CN1345108A - 在极化信道之间具有高绝缘的双极化辐射元件 - Google Patents
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Abstract
一种辐射元件,供在极化信道之间具有绝缘性的双极化辐射装置之用,具有在其上有一个或多个导电辐射体的一个电介质体,该电介质体具有相对向外延伸的横向边缘部分,该部分延伸到导电辐射体的横向外边界之外。共同的联接结构用于啮合每个电介质体的一个边缘和一个相邻电介质体的一个相邻边缘,以形成双极化辐射装置的至少一部分。
Description
发明领域
本发明通常涉及天线开口，特别涉及用于天线的辐射元件。
许多无线和广播应用要求在正交线性极化上发送和/或接收。这可能是由于种种原因所致。在某些应用中，以一种极化进行发送并以该正交极化进行接收以便提供发送和接受信号之间的绝缘性。在其它情况下，能量在两个极化上进行接收并且以增加该信号的信噪比的方法将信号进行组合，以提供极化分集增益。为了有效地实施这些方案，则在这两个极化之间存在较高的绝缘电平是必要的。由于阵列天线的应用，美学原则和环保要求使得从单个多元件辐射结构中发出两个极化的情况最为理想。
有几种类型的辐射结构提供在紧密结构之内的高度绝缘的正交辐射。一种是正方形曲面，可以作成从边缘辐射出。另一种是双偶极子，垂直排列并在其中点交叉。第三种方法涉及排列四个偶极子，使得每个偶极子定义一个正方形的一边，该正方形的一个边长大于该偶极子的长度以便该偶极子的边缘或者末端不碰触这正方形的角落。每个极化由该两对如此定义的平行偶极子发射，如此馈送以致以相等的振幅和相位辐射。
一给定偶极子通常在-9到-12dB电平时与相邻正交偶极子强烈耦合。然而，如果以相同的相位和振幅馈送给两个并联的相邻偶极子并且与正交偶极子对称地排列，那么来自一个相邻偶极子的耦合能量与来自另外一个相邻偶极子的能量幅度相等而相位相反。这两个耦合场因此互相抵消。实际上，可以获得小于-30dB的耦合电平。
发明目的
从而，本发明的基本目的是提供一种在极化信道之间具有高绝缘性的双极化辐射元件和使用这种辐射元件的无线通信方法。
发明概述
简要地说，根据上述，供在极化信道之间具有绝缘性的双极化辐射装置用的辐射元件包含其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向侧面部分，这些横向侧面部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，并且共同构成联接结构，用于相互啮合所述电介质体的一个边缘与类似的电介质体的一个相邻边缘，以形成所述双极化辐射装置的至少一部分。
附图的简要说明
在附图中：
图1是组装在箱形结构中的两个辐射元件之立体图；
图2是在含有馈送网络的印刷电路板上的一个组装的四辐射元件辐射体组件之立体图；
图3是表示组装在具有在该辐射体的一个相交线处的附加的导线天线结构中的辐射结构之另外的细节之立体图；
图4和5是图1和2的辐射体之一的前和后平面图；和
图6是一个辐射体的第二实施例的正面平面图。
图示实施例的详细说明
在如上所述类型的双极化、四个偶极天线中，有两个基本效应能够增加耦合并因此减少了这两个极化信道之间的绝缘性。一个是该偶极子彼此之间的空间和方向。这是重要的，因为距离或者方向的差异导致不完全抵消的耦合场。第二效应是来自天线结构部件的散射，诸如来自地平面或者反射器边缘的散射。本发明允许大体上消除或者校正这些差错。
现在参考附图，本发明的辐射体10使用四个辐射元件12、14、16和18，它们通常以正方形或者箱形结构排列，如图2和3的最好展示。这四个辐射元件大体上是相同的，由此只需要详细描述一个。每个辐射体(见图4和5)在一边或者两边上由具有金属薄层或者其他导电材料的非导电板材组成。导电材料可以以各种已知的方法应用或者附加。在此图解实施例中，非导体的薄板20是一个薄的低损耗电介质基片，诸如印刷电路板(PCB)。在此图解实施例中，使用.03英寸厚的薄板，然而可以使用其他厚度而没有脱离本发明。此外，可以根据特定辐射体要发送和/或接收的频率来调节该尺寸。
