交叉引用
本申请要求2016年9月26日提交的、名称为patchantennaconstruction（贴片天线构造）的美国临时申请号62/399,839的权益，该申请通过引用并入本文中。
本公开大体涉及天线，且尤其涉及贴片天线和贴片天线的构造。
背景技术：
随着无线通信技术的进步，诸如移动电话、全球定位系统（gps）接收器等的设备变得更流行，从而驱动性能更好、更可靠且更便宜的天线技术的发展。因为其鲁棒性、性能和相对低的成本，贴片天线已经成为许多应用中的偏好解决方案。下一代通信技术，诸如物联网（iot）、机器对机器（m2m）通信、跟踪设备、车队车载信息系统和汽车应用，只会增加该趋势。
在典型的贴片天线设计中，顶侧辐射元件包括经由丝网印刷方法施加到电介质基底的金属浆料。除非单个或者小量印刷，否则在每一个元件的表面上的印刷地点从单元到单元而变化。这继而使每单元调整成为必要，这抬高了成本且可以对天线精度和性能的一致性具有负面影响。所需要的是一种用于贴片天线的构造的方法，其消除了每单元调整、简化了制造、供给更一致的性能以及降低成本和得到贴片天线。
技术实现要素：
所公开的是贴片天线和贴片天线构造的方法。所公开的贴片天线包括三个主要元件：电介质主体、辐射贴片元件（辐射器板）和馈电销钉（feedpin）。电介质主体包含匹配辐射器板的一个或多个配合物理特征的一个或多个物理特征。这些配合特征提供辐射器板相对于电介质主体的正确的对准和固定。电介质主体和辐射器板各自包含中央孔。为了组装天线，辐射器板被压配合到电介质主体中，以便在每个中的配合特征和孔对准。馈电销钉然后传递通过对准的孔，这使得天线能够连接至外部元件，例如电子部件、系统和/或通信设备。可以通过粘合剂或机械手段提供辐射器板和/或馈电销钉的额外固定。因此，与目前所采用的方法相比较，制造过程被简化并且提供更一致的结果和降低的成本。贴片天线还能包括多个销钉，诸如2、3或4个销钉。
额外实施例包括从电介质主体朝上突出以与辐射器板的物理特征接合的特征，诸如侧、角或孔，因此确保辐射器板相对于电介质主体的对准。
贴片天线的公开配置还通过允许没有手动焊接的压配合来提供组装的简易性。这以更低的成本实现了更快的生产。额外地，实现更强的机械冲击性能以及对温度改变的抗性。在使用塑料材料时，压配合组装尤其合适，如果在高温下使用回流焊接，则塑料材料否则可能会熔化。
本公开的方面涉及贴片天线。合适的贴片天线包括：由导电材料构造的辐射元件，其具有顶部表面和底部表面，其中，辐射元件孔在所述辐射元件内对称地偏心定位；电介质基底，其具有接合所述辐射元件的至少一个表面的平面表面和对称地偏心定位的电介质基底孔，其中，所述电介质基底被配置成牢固接合所述辐射元件，以便所述电介质基底孔与所述辐射元件孔对准；具有头和柄部的导电馈电销钉；其中，所述导电馈电销钉的柄部从所述辐射元件上的馈电点传递通过所述辐射元件孔和所述电介质基底孔。辐射元件能够经由摩擦配合或过盈配合固定到电介质基底。额外地，辐射元件能够经由粘合剂结合固定到电介质基底。在一些配置中，所述导电馈电销钉经由粘合剂结合固定到所述辐射元件和所述电介质基底中的至少一个。导电馈电销钉能够经由机械紧固固定到辐射元件和电介质基底。还能包括一个或多个额外导电馈电销钉。电介质基底能够是塑料的。贴片天线谐振元件是圆形的、椭圆形的、卵形的、正方形的、或矩形的。
本公开的另一方面涉及构造或制造贴片天线的方法。合适的方法包括如下步骤：冲压或精密切割辐射元件；将由导电材料构造的所述辐射元件置放到电介质基底上，所述辐射元件具有顶部表面和底部表面，其中，辐射元件孔在所述辐射元件中对称地偏心定位，所述电介质基底具有平面表面和对称地偏心定位的电介质基底孔；将所述辐射元件孔与所述电介质基底孔对准；将所述辐射元件固定至所述电介质基底；以及将导电馈电销钉传递通过所述辐射元件孔和所述电介质基底孔。固定辐射元件的步骤能够经由摩擦配合或过盈配合实现。在一些方面中，固定辐射元件的步骤能够经由粘合剂结合实现。其他方面包括摩擦/过盈配合和结合的组合。额外地，固定馈电销钉的步骤能够经由粘合剂结合、摩擦/过盈、或其组合实现。额外地，固定馈电销钉的步骤能够包括机械紧固。在一些配置中，所述电介质基底是塑料的。贴片天线和/或谐振元件能够是圆形的、椭圆形的、卵形的、正方形的、或矩形的。
本公开的又另一方面涉及贴片天线系统。合适的贴片天线系统包括第一和第二贴片天线，其包括：由导电材料构造的辐射元件，辐射元件具有顶部表面和底部表面，其中，辐射元件孔在所述辐射元件内对称地偏心定位；电介质基底，其具有接合所述辐射元件的至少一个表面的平面表面和对称地偏心定位的电介质基底孔，其中，所述电介质基底被配置成牢固接合所述辐射元件，以便所述电介质基底孔与所述辐射元件孔对准；具有头和柄部的导电馈电销钉；其中，所述导电馈电销钉的柄部从所述辐射元件上的馈电点传递通过所述辐射元件孔和所述电介质基底孔，其中，所述第一贴片天线包括用于接合所述第二贴片天线的第二导电馈电销钉。
