贴片天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种无线电天线，并且更加具体地，而不是排他地涉及用于无线通信系统中的微波频率的传输和接收的贴片天线。
【背景技术】
[0002]现代的无线通信系统对于用于传输和接收信号的天线有很大的需求。需要天线产生具有以方位角和仰角精心定制的和明确界定的波束宽度的辐射(radiat1n)图案，同时保持高增益特性并且在宽的带宽上操作。具体地，在固定的无线访问系统中，其中用户屋内设备可以以确定的方位进行安装，用于与基站通信，这需要天线产生具有明确界定的方向特性的辐射图案以便减少到所述基站的路径损耗并且最小化对邻近系统的干扰，并且需要产生具有相对于天线结构可预测的方位的波束，以便便于设备的安装。另外，天线通常需要具有低制造成本和小的尺寸。
[0003]贴片天线(patch antenna)是通常例如可以在基站处或在用户设备终端(如用户屋内设备)上用于无线通信系统的一种类型的天线。贴片天线通常包括被称为贴片辐射体的金属片，以与接地平面基本平行的关系布置。在贴片辐射体与接地平面之间存在介电材料，如典型印刷电路板基板包括，例如玻璃纤维和树脂的组合或者可以存在空气电介质，而在这样的情况下，贴片辐射体可以通过不导电的间隔件而被保持在相对于接地平面的位置中，例如。贴片辐射体可以是例如具有在长度上大致为在天线的操作频率下的波长的一半的一个边的矩形，并且通常通过限定的特性阻抗(通常50欧姆)的馈送轨道连接至无线电收发器。馈送轨道通常在邻近于贴片辐射体的边缘的馈电点处，或者在用于改善阻抗匹配的凹进到贴片中的点处连接至贴片天线，并且馈送轨道通常形成在与贴片辐射体相同的平面中。例如，馈送轨道和贴片辐射体可以形成为印刷电路板的一侧上的蚀刻的铜区域，并且接地平面可以形成在另一侧上。
[0004]然而，典型的贴片天线可具有示出不对称性的辐射图案并且可以形成从垂直于接地平面的期望方向的方向上偏移的波束，尤其是当与限制尺寸的接地平面一起使用时。此夕卜，天线的增益和带宽会受到限制。
[0005]本发明的目标是缓解现有技术中的问题。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种贴片天线，包括:
[0007]贴片福射体(patchradiator)；
[0008]至少第一连接点，用于至少第一射频(rad1 frequency)信号；以及
[0009]至少第一馈电(feed)结构，被布置为将第一连接点连接至贴片辐射体上的至少两个馈电点，所述馈电点中的第一个被布置为邻近于贴片辐射体的第一边缘，并且所述馈电点中的第二个被布置为邻近于贴片辐射体的第二边缘，第一边缘和第二边缘位于贴片辐射体的中心区域的相对侧，
[0010]其中，第一馈电结构包括:至少第一传输线，被设置为将所述馈电点中的第一个连接至所述馈电点中的第二个，第一传输线以与贴片辐射体基本上平行的关系布置。
[0011]将第一馈电点和第二馈电点布置为邻近于贴片辐射体的中心区域的相对侧上的边缘具有以下优势:贴片天线可以形成用于传输或接收的辐射图案，该辐射图案与通过中心区域的一侧上的馈电点进行馈送的贴片天线相比具有改善的对称性，并且具有从垂直于贴片辐射体的平面的方向减少的偏移。此外，布置为将所述馈电点中的第一个连接至所述馈电点中的第二个的第一传输线允许信号从单个连接点连接至所述馈电点中的第二个和所述馈电点中的第一个这两者，这简化了无线电收发器的连接。以与贴片辐射体基本平行的关系布置的第一传输线允许阻抗变化沿着传输线减少、允许更宽的频带阻抗匹配。
[0012]在本发明的实施方式中，第一传输线被设置为布置在贴片辐射体与接地平面之间。
[0013]将传输线定位在贴片辐射体与接地平面之间避免了增加由贴片辐射体与接地平面所限定的外壳外部的贴片天线的尺寸。
[0014]在本发明的实施方式中，第一馈电结构的第一部分被布置为将第一连接点连接至第一传输线上的被布置为与所述馈电点中的第二个相比更接近所述馈电点中的第一个的点。
