专利名称：孔径天线元的制作方法
技术领域：
本发明与天线有关，具体地说与宽带宽的孔径天线有关。
背景技术：
由于许多原因，宽带宽的天线是令人想望的。首先，它们使得制造规模经济，因为如果一个天线可以在很宽的频率范围内使用，它就可用于更多的情况，因此只需设计少数不同的天线。此外，在移动电话业务的基站领域，不时引入不同的标准，诸如UMTS标准之类，这些新引入的标准不会立即代替诸如GSM之类的现有标准，而要与它们共存。这意味着基站需要能同时按照多个标准工作，因此要工作在不同的标准所要求的不同频带。一种可能性是对于不同的频带具有各自独立的天线，但这会增加基站的成本。更可取的是用带宽足以适应不同标准的频带的天线。
发明内容
按照本发明，所提供的天线包括至少一个开有一个谐振孔径的导电板，所述谐振孔径呈现为一个具有圆角的矩形。
优选的是，这种天线包括开有所述谐振孔径的第一和第二所述导电板，所述第一和第二板相互平行，所述孔径相互对准；至少一个配置在所述第一和第二板之间且伸入所述孔径之间的空间的馈给短棒；以及一个与所述第一和第二板平行、离所述第一和第二板一定距离的第三导电板。
下面将结合附图举例说明本发明的一些实施例，在这些附图中
图1示意性地示出了按照本发明的一个实施例设计的一个天线的侧视图；图2示意性地示出了图1所示天线的顶视图；图3和4示意性地示出了一种已知类型的馈源和图1的天线所用的馈源的场分布；图5示出了按照本发明的一个实施例设计的一个天线的透视图；图6示出了对图5的天线所做的一些实验测量的结果；图7示出了按照本发明的一个实施例设计的一个天线阵的顶板已除去的顶视图；以及图8示出了按照本发明的一个实施例设计的一个用圆极化辐射工作的天线在顶板除去后的顶视图。
具体实施例方式
图1示出了一个天线的侧视图，这个天线包括一对开孔的导电板1和2，相互平行相邻，分别具有相互对准的孔径3和4。在开孔板1和2之间有一对馈给短棒5和6。馈给短棒5和6向内延伸，部分伸入孔径3和4之间的区域。一个第三导电板7与开孔板1和2平行并间隔一定距离，起着一个反射板的作用。
图2示出了图1的天线的顶视图，从中可以看到与孔径4相同的孔径3的形状。孔径3呈现为一个具有圆角的正方形。孔径3的边界包括长度为s的直线段8、9、10和11，这些直线段形成一个边长为a的正方形的各边的各部分，并由半径为r的90°圆弧12、13、14和15连接。r与a之比优选的是在10％到45％的范围内，更为优选的是在20％到40％的范围内，最好在30％到35％的范围内。在以下要详细说明的一个实施例中，它为约1/3。
已经发现，这样一个孔径可以使天线具有宽的带宽，同时可以很好地保持极化和很好地在各馈给短棒激励的模之间去耦。
如图2清楚示出的那样，馈给短棒5和6分别在直线段11和10的中央与直线段11和10成直角地伸入孔径。因此，馈给短棒5和6与相应的正交极化模耦合。
导电板1、2和7以及馈给短棒5和6可以是金属片或镀在各绝缘基片上的金属。
馈给短棒5和6，如在图1中可最为清楚地看到的馈给短棒6那样，是薄导电条，与传统的孔径天线内的馈给短棒相反，具有垂直取向。也就是说，它们在与开孔板1和2的平面垂直的平面内取向，使得朝向开孔板1和2的是它们的厚度维而不是它们的宽度维。这可以获得较好的耦合和降低孔径内的场的扰动。
图3和4分别示出了在传统馈给短棒35在开孔板31和32之间水平取向的情况下的电场力线和在馈给短棒45在开孔板41和42之间垂直取向的情况下的电场力线。采用垂直取向，如在图1和2的天线内和在要说明的所有的实施例内那样，可以设计出具有高阻抗的馈源。在要更详细说明的一个例子中，馈线具有100Ω的阻抗，它的优点是可以从一个传统的50Ω连接向两个天线元或者说一个天线元内的两个馈给短棒并行馈给，而不需要会减小这种配置的带宽的阻抗匹配网络。
图5示出了一个试验性的单天线元，它工作在1700MHz到3300MHz的频率范围，包括在GSM 1800、UMTS、蓝牙和WLAN系统内所用的各个频带。第一和第二开孔板51、52和第三板57由0.5mm的黄铜金属片构成，它们的相对位置由在四角的黄铜柱510固定。开孔板51和52之间的间距是12mm，而第三板离所述开孔板40mm。
孔径53和54具有90mm的总宽度a。形成圆角的各圆弧的半径r为30mm，因此孔径边界的直线段的长度s也为30mm。
馈给短棒55和56由1mm厚的金属片构成，宽度为4mm。它们垂直取向，伸入孔径32mm，对于这个试验性的实施例，它们直接安装在焊接到开孔板51和52上的50Ω同轴表面安装(SMA)连接器58和59上。
通过用一个50Ω网络分析仪测量输入反射系数对图5的天线进行了测试。然后，将测量结果用SMA连接器的长度去埋(de-embed)后重正化到100Ω。结果如图6所示。经重正化的反射系数在整个设计频率范围内低于-10dB。也确定了端口去耦在整个带宽内强于-11dB。