通过引用并入
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请以如同具体地且单独地指示每个个别出版物、专利或专利申请通过引用并入的程度通过引用并入本文中。参见，例如：
1992年10月13日授权thursby等，题目为tapetypemicrostrippatchantenna（带型微条贴片天线）的us5,155,493a；
1993年5月11日授予pett等，题目为microstrippatchantennastructure（微条贴片天线结构）的us5,210,542a；
1995年1月17日授予pett等，题目为broadbandcircularpolarizationantenna（宽频带圆极化天线）的us5,382,959a；
1995年4月4日授予sa等，题目为patchcoupledaperturearrayantenna（贴片联接的孔阵列天线）的us5,404,145a；
1995年8月15日授予sanford等，题目为raisedpatchantenna（凸起的贴片天线）的us5,442,366a；
1999年11月2日授予kuramoto等，题目为patchantennaandmethodformakingthesame（贴片天线和用于制成贴片天线的方法）的us5,977,710a；
2001年4月3日授予holden等，题目为microstrippatchantenna（微条贴片天线）的us6,211,824b1；
2001年6月12日，授予deming等，题目为microstripwidebandantennaandradome（微条宽频带天线和天线屏蔽器）的us6,246,368b1；
2001年9月18日授予romanofsky，题目为multi-modebroadbandpatchantenna（多-模式宽频带贴片天线）的us6,292,143b1；
2001年10月23日授予krantz，题目为patchantennawithcustomdielectric（带有定制电介质的贴片天线）的us6,307,509b1；
2002年3月19日授予kuntzsch，题目为patchantenna（贴片天线）的us6,359,588b1；
2003年9月23日授予puzella等，题目为slotcoupled,polarizedegg-crateradiator（狭缝联接、极化的蛋架辐射器）的us6,624,787b2；
2005年4月12日授予byrne等，题目为interiorpatchantennawithgroundplaneassembly（带有接地平面组件的内部贴片天线）的us6,879,288b2；
2005年6月28日授予caron等、题目为patchandcavityforproducingdualpolarizationstateswithcontrolledrfbeamwidths（用于生产带有受控rf波束宽度的双极化状态的腔和贴片）的us6,911,939b2；
2005年8月30日授予mendolia等、题目为methodforfabricationofminiaturelightweightantennas（用于制造微型轻质天线的方法）的us6,937,192b2；
2009年12月8日授予fabrega-sanchez等，题目为patchantennawithelectromagneticshieldcounterpoise（带有电磁屏蔽补偿的贴片天线）的us7,629,928b2；
2012年5月8日授予tatarnikov等，题目为broadbandmicropatchantennasystemwithreducedsensitivitytomultipathreception（带有对多路径接收减少的灵敏性的宽频带微贴片天线系统）的us8,174,450b2；
2013年1月1日授予borja等、题目为dual-polarizedradiatingelement,dual-banddual-polarizedantennaassemblyanddual-polarizedantennaarray（双-极化辐射元件、双频带双-极化天线组件和双-极化天线阵列）的us8,354,972b2；
