的(电绝缘)。支撑件64例如可以由诸如金属等导电材料块形成，该材料被去除以形成腔体50。支撑件相对于贴片辐射器20的中心位置使贴片辐射器接地，但是由于其中心位置，该接地的方式不影响贴片辐射器20的操作。
腔体50是接地的导电腔体。它可以例如形成在金属或导电基部中。基部可以例如由压铸铝形成。替代地，腔体可以通过在导电材料中涂覆非导电基板来形成。非导电基板可以例如由非导电介电材料形成，例如，塑料、FR4PCB材料、陶瓷材料和其他已知的适合RF的介电材料中的至少一种。在一些示例中，可以使用堆叠的PCB来限定腔体50。例如，下部接地PCB可以提供腔体50的基部。堆叠在下部PCB之上并且固定到下部PCB的一个或多个上部接地PCB可以具有切口区域，该切口区域通过形成通孔来限定腔体50的侧壁。
贴片辐射器20可以包围腔体50。
腔体50的尺寸和形状可以设置为用作槽30的反射器。例如，每个槽30可以有不同腔体50。
腔体50相对较浅。例如，它的深度可以在天线装置10的操作频带处的波长的1/8至1/4之间。在一些示例中，这可以对应于数毫米的深度。
在附图中，图1A、1B、1C所示的示例以及图3A、3B、4所示的示例具有如上所述的一些共同特性。
此外，在多个示例中的每个示例中，贴片辐射器20和槽30中的一项具有圆形外周，而贴片辐射器20和槽30中的另一项的外周具有四个度的旋转对称性。
在图1A、1B、1C所示的示例中，槽30具有圆形外周(和内周)，并且贴片辐射器20具有非圆形外周并且具有四个度的旋转对称性。在该示例中，贴片辐射器是在两个维度上定形状的二维形状，而不是三维形状。
在图3A、3B、4所示的示例中，贴片辐射器20具有圆形外周，并且槽30具有非圆形外周(和内周)并且具有四个度的旋转对称性。在该示例中，贴片辐射器20是三维形状。槽30位于二维平面中。槽30是曲折的，包括具有不同的交替的旋向的多个弯曲部。这允许更长的槽30包围更小的面积。闭环槽30的曲折形状在操作频带提供足够的电长度以实现馈送导体42A、42B之间的隔离。
图5示出了包括天线装置10的基站的示例，例如，该基站可以包括如前所述的天线装置10的阵列12。
在一些示例中，天线装置10的阵列12可以被配置用于操作为执行数字波束成形和波束控制的有源天线。天线装置10的阵列12适合于大规模多输入多输出(mMIMO)操作。
在一些示例中，天线装置10的阵列12可以被配置用于在低于6GHz的宽操作带宽下进行数字波束控制。波束转向(steering)可以例如在方位角(水平)方向上转向离开视轴至少+/-60°，并且在极性(垂直)方向上转向离开视轴至少+/-10°。
交叉极性辨别可以例如在视轴范围内大于20dB，在整个控制范围内大于10dB。
所描述的天线装置10在极端控制角处具有良好的旁瓣抑制，因为天线装置10具有较宽的半功率波束宽度。因此，可以以较少波束控制在扇区边缘获得相同阵列增益。
在已经描述了结构特征的情况下，该结构特征可以替换为用于执行该结构特征的一个或多个功能的装置，无论该一个或多个功能是显式还是隐式地描述。
操作频带可以在低频带(0.7至0.96GHz)、高频带(1.7至2.7GHz)或甚高频带(3.3至3.8GHz)之内或覆盖其。
操作频带可以在400-10GHz之内或覆盖其。操作频带可以在2500-2690MHz之内或覆盖其。操作频带可以在3400-3800MHz之内或覆盖其。
操作频带(例如，第一频带、第二频带和第三频带)可以在以下各项之内或覆盖其(但不限于其)：长期演进(LTE)(美国)(734至746MHz和869至894MHz)、长期演进(LTE)(世界其他地区)(791至821MHz和925至960MHz)、调幅(AM)无线电(0.535-1.705MHz)；调频(FM)无线电(76-108MHz)；Bluetooth(2400-2483.5MHz)；无线局域网(WLAN)(2400-2483.5MHz)；高性能局域网(HiperLAN)(5150-5850MHz)；全球定位系统(GPS)(1570.42-1580.42MHz)；美国全球移动通信系统(US-GSM)850(824-894MHz)和1900(1850-1990MHz)；欧洲全球移动通信系统(EGSM)900(880-960MHz)和1800(1