天线装置和用于天线装置的连接器的制作方法

文档序号:11161710阅读:791来源:国知局
天线装置和用于天线装置的连接器的制造方法

本发明涉及一种天线装置和一种适用于这种天线装置的连接器。



背景技术:

随着智能电话和其他类型的蜂窝移动电话的快速发展,引起了数据通信量的高速增加。适用于宽带射频(RF)信号传输的天线装置在移动电信中起重要作用并且因此被广泛用于蜂窝移动系统。为了应对渐增的数据传输率的需求,包括多个天线辐射元件的多输入多输出(MIMO)天线装置变得越来越重要。

然而,适用于RF信号传输的天线必须满足非常具体的设计要求,以便获得最优的RF特性。例如,天线辐射元件的形状及其在天线装置内的布置、以及其被连接至馈电缆线的方式经常必须满足严格的标准。

在相同申请人名义下的WO 2007048258 A1于2007年5月3日公开并且示出了具有适用于RF应用的宽带单极天线的天线装置。该申请披露了一种天线,该天线具有邻近彼此的两个导电基座本体,这两个导电基座本体被布置在导电基板上。所述两个导电基座本体借助于连接装置连接至基板。根据该发明,经由同轴缆线馈送RF功率,其外导体连接至基板,而其内导体连接至被布置在这些导电基座本体之一处接近基板的馈电点。

在KATHREIN-WERKE KG名义下的WO 2005060048 A1于2005年6月30日公开并且示出了一种宽带天线。该申请披露了一种天线,该天线包括被布置在基板上的杯状发射器,所述发射器从该基板向外突出。该基板包括被布置在发射器的足部位点(foot point)处的贯通开口。杆形式的联接元件穿过所述开口延伸并且可以连接至用于该天线的馈电线。所述杆形式的联接元件被插入到被布置在发射器处的管形式的联接元件中。这两个联接元件没有彼此电流连接,因此可以由电绝缘体分开。

US 8299372 B2于2012年10月30日公开并且描述了一种天线万向安装接头连接器。该文件示出了可以用于将同轴缆线连接至天线的角度连接器。根据该文件的连接器包括多个套管状部件和销,这暗示了最小尺寸以便允许适当组装。该文件进一步披露了可以使用安装螺母将根据该发明的连接器连接至安装表面(板)。在安装状态下,连接器的第一部分被定位在安装板的一侧上,而第二部分被定位在另一侧上,从而导致相对高的总高度。



技术实现要素:

在许多情况下,对于天线装置的RF部件的上述标准可能与对于天线装置的其他要求冲突,例如,有关天线装置的最大外尺寸或者这种天线装置如何连接至馈电缆线的方式的要求。这对于在车辆(例如,火车、轻轨车辆、大客车和其他类型的车辆)上的天线应用尤其成立。

这种天线例如可以用作允许乘客在车辆中使用其蜂窝电话的中继器。因此,天线装置典型地被定位在道路车辆或轨道车辆的顶蓬上并且通过缆线连接至所述车辆内的天线装置。为了减少空气阻力并且在许多电动轨道车辆的情况下为了维持与架空接触线的最小距离,这种天线装置需要具有相对小的总高度。此外,低外型天线装置对于室内使用(对应地室内通信)可以是有利的,其中可能需要不引人注目的扁平设计。此外,为了防止水入侵车辆,在车辆的顶蓬中为对定位在所述顶蓬上的天线装置进行连接所需的端口的数量必须尽可能少。

