专利名称：微波天线的包层的制作方法
微波天线的包层本发明涉及微波天线的包层，以及包括这样一种包层和《鼓波天线 的装置。微波天线可以是用于点对点传输的高度方向性天线或者是用于点 对多点传输的扇形天线，在安装到建筑物上时，往往必须进行包层， 以便保护它们不受雨水、风、灰尘等影响。这类包层不可避免地对天 线的辐射图有影响。使这个影响保持很小的一种已知技术^^吏这样一 种包层板的厚度适合天线发出的辐射的真空波长以及适合板材的介电 常数SR，使得在包层板的第一侧进入该板并在其第二侧反射的射束将破坏性地干扰在第一侧直接反射的射束部分。例如在DE102004002374 Al中描述了这种类型的包层。这种技术的缺点在于，仅当包层厚度适合射束波长并且适合包层 材料介电常数时，它才正常工作。在本申请人的德国专利申请102004035614(未/>布)中采用不同的 方式。这个文档提出使用螺旋形横截面的包层板。如果天线设置在螺 线的旋涡处，则来自天线的射束以相等角入射到螺线上，而与它们从 天线传播的方向无关。如果天线辐射的极化在剖面，并且入射角是布 鲁斯特角，则不存在来自包层板的反射。由于介电常数eR因此布鲁斯 特角随波长的变化极小，所以逸种类型的包层对于大范围的天线波长 是有用的。但是，布鲁斯特效应仅存在于在入射平面极化的辐射、即 p极化辐射，而对于s极化辐射，不能抑制反射。因此，如果上述申请 的包层与双极化天线一起使用，则^5Ut于其两个极化之一抑制反射。可能认为，如果通过在第一平面中以^f氐于布鲁斯特角》丈置包层， 可对于在这个第一平面中极化的射束抑制反射，则通过还倾斜第二射束的极化位置的板，使得它以布鲁斯特角与两个平面相交，可抑制在 与第一平面相同的方向传播但在垂直于第一平面的第二平面极化的射 束的反射。但是，如果这样做的话，则在入射和反射射束所定义的传 播平面实际上没有极化两个射束中的任一个。相反，在这个传播平面， 两个射束都具有平行和垂直分量。因此，显然，对于来自双极化天线、 在相互垂直平面极化的两个射束不能同时满足布鲁斯特条件。令人惊讶的是，模拟仍然显示，在相互垂直定向的两个剖面中， 在具有对数螺线形状的横截面的包层板上，可实现极低程度的反射。两个剖面的螺线优选地应具有定义为半径r=0的点的7>共旋涡， 螺线的半径r分别由r⑨-r,e^和r⑨-r一e輝给出，其中cp和平分 别是第一和第二剖面中的角，而r!、r2和a是常数。根据笫 一 实施例，n等于r2 ，并且所述板的形状由 r (<P, V) "^exp (aV^+V2 )给出。这样一种形状例如通过将螺线绕贯穿旋涡的轴旋转来获得。 根据这个实施例，在贯穿所述轴的任何剖面中，对于在那个平面极化的辐射完全满足布鲁斯特条件，而对于到达剖面外的包层的剖面中极化的辐射，则不完全满足布鲁斯特条件。根据第二实施例，对于其仍发现更好的反射特性，所述板的形状由r((p,V)-r,e^e^给出。常数a优选地是板材的介电常数Sr的平方根。为了使包层致密和/或使它适合于包括多于一个天线的装置，包层 可由具有上述螺旋形横截面的多个连续接合板形成。如果将一对这类板分配给同一个天线，则该对板的螺旋截面应当具有它们共同的旋涡。优选地，这样一对板在贯穿旋涡的第一结合面接合。在这种情况 下，其中一个板可以是另一个的镜像，由此便于板的制造以及平滑连 续结合的形成。此外，沿垂直于第一结合面贯穿公共旋涡的第二结合面接合所述 板对。这样一种包层例如可由相同形状的四块板形成。第一结合面可以是第一剖面，或者它可以平分由笫一和第二剖面 所形成的角。通过以下参照附图对本发明实施例的详细描述，本发明的其它特 征和优点将变得明显。
图1是根据本发明的笫一实施例的天线装置的示意透^f见图；图2是图1的包层的截面；图3是根据第二实施例的天线装置的透视图；图4是图3的天线包层的截面；图5是根据第三实施例的天线装置的示意透视图；图6是叠层天线的包层的透视图；图7是无包层天线的辐射特性；图8示出包括图7的天线以及按照DE 102004035614的包层的天 线装置的辐射特性；图9是包括图7的天线以及根据本发明的包层的天线装置在垂直 极化情况下的辐射特性；图IO是与图9相同的装置在天线水平极化情况下的辐射特性；图11示出单独和与图1包层结合的垂直极化抛物面天线的辐射特性；图12与图ll相似，示出水平极化抛物面天线的辐射特性；图13示出对于干包层和湿包层，与图9相同的装置的辐射特性；以及图14示出对于干包层和湿包层，与图IO相同的装置的辐射特性。