CN1655397A - 制造天线和/或天线网络的方法、及天线和/或天线网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造由可导材料形成的导线的天线(404、406、408、410)，其路径呈螺旋形状。根据本发明，这样的方法的特征在于隆起的印迹形成在电绝缘材料的元件(402)的一侧上，这样螺旋形状通过将可导点材料沉积在此凹陷中而产生。

Description

制造天线和/或天线网络的方法、及天线和/或天线网络

技术领域

本发明涉及用于制造天线和/或者天线网络的方法，以及根据这样的方法制造的天线和/或者天线网络。其尤其涉及螺旋天线或者螺旋天线网络。

背景技术

天线是用于发送和/或者接受电磁辐射的装置。其被使用在需要一个或者多个这样的辐射装置中的多种通讯系统。天线网络比一个天线具有特定的优点，诸如提供了更大的方向性，网络的等效辐射孔比此网络内的单个天线大。

螺旋天线，即由导线所形成的天线描述了一个螺旋，被用于诸如移动电话、集中系统的焦点用源、或者主天线网络的多种系统中。

图1a显示了将螺旋天线100投影到包括天线的纵向轴线104的平面上，并且图1b显示了将天线100投影到垂直于天线的纵向轴线104的平面上的视图。

图1b使得螺旋的内部105能够限定为由轴线的圆柱产生的体积、等于轴线的半径和螺旋的半径，螺旋的外部107是围绕内部105的体积。

螺旋天线100包括螺旋形状的一个或者多个导线段102。各段102可以根据纵向轴104由其长度108、线圈匝数110的数目、线的横截面112、螺旋的节距114、螺旋的倾斜角度116(螺旋的切线和垂直于天线的轴线104的平面之间的角度)、螺旋的半径106和形成线的导电材料的属性来限定。

此外，必须说明的是这些参数可以沿着螺旋的轴线104变化或者是恒定的，尤其是沿着段102。

这样的螺旋天线100具有几个依赖于诸如其半径106、其线圈匝数110的倾斜的角度116和其节距114的几个操作模式。

根据第一偏振模式，螺旋可以在被称为普通的模式中沿着其纵向轴线104(线性偏振)偏振，此线性偏振尤其使用在移动电话中。

根据第二模式，当螺旋半径是将被传送或者接收的波的波长的数量级时，螺旋也以圆形的方式(在成为轴的模式的圆形偏振)围绕螺旋轴偏振，此圆形偏振例如通常用于出现用于接收和发送来自卫星的电磁波的抛物面天线的焦点上。

在后者的情况下，圆形偏振的质量依赖于线圈匝数110，而指向性依赖于天线的长度108。

公知的是螺旋天线使用下述几种不同的方法制造，这些方法在此后进行描述：

第一制造技术包括与制造弹簧相似的方式通过成型将导线形成螺旋外形。

第二制造技术包括围绕诸如塑料管或者泡沫塑料块料之类的绝缘元件而缠绕导线，绝缘元件被用于支撑螺旋。

绝缘元件可以接着被保留、或者如果螺旋天线的强度足够大以在不需要支撑的情况下保持其形状而将其移除。

第三技术包括在诸如折叠到自身的绝缘元件板的衬底上对角压印一个或者多个导线，这样形成倾斜角度是衬底上的对角线角度的螺旋。

此外，当天线单独制造时，这就必须将这些天线组成网络，在这种情况下，天线必须通过刚性可导电元件和驱动器电路而链接在一起。

用于制造天线的这些方法具有不同的缺点。因此，所述形成技术需要导电元件具有充分的刚度，同时根据第二和第三技术的制造方法，即，通过围绕支撑件缠绕或者通过折叠衬底的方法，相对较为复杂并且实施成本高，尤其是因为导线(用于缠绕)或者衬底(用于折叠)所需的变形。

最后，这些方法只应用到这样的一类的单独的天线的制造中：成组形成网络的天线类型需要其它特定操作，这样增加了制造网络的成本。

在将天线组成网络的这些具体操作中，必须要说明的是，各天线必须用机械刚度在很长的周期上足以整个地保持天线网络的偏振特征而连接到这个天线网络，这特别复杂且成本较高。

现在，公知的是，在网络中，天线必须彼此相对应并相对于驱动器电路保持它们的方向，这样驱动器电路可以保持其性能。

发明内容

本发明解决上述提到的至少一个问题。特别是从观察到当其形状突出到平行于其轴线的表面时螺旋不能重叠所获得的，如同1a所示。

这就是本发明涉及制造包括由导电材料所制造的导线的天线的制造方法，其路径呈螺旋形状，所述螺旋形状的特征在于隆起压印以隆起方式形成在电绝缘材料部件的一个侧面上，这样通过在此压印中沉积导电材料而产生螺旋形状。