图7示出了一个有四个元的天线阵。最上面的(第一)开孔板已经除去，以便看到馈给配置。第二开孔板72具有4个定距间隔的相同孔径74a、74b、74c和74d。孔径74a、74b、74c和74d各有以上结合图2和5所说明的形状和尺寸。没有示出的第一开孔板具有相同的孔径。每个孔径各有一对馈给短棒，相应为75a和76a、75b和76b、75c和76c、75d和76d，每对馈给短棒配置成在它们各自的孔径内激励正交极化模。因此，馈给短棒75a、75b、75c和75d配置成在各自的孔径74a、74b、74c和74d内激励一个线性极化，而馈给短棒76a、76b、76c和76d配置成在各自的孔径74a、74b、74c和74d内激励正交的线性极化。馈给短棒75a和75b通过各自的同轴引线715a和715b接到SMA同轴连接器78a上。类似地，馈给短棒75c和75d通过各自的同轴引线715c和715d接到SMA同轴连接器78b上，馈给短棒76a和76b通过各自的同轴引线716a和716b接到SMA同轴连接器79a上，而馈给短棒76c和76d通过各自的同轴引线716c和716d接到SMA同轴连接器79b上。SMA同轴连接器78a、78b、79a和79b形成天线阵的输入/输出端口。
在图7的天线阵内，所有的同轴引线715和716长度是相同的，因此在提供给4个天线元的信号之间没有内在的相位差。此外，每个SMA同轴连接器与两个配置成激励平行线性极化的馈给短棒连接。例如，SMA连接器78a与激励平行线性极化的馈给短棒75a和75b连接，而SMA连接器79a与激励与馈给短棒75a和75b所激励的线性极化正交的平行线性极化的馈给短棒76a和76b连接。这意味着这两个线性极化可以独立激励，以便例如使用极化分集。
图8示出了另一种配置，其中单个SMA连接器88与配置成在单个孔径84内激励正交极化模的馈给短棒85和86连接。此外，馈给短棒85和86通过长度不同的同轴引线815、816连接。因此，一个加到SMA连接器88上的信号可以激励两个极化，它们之间具有由于引线815与816长度之差而引起的相位差。这样一个配置可用来激励圆极化。
本发明可以用不背离本发明的精神或基本特征的其他具体形式实现。所说明的这些实施例在各个方面都应认为只是例示性的而不是限制性的。因此，本发明的专利保护范围由所附权利要求书而不是以上说明给出。权利要求书所给出的专利保护范围涵盖了在各权项等效的含义与范围内的所有改变。
例如，在所说明的这些实施例中，孔径呈现为具有圆角的正方形。同样的原理也适用于呈现为具有圆角的长方形的孔径。这样的天线对于两个线性极化会具有不同的频带。
权利要求
1.一种天线，所述天线包括至少一个开有一个谐振孔径的导电板，所述谐振孔径呈现为具有圆角的矩形。
2.权利要求1的天线，所述天线包括开有所述谐振孔径的第一和第二所述导电板，所述第一和第二板相互平行，所述孔径相互对准；至少一个馈给短棒，位于所述第一和第二板之间，并伸入所述孔径之间的空间；以及第三导电板，与所述第一和第二板平行，并与所述第一和第二板间隔开。
3.权利要求2的天线，其中所述孔径是具有圆角的正方形。
4.权利要求3的天线，其中每个所述孔径有一个边界，该边界包括四条长度为s的直线段，这些直线段形成一个边长为a的正方形的相应边的各部分，并由半径为r的各段90°圆弧连接。
5.权利要求4的天线，其中所述r与a之比为约1/3。
6.权利要求2的天线，其中每个所述馈给短棒为一个薄导电条，取向成处在一个与所述第一和第二板的平面垂直的平面内。
7.权利要求4的天线，其中每个所述馈给短棒在所述直线段中一条相应直线段的中央位置并以与所述相应直线段垂直的方向伸入所述孔径之间的空间。
8.权利要求7的天线，所述天线具有两个所述馈给短棒，相互成直角。
9.权利要求8的天线，所述天线用于圆极化辐射，其中所述两个馈给短棒通过长度不同的引线接到一个共同的输入/输出端口上。
10.一种包括权利要求2的天线的天线阵，其中所述第一和第二板各有多个所述孔径，所述第一板中的每个孔径与所述第二板中的相应孔径对准，每对或相应孔径具有相应一个或多个馈给短棒伸入它们之间的空间。
全文摘要
本发明所提出的宽带宽孔径天线由两个各开有一个谐振孔径(53、54)的平行金属板(51、52)构成。开孔板相互平行配置，孔径相互对准。一个第三板(57)与开孔板平行配置，起着一个反射板的作用。谐振孔径呈现为具有圆角的正方形。馈给短棒(55、56)配置在开孔板之间，伸入孔径之间的区域，以激励正交极化模。馈给短棒呈现为条状，在与开孔板的平面垂直的平面内定位。一个典型的实施例具有从1700MHz到3300MHz的带宽，包括了GSM 1800、UMTS、UMTS+、蓝牙和WLAN系统所用的频带。馈源为高阻抗，在整个带宽内去耦强于－11dB。
文档编号H01Q13/08GK1755985SQ20051007137
公开日2006年4月5日 申请日期2005年5月27日 优先权日2004年9月29日
发明者乔治·费希尔, 弗劳里恩·毕维特 申请人:朗迅科技公司