2013年2月19日授予harokopus、题目为patchantenna（贴片天线）的us8,378,893b2；以及
2013年11月19日授予kim等、题目为patchantennaandmanufacturingmethodthereof（贴片天线和其制造方法）的us8,587,480b2；
2009年12月10日公开的、题目为broadbandantennawithmultipleassociatedpatchesandcoplanargroundingforrfidapplications（带有多个关联贴片的宽频带天线和用于rfid应用的共平面接地）的wo2009/149471a1；以及
马内什无源贴片天线-应用指南（2013年6月4日）、apae系列低剖面天线。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中详细陈述。通过参考陈述说明性实施例（其中使用了本发明的原理）的以下详细描述和附图，将获得本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：
图1a是贴片天线的等距俯视图；
图1b是电介质主体的俯视图；
图1c是辐射器板的俯视图；
图1d是馈电销钉的等距例图；
图1e是贴片天线的俯视图；
图1f是贴片天线的侧视图；
图1g是贴片天线的底视图；
图1h是贴片天线的截面视图；
图1i是贴片天线的等距截面视图；
图2是根据本公开的贴片天线的分解例图；
图3是贴片天线的替代配置的等距俯视图；
图4是贴片天线的替代配置的等距俯视图；以及
图5是贴片天线的替代配置的等距俯视图。
具体实施方式
公开了贴片天线和用于贴片天线的构造的方法，其包括：1）形成电介质材料的主体，其带有用于辐射器板或谐振元件的合适的腔和用于馈电销钉的孔；2）形成辐射器板或谐振元件，其在尺寸上匹配在电介质主体中的腔和馈电销钉孔；3）将辐射器板或谐振元件压配合到电介质腔中；以及4）通过辐射器板或谐振元件和电介质主体安装和固定馈电销钉。贴片天线的辐射器板或谐振元件可以进一步由压配合、过盈配合、摩擦配合、粘合剂结合或通过采用馈电销钉作为固定机构（例如，作为螺纹紧固件或摩擦紧固件组件的部分）、经由焊接结合或通过使用导电环氧树脂固定。贴片天线还能包括多个馈电销钉，诸如2、3或4个销钉。
电介质主体可以从拥有期望性能的任何合适的电介质材料形成，包括但不受限于陶瓷和热塑性塑料。辐射器板可以从板材、印刷电路板（pcb）、其他合适的导体形成。在所公开的实施例中，辐射器板形式是矩形。在其他实施例中，其可以采取任何形式，且可包括一个或多个凹口、狭槽和/或孔。
因为每一个辐射器板均被单独创建，例如经由金属板冲压或pcb元件的精密切割，所以确保馈电销钉相对于辐射器板的边缘的精确地点。与目前在使用中的构造方法相比较，这样的过程提供高精度和可重复性。这取消了对于每单元调整的需要，从而导致与当前构造方法相比较更低的总制造成本。此外，通过最小化单元到单元的变化，该方法输送更鲁棒、可重复的性能，尤其在大规模的生产应用中。这使得其成为用于iot、m2m、跟踪、远程信息处理和汽车应用的理想解决方案。
图1a是天线组件100的等距俯视图。天线组件100包括三个元件：电介质主体110、辐射器板130（或者谐振元件）和馈电销钉150。在例图中可见的是电介质主体110，其被从电介质主体顶部表面112看到。带有侧部132、134、136、138的辐射器板130定位在电介质主体110的电介质主体顶部表面112上或在电介质主体中的凹部内。如图所示，辐射器板130居中定位在电介质主体顶部表面112上，其中，电介质主体110具有大于辐射器板130的长度和宽度的长度和宽度。馈电销钉150的馈电销钉头152从等距俯视图可见。在所描绘的实施例中，电介质主体110在从顶部观察时是带有圆角的矩形且具有均匀厚度，t。电介质主体110的厚度通常大于辐射器板130的厚度。如本领域那些技术人员将理解的，电介质主体110和辐射器板130不需要是正方形的。额外地，任何合适的电介质材料能够用于电介质主体110。组件的总体尺寸能够取决于具体实施而变化。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，能够采用各种各样的大小。
