微波天线的包层的制作方法

专利名称：微波天线的包层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于覆盖微波天线的包层板，以及一种包含这样一个包层板和一个微波天线的装置。
背景技术：
这样的天线(可以是用于点对点传输的高定向性天线，或者是用于点对多点传输的扇形天线)常常必须由建筑物上的包层板覆盖着，以避免建筑物的外表被损坏。这样的包层板不可避免地对天线的方向图产生影响。为了使得这个影响很小，从例如DE 199 02 511 A1可知，根据等式d=m2·λ0ϵR]]>对这样一个包层板的厚度d进行调整以便与天线辐射的真空中的波长λ0相适应，并与板的材料的介电常数εR相适应。垂直于板表面的、并在板的出口侧被反射的波束到达入射侧时延迟了m个波长，因此，由于在边界处相移π，其与入射波束反相抵触，并因此在包层板处抑制了反射。
非垂直射向包层板的波不得不在其中传播更长的路程，因此不再满足反射的缺少条件，并且穿过包层板的传输可能被大量地衰减。
图1通过由90度扇形天线和垂直于该扇形天线的主波束方向的由玻璃纤维补强的塑料(glass fibrereinforced plastic)制造的包层板组成的装置的方向图的方位角切割来说明这个问题。实线所示的切割显示出在扇形内部，幅度有轻微的可容忍的倾斜；在扇形外部，在低等级幅度强烈地变化。在实践中，垂直入射常常可能不能实现，因为在大多数情况中包层板的定位是由建筑物表面轮廓预先确定的，而天线的定位是由很多约束例如天线将覆盖的小区的位置或者在点对点连接中伙伴天线的位置(它的约束与建筑物无关)来确定的，其中天线安装在建筑物外表的后面。考虑到在水平面上相互之间形成20度角的天线主波束方向和包层板的表面法线，如图1中虚线所示，可以发现，现在在包层板处反射不再被完全抑制，导致天线波束在100度以上的角度上呈现镜面图像。在实际上相关的装置中，四个90度扇形天线被设置在同一位置，覆盖四个在天线的位置处会合的无线小区，这意味着所考察的天线以不可忽略的密度将无线信号向其他小区辐射，并且影响其他小区的接收。
图2示出了上升方向中的问题。如仰角切割的曲线E所示，为了实现在较宽的范围内有较低的传输功率，波束在水平方向上被强定向。离开水平面后，辐射强度非常低，但是它不能为零，因为如果这样的话，在围绕着安装在仰角位置中的天线的很近的范围内无法进行接收。因此，仰角切割的曲线E应在两个约束曲线R+和R-之间延伸。这可以通过一个未包层的天线来实现，但是利用一个包层天线的话，问题出现了以相对于水平面来说的非零角度辐射的密度不能满足此时在水平方向上辐射的密度的反射缺少条件。由于反射损耗，包层天线的仰角切割E在某些地方下降到约束曲线R-的下面。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于微波天线的包层板以及一种包含一个微波天线和一个延伸经过微波天线的波束的包层板的天线装置，其在包层板处能够抑制天线波束的不需要的反射，即使在包层板和天线的主波束方向不完全互相垂直的情况下。
该目的是通过利用具有权利要求1的特征的包层板和具有权利要求8的特征的天线装置来实现的。
本发明是以包层板的应用为基础的，包层板的厚度从最小厚度的中心点向与该点的距离为增大距离r的点逐渐增加。虽然天线的给定波长的最小厚度在垂直入射处满足上述的零反射表明的条件，但是在其他点处，厚度被增加，以便在该点的内侧进入包层板的波束在其外侧被反射，并再次到达另一点的内侧，在这个另一点处，其被天线辐射的到达该处的波束反相干扰。如果包层板的厚度按照1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>随距离r变化的话，这个要求可以准确地实现，其中εR是包层板的材料的介电常数，并且a是正常数。
如果包层板被应用到具体的天线装置，那么可以满足a＝εR×D2，其中D是微波天线距离包层板的距离。