710-1880MHz)；欧洲宽带码分多址(EU-WCDMA)900(880-960MHz)；个人通信网络(PCN/DCS)1800(1710-1880MHz)；美国宽带码分多址(US-WCDMA)1700(传输：1710至1755MHz，接收：2110至2155MHz)和1900(1850-1990MHz)；宽带码分多址(WCDMA)2100(传输：1920-1980MHz，接收：2110-2180MHz)；个人通信服务(PCS)1900(1850-1990MHz)；时分同步码分多址(TD-SCDMA)(1900MHz至1920MHz、2010MHz至2025MHz)、超宽带(UWB)下限(3100-4900MHz)；UWB上限(6000-10600MHz)；手持式数字视频广播(DVB-H)(470-702MHz)；DVB-H US(1670-1675MHz)；数字无线卫星(DRM)(0.15-30MHz)；全球微波接入互操作性(WiMax)(2300-2400MHz、2305-2360MHz、2496-2690MHz、3300-3400MHz、3400-3800MHz、5250-5875MHz)；数字音频广播(DAB)(174.928-239.2MHz、1452.96-1490.62MHz)；射频识别低频(RFID LF)(0.125-0.134MHz)；射频识别高频(RFID HF)(13.56-13.56MHz)；射频识别超高频(RFID UHF)(433MHz、865-956MHz、2450MHz)和用于5G的频带。
天线可以在其上高效操作的频带是天线的回波损耗小于操作阈值64的频率范围。例如，当天线的回波损耗S11优于(即，小于)-15dB时，可以发生高效操作。
操作带宽可以定义为回波损耗S11优于操作阈值T(例如，-15dB)的情况。
如此处使用的，“模块”是指不包括由最终制造商或用户添加的某些零件/部件的单元或装置。
天线装置10的阵列12可以是模块。天线装置10可以是模块。
上面描述的示例将应用作为以下各项的启用组件：汽车系统；电信系统；电子系统，包括消费电子产品；分布式计算系统；用于生成或呈现媒体内容的媒体系统，包括音频、视觉和视听内容以及混合、中介、虚拟和/或增强现实；个人系统，包括个人健康系统或个人健身系统；导航系统；用户界面，也称为人机界面；网络，包括蜂窝、非蜂窝和光网络；ad-hoc网络；互联网；物联网；虚拟网络；以及相关软件和服务。
本文档中使用的“包括”一词具有包括性而非排他性含义。也就是说，对包括Y的X的任何引用都表示X可以仅包括一个Y或可以包括一个以上的Y。如果打算使用具有排他性含义的“包括”，则在上下文中通过提及“仅包括一个……”或使用“由……组成”。
在本说明书中，已经参考了各种示例。关于示例的对特征或功能的描述指示这些特征或功能存在于该示例中。不管是否明确说明，在本文中使用术语“示例”或“例如”或“可能”或“可以”表示至少在所描述的示例中存在这样的特征或功能，无论是否描述为“示例”，并且它们可以但不一定存在于某些或所有其他示例中。因此，“示例”、“例如”、“可能”或“可以”是指一类示例中的特定实例。实例的属性可以是仅该实例的属性，也可以是该类的属性，或者是该类的子类的属性，该子类包括该类中的一些但并非全部实例。因此，隐含地公开了，参考一个示例而不是参考另一示例而描述的特征在可能的情况下可以在该另一示例中用作工作组合的一部分，但不一定必须在该另一示例中使用。
尽管在前面的段落中已经参考各种示例描述了示例，但是应当理解，可以在不脱离权利要求的范围的情况下对所给出的示例进行修改。
除了以上明确描述的组合之外，可以以组合方式使用在先前描述中描述的特征。
尽管已经参考某些特征描述了功能，但是这些功能可以由其他特征执行，无论是否描述。
尽管已经参考某些示例描述了特征，但是这些特征也可以存在于其他示例中，无论是否描述。
本文档中使用的“一个”或“该”一词具有包括性而非排他性含义。即，对包括“一个”/“该”Y的X的任何引用表示X可以仅包括一个Y或可以包括一个以上的Y，除非上下文清楚地表明相反。如果打算将“一个”或“该”用于排他性含义，则会在上下文中清楚表明。在某些情况下，可以使用“至少一个”或“一个或多个”来强调包括性含义，但不应当将这些术语的缺失推论为任何排他性含义。
