紧凑型圆极化贴片天线的制作方法

文档序号:6876520阅读:239来源:国知局
专利名称:紧凑型圆极化贴片天线的制作方法
技术领域
本发明涉及一种天线,具体地涉及一种用于从卫星接收圆极化(circularly polarized)射频(RF)信号的微带贴片天线。
背景技术
用于接收RF信号的贴片天线在本技术领域中是常见的。这种天线的一个例子公开于Ishitobi等人的美国专利申请出版物第2001/0050638号(即第638号出版物)。上述第638号出版物的天线包含贴片元件。所述贴片天线包含一对彼此相对设置的弯曲侧边且限定了内向的一对弯曲导孔(void)。贴片元件还包括一对彼此相对放置的直侧面。第一轴线被定义成穿过弯曲侧面的中心,第二轴线被定义成穿过直侧面的中心。所述贴片元件关于每一个轴线都是对称的。一基板(ground plane)被设置成基本平行并间隔于所述贴片元件。贴片元件和基板中间夹有介电体。一终端沿着第二轴线的一点与贴片元件连接,以电耦合发给/发自所述贴片元件的RF信号。一馈线是与所述终端直接可连接的,用于电连接所述天线至放大器。但是,在第638号出版物中揭示的上述天线并不能接收圆极化RF信号。
长久以来车辆利用玻璃来封闭车辆驾驶室,同时仍然让车辆驾驶员能有能见度。汽车玻璃通常是经过回火的(或者强化的)玻璃,或是通过把两块或更多块玻璃用塑料夹层粘合在一起的夹层玻璃。该夹层使得玻璃板即使在玻璃破碎时也能保持在一起。
最近,天线已经与车辆玻璃整合到一起。这种整合有利于提高车辆的空气动力学性能,并有助于使车辆具有审美上令人愉快的和流线型的外观。用于接收线性极化RF信号(比如那些AM/FM地面广播站发出的信号)的整合天线已成为这个行业的主焦点了。但是,这个焦点正在转变为用于接收来自卫星数字音频无线电服务(SDARS)供应商的RF信号的整合天线。SDARS供应商利用卫星发送射频信号,特别是圆极化RF信号返回地球。SDARS供应商利用处于对地静止轨道或者倾斜椭圆星座(inclined elliptical constellation)上的多个卫星。
玻璃,特别是钠钙硅玻璃汽车玻璃的特征,以及当用作车辆车窗时这个玻璃有角度的设置,对有效地把天线与车辆车窗整合提出了挑战。汽车生产厂对于与车辆车窗整合的天线所产生的视觉阻碍量有严格的要求。到目前为止,与汽车玻璃整合的天线在接收SDARS信号时的性能是令人失望的。因此,仍有机会引入一种帮助接收来自卫星的圆极化RF信号的天线。具体地说,这样一种高性能天线仍是有机会的当其与汽车窗玻璃整合时,不会产生实质性视线障碍,并且仍能保持对圆极化RF信号的最佳接收。

发明内容
本发明提供了一种天线,其包括由导电材料制成的贴片元件。所述贴片元件有一对彼此相对放置的辐射侧边,以及一对彼此相对放置的隔离侧边。第一轴线被定义成穿过所述辐射侧边的中心而第二轴线被定义成穿过所述隔离侧边的中心。所述天线还包括由导电材料制成的而且基本平行并间隔于所述贴片元件的基板。在所述贴片元件和所述基板之间夹有介电体。由导电材料制成的馈线被置于该介电体内。上述馈线被设置成与第一轴线基本平行并与之有偏移,用于给天线提供圆极化辐射特征。
本发明同样提供了一种天线,其包括由导电材料制成的一种贴片元件。所述贴片元件包括一对彼此相对放置的辐射侧边,以及一对彼此相对放置的隔离侧边。所述辐射侧边与所述隔离侧边形成一个小于90度的角。一个由导电材料制成的基板被设置成与贴片元件基本平行并与所述贴片元件间隔开。所述天线还包括夹在所述贴片元件和所述基板之间的介电体。
