CN1387283A - 全向辐射电磁波收/发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于全方向辐射型电磁波收/发装置,包括:第一组(100a,100b,100c,100d)装置,用于收/发印制天线型纵向辐射的电磁波,所说的装置是为接收宽方位扇形的布置,和至少一种第二装置,用于收/发印制天线型横向国徽的电磁场,第二装置的辐射是对第一装置辐射的补充,以及能把第一和第二电磁波收/发装置辐射连接的装置(103)。本发明特别适用于内部网络。

Description

全向辐射电磁波收/发装置
技术领域
本发明涉及一种具有天线型全方向辐射的电磁波收发装置，特别可应用于无线传输领域。
背景技术
在采用无线传输的家庭网络中，天线设计必须满足拓补环境的要求。因此，在这类应用中，如图1所示，必须考虑到通讯设备可以放在同一房间的任一位置、放在不同的房间、甚至放在不同的楼层。图1表示有四个房间的屋子，其中三个1，1’，1”放有通讯设备。房间1有连接到电视机3的解码器2，该解码器连接到与卫星5通讯的天线4。此外，解码器2/电视机3组件配备有属于无线网络的天线6，可通过天线9与计算机7和CD-ROM阅读机8相联，其中计算机7和8 CD-ROM阅读机8放在另一个房间1’中。这些组件也必须与放在下一层的房间1”内的电视机通信。在这些情况下，为了确保通讯空间的完全覆盖，使所有网络终端联通，必须设计具有全方向辐射的天线。
目前，最普通的满足这种全向辐射要求的天线由偶极子天线或贴片天线所组成。
如图2所示，偶极天线20可在方位向获得全方向覆盖，但在覆盖单元的轴向无辐射，因此，虽然偶极天线能与同一层的电话机21和电视机22通讯，却不能保证与上面一层的计算机23联通。
至于贴片型印刷天线，如图3所示，它包括基片30，在其上制备印制贴片31。结果，它具有半球形辐射32，局限于地平面30上半空间的覆盖。
为了克服电磁辐射的覆盖问题，已提出了几种天线的布局，但是，它们都是三维结构，印制天线做在任意形状的支撑上。这些解决方法仍然笨重而且制造复杂，不宜指量生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提出一种新的天线布局，一方面保证全空间覆盖，另一方面限制其体积。这一新的布局基于Vivaldi天线一类的印制天线，Vivaldi天线是本申请人的法国专利，专利申请号为No.98-13855。前面提到的天线是Vivaldi印制辐射单元围绕中心点成圆形布置，使得它能随时间相继提供几个定向波束，这一组波束给出360°的空间覆盖。特别是本申请人在法国专利No.00-15715中对这类天线作了改进。在这个申请中，实施例的工作模式不再是相继产生几个定向波束，而是同时产生几个定向波束，也就是说，该组波束同时工作，以此来得到全方向辐射，而不是以前申请中实施例的定向辐射。但是，这样激励的结构的方向图型在垂直于基片平面的一个扇形角内有零辐射区，这一扇形称为盲区。这些扇区由“Vivaldi”天线单元H面辐射方向图的孔径所确定。
因此，本发明的目的就是对上述描写的结构进行改进，使其能消除上述描写的零辐射场区。
本发明的主题是一种具有天线型全方向辐射的收/发电磁波的装置，包括第一组装置，用来收/发印制天线型的纵向辐射，所述装置接收宽方位扇形范围内电磁波，其特征在于还包括至少一种第二装置，用来收/发印制天线型的横向辐射，第二装置是对第一装置的辐射补充，以及能把第一和第二装置电磁波辐射联接的装置。
根据一个优选的实施例，连接第一组装置(用于收/发纵向辐射的电磁波)与第二装置(用于收/发横向辐射的电磁波)的装置是由印刷技术制成的公共馈线组成。这一馈线由微带线或同平面线与印制隙缝天线的所有隙缝正交，形成隙缝型第一收/发组和第二收/发装置形成，第一组两隙缝间的线长在系统的中心工作频率等于Kλm，第一组最后一个隙缝与第二收/发装置的隙缝之间的线长在中心工作频率等于Kλm/2，线一端与第二收/发装置的隙缝之间的长等于K’λm/4，其中λm＝λo/√εreff，λo是真空中波长，εreff是线的等效介电常数，K和K’是整数。当第二隙缝型收/发装置由贴片组成时，馈线直接连到贴片而无需附加长度。
此外，用于收/发印制天线型纵向辐射电磁波的每一装置由Vivaldi天线或八木天线型的印制隙缝天线组成，这些天线围绕同平面上的一个点以规则的间隔排列，使能在360°的扇形角内辐射。
同样，用于收/发印制型横向辐射电磁波的第二装置由隙缝组成，该隙缝对称于一点或贴片型天线，其中只需连接上层或下层。这种隙缝或这种贴片是圆形或方形。这样，根据本发明的一个特点，收/发纵向辐射电磁波的第一组装置和收/发横向辐射电磁波的第二装置都做在同一基片上，使围绕同一点对称。
附图说明
本发明的其它特点和优点将在阅读了下面关于各种实施例的说明后将变得更加明显，这一说明结合附图给出，其中
图1是一所房子的剖面示意图，内有用无线技术连在一起的设备，能够说明本发明所需解决的问题；