图1b是电介质主体110的俯视平面图。腔162在电介质主体110中居中定位（但是不必然居中）。如图所示在平面图中，腔162能够是矩形的，且由第一腔侧部122、第二腔侧部124、第三腔侧部126和第四腔侧部128（顺时针编号）定界。腔162具有均匀深度，其中，深度（d）小于电介质主体的厚度（t），d<t。图1b中的加阴影区域描绘了腔底部表面164，其是平面的且包含腔孔166，腔孔166具有圆形横截面。腔孔166可从电介质主体110的中心对称地偏心定位。如图所示，偏心定位销钉促进实现圆极化。然而，如本领域那些技术人员将理解的，将销钉定位在另一地点中能够是有用的，例如当期望线性极化时。
图1c是辐射器板130的俯视图。在平面图中辐射器板130是矩形的，且由第一辐射器板侧部132、第二辐射器板侧部134、第三辐射器板侧部136和第四辐射器板侧部138（顺时针编号）定界。辐射器板130是平面的，其中，辐射器板顶部表面140在图1c中可见。辐射器板130具有均匀厚度t，其能够等于在图1b中示出的腔162的深度d。为了使辐射器板130能够压配合安装到电介质主体110的腔162中，第一辐射器板侧部132的长度与第一腔侧部122的长度大致相同；第二辐射器板侧部134的长度与第二腔侧部124的长度大致相同；第三辐射器板侧部136的长度与第三腔侧部126的长度大致相同；以及第四辐射器板侧部138的长度与第四腔侧部128的长度大致相同。在辐射器板130中居中定位的是辐射器板孔146，其具有圆形横截面，该圆形横截面具有与在图1b中示出的腔底部表面164中的腔孔166大致相同的直径。辐射器板孔146定位成使得，当辐射器板130安装在电介质主体110中时，当从上方观察时，辐射器板孔146的地点与腔孔166的地点重合，从而实现馈电销钉150的安装。
图1d是馈电销钉150的等距视图，其示出馈电销钉头152和馈电销钉柄部154。一旦将辐射器板130安装在电介质主体110中，馈电销钉150就被安装成使得馈电销钉柄部154传递通过辐射器板孔146和腔孔166，以便馈电销钉头152安置在辐射器板顶部表面140上，且馈电销钉柄部154延伸超出电介质主体110，便于附接至外部电子器件。
图1e是天线组件100的俯视图，天线组件100包括：电介质主体110、辐射器板130和馈电销钉150。电介质主体110的可见细节是电介质主体顶部表面112、第一腔侧部122、第二腔侧部124、第三腔侧部126和第四腔侧部128。辐射器板130的可见细节是辐射器板顶部表面140、第一辐射器板侧部132、第二辐射器板侧部134、第三辐射器板侧部136和第四辐射器板侧部138。还可见的是馈电销钉头152。
图1f是天线组件100的侧视图。在例图中可见的是具有电介质主体顶部表面112和电介质主体底部表面114的电介质主体110。值得注意的是电介质主体110的均匀厚度t。还可见的是馈电销钉头152和延伸超出电介质主体底部表面114的馈电销钉柄部154。图1g是天线组件100的仰视平面图，其示出具有电介质主体底部表面114的电介质主体110，和馈电销钉柄部154。
图1h是天线组件100的横截面视图，天线组件100带有：电介质主体110、辐射器板130和馈电销钉150。如图所示，电介质主体110具有电介质主体顶部表面112和电介质主体底部表面114，且具有均匀厚度（t）。还描绘了在电介质主体110中的第二腔侧部124、第四腔侧部128和腔底部表面164。辐射器板130具有厚度，t<t，其底部表面144安置在腔底部表面164上；其顶部表面140与电介质主体顶部表面112共平面；其第二辐射器板侧部134邻接第二腔侧部124；且其第四辐射器板侧部138邻接第四腔侧部128。辐射器板的厚度t与在图1b中示出的腔162的深度大致相同。如所描绘的，馈电销钉150传递通过辐射器板孔146和腔孔166，使得馈电销钉头152安置在辐射器板顶部表面140上，且馈电销钉柄部154延伸超出电介质主体110的底部表面。
图1i是天线组件100的等距截面视图，天线组件100带有：电介质主体110、辐射器板130和馈电销钉150。如图所示，电介质主体110具有电介质主体顶部表面112和电介质主体底部表面114且具有均匀厚度t。还描绘了第一腔侧部122、第二腔侧部124、第四腔侧部128和腔底部表面164。辐射器板130被示出为定位在电介质主体110的腔内。辐射器板130具有厚度，t<t。辐射器板130的底部表面144安置在腔底部表面164上；且辐射器板130的顶部表面140与电介质主体顶部表面112共平面。额外地，第一辐射器板侧部132邻接第一腔侧部122；其第二辐射器板侧部134邻接第二腔侧部124；以及，其第四辐射器板侧部138邻接第四腔侧部128。馈电销钉150传递通过辐射器板孔146和腔孔166，使得馈电销钉头152安置在辐射器板顶部表面140上，且馈电销钉柄部154延伸超出电介质主体110，从而便于连接到外部电子器件。
