CN1336024A - 天线组件 - Google Patents

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CN1336024A
CN1336024A CN 00800741 CN00800741A CN1336024A CN 1336024 A CN1336024 A CN 1336024A CN 00800741 CN00800741 CN 00800741 CN 00800741 A CN00800741 A CN 00800741A CN 1336024 A CN1336024 A CN 1336024A
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佩尔-安诺斯·阿维德松
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Abstract

一种天线组件和安装该天线组件的方法,该天线组件包括一印刷电路板PCB(10),在其前侧具有一个接地层(11)和一排由在后侧的馈电网络(13)馈送的发射孔(12)。该PCB(10)固定到反射器(20)上,反射器(20)具有一基本平坦的中央部分(21)的刚性金属板。在平坦部分(21)上设置有与PCB上的发射孔(12)相对的一排开口(22)。该PCB由粘结带(16)固定到该反射器的平坦部分(21)上,从而该反射器(20)形成在该组件的前侧上的接地层(11)的延伸部。

Description

天线组件
本发明涉及一种天线组件和一种安装这种天线组件的方法。通常，天线组件包括一个刚性金属板式的反射器和一个印刷线路板，PCB，具有一个接地层和至少一个发射元件。更具体地说，该天线组件是权利要求1的前序部分所述类型的天线组件。
发射天线元件，例如发射孔可以形成于反射器本身的一个平面部分中，在这种情况下，PCB仅在一侧设有一个传导层(并且反射器作为在前侧上的一个接地层)，或者形成于PCB上，在这种情况下，PCB通常具有两个传导层，分别位于其每一侧。
在前一种情况下，由于发射孔不得不例如通过冲压工艺形成于构成反射器的刚性金属板上，而冲压工艺导致形成用于馈电网络中的微带线的接地层的金属板的变形，因而，存在机械公差方面的问题。
另一方面，在后一种情况下，例如参考WO 97/43799(Allgon)，位于反射器前侧上的PCB的接地层必须被射频偶合(RF-coupled)到反射器上，这使得结构复杂。或者，例如参考US 5,896,107(AllenTelecom)，PCB被保持在与反射器成一体的纵向侧壁的适当位置上并沿其延伸，以便将PCB保持在反射器的前侧。这一结构通常减小了以最佳的方式设计反射器以便达到所需的辐射图的可能性。
参考两篇瑞典申请9904369-7(Allgon)和9904370-5(Allgon)，本申请要求以这两篇申请为基础的优选权。这两篇申请的內容在下面将作为参考。
对于这一发明背景，本发明的主要目的是提供一种上面所讨论的类型的天线组件，它可以提供具有精度高的组件临界尺寸的结构清晰的产品，并且可以提供一种方便、廉价的安装方法。
这一目的由具有权利要求1所述特征的天线组件实现。因此，一个接地层位于PCB的前侧上，并且其上的各发射元件被限制在反射器的一个平面部分中的对应开口中。PCB上的接地层的外周部分保持与各开口周线周围的反射器邻近，以便在它们之间提供电容偶合或电导偶合。
在这种方式中，PCB上的发射元件可利用已知的技术制成，例如通过蚀刻，以便使这些元件具有精确的尺寸。进而，反射器将在PCB的前侧上形成接地层的一个在几何学上和电学上均伸出的部分。围绕各开口的反射器部分被严格定位在与PCB前侧上的接地层的外周部分直接接触的位置上，或与之相距一个的精确确定的距离的位置上(由例如粘结带的薄中间层的厚度确定)。因此，发射元件和反射器的相邻部分可被精确构造并且具有与所需辐射图相适应的形状。
