专利名称：基本上是平的孔径耦合的天线单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中说明的那种、特别是用于移动通讯的基站天线中的天线单元。
这样的天线单元以前从例如美国5030961号专利说明书(Tsao)和Electronic Letters杂志1994年30卷第22期中第1814-1815页上的一篇文章(Yamazaki)就知道。为了获得相当宽的频带宽度和两个通道之间高度隔离的双极化，一直需要在一个平面馈电网络中安装一种空气桥(如Tsao所提出的)，或者配置两块由接地平面层分隔开的不同的介质板(如由yamazaki提出的)。这些措施牵涉到设计技术和制造方面的严重杂乱或由于这两块带有相关的馈电网络的单独的介质板而使费用增多。
由于这一背景，本发明的主要目标是提供一种较简单和价格较低廉的天线单元，同时保持和板对中的十字形孔径的优点。特别是，一个具体目标是提供一种具有带一个相关馈电网络的单个介质板的天线结构。
按照本发明，这些目标是如此达到的，即多层结构包含有单独一个装有平面型馈电网络的介质板，而该馈电网络有一个带有在孔径中心的两侧对称伸出的一对馈电线的第一馈电元件和一个带有不对称地位于所述的孔径中心的一侧但和所述的第一馈电元件不相交的单独一根馈电线的第二馈电元件，此两个馈电元件的方向和尺寸被选择得使得能分别从一个相应的微波通道激发每一个缝隙。
关键的一点是只有一个馈电元件相对于该十字形孔径的中心对称而另一个馈电元件不对称的这种结构，其中尽管馈电网络是在一个平面的位置中伸展，这种结构使得有可能避免在各个馈电线之间有任何交叉点。由于不对称的馈电布线结构，不可能使相关的缝隙实现完全均衡的激发。然而结果表明，在此缝隙中的被激发范围的不均衡度可能被限制在一个可以接受的程度，特别是如果一个馈电元件位于离该孔径中心很近的话，最好离该中心比被分成两根馈电线的对称馈电元件更近。
这些以及其他的特征在附带的权利要求中被说明，并将出现在下面的详细叙述中。
现在将参考表示本发明的一个较好的实施例的各图对本发明作进一步的说明。
图1是表示按照本发明的一种天线单元的分解透视图；图2是表示该两种馈电元件和图1中表示的十字型孔径的平面视图(从上方)；以及图3是表示双极化微波的回波损耗(return loss)和该两个通道间的隔离度的示意图。
图1中示意表示的天线单元包含有一种多层结构。此结构包含有一个较厚的上介质层1，上介质层1上备有一个矩形板2，此板构成该天线单元的辐射部件；包含有一个具有和板2对齐位置的位于中心的十字形孔径4的导电的接地平面层3，和一个低电介质的较薄的板或基底5，在基底5的下面，也就是离开十字形孔径4的一侧处具有呈平面布置的馈电网络6，以保证该网络和十字形孔径之间有相应于板5的厚度的距离。
在表示出的例子中，上层1的厚度约为15mm并用Rohacell泡沫材料制成。板2由铝箔制造，厚度为50μm而大小为54×50mm。
十字形孔径4处于板2之下的中央，它由在板2下面位于中心的点4c处相交的两条相互垂直的缝隙4a、4b组成。一条缝隙4a和该板的长边一样长，即为54mm，而另一条缝隙4b比该板的短边要短一些，为44mm。每条缝隙4a、4b宽为2mm。也可以比较图2，其中的矩形形状对应于板2。
表示在图1和图2中的馈电网络6由在板5的底面处分布在单一平面内的微带线组成。板5由一种介电材料(DiClad)制造且厚度为0.7mm，这相当于该馈电网络和十字型孔径4之间的距离。
该馈电网络6包含有两个馈电元件7和8，这些元件被选定位置和尺寸，以便激发相应孔隙4b、4a中的电场，这时每个馈电元件和该天线单元的两个双极化微波通道中相应的一个相关联。
第一个馈电元件7按已知的方式被设计为具有一种叉状外形，包含有从一个公共馈电线7c(50Ω)分支出去的两个平行的微带线7a、7b(每个100Ω)。自由末端部分或抽头7aa和7bb在过了相关的缝隙4b以后各伸长约15mm的一段距离。如图2中清楚表示的，馈电线7a、7b相对于通过中心点4c(沿缝隙4a方向)的轴线为对称的。同样由此可知，末端部分7aa、7bb向一侧弯曲，因而能保证得到希望的阻抗匹配。