图2是现有技术的一个实例工作情况的示意图；
图3是现有技术中所用的另一类天线的示意图；
图4是根据法国专利No.0015715中实施例的一种装置的示意图，它可在本发明的范围内使用；
图5是本发明第一实施例的顶视平面图；
图6表示图5例中一个角向隙缝的辐射方向图；
图7是本发明第二实施例的顶视平面图；
图8是本发明第三实施例的顶视平面图；
图9是本发明第四实施例的底视平面图。
为了简化图中的说明，相同的单元用相同的数字表示。
具体实施方式
图4表示在法国专利No.98-13855中描述的紧凑型天线并含有法国专利No.0015715中描述的馈线的示意图。为了在方位向宽扇形接收，在本情况下，用于收/发纵向辐射的装置由四个印制隙缝天线100a、100b、100c、100d组成，该四天线制在同一基片100上，并绕中心点101有规则的分开排列，并且互相垂直。如图4所示，隙缝天线由隙缝线从中心101向结构的外边成喇叭形展开形成Vivaldi天线。Vivaldi天线的结构和性能已为业内人士熟知，并发表在下列文献中
S.Prasad and S.Mahapatra：“IEEE Transactions on Antennas andpropagations”Volume 2 AP-31 No.3，May 1983；
A.Louzir，R.Clequin，S.Toutain and P.Gelin“Study of discontinuities inopen waveguide-Application to improvement of a radiationg source model”LestUra C.N.R.S.No.1329。
如图4所示，四个天线100a，100b，100c，100d通过由微带技术制造的线103互相连接。该微带线借助于电磁偶合能产生线/隙缝的过渡，其布置是这样：两隙缝(例如天线100a的隙缝和如天线100b的隙缝)之间的线长在系统的中心工作频率等于Kλm，Kλm提供同相工作，其中λm＝λo/√εreff，λo是真空中波长，K是整数，εreff是线的等效介电常数。此外，为了获得正确工作的全向模式，微带线103的一端离最近的Vivaldi天线100d的距离为K’λm/4，其中K’是奇数，λm由前面的方程给出。馈线的另一端与已知类型的发射信号装置辐射连接。当Vivaldi天线隙缝由长度为λm或Kλm(如图4所示)的微带馈线馈电时，就获得天线的同相工作，给出图4中所示的最佳辐射图，其中箭头E表示辐射电场。但是，这种结构的辐射图在垂直于基片平面的方向周围有零电磁场区，称为盲区。这些盲区是已知的，因为它们由单元Vivaldi天线辐射方向图H面孔径所决定。因此，按照本发明，为了完善缺少的两个覆盖区，如图5所示，一个由环状隙缝104组成的天线与上面描述的全向辐射天线相联合。环状隙缝天线由微带线103馈电，并离Vivaldi天线100d的隙缝的距离为Kλm/2，最好是Kλm，其中λm由前面方程确定。在这种情况下，微带线103的一端离环状隙缝104的距离为K’λm/4。环状隙缝天线的应用，使得用于全向辐射收/发电磁波的整个装置能用微带技术制造于同一基片100上，获得紧凑而易于制造的天线。
从图6可见，环状隙缝天线的辐射由分布在基片两边的两个波瓣组成，天线刻蚀在该基片上。用这种方法和图5的结构，实现了内层连接的覆盖区。
此外，上面描述的实施例中，所有天线都用同一条微带技术制的馈线馈电。这种激励使得由每个辐射单元发射的能量可由那里的阻抗的函数控制，因此，能产生当所有单元具有相同阻抗或在一个或多个特定扇形内的较强的辐射时的完善的各向同性的方向图。
根据本发明，用于全向辐射收/发电磁波的另一个装置实施例可参见图7来说明，在这一情况下，Vivaldi天线被八木型天线200a，200b，200c，200d所代替，它们相互垂直并对公共中心点201对称。这些八木天线用微带技术制造在同一基片200上，八木型偶极子200’a，200’b，200’c，200’d结合两个定向器200”a，200”b，200”c，200”d和200a，200b，200c，200d形成在一个金属地平面内。如图7所示，该天线由微带技术制造的公共馈线203馈电，每一天线之间的线长满足Vivaldi天线情况中相同的准则。
如图7所示，在本情况下，用于收/发印制天线型横向辐射电磁波的第二装置由环形隙缝204组成，该隙缝由公共线203馈电。八木天线的工作与Vivaldi型天线的工作相同，它们提供360°扇形角范围内的辐射，环形隙缝天线204能提供垂直于该八木天线覆盖面的覆盖。八木天线的工作已由业内人士熟知，并特别描写在下列文献中：
J.Sor，Yongxi Quian and T.ltoh：“Coplanar waveguide fed quasi-Yagiantenna”Electronics Letters，6 January 2000，Vol.36，No.1。