该非导电薄板20的任一面都是金属层22，24，在图解实施例中大约是.0014英寸厚的电积铜。形成这些层22和24以便在一侧形成辐射偶极子排列并在薄板20的另一面形成用于偶极子22的微带线馈线24。在这点上，可以看出每一个辐射元件12、14、16、18包含一个通常的T形构件，因此形成辐射偶极子部分的金属层22从该T字形的底座部分向上和向外伸出到该T形的支架上，其间有一个间隔。如此形成的两个偶极子30、32联接在该T形元件的底座部分34，T形元件依次形成接头或者凸起，这些凸起或者以馈送板或含有馈送网络的PC板内的承受缝隙安装或者可以是该辐射器10的结构。具体地，形成两个偶极子元件30、32的一端部分的接头34处的导电金属与该馈送板40的地面耦合。
在电介质基片20的另一面上有一个微带线馈线24，它同样在接头34处耦合到形成在该馈送板40上的馈送网络的相应部分。此微带线馈线24有效地横穿过偶极子22的两个辐射臂之间的缺口以便为该偶极子提供一个馈送结构。
偶极子22的辐射元件30、32和微带线馈线24可以具有其他具体的设计或者结构，或者利用其他可选的结构布置而不脱离该发明。然而，本发明企图设想一个基片，在其上承载辐射元件和馈送结构。例如，在该图解实施例中，辐射体由两个偶极子组成，这两个偶极子臂位于以缺口隔离的电介质基片的相同侧面上，并且该偶极子由穿过缺口的基片另一面的微带线馈送。另一实施例中，第一侧面应当包含由从辐射体顶部边缘面向底部边缘向下穿过的一个斜槽隔离的两个金属部分，当接近顶部边缘时槽宽加大。在另一实施例中，辐射体可以是全部定位在基片一侧的一个折叠偶极子，由基片相同侧面上的两个边缘耦合的金属部分形成传输线。有许多基于研究的辐射体的其他印刷电路板，这些是本领域天线工程师技术人员都熟知的。
根据本发明，每个偶极子的辐射元件30和32相对地向外伸出一段距离，该距离小于基片20从一边到另一边的宽度。也就是说，基片20从一边到另一边的长度大于形成该辐射元件30、32的长度。在图2和3所示的组装的辐射体结构中，此尺寸也可以选择为大于分离该平行辐射体的距离，而元件30和32的金属长度在宽度方向上多少小于并联辐射体之间的这种距离。
横向向外地定位金属化部分30、32的基片20的末端以如图1所示地形成可滑动啮合的互补槽50、52。以便把四个辐射体12、14、16、18安装进该正方形或者箱形结构之内，如图2和3所示。这种结构有利地允许每个偶极子的辐射元件30、32的末端保持在每个偶极子相互之间的一个精确位置上，同时防止相邻偶极子的导电边缘碰触。这也给如图2和3所示的完整结构带来一些稳定性和结构整体性。如上所述，在先有技术中的正方形结构中四个偶极子的排列中的一个重要问题是在适当的结构中保持该相对的一对偶极子，尤其是偶极子辐射元件的外边界或者末端的相互之间的正确定位。该本发明解决了这些问题。由于根据本发明配置和组装的辐射元件可靠地保持了正方形辐射体结构的几何图形，从每对辐射体到另一对辐射体的耦合能量将大小相等并相位相反，从而相互抵消。
在此图解实施例中，诸如片、杆或者导线60的长薄导体在该正方形或者箱形辐射体的对置角落之间穿过。更具体地说，正方形辐射体和片或者导线60的方向是这样的，使导线60穿过反射器70的较短尺寸，其中在该反射器70上安装辐射体结构10和馈送板40。此反射器70具有相对直立的侧面72，74，因此导线60垂直地蔓延到这两个侧面和这两个侧面之间，同时辐射体10的四个面以大体45度旋转到反射器70的两个侧面72和74。在3图解的实施例中，在安装在反射器70之内的天线中使用多于一个的辐射体结构，以参考号10a表明一个第二个这种结构的部分。
因此，也就是在直立壁72和74之间，图解的反射器具有一个长尺寸，沿着该长尺寸放置辐射体结构10、10a，并且具有一个短尺寸。可以使用辐射体和反射器的其他具体排列以及附加片或者导线60的方向而不脱离本发明。除了(或者代替)元件60外还可以使用类似的元件62。元件62是一个延长的导体，诸如导线、杆或者金属条，并垂直穿过反射器70的侧面72、74(横越该窄尺寸)。一个非导体支架或者支柱64支持图3中的附加元件62。然而，还可以使用其他装配排列而不脱离本发明(例如，覆盖反射器70和辐射体10a、10b等等的一个天线罩(未示出))。
