CN1218583A - 平面天线 - Google Patents

Abstract

公开了一种带有多层结构的平面孔耦合天线。天线的后沿包括一金属的反射器装置,该装置包括一带有分开的盒状隔间的中空结构(3,5),该隔间与发射片,对应的正交狭缝对和馈送元件对号放置,从而阻断中空金属结构内的微波传播并避免了正交狭缝之间的任何相互耦合。

Description

平面天线

本发明涉及一种基本上是平面的孔耦合天线，包括一种具有安排在一层介质材料上的许多发射片的多层结构，相应的许多孔，每一个是二正交狭缝的形式、在一个接地平面层中，以及许多相应的安排在至少一块平板上的馈送网络中的馈送元件、以便从所述馈送元件、通过二正交狭缝向所述发射片馈送微波能量从而使后者形成一微波束从天线的前沿传播，而其后沿包括一金属反射器装置。

类似的平面孔耦合天线通常在各种实施例中是众所周知的，例如比较美国专利说明书5,030,961(Tsao),5,241,321(Tsao),5,355,143(Zürcher等)，和欧洲专利申请，No.520908(Alcatel Espace)。

通常将发射片安排成矩阵，即具有排和列的二维型式，因此天线覆盖一个表面区域。或者天线可以在尽可能靠近一个或多个类似天线元件的旁边设置安排成垂直排的发射片，从而形成一种多瓣天线装置。

在这种天线结构中，包括一列或一行发射片以及在后沿的一个反射器装置，其中有一个技术问题：涉及反射器将趋向于作为波导管的功能。因此，共振和矩阵中不同孔之间的不希望的耦合将发生。从而预期的微波束形态将受到不利的影响，特别是有关双极化。同样，通过上述网络馈送到天线的微波能量的一个重要部分可能通过向前指向的微波束的外部发射以及通过金属反射器装置的热吸收而损失。

在上述文件EP 520908中公开的天线结构有某些不同，其中不包括任何用作彼此隔离双极化载波与有关信号频道的正交狭缝。同样，还有一夹层结构包括上和下金属平板以及在它们之间的带有馈送网络的薄的绝缘平板。而金属平板具有组合的壁，该壁一起在馈送元件相对应的区域形成腔或隔间。但是，馈送元件非对称地位于各个腔中，同时因此双极化作用不能彼此完全隔离。

相对于此背景，本发明的主要目的是避免天线以内的共振及不希望的耦合同时显著地降低微波能量的损失并提供一种易于装配和工作有效的天线，还有一特定的目的就是在通过双极化载波而获得的分离频道(Channel)之间保持有效的隔离。

为达到这些目的，其中的金属反射器装置包括一扁平的、中空的金属结构，它包括电隔离的(electrically separated)，盒状的与各个发射片对号，与各对正交狭缝对号以及与各个馈送元件对号的隔间，每个这种盒状隔间在所述作为顶壁部分的接地层、底壁部分以及在顶和底壁部分之间延伸的侧壁部分之间限定，因而在中空金属结构以内阻断了任何微波传播同时避免了正交狭缝之间的任何耦合。

在实践中电隔离的、盒状的隔间可以用许多不同的方法形成。某些实际的实施例在附属权利要求2-13中表明并将在以下进一步讨论。

现在将结合附图所表明的三个实施例的本发明进行更充分的解释。

图1的分解透视图表示根据本发明第一实施例的一种细长天线的端部；

图2表示第二实施例的相应的视图；

图3表示第三实施例的相应的视图；

在附图中，仅表示基本部分，该基本部分对于传输和接收包含在通讯信号中的微波能量的基本功能是重要的。因此，大多数必需的机械和电气的细节从附图中省略。

天线包括一多层结构，更具体地说，在图1所示的第一实施例中，有4层1、2、3和4，该4层安排成一层在另一层之上并作为扁平组件放在底装置5上，所有的层1-4基本上在长度和宽度上具有相同的尺寸，并通过机械装置固定在底装置5上，例如固定在底装置5的纵槽(未表示)中或通过特殊紧固件或卡扣件(未表示)而固定。