由于本发明，就可以制造具有有限成本的天线，因为根据本发明简单地将导线沉积到承载表面上，从而制作天线。

特别地，根据如上所述的缠绕和形成方法，没有必要成形导线，或者折叠衬底以获得螺旋形状，这简化了天线的制造。

此外，本发明能够制造较大数目的不同螺旋天线，设计上更灵活，因为可以只是通过根据物理参数而改变这些天线的承载表面来考虑制造天线之间的物理参数的变化。

因此，使用根据本发明的制造方法可以很容易地修改许多参数。例如，绝缘元件的材料、其介电常数(这使得无线电特征可以被修改)，导电材料和对天线可能不同的螺旋轮廓。

本发明也涉及用于制造特征在于几个天线采用本发明的螺旋天线制造方法被形成在单个绝缘元件上的天线网络。

由于本发明，就可以简单、可靠、可复制和迅速地将螺旋天线分组为网络，这与形成网络的各天线的制造方法相似。

此外，由于通常的支撑整个天线网络是刚性的，这使得其相对于彼此保持天线的相对方向，并由此保持网络的性能。

也有可能在单个工业操作中连接驱动器电路，诸如在共面线的压印中或者在网络的天线被制造在其上的相同的绝缘元件上将微带添加到衬底和接地平面。和用于制造天线的方法相似，所述方法是实施和需要限制制造成本的简单方法。

本发明也涉及根据本发明的制造方法制造的螺旋天线网络或者螺旋天线。

在一个实施例中，导电材料和压印中的绝缘材料之间的接触表面位于一定部分的螺旋之外和其它部分的螺旋之外。

根据一个实施例，电绝缘元件的材料通过模制或者通过成形而制作而成。

在一个实施例中，导电元件通过将金属材料沉积在绝缘元件上而形成。

根据一个实施例，绝缘元件泡沫。

在一个实施例中，通过绝缘元件的侧面上的螺旋模的机械压力产生压印。

根据一个实施例，产生压印的螺旋模是用于制造的天线的模型。

在一个实施例中，压印包括沿着纵向轴的一系列规则的槽，该轴对应于螺旋天线所需的轴线，这些槽实际上彼此平行并以峰至峰之间的距离等于螺旋天线所需的节距而均匀分开，与螺旋天线所需的倾斜角度相对应，槽的方向和天线轴线的垂直线之间具有角度。

根据一个实施例，利用模版通过将金属微粒喷射到压印中而沉积导线。

在一个实施例中，所述模版具有与承载表面的隆起相对应的隆起。本发明也涉及用于制造包括至少两个具有螺旋形状的天线网络的制造方法，其特征在于，这些天线中的至少两个根据上述实施例之一中的方法制造而成。在一个实施例中，天线使用单电绝缘元件制造而成。根据一个实施例，天线通过压印到单电绝缘元件上的导电电路来连接。

在一个实施例中，驱动器电路与电绝缘元件一体形成。根据一个实施例，驱动器电路被印刷或者雕刻到粘接至电绝缘元件的衬底上。

本发明也涉及其特征在于其通过根据前述的天线制造方法的实施例之一的制造方法所制造的螺旋天线。

最后，本发明也涉及其特征在于根据前述天线制造方法实施例之一的制造方法所制造的天线网络。

附图说明

本发明的这些和其它特征将在结合本发明的附图对本发明的优选实施例进行说明的过程中而了解到，其中：

如上所述的图1a、1b显示了两个简单螺旋天线的示意图；

图2a、2b示意地显示了制造根据本发明的第一优选实施例的天线的制造方法的两个阶段；

图3a、3b是用于制造根据本发明的第二实施例的天线的绝缘元件的视图；

图4是根据本发明的螺旋天线网络的实施例视图。

具体实施方式

在此后将描述的本发明的优选实施例中，根据本发明，压印被用于将导线沉积到承载表面上，这样根据此压印的线的外形是螺旋状。

为了达到这个目的，根据天线所需的介电常数，考虑到天线(导线)的发射体与此材料相接触而选择电绝缘材料。

此外，此材料具有成形的能力，这就是为什么在此实施例中，所述材料包括泡沫，例如聚甲基丙烯酰亚胺或者膨胀聚苯乙烯。公知可使用的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫具有诸如介电常数Er在1.07和1.08之间变化以及损耗角正切在0.0002和0.0003之间变化。

膨胀聚苯乙烯泡沫具有诸如介电常数Er在1.56数量级，损耗角正切在0.002数量级。

结果，实施上述的两个方法之一，在泡沫上形成压印。

当螺旋天线模或者模型202可以与将被制造的天线相似实现时，用图2a、2b所描述的第一方法显示了充分的刚性，尤其是横截面足够大，这样当其如下所述推入到泡沫元件中时所述天线变得可变形。

实际上，通过根据方向206将模型202侧向推入到此体积中，使用此螺旋模型202在泡沫的体积208的一个表面上制造此种模型的压印210，直到此模型202完全插入泡沫中。

因此，看起来模型202的横截面必须足够的大，这样此模型202具有充分的机械强度以通过标记压印而顺应泡沫的体积208，这样接着可采用印刷方式压印导电材料，从而如此后所述进行制造。