另一方面，第二个馈电元件8(50Ω)为不对称布置在中心点4c一侧、离该点一段距离处。这样一来，缝隙4a只有一路支线被馈给了微波能量。但是，到板2的耦合也足以获得该相关通道的良好工作。第二根馈电线8在它的靠近缝隙4a的有效部分8a被向中心点4c移进。这样，8a部分位置比馈电线7a、7b更靠近中心点4c，并在它们之间伸展而不相接触。在这个有效部分8a，馈电线伸过相关缝隙4a约7mm距离。
因此，各个馈电线7a、7b、8都位于一个公共的平面内，且不在任何点相互交叉或接触。这使得该种设计方法和制造相当容易。当然，只单独提供一个带有相关馈电网络6的介质板5和目前通常使用的双馈电网络相比将大大节约费用。
多次实际检测表明，如上所描述的一种天线单元在两个通道中的有效辐射功率以及它们之间的良好隔离方面有着出色的性能。图3中表示的示意图说明对两个通道(S11、S22)都大于19dB的回波损耗和在1.85-1.99GHz频带(即PCS带)中约达35dB的隔离度。
以上描述的天线单元可以在各项权利要求的范围内进行改动。例如，馈电线不一定要是微带线，而可以是常规的带有中心导体和外层屏蔽的且导体和屏蔽被焊接和相关缝隙的相对边缘相接触的同轴电缆。当然，在一个天线单元中也可以叠加多于一个的辐射板。
权利要求
1.一种基本上是平的、孔径耦合的天线单元，包含有一种多层结构，带有一个安装在一个介质层(1)上的辐射板(2)、一个具有带基本上相对于连接片位于中心的两个交叉缝隙(4a、4b)的十字形孔径(4)的导电接地平面层(3)，和一个装有馈电网络(6)的介质板(5)，该馈电网络(6)经馈电元件(7、8)和所述的十字形孔径(4)向所述的板(2)馈送微波能量，以使该板产生一种双极化微波束从天线单元传播出去，该种天线单元的特征在于，所述的多层结构包含有单独一个介质板(5)，该介质板(5)装有一个平面馈电网络(6)，该网络(6)有一个在该孔径中心(4C)的每一侧带有一对对称伸展的馈电线的第一馈电元件(7)，和一个带有单独一根馈电线的第二馈电元件(8)，该单根馈电线不对称地位于所述的孔径中心的一侧而不和所述的第一馈电元件交叉，该两个馈电元件(8、7)的方向和尺寸被选取得使之能分别从相应的微波通道激发缝隙(4a、4b)中的每一个。
2.如权利要求1中所述的天线单元，其中所述的第二馈电元件(8)的位置比所述的第一馈电元件(7)距所述的孔径中心更近。
3.如权利要求1中所述的天线单元，其中所述的第一馈电元件的两根馈电线(7a、7b)伸展时基本上相互平行并垂直于相关缝隙(4b)。
4.如权利要求3中所述的天线单元，其中所述的两根馈电线(7a、7b)基本上为直线并由包括作为所述的网络(6)中的一根相关通道的线(7c)的分枝接出。
5.如权利要求2和3中所述的天线单元，其中所述的第二馈电元件的单根馈电线(8)位置在所述的第一馈电元件的馈电线的末端部分(7aa、7bb)之间但离开该各末端部分有一定距离处。
6.如权利要求1中所述的天线单元，其中所述的平面馈电网络(6)由布置在所述的介质板(5)的离开所述的接地平面层(3)的一面上的多条微带线组成。
7.如权利要求6中所述的天线单元，其中所述的第一和第二馈电元件的各根馈电线都有伸过它和相关的缝隙相交的点达到离该点一定距离处的末端线头部分(7aa、7bb、8a)。
8.如权利要求7中所述的天线单元，其中所述的各末端线头部分(7aa、7bb、8a)在所述的馈电网络(6)所规定的平面内被弯折一个角度。
全文摘要
一种相当平展的孔径耦合天线单元,由一种多层结构组成,此多层结构带有被安置在一个介质层(1)上的一个辐射板(2)、一个带有两个交叉缝隙(4a、4b)的具有位于该板中心的十字形孔径(4)的导电接地平面层(3)、和一个装有馈电网络(6)的介质板。该馈电网络用于经馈电元件(7、8)和所述的十字形孔径(4)向所述的板馈给微波能量,以使该板能产生一种双极化的微波束从该天线单元传播出去。该多层结构包含有单独一个装有一个平面馈电网络(6)的介质板(5)。该馈电网络具有一个带有在该孔径中心(4c)的每一侧对称伸展的一对馈电线的第一馈电元件(7),和带有不对称位于所述的孔径中心一侧且和所述的第一馈电元件不相交的单独一根馈电线的一个第二馈电元件(8)。此二馈电元件(8、7)的方向和尺寸被选择得能分别从相应的微波通道激发缝隙(4a、4b)中的每一个。
文档编号H01Q9/04GK1244297SQ9880201
公开日2000年2月9日 申请日期1998年1月16日 优先权日1997年1月24日
发明者比乔恩·林德马克 申请人:奥根公司