第一层1由介质材料制成并设置安排有纵排中的许多发射片11，最好彼此均匀相隔。实质上大家都知道，发射片由导电材料制成，如铜或铝。

有两层2和4，同样用介质材料制成，该两层分别设置馈送网络的上部和下部，该馈送网络包括以对21a、21b安排的并以对的方式连接到普通的导体带形式的馈线22上去的上馈送元件以及以同样的对的方式连接到下层4上的普通馈送带42上的下馈送元件41a和41b。

在层2和4之间，有一导体材料的接地层3，诸如铜或铝，在该层上设置一排交叉的、互相垂直的狭缝31a,31b，每一对这种正交的狭缝分别与相应的发射片11和一对馈送元件21a,41a与21b,41b对号放置。

微波能量通过导体带22和42馈送到各馈送元件21a,41a,21b,41b，同时此能量的大部分通过正交狭缝传输或耦合到发射片排11，从该发射片排、双极化微波束从天线前沿(在图1中向上)传输到很好限定的瓣上。典型地，这种瓣将具有一在横过天线纵向平面中宽度为50-100°的有限的半功率束。该束在纵向的宽度将由行的尺寸、特别是细长天线的长度来确定。通过将许多相象的天线并排放置，并以其纵轴线垂直地定向可以形成一种多瓣天线装置。

根据本发明，底装置5，与接地平面层3一道形成一个中空的金属结构，该结构具有电隔离的、盒状隔间中空的金属结构包括作为顶壁的接地平面层3，作为底壁的后金属壁51以及两侧壁52,53。最好底装置5及壁51,52和53用铝制成。

中空金属结构3,5内的内部空间用作容纳导体带42以及可能的天线的其它部件(这些部件未在图1中表示)。

为了防止产生驻波或其它类型的微波在空的金属结构3,5内部的纵向传播，沿装置5均匀隔开地布置许多横向的隔板54。每对相邻隔板54之间的相互距离与每对相邻发射片11之间的相互距离对应。因此，空的金属结构3,5形成盒状的与各个发射片11和有关的馈送元件21a,41a以及正交狭缝对31a,31b对号的隔间。

隔板54沿两侧壁52和53之间的全宽延伸。但是其高度略小于底壁51与层4之间的距离从而在它们之间留有一自由空间。总之，至少某些隔板应该仅覆盖盒状金属结构横截面的一部分从而不产生接触地容纳馈送网络的金属带。

在图1所示的实施例中，隔板54由分开的固定在底壁51和/或侧壁52,53上的金属件构成，例如由铝制成。

为了提供防止纵向微波传播的功能，隔板54可以由其它形式的在底或侧壁51,52,53中的隔断来代替。重要的是要避免沿盒状结构的恒定的横截面，该结构可起到波导管的功能并导致共振，不希望的耦合以及以发射和热的形式的能量损失。

接地平面层3既可以机械地与底装置5连接也可以特殊使用的频率电容性地耦合到其上。

在第二实施例中，如图2所示，带有发射片11，正交狭缝31a,31b和馈送元件21a,41a,21b,41b的多层结构基本上与图1中的相同。但是，中空的金属结构是不同的，其中的盒状隔间由置于多层结构1-4和后壁51之间的基本封闭的金属框架60构成。

每个框架60与相关的馈送元件21a,41a，正交狭缝31a,31b及发射片11对号放置。框架60沿天线纵向分布。在各个框架60中，有两个相对的侧壁部分61,62，第一横向壁63，和第二横向壁64。后者设置容纳连接到馈送元件21a,41a的馈送网络的导线管的开口65。通常，这种开口仅部分通过壁延伸。一般地，该开口或凹槽可设置在每个框架60的一个或几个壁中。

框架60不必电气连接到后壁51或接地平面3上。但是，重要的是导电的框架60的每个壁元件具有这样的宽度以致它通过多层结构的介质材料呈现与接地平面3的很大的电容耦合。框架将阻断或减少从在后壁51和多层结构之间的区域中的孔中的任何向外的微波传播。框架可以是机械地连接到多层结构2-4上。此外，框架60与有关的正交狭缝对的组合保持每个天线元件中二极化作用之间的有效的隔离。

第三实施例如图3所示，它包括类似的带有发射片11，正交狭缝31a和31b和馈送元件21a,41a,21b,41b的多层结构1,2,3,4。但是，金属反射器装置是不同的，在其中盒状隔间由在后侧的分开的扁平盒子装置70构成，每一个与相应的发射片11和有关的正交狭缝对对号并对中。