已经凭经验决定，导体60(和/或62)的存在可以补偿可能由天线中的反射器边缘(例如72，74)的出现引起的绝缘性恶化。
为了容纳导线或者其他导体60，每个反射器板或元件12、14、16和18具有通过开口或者孔，这些孔在其电介质基片20的外边界形成80、82，大体以其相应的槽50和52为中心。如图解，尽管另外这些孔可以由中心偏移的两个圆孔形成，但当相应的面板可滑动地组装在图1时，此孔多少需要拉长以便容纳该导线，因此孔80和82或者是卵形或者是椭圆形。
图1所示的附加孔90和92被使用来在相应的元件制造期间用于对准和确定位置目的，在辐射结构的操作中不起作用。形成在该T形结构的底座34处的偶极子22和微带线24的相应导电部分可以由如焊接的适当方式耦合到其相应的地平面和馈送板的馈送导体上。
简要地参考图6，通常以参考数字18a指定辐射元件的第二实施例。辐射元件18a的相同的元件和部件与图4和5使用的参考数字相同，只是带有后缀a。与图4和5的实施例不同，基片20a的末端部分形成在具有一对锁定接头150的边缘上和形成在具有一对锁定槽或者通过开口152的对面边缘上。这些接头和槽150和152连锁以便通常在图2和3所示的结构中联接四个辐射元件。在所有其他方面，辐射元件18a基本与辐射元件18一致。便于说明，以一边示出辐射元件18a，以断续线示出微带线馈线24a，表明辐射元件18a位于图6视图相对的另一面上。也就是说，形成偶极子元件30a和32a的敷金属位于面20a的一面，馈线24a位于对面。在图6的实施例中，提供类似的开口或槽口80a和82a，用于承受对角地横过该完整结构的一个附加杆，该附加杆例如是图2和图3中所示的。在这点上，使用两个钻孔82a和单个钻孔80a。因为该T形板20a不对称，则开口槽80a表现为一个凹口或者一圆的切块的大约一半。当该四个这种元件18a如图2和3所示安装时，此开口80a将形成适合的开口以便接收附加元件，该开口将是T形板20a的“替换(double)”孔82a。
附加圆开口或者切块160被提供在接头处的底座部分以便产生有缺口的外形，用于与该孔或者槽152联锁。在这点上，槽152多少有些偏移，以致在装配时与相应的上下接头或者接头150紧密地啮合。也就是说，一个开口152多少向右偏移而另一个多少向左偏移以便产生与接头150的可靠装配，要记住接头150比较薄，以上给定例子中的电路板材料20a的厚度，大约是.030英寸。装备在底部接头34a上的类似切块170为这些接头和板或者表面40(见图3)上的相应的槽口提供了类似铆合的锁定或者安装。也就是说，切块170给出接头34a一个有缺口的外形。在形成过程期间使用开口90a和92a。
为了在图3所示的组装结构中提供对称性，则以两个不同形状提供图4、5和6所示的T形元件，一个被称作“常规(regular)”而一个被称作“镜像”。这指的是或者以图4所示的方向提供或者以图6所示的方向提供的馈线图案24、24a的方向。当如图3所示组装该结构时，对于常规和镜像馈线选择正面彼此交叉的T形偶极子元件，因此该馈送向中心地面对并具有相同的方向，这是一个馈线大致精确地“覆盖”另一个馈线。
虽然已经图示并描述了本发明的特定实施例和应用，但应理解，本发明不局限于这里公开的精确结构和组成，而是明显地可以对上述进行各种修改、变更和变化而不脱离在所附权利要求中定义的本发明的精神和范围。
Claims (35)
1.使用在具有极化信道之间绝缘的双极化辐射装置中的一种辐射元件，该辐射元件包括：一个电介质体，其上具有一个或多个导电辐射体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向侧面部分，这些横向侧面部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，并且共同构成联接结构，用于相互啮合所述电介质体的一个边缘与类似的电介质体的一个相邻边缘，以形成所述双极化辐射装置的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的辐射元件，其中所述联接结构整体地形成在所述电介质体的所述横向外边界中。