从下面的详细描述中将清楚地体现出根据本发明的天线组件的多个具体实施例。因此，现在将参考说明一些优选实施例的附图对本发明作更详细的说明。
图1示意地表示天线组件的各部分在被安装到位于图底部的固定件上之前的分解透视图；
图2表示根据本发明的天线组件的第一个实施例的剖视图；
图3表示图1和图2所示第一实施例的变例的局部剖视图；
图4表示根据本发明的天线组件的第二个实施例的局部剖视透视图；
图5和图6表示图4中所示的第二个实施例的变例的剖视图；
图7-10表示在PCB前侧上的发射元件的各种实施例。
在图1中，在底部表示出一个用于安装天线组件1的固定件，其主要部分10、20、30、40示于固定件F上。该天线组件适于例如在蜂窝移动电话系统的一个基站中发射和/或接收射频电磁波。
基本上，天线组件1包括一个由在其两侧具有导电层的介电材料制成的相对柔韧的印刷电路板10(PCB)，一个刚性金属板制成的具有充分平坦的中心部分21的反射器主体20，多个导电材料制成的发射补片(patch)30，和一个介电材料制成的外壳或天线罩40。在图示的优选实施例中，从图1中将看出，基础部分10、20和40在纵向上延长，并且包含一个天线元件的直线列。
如图2所示，PCB10在其前侧(图1中的上侧)具有一个构成接地层11的薄金属覆层。该接地层11设有多个以相互交叉的槽12a、12b形式形成的孔12，作为发射元件，以便在PCB后侧的馈电网络和发射补片30之间建立高频电磁力偶合。在上述文献WO 97/43977中对这种天线组件的总体结构做了更详细的描述。
PCB后侧的馈电网络包括微带13和分别与各发射孔12对应的相关馈电元件(未示出)，例如在文献WO98/33234(A1lgon)中所描述的类型。因此，移动电话信号叠加于其上的两个直角偏振微波载波在各对馈电元件和相应的发射补片30之间传递。为了防止电磁辐射在PCB后侧沿纵向方向反向发射和传播，多个金属材料制成的屏蔽盒14被固定到每个发射孔12后面的PCB上。该盒14被紧密分布的焊销15机械及电学固定到上接地层11上。
在前侧具有接地层11和发射孔12、且在后侧具有微带13和屏蔽盒14的长形PCB，首先被制成一个单元10，该单元被定位在固定件F上，屏蔽盒14插入到固定件中对应的槽R中。然后，根据本发明，通过在包含所述孔12(或相应的发射元件)的各区域的外侧将接地层11的外周部分固定到反射器的充分平直或平坦的部分21上，使反射器20固定于PCB上。为了这一目的及根据本发明，反射器20在平坦的部分21上设有多个开口22。每个这样的开口相对于相应的发射孔12的中心对称。反射器被沿着各开口22的轮廓，即沿着开口22的边缘22a牢固地紧固到PCB上是非常重要的，在图1和2的实施例中，所述开口大体为矩形或正方形。
根据一个优选的方法，反射器20由一条粘结带固定到PCB上。这种在每侧具有一个粘结层带被加在反射器主体20的平坦部分21的下侧。粘结带应覆盖围绕开口22的区域，但不覆盖开口。因此，优选在反射器主体上冲压出开口(并将粘结带冲孔)之前加上粘结带。接着，具有粘接带16(图2)的反射器主体20下降到PCB上，以便使平坦的部分21插入并牢固地紧固到PCB上。
因此，补片例如通过具有卡紧配件的塑性支脚被安装到距反射器一定距离的位置上，并且天线罩40被最终安装到反射器上以完成组装。当然，存在几个机械和电气部分，它们必须安装到整个结构中。为了清楚起见，这些部件在图中未表示出来。
实际上，反射器主体20以精确确定的位置相对于接地层11固定，以便实现良好的电偶合，在这种情况下采用电容偶合。同时，建立精确确定的机械结合也是非常重要的，以便按需要和预先的计算获得发射参数。发射孔12以很高的精度形成，例如通过对导电层11进行蚀刻形成，并且反射器的平坦部分21形成接地层11的精确确定的机械及电学伸出部分。开口22应圈住发射孔12并为接地层留有完全自由的区域，以便电磁辐射可穿过其自由地传播。然而，反射器20的其它部分还可按照获得所需辐射图的要求进行构造。