为了保证包层板具有高的光学性能，其厚度轮廓线最好由大块材料磨铣而成。最好，分层地去除材料，以便厚度轮廓线使得包层板的厚度从最小厚度的点开始阶梯式增加。
阶梯的高度不应大于100μm，最好是几十μm或者更小。
最好，包层板是由匀质(homogeneous)材料制成，特别是塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(polycarbonate)等。
这样的包层板的要求尺寸使得其适于由数块装配而成。在这种情况中，块在最小厚度的点处会合以便形成一个给定的包层板是可行的，具有相同厚度轮廓线的数个块可以成批地低成本地制造。


通过结合附图对实施例进行的下列说明，本发明的其他特征和优点变得显而易见。
图1(已经讨论)示出了传统天线装置的方位角切割；图2示出了传统天线装置的仰角切割；图3示出了根据本发明的穿过天线装置的示意性切割；图4示出了根据本发明的包层板的厚度轮廓线的具体实施例；图5示出了由数个块装配的包层板；图6示出了根据本发明的天线装置在垂直入射至包层板处的方位角切割；图7是倾斜入射下的方位角切割；以及图8是各种角度入射时的仰角切割。
具体实施例方式
图3说明了本发明所根据的几何图形。假设无线电发射器是一个点源，如图中的星号1所示。沿着包层板的表面法线测量，无线电发射器1位于距离包层板2长度D处。为了使无线电发射器1接近点源以便有意义，无线电发射器1和包层板之间的距离实际上应该等于数个波长，通常是10至20。假设包层板的厚度d远小于D。
因此，沿着表面法线照射在包层板2的最小厚度的点11上的无线电信号的波束3部分在板2的输入侧4处被反射，并且部分被传输进入包层板2。被传输的部分再次在输出侧5处被部分地反射，并且在侧4和5处被反射的部分在输入侧4处抵消。在输出侧处反射的部分当经过包层板2进入空气(其通常是较稀薄的)时经过了π相移。为了实现最小反射，直接在输入侧4处反射的部分和在输出侧5处反射的部分必须具有π的相位差。如果εR是包层板2的材料的介电常数，并且λ0是无线电波束的真空中的波长，那么有mλ0=2ϵRd,]]>其中m为整数。
以与0度相差α的角度入射到输入侧4上的无线电波束6倾斜地传播穿过包层板2，并且它的反射部分7在点8处到达输入侧4，而波束9照射在点8处，波束9是从无线电发射器1发出并沿着一条比波束6至其入射点的路径长的路径传播。为了使在输出侧5处反射的波束6的部分7和在点8处反射的波束9的部分相互抵消，包层板2的厚度d必须满足下面条件d=mλϵR-sin2α---(1),]]>其中α为波束6在输入侧4上的入射角度。换言之，为了免于反射，包层板的厚度必须根据比例1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>在最小厚度点四周增加，r是距离所述点的距离，并且距离D是天线和包层板之间的距离，并且保证最佳的免于反射的的条件是D=a/ϵR.]]>图4给出了在离最小厚度的点r处，介电常数分别为εR＝3.5、εR＝4.0时板厚度d的关系曲线的数值示例，以毫米为单位。板中心最薄的点和其外部区域之间的厚度差等于波长的分数，并且在板中几乎觉察不到。为了将无线电发射器1和包层板2相互相对地安装，如果在包层板2上打印或雕刻表示最薄点11的位置的标记是有益的。
根据较佳实施例，包层板2是通过在由匀质塑料材料例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成的板上磨铣出一个凹口来形成的。如果板是在连续的层上加工而成的，如图5中包层板的实施例的透视图所示的那样，那么阶梯厚度轮廓线的最后表示最薄点11的位置，其中阶梯厚度轮廓线的边缘10在包层板表面上还可以看见，因此当无线电发射器和包层板被装配时，很容易就能保证无线电发射器1位于板的最薄点的表面法线上。