在图1中，微波天线如90。扇形天线由l表示，而2是天线l通过 其进行辐射的包层。天线l设置在具有x、 y和z轴的笛卡儿坐标系的原点x=y=z=0,正z方向与天线1的主射束方向一致。天线包层2由 四个板3a、 b、 c、 d形成，它们在平面x=0和丫=0连续地相互接合。 在这两个平面中，包层板3a至3d具有对数螺线形状的截面，它们的 形状例如可由公式r(9)-r^exP(al9l)或r(V)-r,exp(alvl)来描述， 其中(p、 x)/分别是在z轴与在平面x^或平面y二0测量的边4d、 4b或 4a、 4c的点的径矢之间形成的角，r!是在(p二M^0(x-y二0)处的包层2的 顶点5与原点之间的距离，且r(cp)或rO)是角cp或\)/处的点与原点的 距离。它是对数螺线的一个特征在它的任一点，那个点的径矢的角和那个点的正切是常数。如果a-V^", SR是板3a至d的材料的介电常数， 则在边4a至4d的任一点，来自天线1的辐射以低于板材的布鲁斯特 角入射。在平面x=0和y=0外，包层2的形状通过它的4黄截面在贯穿x轴 的任何剖面中都是对数螺线的要求来定义。图2示出在由图1的x轴 和矢量r所定义的平面中截取的这样一种横截面。在这里，螺线的形 状由r^卜r^exp^l^给出，其中yjf是平面X=0中的矢量r与图2截面中螺线上点的半径之间的角。因此，包层表面上任一点都可由两个角(p、 v标识，角\|/在点的径矢R与平面x^之间形成，而cp是R到平面x-O的投影r与z轴之 间的角。每个这种点与坐标系原点的距离则由r (<P.\0 "。、a^eav给出。完全等效的是，(p可定义为矢量R与它到平面y=0的投影之间的 角，而\|/可定义为这个冲殳影与z轴之间的角。另 一个备选方案是将cp定义为z轴与R到平面x=0之间的角，而 将x)/定义为z轴与R到平面"0的投影之间的角。对于很小值cp、 V， 由这三个不同定义所引起的包层板形状的差异是可忽略的。在大值cp、M/时，辐射强度比对于主射束方向9=\1/=0小得多，佳:得形状变化对于 图1的天线装置的辐射图具有极小的影响。如果假定天线1是在y方向延伸的偶极子，则在平面x=0的任一6点由它生成的电场矢量将在那个平面定向。即，入射在包层丰反3a、 3d 之间的边4d的辐射被p极化，并以小于布鲁斯特角入射，使得不存在 反射。另一方面，如果假定天线是x方向的偶极子，则电场在平面x-0 及其周围的任一点在x方向被;f及化，并且入射在包层板3a、 3d上的略 高于或低于边4d的辐射实际上在图2的剖面中完全p极化，并且还以 布鲁斯特角入射到那，使得对于这种极化也有效地抑制了反射。因此， 图1的包层具有优良的反射特性，而与天线1的极化方向无关。图3示出本发明天线装置的第二实施例。分别在xX)、 y<0和xO、 y〉0的区域，图3的包层2'的形状分别与图1的板3b、 3d相同。包层 2'分别与平面x-0或yK)的相交线的形状与图l相同，使;彈相交曲线 在图3中也表示为4a至4d。但是，与包层2成对比，包层2'在相交 曲线4a至4d附近是连续的，不存在尖锐的边。分别在xX)、 yX)和 x<0、 y<0区域中的包层2，的形状通过在贯穿x轴的各剖面中一个连续 螺线将从平面x=y延伸的要求来定义，如图4的截面所示。包层2'可按照常规由沿x二y平面接合的两个壳形成。如同图1实施例中那样，在平面x=0，在那个平面中极化的电场 以及与其垂直极化的电场在包层2'处"看到"布鲁斯特角。根据第三实施例的包层(未示出)在xX)、 yX)和xO、 yO的区域 中可具有图3所示的形状，并且分别在x>0、 y<0和x<0、 y>0的区域 中具有在平面x-0或y=0反射的这些形状的镜像。反射条件又与图1 和图3实施例的相似。根据图5所示的第四实施例，通过绕z轴旋转螺线来获纟寻包层2" 的形状。通过这样一种包层形状，从天线1入射在包层2"上的任何射 束形成布鲁斯特角，其中包层2"的面法线在其入射点。但是，已经发 现这个包层的反射特性稍微次于图1的实施例。在许多应用中，在同一位置必须层叠放置多于一个天线。