3.根据权利要求2所述的辐射元件，其中所述联接结构包含：形成在所述电介质体的所述横向外边界中的槽口，其配置和确定的位置是用于可滑动地啮合位于第二个同样电介质体中的互补槽口。
4.根据权利要求3所述的辐射元件，进一步包括：以每一个所述槽口为中心的通孔，所述通孔的横截面尺寸大于所述槽口的横截面尺寸。
5.根据权利要求1所述的辐射元件，进一步包括：所述电介质体的凸出接头部分，配置成用于啮合馈送板的互补槽口。
6.根据权利要求5所述的辐射元件，其中所述导电辐射体延伸到所述接头中，用于导电接触馈送板的地平面。
7.根据权利要求1所述的辐射元件，进一步包括同样形成在所述电介质体中的导电微带线馈线。
8.根据权利要求7所述的辐射元件，其中所述导电微带线馈线被形成在所述辐射体对面的电介质体的一个侧面上。
9.根据权利要求7所述的辐射元件，进一步包括：所述电介质体的凸出接头部分，配置成用于啮合馈送板的互补槽口。
10.根据权利要求9所述的辐射元件，其中所述导电辐射体和所述导电微带线延伸到所述接头部分。
11.根据权利要求1所述的辐射元件，其中该联接结构包含：从所述电介质体的一个横向边缘伸出的一个或多个接头和邻接所述电介质体的对面的横向边缘的互补槽口。
12.具有在极化信道之间绝缘的一种双极化辐射装置，包括以通常正方形结构排列的四个辐射元件，以限定具有预选尺寸的正方形辐射结构，每个所述辐射元件包括其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体，所述电介质体具有相对地向外伸出的横向边缘部分，该横向边缘部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，并共同构成联接结构，用于啮合所述一个电介质体的一个边缘与另一所述电介质体的一个相邻边缘，使得所述四个辐射元件共同保持在组装状态并限定所述预选尺寸的正方形。
13.根据权利要求12所述的装置，进一步包括一个对角地延伸越过所述正方形辐射结构的一个附加的导体。
14.根据权利要求12的装置，其中所述联接结构包含：形成在每个所述电介质体的所述横向外边界中的槽口，其配置和确定的位置是用于可滑动地啮合位于一个相邻电介质体中的互补槽口。
15.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：以每一个所述对角线导体为中心的通过孔，所述通过孔的横截面尺寸大于所述槽口的横截面尺寸，所述孔被配置成和定位成用于装配所述对角线导体。
16.根据权利要求12所述的装置，进一步包括：所述电介质体的凸出接头部分，配置成用于啮合馈送板的互补槽口。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述导电辐射体延伸到所述接头中，用于导电接触馈送板的地平面。
18.根据权利要求12所述的装置，进一步包括同样形成在所述电介质体中的导电微带线馈线。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述导电微带线馈线被形成在所述辐射体对面的所述电介质体的一个侧面。
20.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：所述电介质体的凸出接头部分，配置成用于啮合馈送板的互补槽口。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述导电辐射体和所述导电微带线延伸到所述接头部分。
22.根据权利要求12所述的装置，其中该联接结构包含：从所述电介质体的一个横向边缘伸出的一个或多个接头和邻接所述电介质体的对面的横向边缘的互补槽口。
23.获得双极化辐射装置的极化信道之间绝缘的一种方法，所述双极化辐射装置包括：以通常正方形结构排列的四个辐射元件，以限定具有预选尺寸的正方形辐射结构，每个所述辐射元件包含其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体和所述电介质体具有相对地向外伸出的横向边缘部分，该横向部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，并用于啮合所述每个电介质体的一个边缘与相邻电介质体的一个相邻边缘，以形成所述双极化辐射装置并使四个辐射元件共同保持在限定所述预选尺寸的正方形的组装状态。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括提供一个附加元件，该元件对角地延伸越过所述正方形，用于补偿来自反射器边缘出现的绝缘性恶化。