本发明的天线结构在接收圆极化RF信号时给出了优异的性能特征。所述馈线与所述第一轴线的偏移间隔使得所述天线具有圆极化辐射特性,而不需要附加外部设备,比如90度混合等等。而且,本发明的天线可与车辆的车窗或车窗玻璃整合。结果,所述天线与所述窗玻璃基本共形,并且是相对紧凑的,只占据车窗的相对小区域,并且在接收所述圆极化RF信号时,仍然能提供高性能。因此,所述天线对汽车生产厂和车辆驾驶员都是理想的。


本发明的其他优点是易于理解的,同样,通过结合附图参考下面的详细说明可对它有更好的理解。附图中 图1是装有天线的车辆的透视图,该天线由车辆的玻璃板支撑; 图2是上述天线的第一实施例的顶视图,其显示了馈线及具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边形成圆形内凹弧线; 图3是沿着图2中的线3-3得到的上述天线第一实施例的侧视图,其显示了玻璃板、贴片元件、介电体、馈线以及基板; 图4是所述天线的第二实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成对称抛物线内凹曲线; 图5是所述天线的第三实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成非对称抛物线内凹曲线; 图6是所述天线的第四实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成曲线段; 图7是所述天线的第五实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成两条直线段; 图8是所述天线的第六实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成三条直线段; 图9是所述天线的第七实施例的顶视图,其显示了馈线和具有一对辐射侧边的贴片元件,所述辐射侧边构成四条直线段。
具体实施例方式参考附图,其中相同的数字代表全部视图中对应的部分,天线是概括地以20表示的。在所示实施例中,天线20被用来接收来自卫星的圆极化射频信号。本领域技术人员应认识到,天线20也可被用来发射圆极化射频信号。具体地说,天线20的第一实施例接收左手圆极化(left-hand circularly polarized,LHCP)RF信号,例如那些由卫星数字音频无线电业务(SDARS)提供商像XMSatellite Radio或SIRIUSSatellite Radio等所提供的信号。但是应理解的是,天线20同样可以接收右手圆极化(right-hand circularly polarized,RHCP)RF信号。
参考图1,天线20优选与车辆24的车窗或车窗玻璃22整合在一起。这个车窗22可以是后窗22(后窗玻璃)、前窗22(挡风玻璃),或者车辆24的其他车窗22。天线20也可被实施于与车辆24完全不同的其他场所,比如在建筑物上或者与无线电接收机集成在一起。另外,天线20可被设置于车辆24的其他位置,比如在外后视镜上。优选的车窗22包括至少一个非导电板(nonconductive pane)26。术语“非导电”指的是诸如绝缘体或者介电体这样的材料,当其被放置在处于不同电位的导体之间时,只允许微小的或者可忽略的与所施加电压同相的电流流过该材料。典型地,非传导材料具有的传导性是在纳西门子/米的量级上。
在所示实施例中,非导电板26是用至少一个玻璃板28来实现的。当然,车窗22可以包含一个以上玻璃板28。本领域技术人员知道,汽车车窗或车窗玻璃22,特别是挡风玻璃,可能包含中间夹有一粘接夹层的两个玻璃板。上述粘接夹层可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层。当然,另外的粘接夹层也是可接受的。