因此本发明的目的是提供一种适用于MIMO应用的天线装置,该天线装置具有低外型,因此具有相对小的高度。

本发明的另一个目的是提供一种具有多于一个天线辐射元件的天线装置,该天线装置包括低数量的连接端口。

本发明的另一个目的是提供一种连接器,该连接器可以用于将同轴缆线连接至辐射天线元件。

根据本发明的一个方面,可以用于射频MIMO应用的天线装置包括基板,该基板是至少部分导电的。然而,根据本发明的天线装置不限于所述类型的应用。基板可以由金属(例如,铝合金或钢)制成。该基板还可以由导电的非金属材料制成。所述基板还可以由包括一个或多个导电涂层(例如,塑料材料的金属涂层)的电绝缘材料或者具有低或中导电性的材料制成。所述基板可以一体成型或者可以由多个部分组装而成。根据本发明,所述基板具有限定顶部水平面的顶表面和限定底部水平面的底表面。如果忽视被布置在顶表面处的相对小的隆起和/或凹陷,则顶部水平面可以被认为是由顶表面限定的水平面。如果忽视在底表面处的相对小的隆起和/或凹陷,则底部水平面可以被认为是由底表面限定的水平面。顶表面和/或底表面可以包括多个凹陷和/或隆起,例如,小孔、凹槽、通道、平台、销等。所述天线装置进一步包括第一杯状天线辐射元件和第二杯状天线辐射元件。清楚的是,根据本发明的天线装置不限于两个天线辐射元件,并且因此还可以包括例如对于MIMO应用所必需的三个、四个、五个、六个或更多个天线辐射元件。第一天线辐射元件和第二天线辐射元件可以是相同类型的辐射元件或者可以是不同类型的辐射元件。这种天线辐射元件的形状还可以被描述成圆锥状的和/或角锥状的。然而,在该上下文内,天线的仅一部分还可以是碗状和/或杯状和/或圆锥状和/或角锥状的,而其他部分可以被不同地成形。所述天线进一步具有被布置在基板的顶部水平面附近的顶点。出于一些目的,天线辐射元件还可以包括多于一个的顶点。与该顶点相反,天线进一步包括被布置成远离基板的顶部水平面的开口。该开口还可以由罩盖装置覆盖。如果适当的话,可以将其他部件布置在开口中,如将在以下详细描述的。可替换地或另外地,该开口还可以完全或部分地填充有填充材料,例如绝缘材料。所述第一天线辐射元件和所述第二天线辐射元件均被布置在基板上方并且以一间距相对于彼此分隔开。两个天线辐射元件均与基板电互连。这种电互连例如可以通过使这些天线辐射元件和基板一体成型来获得。可替换地或另外地,这些天线辐射元件可以通过至少一个支撑装置机械或电力地连接至基板,该至少一个支撑装置可以是如将下面更详细描述的支架。此外,第一天线辐射元件在其顶点的区域中与第一同轴缆线的内导体电互连,所述内导体在顶点的区域中被布置在所述底部水平面上方。同样,第二天线辐射元件在其顶点的区域中与第二同轴缆线的内导体电互连,所述内导体在顶点的区域中被布置在所述底部水平面上方。电互连可以在顶点处建立。然而,电互连还可以建立在距该一个或多个顶点一定距离处。电互连例如可以通过直接机械接触(例如,通过钎焊接头和/或熔焊接头和/或夹具)和/或电容耦合来获得。根据本发明的基板进一步包括被布置在基板的底表面中的至少一个端口。该端口可以是从顶表面延伸至底表面的贯通小孔和/或在底表面中的凹陷。该端口可以包括多个(子)端口,例如,多个完全开口和/或凹陷。

出于一些目的,天线装置的端口可以被布置在第一天线辐射元件与第二天线辐射元件之间的区域中,其中这些同轴缆线中的至少一个穿过所述端口跨基板的底部水平面延伸。如果适当,第一同轴缆线和第二同轴缆线穿过同一端口或同一组子端口/子端口的同一组件。额外的同轴缆线和/或其他类型的缆线可以穿过同一端口或同一组子端口。这可以适用于具有多于两个天线辐射元件和/或辅助天线或电子器件(例如,GPS模块)的天线装置。对于一些应用,质量传送还可以穿过端口发生,例如冷却介质可以在两个方向上穿过端口。如果适当,第一同轴缆线和第二同轴缆线的内导体位于顶点与端口之间,该端口基本上被布置在顶部水平面与底部水平面之间。因此,这些同轴缆线的至少一部分可以被布置在顶部水平面与底部水平面之间。

出于一些目的,基板可以包括至少一个通道,至少一个内导体被布置在该至少一个通道中。这种通道可以允许在机械方面和在电学方面有利的缆线走线(铺设)。如果适当,至少一个通道可以被布置在基板的顶表面和/或底表面中。通道例如可以包括凹槽或者可以是凹槽。出于一些目的,通道还可以基本上在基板内延伸,因此该通道从基板的顶部和底部是不可见的。被布置在基板内的这种通道例如可以使用由两层或更多层构建的基板来获得。如果适当,被布置在该至少一个通道中的至少一个内导体可以是同轴缆线的一部分。可替换地或另外地,通道还可以填充有支撑同轴缆线和/或内导体的固体绝缘体和/或泡沫绝缘体。如果适当,内通道还可以填充有空气,其中内导体由多个间隔元件支撑。如果期望,通道的边界壁可以连接至同轴缆线的外导体或者可以是同轴缆线的外导体。