在图1和2所示的例子中，反射器20设有侧部23，该侧部大体朝着组件的后部向后倾斜。
如图3所示，反射器也可通过机械紧固件16a、例如螺纹紧固件或铆钉(未示出)固定到PCB的边缘部分上。还可以通过施加焊膏并在炉子中对组件进行处理进行焊接，这将在反射器20(其平坦部分21)的金属材料和接地层11之间建立直接的电连接(如图3所示)。
其它可能的实施例如图4-10所示。图4表示天线组件1’的第二个实施例，其中反射器20’为一个封闭壳体，它具有底壁20’a、外侧壁20’b、上波纹壁部分20’c(作为冷却法兰)、相互偏离地向上(在辐射能的前方向着组件的前侧)倾斜的內部纵向侧壁20’d、以及限定出屏蔽盒的中心水平或平坦的壁部20’e和內壁部分20’f。象前面的实施例那样，在反射器的中心平坦壁部中有一个矩形(或正方形)开口22’，允许从PCB10’前侧上的上接地层11’中的发射孔12’辐射出来的微波能量(由一个馈电元件13’馈送)自由地传播。在该实施例中，內壁部分20’f将PCB10’分成一个中心部分和两个纵向外部。
PCB的这三个部分可设有相互分离的电路，例如分别设有一个包含在移动电话网络的蜂窝基站的发送器/接收器形成部分中的收发电路，和一个发射元件12’。在由开口22’限定的钟(喇叭)形开口的上部和相互分离的內侧壁20’d中，设有一个发射补片30’，作为天线组件1’的有效发射元件。
在图5中表示出一个第二实施例的变例，其中对应部分采用代有双重标记(”)的数字。PCB的纵向、外部部分上的电路标为17”。取代单独的屏蔽盒，本例中的屏蔽盒14”，  围绕以发射孔12”为中心的PCB的中心部分，并且包含一个中心带线(代替第一个实施例中的微带13)。
图6表示第二个实施例的另一个变例，其中对应部分采用具有三重标记(”’)的数字。在这种情况下，PCB10”’被一个延伸穿过反射器壳体底壁20”’、间隔元件18”’、PCB10”’和反射器的中心平坦部分21”’的螺栓固定到平坦的部分21”’上。
在图7-10中表示出了在各开口22、22’或22”’内侧、PCB前侧上的发射元件的各种形式。在图7中，在接地层11’中设有一个单一的槽12’，象图4中所示的实施例那样，由一个微带线式的下馈电元件13’进行馈送。
在图8中表示出一个位于接地层11’a中的类似的槽12’a，由用于对两个不同的补片30’和31’进行馈送的馈电元件13’a，所示两个补片30’和31’在两个不同的频带下或在单一频带相应的宽波段下工作。
在图9中表示一个接地层11b，其中形成一个与馈电元件13b的辅助偶极臂协同动作的偶极臂12b，以便形成一个偶极式发射元件12b、13b。
在图10中，最终表示出一个接地层11c，该接地层通过蚀刻被切出一个螺旋式结构12c，该结构(通过PCB)与一个馈电元件连接，以便形成一个发射元件。在本公开中，应当理解，各发射元件可用于发送和/或接收射频信号。因此，天线组件可被用于发送器和/或接收器的组合器件。

Claims (19)

1、一种天线组件，包括
一个具有充分平坦的部分(21)并作为一个用于从天线组件前侧基本向前直接发射高频电磁能的反射器的刚性金属板(20)，和
一个基本平坦的印刷电路板PCB(10)，在其一侧具有一个接地层(11)和至少一个发射元件(12)，和一个对向设置的、用于将所述电磁能馈送到所述至少一个发射元件的馈电网络(13)，
所述PCB上的接地层(11)与所述反射器(20)电连接，
其特征在于，
所述接地层(11)和所述至少一个反射元件(12)位于PCB面对所述前方的前侧上，
所述反射器(20)的平坦部分(21)设有至少一个开口(22)，其轮廓(22a)紧靠所述PCB(10)前侧上的所述接地层(11)设置，并且圈住所述发射元件(12)，以便从所述PCB前侧上的发射元件穿过所述开口的电磁辐射可以传送出去，
所述接地层(11)的外周部分延伸到所述开口(22)的轮廓(22a)的外侧，并且