图6示 出由图l所示类型的两个包层2形成的这才羊一种叠层天线装置的包层， 它们在它们的边6处接合，并安装在公共框架7中。通过图7至图10的辐射特性来说明本发明的天线包层的有效性。 图7是未包层的常规90。扇形天线的方位特性。辐射幅度的期望上限和 下限由线ul、 ll示出。图8示出对于适合包层定向的天线的第一极化和对于垂直于第一 极化的第二天线极化，具有按照DE102004035614的包层的装置中相 同扇形天线的辐射特性。对于图8中实曲线p所表示的天线的第一极 化，辐射幅度完全在极限ul、 11内；在虚曲线s所表示的第二极化的情 况下，该特性严重降级。图9和图IO示出分别对于垂直和水平极化，即沿图1的坐标系的 x和y轴，包括与图7、图8中相同的扇形天线以及图1所示类型的包 层的天线装置的辐射特性。对于两种极化，发现特性曲线v、 h完全在 极限ul、 11内。当然，本发明的包层也适用于其它类型的天线。例如，图11和图 12示出两个辐射特性，由实线表示的其中之一对应于单独的抛物面天 线，而由虚线表示的另一个对应于与图1包层组合的相同抛物面天线。 在图11中，极化是垂直的，在图12中，它是水平的。包层对特性的 影响很小，使得在两个图中都不能清楚地区分这两个曲线。厚度适合辐射波长的常规天线包层对其表面上的雨滴极为敏感。 由于这些增大了包层的有效厚度，所以它们导致发生大量反射。本发 明包层的一个显著特征在于，利用这些的布鲁斯特效应不取决于包层 的厚度。因此，雨滴对于根据本发明的天线装置的辐射特性几乎没有 显著影响。这如图13、图14所示。它们的每个示出与图1包层组合 的、与图7至图IO相同的卯。扇形天线的两个辐射特性，由实曲线表 示的一个用于千包层，而由虚曲线表示的另一个用于湿包层。在图13 中，极化是垂直的，在图14中，它是水平的。在任一种情况下，水滴 的影响很小，使得不能清楚地区分这两个曲线。
权利要求
1.一种用于微波天线(1)的包层(2，2’)，包括至少一个板(3a，3b，3c，3d)，它在第一剖面具有对数螺线形状的横截面，其特征在于，所述板(3a，3b，3c，3d)在垂直于第一剖面的至少一个第二剖面也具有对数螺线形状的横截面。
2. 如权利要求l所述的包层，其中两个剖面的螺线在1=0处具有 公共旋涡，并且所述螺线的半径r分别由r W ="化"和r (VK) =1:2^^给 出，其中cp和xj/分别是第一和第二剖面的角，并且^、 r2和a是常数。
3. 如权利要求2所述的包层，其中n^2，并且所述板的所述形状 由r ((p,MO =r,exp (a^+V2 )给出。
4. 如权利要求2所述的包层，其中所述板的所述形状由 r ((p,v)-r,ea"eav给出。
5. 如权利要求3或4所述的包层，其中a是所述板的材料的介电 常数化的平方根。
6. 如以上权利要求中任一项所述的包层，包括螺旋形横截面的多 个连续接合板(3a, 3b, 3c, 3d)。
7. 如权利要求6所述的包层，其中一对所述接合板(3a, 3d; 3b, 3c)的螺旋截面具有公共旋涡(r^0)。
8. 如权利要求7所述的包层，其中所述对所述板(3a, 3d; 3b， 3c) 在贯穿所述旋涡的第一结合面^=0; x-y)接合。
9. 如权利要求8所述的包层，其中所述板对(3a, 3b， 3c, 3d)还沿垂 直于笫一结合面(x-0)贯穿所述公共旋涡(r^O)的第二结合面(产0)接合。
10. 如权利要求8或9所述的包层，其中第一结合面是第一剖面。
11. 如权利要求8或9所述的包层，其中第一结合面(x-y)平分由 第一和第二剖面(x-O, y二O)所形成的角。
12. —种天线装置，包括如以上权利要求中任一项所述的包层(2， 2，)以及设置在至少一个所述包层(2， 2')板的螺线的公共旋涡处的天线(1)。
全文摘要
微波天线的包层(2)包括至少一个板(3a，3b，3c，3d)，它在第一剖面(x＝0；y＝0)具有对数螺线形状的横截面，其特征在于，板(3a，3b，3c，3d)在垂直于第一剖面的至少一个第二剖面也具有对数螺线形状的横截面。
文档编号H01Q1/42GK101326679SQ200680046264
公开日2008年12月17日 申请日期2006年8月22日 优先权日2005年10月14日
发明者J·克里斯特 申请人:爱立信股份有限公司