如果适当,这些天线辐射元件各自通过至少一个支架被固定至所述基板。这种支架可以用于将天线保持在相对于基板的预定位置中并且在基板与天线辐射元件之间获得指定种类的电连接。支架例如可以是柱、圆柱体或管并且可以例如通过钎焊接头、熔焊接头、螺钉连接或适合于获得一定类型的机械和/或电连接的另一种类型的连接而连接至基板。如果基板在与支架的接触区域(接触面积)处包括隆起和/或凹陷(例如,隆起平台或小孔),则可以实现良好的连接。对于一些应用,对每个天线辐射元件使用两个或三个支架可以获得良好的结果。取决于应用,至少一个支架可以被布置成距天线辐射元件的顶点一段距离,以便增加机械稳定性并且优化辐射特性。

连接器可以被嵌入在基板中在至少一个天线辐射元件的顶点与底部水平面之间。这种连接器可以包括内导体,该内导体在安装位置中与天线辐射元件电互连并且和与其相关的同轴缆线的内导体电互连。如果内导体被插入到布置在基板的顶表面和/或底表面中的开口中,则可以获得良好的结果,例如,天线装置的最小总高度。这种开口例如可以是通孔或盲孔。如果适当,连接器可以压入配合在布置在基板的顶表面和/或底表面中的开口中。出于一些目的,连接器的内导体可以包括开口,与其相关的同轴缆线的内导体被布置在该开口中。这种开口例如可以是狭槽或侧向孔。如果该开口被布置在连接器的内导体的近端处,则可以获得良好的结果。

出于一些目的,连接器的内导体可以是销,该销伸入到被布置在天线辐射元件处的插口中。这种插口可以被布置在天线辐射元件的顶点的区域中并且突出到所述天线辐射元件的开口中。该插口可以压入配合到天线辐射元件中或者可以与天线辐射元件一体成型。如果适当,该插口可以包括多个弹簧夹指,这些弹簧夹指可以与销的远端区域处于机械和电连接。这种机械和电连接可以通过在销的远端区域与这些弹簧指之间的圆周接触点来获得。如果期望,这些接触点还可以被定位在销的另一个区域处。

可替换地,连接器的内导体可以是插口,被布置在第一天线辐射元件或第二天线辐射元件处的销在安装状态下可以被定位在该插口中。

如果适当,绝缘体可以被布置在连接器的开口中,从而支撑内导体。这种绝缘体可以由PTFE、PE、陶瓷材料或具有适当介电和机械性能的另一种材料制成。取决于应用,如果绝缘体通过第一间隙与天线辐射元件分开,则可以获得良好的结果。

出于一些目的,连接器可以包括连接器本体,该连接器本体可以与第一同轴缆线或第二同轴缆线的外导体电互连。如果适当,连接器本体可以与基板一体成型。连接器本体还可以包括连接器端口,该连接器端口被布置在转向背离所连接的天线辐射体元件的一侧上。可以使用这种端口以便接近(进入)可能必须例如通过钎焊和/或熔焊来连接同轴缆线的内导体与连接器的内导体的区域。当连接器处于安装状态时,可以由基板来覆盖端口,从而形成屏蔽以便避免RF泄露。

对于一些应用,天线装置还可以包括至少一个GPS模块(天线),该至少一个GPS模块可以被布置在天线辐射元件的开口中。这种GPS模块(天线)可以与辅助缆线互连,该辅助缆线从天线辐射元件的开口延伸至被布置在天线辐射元件的支架中的通路、通向被布置在基板中的通道,该通道可以延伸至被布置在基板的底面中的该至少一个端口。

出于一些目的,天线装置可以包括被布置在基板的顶表面上的天线罩。这种天线罩可以使用螺钉来紧固并且可以使用相应的天线罩垫圈来密封。取决于应用,天线罩可以提供针对天气和/或气流和/或破坏行为等的保护。

附图说明

将从本文以下给出的详细说明和附图更全面地理解本文中所描述的本发明,详细说明和附图不应被认为对所附权利要求书中描述的本发明进行限制。这些附图示出了:

图1呈顶部透视图的天线装置的实施方式;

图2呈底部透视图的根据图1的天线装置;

图3呈顶部透视图的根据图1的天线装置,其中出于示例说明目的将天线罩移除;

图4呈顶部透视图的根据图1的天线装置的一部分;

图5呈顶部透视图的具有同轴缆线的连接器的实施方式;

图6呈底部透视图的具有同轴缆线的根据图5的连接器的实施方式;