图2是根据本公开的天线组件200的分解等距视图。类似于图1的配置，提供带有馈电销钉头152和馈电销钉柄部154的馈电销钉150。额外地，提供辐射器板130。定位在辐射器板130内的是辐射器板孔146。注意，在图2中描绘的实施例中，馈电销钉150和辐射器板130在尺寸、组成和构造方面相同。
现在继续到在图2中描绘的第三元件，电介质主体210具有与在图1中描绘的电介质主体110类似的周边尺寸和厚度。电介质主体顶部表面212是平面或大致平面的。电介质主体孔214具有圆形横截面且位于电介质主体210中，从而提供路径，馈电销钉150可以传递通过该路径以连接至外部设备、部件和/或电子器件。
从电介质主体顶部表面212凸起的是四个对准支架240。在所描绘的实施例中，当从上方观察时，对准支架240是大致l形的，其带有相等长度的腿，其中每一个均是第一辐射器板侧部132的长度的近似1/6。对准支架240的高度是辐射器板130的厚度的大部分，且可以对应于辐射器板130的厚度。对准支架240定位成以便，当辐射器板130被置放在电介质主体210上时，其接合辐射器板130的角230。辐射器板130的所得位置在第二电介质主体上居中，且辐射器板孔146与电介质主体孔214重合。额外于提供辐射器板130在电介质主体210上的正确定位，对准支架240与辐射器板130的角230的接合可以导致摩擦或过盈配合，从而将辐射器板130固定至电介质主体210。
为了完成天线组件200的构造，馈电销钉150传递通过辐射器板孔146和电介质主体孔214，使得馈电销钉头152安置在辐射器板顶部表面140上，且馈电销钉柄部154延伸通过电介质主体210，从而便于连接到外部电子器件。辐射器板130可以进一步通过粘合剂结合或通过采用馈电销钉150作为固定机构（例如，作为螺纹或摩擦紧固件组件的部分）、经由焊接结合或通过使用导电环氧树脂而固定到电介质主体210。
天线组件200的设计通过使用允许压配合和消除手动焊接允许组装的简易性。压配合的使用为天线组件提供更强的机械冲击性能和对温度改变的抗性。额外地，在制造过程期间使用压配合实现使用更宽范围的材料，诸如塑料，其在使用焊接时很可能被损坏。
图3是天线组件300的等距俯视图。天线组件300包括三个元件：电介质主体310、辐射器板330（或谐振元件）和三个馈电销钉350、350’、350”。从电介质主体顶部表面观察，在例图中可见的是电介质主体310。辐射器板330定位在电介质主体310的顶部表面上的电介质接收腔内。如图所示，辐射器板330在电介质主体顶部表面上居中定位。从等距俯视图可见馈电销钉350、350’、350”的馈电销钉头。
图4是天线组件400的等距俯视图。天线组件400包括三个元件：电介质主体410、辐射器板430（或谐振元件）和两个馈电销钉450、450’。从电介质主体顶部表面观察，在例图中可见的是电介质主体410。辐射器板430定位在电介质主体410的顶部表面上的电介质接收腔内。如图所示，辐射器板430在电介质主体顶部表面上居中定位。从等距俯视图可见两个馈电销钉450、450’的馈电销钉头。
图5是具有圆形形状因数的天线组件500的等距俯视图。天线组件500也包括三个元件：电介质主体510、辐射器板530（或谐振元件）和馈电销钉550。从电介质主体顶部表面观察，在例图中可见的是电介质主体510。辐射器板530定位在电介质主体510的顶部表面上的电介质接收腔内。如图所示，辐射器板530在电介质主体顶部表面上居中定位。从等距俯视图可见馈电销钉550的馈电销钉头。
如在图4中所示，带有双馈电销钉的配置允许水平和垂直极化的独立相位匹配。独立的相位匹配允许优化的轴向比率并导致改善的圆极化。额外的馈电销钉，在图3中示出为三个销钉，能够用作对安置在主要贴片的顶部上的堆叠贴片的穿过件。因此，例如，第三销钉能够是对在双馈电贴片的顶部上的贴片的单馈电。四销钉配置可提供到在顶部和底部两者上的双馈电贴片的连接。
虽然在本文中已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域那些技术人员将显而易见的是，这样的实施例仅通过示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域那些技术人员现在将想到许多变型、改变和替代。应当理解，在实践本发明时可采用对本文中所述的本发明的实施例的许多替代方式。预期所附权利要求限定本发明的范围，且由此覆盖在这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构。