玻璃板28优选是汽车玻璃,且更优选是钠钙硅玻璃(soda-lime-silica glass)。玻璃板28的厚度限定在1.5mm至5.0mm之间,优选是3.1mm。玻璃板28还具有介于5至9之间的相对介电常数(relative permittivity),优选是7。但是,本领域技术人员知道,非导电板26可以由塑料、纤维玻璃、或者其他合适非导电材料制成。
现在参考图2和图3,非导电板26起到天线20的罩的作用。也就是说,如下文所述,非导电板26保护天线20的其他部件,使其不受车辆24外面存在的潮汽、风、灰尘等的影响。
天线20包括由导电材料制成的贴片元件30。贴片元件30优选被置于非导电板26上。同样优选的是,贴片元件30包含银胶(silverpaste),其作为导电材料直接设置在非导电板26上,并且通过本领域技术人员熟知的焙烧技术而被强化。作为选择,贴片元件30可包含平的金属(如铜或者铝)片,利用粘合剂附着到非导电板26。
贴片元件30包括一对彼此相对设置的辐射侧边32。辐射侧边32通常是内向设置的,以使贴片元件30呈现凹形。相比具有矩形形状的贴片元件,向内设置辐射侧边32使所述贴片元件增加了外周长度。这一增加的长度导致天线20的有效辐射增加。贴片元件30同样包括一对彼此相对设置的隔离侧边34。隔离侧边34优选基本是直的,但是,隔离侧边34也可以是弯曲的。辐射侧边32优选与隔离侧边34形成一个不大于90度的角。由于这个角度小于90度,天线20的凹形形状在车辆24的车窗22上产生最小视觉障碍,从而满足汽车制造商对天线20尺寸的规格。
第一轴线36被定义成穿过辐射侧边32的中心。第一轴线36优选与每一个隔离侧边34基本等距。第二轴线38被定义成穿过隔离侧边34的中心。所述各图示贴片元件30实施例的特定的形状、尺寸、及对称性在下文中将更详细地介绍。
现在参考图3,天线20进一步包括基板40。基板40基本平行于贴片元件30并与之间隔开。基板40同样由导电材料制成。实践中常见的是,使得基板40的面积比贴片元件30的更大。具体地说,基板40的每一个侧边优选实测约40mm。进一步优选的是,贴片元件30以及基板40是彼此中心对准的。这种方位避免了车辆24的驾驶员额外的视觉障碍。在所示实施例中,基板40是矩形的。但是,本领域技术人员知道,基板40也可具有其他尺寸或形状。
天线20还包含夹在贴片元件30和基板40之间的介电体42。介电体42是由非导电材料制成的,并且它把贴片元件30和基板40隔离开。因此,贴片元件30和基板40不是由导电材料电性连接的。本领域技术人员知道,介电体42可以是非导电流体,比如空气。
在所示实施例中,介电体42被设置成与贴片元件30和基板40接触。当然,介电体42也可以夹在贴片元件30和基板40之间,而不与贴片元件30和/或基板40直接接触。而且,介电体42可延伸到贴片元件30和基板40所限定的区域之外,只要介电体42的至少一部分处于贴片元件30和基板40之间。
优选的是,介电体42具有实测厚度约3.0mm。进一步优选的是介电体42具有相对介电常数约3.55。但是,本领域技术人员知道,介电体42可具有其它尺寸和/或不同的相对介电常数。而且,介电体42可由多层或多区域组成。这些层或区域各自的相对介电常数可以彼此相同或者可以是彼此不同。
天线20还包含馈线44,馈线44由导电材料制成并且优选被置于介电体42之内,馈线44是一种传输器件,其优选与贴片元件30和基板40电磁耦合。术语“电磁耦合”,如本领域中使用的,指的是馈线44不直接接触贴片元件30。在本发明的例子中,馈线44大致与贴片元件30和基板40平行。但是,本领域技术人员知道,馈线44可被直接连接到贴片元件30,即馈线44可直接接触贴片元件30。