图7呈底部透视图的具有同轴缆线的根据图5的连接器的实施方式,出于示例说明目的将连接器的一段移除;

图8呈顶部视图的具有同轴缆线的连接器的实施方式;

图9图8的截面AA;

图10布置在基板中的、连接至天线的连接器的实施方式的截面视图;

图11呈顶部透视图的具有出于示例目的而部分切开的天线辐射元件的天线装置的一部分;

图12图11的细节D。

实施方式的说明

图1以顶部透视图示出了具有天线罩18的天线装置1的实施方式,而图2以底部透视图示出了天线装置1。图3以顶部透视图示出了没有天线罩的天线装置1。图4以顶部透视图示出了天线装置1的一部分。出于示例说明的目的,将被布置在天线辐射元件6的开口8中的GPS模块25的一部分切开。图5以顶部透视图示出了连接器50的实施方式。出于示例说明的目的,同轴缆线30的一部分与连接器50连接。图6以底部透视图示出了具有同轴缆线30的一部分的连接器50的实施方式。图7示出了图6的连接器50,其中出于示例说明的目的将连接器本体51和绝缘体56的一部分移除以便显示连接器50的内部部分。图8以顶部视图示出了具有同轴缆线的连接器50的实施方式。在图9中示出了所述连接器50的截面AA。在图10中,以横截面示出了被布置在基板2的顶表面3中的凹陷中的连接器50。连接器50连接至天线辐射元件5和同轴缆线30。出于示例说明的目的,未以横截面示出同轴缆线30。在图11中,示出了天线装置1的实施方式的一部分,其中出于示例说明的目的将天线辐射元件6部分地切开。在图12中示出了图11的细节D。

如在图1中所示出的,天线装置1可以具有纵向立方形形状。所示出的天线装置2的内部区段由被布置在基板2上的天线罩18覆盖。如所示出的天线装置1进一步包括第一同轴缆线30和第二同轴缆线31以及辅助缆线26,该辅助缆线可以是同轴缆线或非同轴缆线。如在图2中所示出的,天线装置1在其底表面4中可以包括端口9,缆线26、30、31穿过该端口进入天线装置1的内部区段。此外,可以在底表面上布置基板垫圈17。当被安装在车辆上时,所述基板垫圈可以用作在天线装置1与车辆的顶蓬(未示出)之间的密封剂,以便防止水侵入天线装置1的端口9和/或被布置在车辆的顶蓬中的端口。

如在图3中可以看见的,天线装置1可以包括例如被布置在其顶表面3上的天线罩垫圈19。为了附接天线罩18,基板2可以包括第一紧固孔14,螺钉(未示出)可以从基板2的底部侧插入到第一紧固孔中以便连接天线罩18。此外,基板2还可以包括第二紧固孔15,所述第二紧固孔能够接收螺钉(未示出)以便将基板例如拧紧到车辆的顶蓬上。如果优选的话,在安装天线罩18时甚至这些第二紧固孔15可以是可接近的,如在图1中表明的。天线装置1可以包括借助于支架11布置在基板2的顶表面3上的第一天线辐射元件5和第二天线辐射元件6,如将在下面更详细解释的。所述天线辐射元件5、6可以具有包括开口8的杯状或碗状形状。在一些实施方式中,天线装置1可以包括被布置在所述开口8中的一个或多个额外的电子器件25(例如,GPS模块)。第一天线辐射元件5和第二天线辐射元件6连接至第一同轴缆线30和第二同轴缆线31,该第一同轴缆线和该第二同轴缆线从这些天线辐射元件5、6延伸至被定位在所述天线辐射元件5、6之间的端口9。所述同轴缆线30、31穿过所述端口9来通过基板2。在端口中布置有缆线偏转元件40。额外的电子器件25连接至辅助缆线26,该辅助缆线还可以延伸至端口9并且穿过基板2。

如在图4中所示出的,在天线装置的一些实施方式中,同轴缆线31可以至少部分地布置在通道10中,该通道被布置在顶表面3中,同轴缆线31的内导体(未示出)至少部分地位于由顶表面3限定的顶部水平面L1与由基板2的底表面(未示出)限定的底部水平面L2之间。顶部水平面和底部水平面L1、L2示意性地由虚平面指明。

天线辐射元件6借助于连接器50与同轴缆线31的内导体电接触,该连接器被布置在开口12中,该开口被布置在顶表面3中。连接器50包括被形成为销的内导体52,该内导体在其近端(未示出)处连接至同轴缆线31的内导体,而(在安装状态下)其远端被插入到天线辐射元件6的插口13中。以下将更详细地对所述连接进行解释。