所述PCB(10)沿所述轮廓(22a)被牢固地固定到所述反射器(20)的平坦部分(21)上，并使所述接地层(11)的外周部分与所述反射器外侧的所述轮廓保持电偶合关系，从而反射器在PCB前侧上形成所述接地层的一个电学延伸部分。
2、如权利要求1所述的天线组件，其特征在于：所述PCB(10)通过一个粘结带(16)牢固地固定到所述平坦部分上，所述粘结带在其两侧均具有粘结层，所述电偶合为电容偶合。
3、如权利要求1所述的天线组件，其特征在于：所述PCB(10)通过焊接材料牢固地固定到所述平坦部分(21)上，所述电偶合为电导偶合。
4、如权利要求1所述天线组件，其特征在于：所述PCB(10)通过机械紧固件(16a)牢固地固定到所述平坦部分上，所述电偶合为电容或电导偶合。
5、如权利要求1-4中任意一项所述的天线组件，其特征在于：导电材料的屏蔽盒(14)被置于所述PCB(10)的后侧，所述屏蔽盒被电容偶合或电导偶合到所述接地层(11)上。
6、如权利要求1-5中任意一项所述的天线组件，其特征在于：所述至少一个发射元件由所述接地层(11)中的孔(12)形成，所述孔用于将所述电磁能偶合到一个位于所述PCB(10)前侧距所述PCB(10)一定距离处的单独的天线元件(30)上。
7、如权利要求6所述的天线组件，其特征在于：所述孔包括至少一个槽(12a、12b)。
8、如权利要求7所述的天线组件，其特征在于：所述孔包括两个相互交叉的槽(12a、12b)。
9、如权利要求1-5中任意一项所述的天线组件，其特征在于：所述至少一个发射元件由所述PCB前侧上的印刷电路(12b、12c)构成。
10、如权利要求1-9中任意一项所述的天线组件，其特征在于：所述PCB(10)被延长，并且在一直线列上设有多个发射元件(12)，并且
所述反射器的基本平坦的部分(21)是一个长形中心部分，并且设有相对与所述发射元件(12)的一列对应的开口(22)。
11、如权利要求10所述的天线组件，其特征在于：与所述长形中心部分相邻的所述反射器设有延伸远离所述长形中心部分(21、20’e)的纵向侧壁(23、20’d)。
12、如权利要求11所述的天线组件，其特征在于：所述纵向侧壁(23)从所述PCB(10)前侧向后倾斜延伸。
13、如权利要求11所述的天线组件，其特征在于：所述纵向侧壁(20’d)从所述PCB(10’)前侧向前倾斜延伸。
14、如权利要求10-13中任意一项所述的天线组件，其特征在于：所述PCB在发射元件(12”)的所述直线列外侧设有收发电路(17”)，所述收发电路和所述发射元件相互隔离开。
15、如前述任意一项权利要求所述的天线组件，其特征在于：所述馈电网络(13)位于所述PCB(10)上与所述一侧相对的一侧上。
16、如前述任意一项权利要求所述的天线组件，其特征在于：所述馈电网络(13”)包括一个微带线。
17、一种安装天线组件的方法，所述类型的天线组件在基本平坦的印刷电路板PCB(10)的前侧上包括多个发射元件(12)和一个接地层(11)，以及一个用作反射器的刚性金属板(20)，所述方法包括以下步骤：
所述PCB(10)位于与所述反射器的一个平坦部分(21)接触并固定于其上的位置上，所述PCB前侧的发射元件(12)位于所述反射器的平坦部分(21)中的相关开口(22)的轮廓之內，
从而，所述PCB(10)前侧上的接地层(11)围绕各开口(22)的轮廓电连接到所述刚性金属板(20)上。
18、如权利要求17所述的方法，其中，所述PCB(10)被中间的粘结带(16)固定到所述刚性金属板(20)上，所述粘结带在其两侧均具有粘结层。
19、如权利要求18所述方法，  包括以下步骤：
将PCB(10)置于一个支撑固定件(F)上，所述接地层(11)面对所述固定件并与之相分离。，
将所述粘结带(16)粘到所述反射器(20)的平坦部分(21)上，并且
用所述粘结带将所述反射器(20)的平坦部分(21)固定到所述PCB(10)上。
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