实际上，在移除模型202时，在泡沫208中进行三维压印，如根据图2b的箭头200在图中示所示出的。

当不容易产生具有充分的机械强度的低成本模型，以不改变形状时，或者如果导线横截面较小时，就难于在这样产生的压印的隆起中压印导体。

这就是为什么根据第二制造方法，通过将压印302标记到此绝缘元件的表面上而使压印形成在绝缘元件300中，其包括沿着称为螺旋天线的轴线的纵向轴线306的一系列规则的平行槽304。

采用计算方法，例如通过考虑到此压印与用作将被制造的天线用模型的假想理想螺旋天线的侧向突起相对应，而预先数学地或者经验地确定这些槽的横截面。

这些槽的峰至峰之间的节距308等于将被制造的螺旋天线所需的节距。槽的纵向轴线312和垂直于天线轴线的垂线314之间的角度310是用于将被制造的螺旋天线的所需倾斜角度。

如图3b中详细显示的槽304具有横截面，这样通过将后面的螺旋根据垂直于绝缘元件300的表面的方向312投影到这些槽上，而获得曲线318，以在三维中描述与假想理想螺旋相同的螺旋。

在根据如下所述的一个或者其它方法的压印产生之后，设置按照压印的形状的预先制造的模版。

所述模版例如是模制金属板，诸如其宽度等于需要制造的压印的宽度的带，所述带从模版中切出。这种用于成形的切割可以通过诸如压力水喷射或者垂直于所述板的激光来实现，并在平行于螺旋轴线的平面上描绘螺旋突起。

当模版被安置就位时，导电材料(例如金属)根据特定的工艺参数，例如喷射时间和/或者密度进行喷射，以在压印上获得所需厚度的导体，并且如果需要，可以制造用于连接到螺旋的绝缘元件的其它部分。这样产生在绝缘元件上的沉积的导体在空间中描述了所需的螺旋。

注意，这样通过将导电材料沉积在绝缘元件上的螺旋的属性：导电材料和绝缘元件在压印中的接触表面安置在一些部分用的螺旋的内部(图2的点212或者图3中的点322，其对应于压印的峰)和用于其它部分的螺旋的外部(例如，图2中的点214或者图3中的点320，且对应于压印的槽)。

螺旋网络400(图4)也可以使用用于在相同的绝缘元件402上，例如泡沫塑料块料上制造几个天线的制造螺旋天线的方法所制造。

在使用图4的如下描述的实施例中，四个螺旋404、406、408和410通过使用本发明的方法被产生在相同的泡沫塑料块料上。

因此，有可能在具有例如可被压印或者雕刻接地平面和激励网络414的衬底412上组合四个螺旋，这样整个天线网络具有刚性。

本发明可以具有许多的变化，其中，这些变化涉及到对辐射元件形成不同的轮廓，可以添加驱动器电路(例如具有衬底和接地平面的微带)以及根据所需的介电指数支撑天线的材料。

Claims (17)

1.一种制造天线(404、406、408、410)的方法，所述天线包括由导电材料制造的导线，导线的路径呈螺旋形状，其特征在于，隆起压印(210、302)以隆起方式形成在电绝缘材料部件(208、300、402)的一个侧面上，这样通过在此压印中沉积导电材料而产生螺旋形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压印(210、302)中的导电材料和绝缘元件(208、300、402)之间的接触表面对于一些部分被安置在螺旋之内，对于另外一些部分安置在螺旋的外部。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，电绝缘材料元件(208、300、402)通过模制或者成形而获得。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，导电元件通过将金属材料沉积到绝缘元件(208、300、402)上而形成。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，绝缘元件(208、300、402)为泡沫。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，压印(210)利用绝缘元件(208)的侧面上的螺旋模(202)的机械压力而产生。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，产生压印(210)的螺旋模(202)是将制造的天线的模型。

8.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，压印(210、302)包括沿着纵向轴的一系列规则的槽，该轴对应于螺旋天线所需的轴线，这些槽实际上彼此平行并以峰至峰之间的距离等于螺旋天线所需的节距而均匀分开，与螺旋天线所需的倾斜角度相对应，槽的方向和天线轴线的垂直线之间具有角度。

9.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，采用模版通过将金属微粒喷射到压印中而沉积导线。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述模版具有与承载表面的隆起相对应的隆起。

11.一种用于制造天线(404、406、408、410)的网络(400)的方法，至少两个天线呈螺旋形状，其特征在于，这些天线(404、406、408、410)中的至少两个根据前述权利要求之一中的所述方法制造而成。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，天线(404、406、408、410)使用相同的电绝缘元件(208、300、402)制造而成。

13.根据权利要求11或者12所述的方法，其特征在于，天线(404、406、408、410)通过压印到电绝缘元件上的导电电路来连接。

14.根据权利要求11或者12或者13所述的方法，其特征在于，驱动器电路与电绝缘元件一体形成。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，驱动器电路被印刷或者雕刻到粘接至电绝缘元件的衬底上。

16.一种螺旋天线(404、406、408、410)，其特征在于，其采用根据权利要求1-10中任一项所述的制造方法进行制造。

17.天线(404、406、408、410)组成的网络(414)，其特征在于，它是通过根据权利要求11-15中的任一项所述的制造方法所制造的。

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