如在图5中所示出的,连接器50的实施方式可以包括连接器本体51。绝缘体56被布置在从连接器本体51的顶面延伸至底面的开口53中。所述绝缘体56部分地从开口53突出。内导体52被布置在绝缘体51内,所述内导体52在所示出的实施方式中被形成为类似于销。连接器本体51可以进一步包括肩台(肩部)58,该肩台可以对在连接器本体51与基板中的开口12之间获得适当的压入配合连接是有利的。连接器50在一侧上可以包括小孔,同轴缆线30可以被插入在该小孔中。如所示出的,同轴缆线30可以包括护套,可以移除其中一部分以便曝露同轴缆线30的外导体34。如在图6中所示出的,连接器50还可以包括端口63,该端口可以用于接近内导体52的近端区域54,以便例如将其连接至同轴缆线30的内导体,如图7中所表明的。连接器50的内导体52包括呈狭槽形式的开口57,该开口可以接收同轴缆线30的内导体32。可以通过钎焊来获得在同轴缆线30的外导体34与连接器本体51之间的第一电联结59。也可以通过钎焊获得在同轴缆线30的内导体32与连接器的内导体52之间的第二电联结60,其还在图9中更详细表明。

如在图10中可以看见的,连接器可以被布置在开口12中,该开口在天线装置1的该实施方式中被布置在基板2的顶表面3处。在安装好的状态下,连接器本体51基本上被布置在顶部水平面与底部水平面L1、L2之间。这对于同轴缆线30的内导体32同样成立。如在图7和图9中所示出的,同轴缆线30的外导体与连接器本体51处于电接触。如在图10中所示出的,连接器本体51被压入配合在开口12中并且因此与基板2处于电接触。因此,所述外导体32电连接至基板2。如在图10中所示出的开口12被定位成接近天线辐射元件6的顶点7。在顶点7处,套管状插口被布置在通孔中,该通孔被布置在天线辐射元件6中。所述套管状插口13被压力配合在通孔中、延伸到天线辐射元件6的开口8中、从天线辐射元件6的内表面22突出。该插口包括弹簧夹指23,弹簧夹指被布置在开口8中并且将径向接触力施加在被布置在套管13中的内导体52的远端区域55上,从而在预定接触点处在内导体52与套管13之间建立电连接。在绝缘体56和顶点7之间布置有小的第一间隙61。同样,第二间隙54被布置在开口12的底表面与连接器50的底面之间。

如在图11中所示出的,GPS模块25或其他电子器件可以被布置在天线辐射元件6的开口8中。所述GPS模块25连接至辅助缆线26,该辅助缆线从开口8延伸至被布置在两个支架11之一中的通路20、通向被布置在基板2的顶表面3处的通道10、通向端口9,如在图3中所示出的。

如在图12中所示出的,支架11可以被布置在隆起平台16上,该隆起平台从基板2的顶表面3突出。这种平台16。

参考号清单

1 天线装置 17 基板垫圈

2 基板 18 天线罩(罩盖)

3 顶表面 19 天线罩垫圈

L1 顶部水平面 20 (在支架中的)通路

4 底表面 21 (天线的)外表面

L2 底部水平面 22 (天线的)内表面

5 第一天线辐射元件 23 (插口的)弹簧夹指

6 第二天线辐射元件 24 (在弹簧夹指的尖端区域与元

件连接销之间的)接触点

7 顶点 25 GPS模块(辅助天线)

8 开口 26 (用于GPS的)辅助缆线

9 端口 27 弹簧夹指

10 通道 28 接触点(隆起)

11 支架 30 第一同轴缆线

12 开口(凹陷) 31 第二同轴缆线

13 插口 32 (第一同轴缆线的)内导体

14 (用于天线罩的)第一紧固孔 33 (第二同轴缆线的)内导体

15 (用于基板的)第二紧固孔 55 (内导体的)远端区域

16 (用于支架的)平台 56 绝缘体

34 (第一同轴缆线的)外导体 57 开口(狭槽、凹陷)

35 (第二同轴缆线的)外导体 58 肩台

36 护套 59 第一电联结(第一钎焊)

37 介电质 60 第二电联结钎焊

40 偏转元件 61 第一间隙(间隔)

50 连接器 62 第二间隙(间隔)

51 连接器本体 63 连接器端口(用于接近内导体)

52 (连接器的)内导体

53 开口

54 (内导体的)近端区域

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