每个扁平盒子装置70具有一长方形底壁71和4个侧壁72,73。每个侧壁72具有一凹槽72a而另一侧壁73具有一凹槽73a以接纳连接到馈送元件21a,41a,21b,41b的馈送带。

4个侧壁72,73设置向上的凸起销74，最好在将金属薄片冲压到金属坯料上时形成。扁平盒装置70由坯料通过向上弯曲形成侧壁72,73的部分而制成。

层1,2,3,4以矩形型式对应凸起的销子74设置孔14。在装配时，凸起销子74经过孔14向上插入，随后将销子钎焊直接与接地层3电接触。这样，接地层3将牢固地机械地及电气地连接到扁平盒装置70上。

扁平盒装置70，从平面视图上看，可以基本上是矩形、正方形、多边形或圆形的。

已经证明图3所示实施例非常方便用冲压、弯曲和钎焊操作来制造。同样，性能质量是优良的，能十分有效地在各个发射片之间以及双极化载波之间产生隔离。

在如图所示的所有实施例中，该正交狭缝以下列方式对称地布置、各自频道的电磁场分量彼此不产生干涉。

Claims (13)

1．一种基本上是平面的孔耦合天线，包括具有许多安排在介质材料层(1)上的发射片(11)的多层结构，相应的许多孔(31a、31b)、每个孔在接地平面层(3)中是二正交狭缝的形式，以及相应的许多在安排在至少一块平板(2,4)上的馈送网络(22,42)中的馈送元件(21a,22a等)，以便从所述馈送元件，通过所述正交狭缝对向所述发射片馈送微波能量、从而使后者形成从所述天线前沿传播的双极化微波束，其后沿包括一金属反射器装置，其特征在于所述金属反射器装置包括一扁平、中空的金属结构(3,5)，包括电隔离的，与各个发射片(11)、各个正交狭缝对(31a,31b)和各馈送元件(21a,22a等)对号放置的盒状隔间，每个所述盒状隔间在作为顶壁部分的所述接地层(3)、底壁部分(51,57)以及在顶壁与底壁部分之间延伸的侧壁部分(52,53；61,64；72,73)之间限定，其中在所述中空金属结构以内的任何微波传播被阻断同时避免了所述正交狭缝之间的任何相互的耦合。

2．如权利要求1中所限定的天线，其中所述扁平的、中空金属结构(3,5)适合于容纳各种所述馈送网络的部件以及天线的其它可能的元件。

3．如权利要求1中所限定的天线，其中所述盒状隔间中的某些侧壁部分由相互隔开的在所述中空金属结构中的隔断构成。

4．如权利要求3中所限定的天线，其中所述隔断包括横向的在相对两侧壁(52,53)之间延伸的隔板(54)。

5．如权利要求4中所限定的天线，其中所述相对两侧壁部分(61,62)和所述横向隔板(63,64)构成基本封闭的限定所述盒状的隔间的框架(60)。

6．如权利要求4中所限定的天线，该天线是细长的具有许多安排成一排的发射片(11)，其中所述相对侧壁部分(52,53)基本上沿整个天线的长度延伸、从而以限定带有所述位于对应排中的盒状隔间的细长结构。

7．如权利要求6中所限定的天线，其中所述横向隔板包括固定在所述底壁部分(51)和/或所述相对侧壁部分(52,53)的分开的金属件(54)。

8．如权利要求1-3中任一项所限定的天线，其中所述盒状隔间包括分开的扁平盒装置(70)。

9．如权利要求10中所限定的天线，其中每个扁平盒装置(70)包括设置向上凸起(74)的侧壁部分，该凸起与所述接地平面层(3)进行接触。

10．如权利要求9中所限定的天线，其中所述向上凸起(74)形成如销子，该销子通过孔(14)插入所述接地平面层(3)同时以此钎焊接触。

11．如权利要求8-10中任一项所限定的天线，其中每个扁平盒装置(70)具有基本上呈矩形或正方形的形态。

12．如前述权利要求中任一项所限定的天线，其中每一对中的正交狭缝(31a,31b)彼此交叉。

13．如权利要求12所限定的天线，其中每一对交叉正交狭缝与相关盒状隔间的关系是对称地对中。

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