25.一个天线结构，包括：
一个反射器；
安装到所述反射器上的一个馈送板；和
安装到所述馈送板上的一个辐射结构，所述辐射结构包含以通常正方形结构排列的四个辐射元件，以限定具有预选尺寸的一个正方形辐射结构，每个所述辐射元件包含其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向边缘部分，这些横向边缘部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，并共同构成联接结构，用于啮合每个所述电介质体的一个边缘与相邻电介质体的一个相邻边缘，使得所述四个辐射元件共同保持在限定所述预选尺寸的正方形组装状态。
26.根据权利要求25所述的天线，进一步包括一个附加元件，用于补偿由所述反射器引起的绝缘性能恶化。
27.根据权利要求25所述的天线，其中所述附加元件包含一个拉长的、比较薄的导体，对角延伸到由所述辐射元件定义的对面角上，所述辐射元件相对于所述反射器排列，因此所述拉长导体在平行于所述反射器较短的尺寸的方向上延伸。
28.使用在极化信道之间具有绝缘性的双极化辐射装置中的一个辐射元件，该辐射元件包括：其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向边缘部分，该横向边缘部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，和用于啮合每个所述电介质体的一个边缘和类似电介质体的一个相邻边缘以形成所述双极化辐射装置的至少一部分的装置。
29.具有在极化信道之间绝缘的双极化辐射装置，包括以通常正方形结构排列的四个辐射元件，以限定具有预选尺寸的正方形辐射结构，每个所述辐射元件包含：一个电介质体，其上具有一个或多个导电辐射体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向边缘部分，这些横向边缘部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，和用于啮合所述电介质体的一个边缘和类似电介质体的一个相邻边缘以形成所述双极化辐射装置的至少一部分使得所述四个辐射元件共同保持在组装状态并限定义所述预选尺寸的正方形的装置。
30.根据权利要求29所述的装置，进一步包括装置，用于补偿来源于反射器边缘的绝缘性能恶化。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述补偿装置包含对角延伸到所述正方形的一个附加元件。
32.根据权利要求29的装置，其中所述用于啮合的装置包含：形成在每个所述电介质体的所述横向外边界中的槽口，其配置和确定的位置是用于可滑动地啮合位于一个相邻电介质体中的互补槽口。
33.根据权利要求29所述的装置，其中该联接结构包含：从所述电介质体的一个横向边缘伸出的一个或多个接头和邻接所述电介质体的对面的横向边缘的互补槽口。
34.一个天线结构，包括：
一个反射器；
安装到所述反射器上的一个馈送板；和
安装到所述馈送板上的一个辐射结构，所述辐射结构包含以通常正方形结构排列的四个辐射元件，以限定具有预选尺寸的一个正方形辐射结构，每个所述辐射元件包含其上具有一个或多个导电辐射体的一个电介质体，所述电介质体具有相对向外伸出的横向边缘部分，这些横向边缘部分延伸到所述导电辐射体的横向外边界之外，和用于啮合每个所述电介质体的一个边缘与一个相邻电介质体的一个相邻边缘使得所述四个辐射元件共同保持在限定所述预选尺寸的正方形组装状态的装置。
35.根据权利要求34所述的天线，进一步包括一个装置，用于补偿由所述反射器引起的绝缘性能恶化。
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