馈线44基本平行且偏移第一轴线36。通过将馈线44设置成偏移第一轴线36,也就是说不使它位于贴片元件30的中心,馈线44可给天线20提供圆极化辐射特性。如上所述,圆极化辐射特性对于接收从卫星传送的RF信号是非常重要的,比如那些用在SDARS用途中的信号。
馈线44优选是矩形的。当然,也可选择性地应用馈线44的其他形状。馈线轴46被定义成沿着馈线44的中心在纵向延伸。馈线轴46与第一轴线36有3mm至10mm的间距,即偏移量。这个精确的间距取决于贴片元件30的尺寸。在第一实施例中,如图2所示,馈线轴46与第一轴线36间距约6.15mm。
馈线44的宽度优选约为3mm。此3mm宽度有助于给天线20提供50欧姆电阻以匹配连接到馈线44的传输线(图中未示)。但是,馈线44的宽度可被改变从而给天线20提供可选择的电阻。馈线44还延伸穿过第二轴线38。优选的是,为了调谐目的,馈线44延伸穿过第二轴线38大约4.2mm。但是,可根据贴片元件30的特定形状来决定延伸穿过第二轴线38的不同长度。
贴片元件30的每一个辐射侧边32具有一定长度。每个辐射侧边32的长度优选实测约为所需信号的波长λ的四分之一。在所示实施例中,所需频率约为2.338MHZ,它对应于XM XMSatellite Radio所采用的中心频率。因此,每个辐射侧边32的长度大约是32mm。但是如上所述,辐射侧边32是内向设置的以使贴片元件30呈现凹形。这样就给贴片元件30提供了一个紧凑区域,该区域不会显著减少车辆24的驾驶员的视野。优选的是,由贴片元件30所限定的区域小于1600mm2。更优选的是,这个区域小于1000mm2。辐射侧边32的内向设置给贴片元件30提供了比具有矩形形状的贴片元件30更小的区域。
在上述第一实施例中,如图2所示,每一辐射侧边32被进一步限定为一条曲线段48。曲线段48向内朝着第二轴线38弯曲,从而给贴片元件30提供了内凹形状。曲线段48被第一轴线36平分,因此贴片元件30是关于第一轴线36对称的。第一实施例的曲线段48被进一步限定为圆弧。这个圆优选具有20mm半径。在第一实施例中,隔离侧边34的长度大约是32mm,且各隔离侧边34间距约24mm。
现在参考图4,在天线20的第二实施例中,每个辐射侧边32是一条具有抛物线形状的曲线段48。曲线段48是关于第二轴线38对称的。
天线20的第三实施例如图5所示。在第三实施例中,每个辐射侧边32是一条具有抛物线形状的曲线段48。但是,各曲线段48是关于第二轴线38不对称的。
现在参考图6,其显示天线20的第四实施例。每个辐射侧边32是一条给贴片元件30提供沙漏形状的曲线段48。
天线20的第五、第六、及第七实施例分别示于图7、图8、图9中。在第五、第六、第七各实施例中,每个辐射侧边32被进一步限定为多个直线段50。直线段50给贴片元件30提供内凹形状。在第五实施例中,如图7所示,每个辐射侧边32被实现为两条直线段50。这两条直线段50大约是同样长度,并且相接从而组成一个直角。参考图8,第六个实施例显示,每一个辐射侧边32被实现为三条直线段50。这三条直线段50中的一条基本平行于第二轴线38。第七实施例示于图9中,并且包含有四条直线段50构成每一个辐射侧边32。这四条直线段50被安排成顶点沿着第一轴线36的“W”形。
显然,按照上面的教导,本发明的许多改进和变化是可能的。另外,本发明可按照不同于所附权利要求范围之内明确说明的方式来实施。
权利要求
1.一种天线,包括贴片元件,其由导电材料制成,且具有一对彼此相对放置的辐射侧边和一对彼此相对放置的隔离侧边;第一轴线,其被定义为穿过所述辐射侧边的中心;第二轴线,其被定义为穿过所述隔离侧边的中心;基板,其由导电材料制成,且被设置成基本平行于所述贴片元件并与之间隔开;介电体,其夹在所述贴片元件与所述基板之间;馈线,其由导电材料制成,且被置于所述介电体之内;并且所述馈线被设置成基本平行于所述第一轴线并偏移于所述第一轴线,用于给所述天线提供圆极化辐射特性。