为了保证包层板的最佳光学质量，阶梯应尽可能窄，尽可能浅。在图5所示的情况中，板2的最薄和最厚的位置之间的厚度差通常为0.5至0.6mm，并被分配成17个阶梯，相当于平均阶梯高度大约为35μm。一个阶梯高度不应超过大约100μm。当然，用较小的阶梯数来磨铣包层板2的厚度轮廓线并且通过后来进行抛光使得到的边缘10变平坦也是可以想象的。
图5的包层板2由四个块12组成，所有的块在最薄点11处会合。四个块12相互相同，因此它们可以通过相同的磨铣程序一个接一个地在磨铣机器上制造。
图6示出了天线装置的类似于图1的方位角切割；该天线装置具有厚度轮廓线为图5所示的类型的包层板以及90度的扇形天线；其中扇形天线被放置在包层板的最薄点11的表面法线上，如图3所示；并且天线的主波束方向类似于图3中的波束3，与表面法线重合。幅度曲线A在约束曲线R+和R-之间适应得很好，R+和R-分别表示作为方位角的函数的最大和最小幅度的期望值。仅在曲线R+的外部翼处与幅度曲线A接触。
图7示出了图6中所示的同一天线和同一包层板的类似的方位角切割，在这种情况中，天线的主波束方向与包层板的表面法线在23度角处相交。与图1所示的传统的情况不同，期望在140至150度角的主波束的镜面图像在图7中完全消失了。以倾斜角度照射在包层板上的无线电波束不存在反射。
图8示出了天线装置的在各种不同角度的入射和天线和包层板之间的各种不同距离时的仰角切割，如图2中的情况那样。图2中可以清楚地看见的衰减在此完全消失了。
根据本发明的厚度被调整了的包层板可以使包层板和天线相互之间反复定位，因此包层板的定位可以与必须把板安装在其前面的建筑物正面相匹配，即使在被包层板包层的天线的主波束方向与建筑物正面的法线方向显著不同的情况下也如此。
权利要求
1.一种用于微波天线的包层板(2)，其特征在于包层板(2)的厚度按照1/1-(ϵR-a/r2)-1]]>的比例增加，r是距离最小厚度点(11)的距离，其中εR是包层板的材料的介电常数，并且a是正常数。
2.特别是如权利要求1所述的包层板，其厚度从最小厚度的点(11)开始增加，其特征在于该板(2)的厚度轮廓线是通过磨铣形成的。
3.如权利要求2所述的包层板，其特征在于厚度从最小厚度的点(11)开始阶梯式地增加。
4.如权利要求3所述的包层板，其特征在于厚度阶梯的高度是100μm或者更小。
5.如前述权利要求中的任一项所述的包层板，其特征在于其是由匀质材料制成的。
6.如前述权利要求中的任一项所述的包层板，其特征在于其是由各种块(12)组装起来的。
7.如权利要求6所述的包层板，其特征在于这些块(12)在最小厚度点(11)处会合。
8.一种包括微波天线(1)和与微波天线(1)的波束(6、9)相交的包层板(2)的天线装置，特别是如前述权利要求中任一项所述的天线装置，其厚度(d)从最小厚度的点(11)开始增加距离(r)，其特征在于微波天线(1)被设置在包层板(2)的最小厚度点(11)的表面法线上。
9.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于最小厚度点(11)的厚度(2)是由dmin=m2·λ0ϵR]]>给出的，其中m是整数，λ0是天线(1)在真空中的工作波长，并且εR是包层板的材料的介电常数，并且其特征还在于包层板(2)的最大厚度是由dmax<m2·λ0ϵR-1]]>给出的。
10.如权利要求8或9所述的天线装置，其特征在于包层板(2)的厚度从最小厚度的点(11)开始按照1/1-(ϵR+a/r2)-1]]>的比例，随距离增加，其中a＝εRD2，并且D表示微波天线(1)距离包层板(2)的距离。
11.如权利要求10所述的天线装置，其特征在于距离D是天线发射或接收的无线电信号的波长的数倍，最好是10至20倍。
全文摘要
一种用于微波天线的包层板(2)，其厚度随距离r按照公式(I)从最小厚度点(11)开始增加，其中ε
文档编号H01Q19/00GK1961456SQ200580002401
公开日2007年5月9日 申请日期2005年1月7日 优先权日2004年1月15日
发明者J·克里斯特 申请人:特论特有限责任公司