本发明应用八木天线300a，300b，300c，300d的另一个实施例可参见图8说明，该八木天线同图7的实施例，有一个偶极子和二个定向器。在这一情况下，天线是由微带技术制成的激励线303激励，而在图7的例中，八木天线是由隙缝激励工作，也就是通过线203与天线隙缝之间的电磁耦合，在本例中，八木天线由微带线303直接激励。结果，天线的偶极子被两条不同长度的微带线301a-301’a，301b-301’b，301c-301’c，301d-301’d伸长。这类天线的工作已为业内人士所熟悉，并描述在下列文献中：
H.J.Song，M.E.Bialkowski：“Investigation into the operation of amicrostrip fed uniplanar quasi-Yagi antenna”The University of Queensland，Australia-APS 2000。
按照本发明，第二收/发装置由环形隙缝304组成，通过微带线300的连接如同图7的实施例。
在图9的实施例中，应用了上面同一类型的八木印制天线400a，400b，400c，400d。但是在本例中，馈线403由已知的方式做在地平面402的同平面线，这类结构的工作描述在下列文献中：
K.M.K.Leong et al.of the University of Califomia，Los Angeles“Firstdemonstration of a conductor backed coplanar waveguide fed quasi-Yagiantenna”IEEE 2000。
在本例中，用于收/发横向辐射电磁波的第二装置由隙缝404组成。
虽然单面的横向辐射就足够了，第二装置可用贴片型天线生成。
对业内人士很明显，上面的例子只是简单的说明，在不脱离本权利要求的范围还可进行修改。

Claims (9)

1.一种天线型全向辐射电磁波收/发装置，包括：
第一组(100a，100b，100c，100d；200a，200b，200c，200d；300a，300b，300c，300d；400a，400b，400c，400d)装置，用于收/发印制天线型纵向辐射电磁波，所说的装置是为接收宽方位扇形的一种布置，其特征在于还包括，
至少一种第二装置(104，204，304，404)用于收/发印制天线横向辐射电磁波，第二装置的辐射是对第一装置的补充，以及能把第一和第二电磁波收/发装置辐射连接的装置(103，203，303，403)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于用于收/发印制天线型纵向辐射的每一装置由Vivaldi天线或八木天线型的印制天线组成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于天线围绕一点规则间隔排列，并在同一平面，以便在360°扇形角范围内辐射。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于用于收/发印制型电磁波的第二装置由一隙缝组成，该隙缝相对于一点或一贴片天线对称。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于隙缝或贴片为圆形或矩形。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于第一组用于收/发纵向辐射电磁波的装置和用于接收横向辐射电磁波的第二装置制备于同一基片上，以便在同一点对称。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于能把收/发纵向辐射的第一组装置与收/发横向辐射的第二装置辐射连接的装置由一条印制技术制造的公共馈线组成。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于公共馈线由微带线或同平面线组成，它与印制隙缝天线的所有隙缝正交，形成第一收/发组和第二隙缝型收/发装置，第一组两隙缝之间线长在系统的中心工作频率等于Kλm，第一组最后隙缝与第二收/发装置的隙缝之间的线长在系统中心工作频率等于Kλm/2，馈线端与第二收/发装置的隙缝之间的长等于K’λm/4，其中λm＝λo/√εreff，λo是真空中波长，εreff是线的等效介电常数，K和是整数，K’是奇整数。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于公共馈线由微带线或同平面线组成，它与印制隙缝天线的所有隙缝正交，形成第一收/发组，第一收/发组的两隙缝之间的线长为Kλm，第一组最后一个隙缝与贴片型第二收/发装置之间的线长在系统中心工作频率等于Kλm/2，其中λm＝λo/√εreff，λo是真空中波长，εreff是线的等效介电常数。
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