2.根据权利要求1所述的天线,其中所述馈线延伸穿过所述第二轴线。
3.根据权利要求1所述的天线,其中所述馈线被设置成基本平行于所述贴片元件和所述基板。
4.根据权利要求1所述的天线,其中所述馈线是矩形的,并且限定沿着所述馈线的中心在纵向延长的馈线轴。
5.根据权利要求4所述的天线,其中所述馈线轴与所述第一轴线相隔3mm至10mm。
6.根据权利要求4所述的天线,其中所述馈线的宽度约为3mm。
7.根据权利要求1所述的天线,其中每个所述辐射侧边的长度实测大约是一个所需信号的波长λ的四分之一。
8.根据权利要求1所述的天线,其中由所述贴片元件限定的区域小于1600mm2。
9.根据权利要求8所述的天线,其中由所述贴片元件限定的区域小于1000mm2。
10.根据权利要求1所述的天线,其中每个所述辐射侧边被进一步限定为一条向内对着所述第二轴线弯曲的曲线段,并给所述贴片元件提供内凹形状。
11.根据权利要求10所述的天线,其中所述曲线段为所述第二轴线所平分,由此使所述贴片元件是关于所述第二轴线对称的。
12.根据权利要求11所述的天线,其中所述曲线段被进一步限定为抛物线形区段。
13.根据权利要求11所述的天线,其中所述曲线段被进一步限定为圆弧。
14.根据权利要求10所述的天线,其中所述曲线段是关于所述第二轴线不对称的。
15.根据权利要求1所述的天线,其中每个所述辐射侧边被进一步限定为多个直线段,其给所述贴片元件提供内凹形状。
16.根据权利要求15所述的天线,其中所述多个直线段各自被进一步限定为两条直线段。
17.根据权利要求15所述的天线,其中所述多个直线段各自被进一步限定为三条直线段。
18.根据权利要求15所述的天线,其中所述多个直线段各自被进一步限定为四条直线段。
19.一种天线,包括贴片元件,其由导电材料制成,且具有一对彼此相对放置的辐射侧边和一对彼此相对放置的隔离侧边,其中所述辐射侧边与所述隔离侧边形成小于90度的角;基板,其由导电材料制成,且被设置成基本平行于所述贴片元件并与所述贴片元件相隔开;介电体,其夹在所述贴片元件与所述基板之间;以及馈线,其由导电材料制成,其被置于所述贴片元件与所述基板之间的所述介电体之内。
20.根据权利要求1所述的天线,其与非导电板整合。
21.根据权利要求20所述的天线,其中所述非导电板被进一步限定为玻璃板。
22.根据权利要求21所述的天线,其中所述玻璃板被进一步限定为汽车玻璃。
23.根据权利要求22所述的天线,其中所述汽车玻璃被进一步限定为钠钙硅玻璃。
全文摘要
一种接收和/或传输圆极化RF信号的天线,包含贴片元件、基板、介电体、及馈线。该贴片元件被置于玻璃板上且包含一对彼此相对设置的辐射侧边及一对彼此相对设置的隔离侧边。辐射侧边与隔离侧边形成小于90度的角度。第一轴线被定义为穿过辐射侧边的中心,而第二轴线被定义为穿过隔离侧边的中心。基板被设置成基本平行于贴片元件并与之间隔开。介电体衬底被夹在贴片元件和基板之间。馈线被设置成基本平行并偏移于第一轴线,其给所述天线提供圆极化辐射特性。所述天线是大小紧凑的并通常与所述玻璃板是共形的。
文档编号H01Q13/00GK1905276SQ20061010628
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月17日 优先权日2005年7月27日
发明者Q·李, W·比利亚罗埃尔 申请人:Agc汽车美洲研发公司
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