权利要求中特征(或特征组合)的存在是对该特征或(特征组合)本身的引用，也是对实现基本相同技术效果的特征(等同特征)的引用。等同特征包括例如作为变体并且以基本相同的方式实现基本相同的结果的特征。等同特征包括例如以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现基本相同的结果的特征。
在本说明书中，已经参考了使用形容词或形容词短语的各种示例来描述示例的特征。关于示例而对特征的这种描述指示出，该特征在某些示例中与所描述的完全相同，并且在其他示例中与所描述的基本相同。
尽管努力在前述说明书中引起人们对被认为是重要的这些特征的注意，但是应当理解，申请人可以通过权利要求书来针对上文中提及和/或附图中示出的任何可获专利的特征或特征组合寻求保护，无论是否已经强调。

Claims (15)

1.一种天线装置，包括：
贴片辐射器；
针对所述贴片辐射器的馈送装置；以及
针对所述馈送装置的腔体，其中
所述馈送装置包括导电层中的槽，所述槽位于所述贴片辐射器与所述腔体之间。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述馈送装置包括邻近所述导电层布置的至少两个馈送导体，其中所述馈送导体中的每个馈送导体在所述槽的不同部分之上延伸。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其中所述馈送导体在垂直于所述槽的方向上延伸跨过所述槽，并且其中所述馈送导体具有不同定向。
4.根据权利要求2或3所述的天线装置，其中所述馈送导体具有彼此偏移90°的不同定向。
5.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述槽与所述贴片辐射器电气分离。
6.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述馈送装置包括第一对馈送导体，所述第一对馈送导体在所述槽的不同部分之上延伸，所述第一对馈送导体是对齐的并且被定向在第一方向上，并且其中所述馈送装置包括第二对馈送导体，所述第二对馈送导体在所述槽的不同部分之上延伸，所述第二对馈送导体是对齐的并且被定向在与所述第一方向正交的第二方向上。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其中所述馈送装置是平衡的馈送装置，其中在操作频带，到所述第一对馈送导体的具有不同长度的导电互连在被连接为开路的所述第一对馈送导体之间引入180°的相位差，并且到所述第二对馈送导体的具有不同长度的导电互连在所述第二对馈送导体之间引入180°的相位差。
8.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述导电层是平面的。
9.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述槽是形成闭合环路的细长槽。
10.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述槽是曲折的，包括具有不同旋向的多个弯曲部。
11.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述贴片辐射器是旋转对称的。
12.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述贴片辐射器在第一方向上具有第一尺寸，所述第一尺寸对应于所述天线装置的操作频带处的波长的一半，并且所述贴片辐射器在第二方向上具有第二尺寸，所述第二尺寸对应于所述天线装置的所述操作频带处的波长的一半。
13.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述贴片辐射器具有三维形状。
14.根据任一前述权利要求所述的天线装置，其中所述贴片辐射器的外周和所述槽的外周中的一项是圆形的。
15.一种基站，包括根据任一前述权利要求所述的天线装置的阵列。
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