[0015]这样做具有以下优势:从第一连接点至所述馈电点中的第二个的路径长度会比从连接点至所述馈电点中的第一个的路径长度长，使得第一馈电点和第二馈电点可以馈送具有不同的相应相位的信号，以改善增益并且减少从标准辐射图案的偏移。通常，馈送到第一馈电点和第二馈电点的信号之间的相位差可以被布置为使得信号大致呈反相(ant1-phase)。在本发明的实施方式中，第一馈电结构的第一部分被布置为将第一连接点连接至第一传输线上的邻近于第一传输线的末端的点。
[0016]这允许第一传输线提供在第一馈电点以其进行馈送的相位与第二馈电点以其进行馈送的相位之间的相位移(phase shift) ο
[0017]在本发明的实施方式中，第一馈电结构包括第二传输线，该第二传输线被布置为将所述馈电点中的第三个连接至所述馈电点中的第四个，第二传输线以与第一传输线基本上平行的关系布置。
[0018]这样做具有以下优势:可以改善辐射图案的对称性和带宽。此外，传输线可以避免穿过接近贴片辐射体的中心的区域，该区域可以用于将贴片辐射体连接至接地平面的支柱。
[0019]在本发明的实施方式中，第一馈电结构的所述第一部分进一步被布置为将第一连接点连接至位于第二传输线上的被布置为与所述馈电点中的第四个相比更接近所述馈电点中的第三个的点。
[0020]这样做具有以下优势:从连接点至所述馈电点中的第四个的路径长度可以比从连接点至所述馈电点中的第三个的路径长度长，使得第三馈电点和第四馈电点可以馈送具有不同的相应相位的信号，以便改善增益并减少从标准的辐射图案的偏移。通常，馈送至第三馈电点与第四馈电点的信号之间的相位差基本上与馈送至第一馈电点与第二馈电点之间的相位差相同。
[0021]在本发明的实施方式中，第一馈电结构的第一部分被布置为将第一连接点连接至邻近于第二传输线的末端的点。这允许第二传输线在第三馈电点以其进行馈送的相位与第四馈电点以其进行馈送的相位之间提供相位移。
[0022]在本发明的实施方式中，第一馈电结构的所述第一部分是被布置为垂直于发射器贴片的基本上为Y型的传输线。
[0023]这样做具有以下优势:第一馈电结构的第一部分可以被用作实用的射频功率分配器/结合器，用于将输入至和来自于第一连接点的信号连接至第一传输线和第二传输线。
[0024]在本发明的实施方式中，第一馈电结构的所述第一部分包括:第一分支，连接至第一传输线；以及第二分支，连接至第二传输线，第一分支和第二分支中的每一个具有的宽度小于第一传输线或第二传输线的宽度，从而将第一传输线和第二传输线的各自的阻抗与连接点的特性阻抗相匹配。
[0025]这样做具有以下优势:连接点的特性阻抗可以在不需要另外的匹配网络的情况下被布置为用于连接至无线电收发器的实用值，例如，50欧姆。
[0026]在本发明的实施方式中，贴片辐射体包括用于连接至接地平面的接地连接支柱，该接地连接支柱被布置在第一传输线与第二传输线之间。
[0027]这样做具有以下优势:贴片辐射体可以电连接至接地平面以减少静电损害无线电收发器的可能性。另外，该支柱提供用于贴片辐射体的机械支撑，并且可以改善辐射图案的对称性。
[0028]在本发明的实施方式中，接地连接支柱被布置在贴片辐射体的中心区域中。
[0029]这样做具有可以改善辐射图案的对称性的优势。
[0030]在本发明的实施方式中，该贴片天线进一步包括:
[0031]第二连接点，用于第二射频信号；以及第二馈电结构，被布置为将第二连接点连接至贴片辐射体上的至少两个另外的馈电点，所述另外的馈电点中的第一个被布置为邻近于贴片辐射体的第三边缘，并且所述另外的馈电点中的第二个被布置为邻近于贴片辐射体的第四边缘，第三边缘和第四边缘位于中心区域的相对侧，
[0032]其中，所述另外的馈电点中的第一个和第二个被布置为使得它们之间的轴基本上与连接至第一馈电结构的第一个馈电点和第二个馈电点之间的轴成直角，
[0033]从而能够在第一极化状态下辐射或接收第一射频信号并且在基本上正交于第一极化状态的第二极化状态下辐射或接收第二射频信号。
[0034]这样做具有以下优势:可以使得能够在基本上正交的极化状态下进行辐射或接收，这潜在地增加了无线电通信系统的容量或者提供了分集增益(diversity gain)。
[0035]在本发明的实施方式中，第二馈电结构包括:第一另外的传输线，被布置为将所述另外的馈电点中的第一个连接至所述另外的馈电点中的第二个，第一另外的传输线以与贴片辐射体基本上平行的关系布置，并且与第一馈电结构的第一传输线基本上成直角，
[0036]其中，第一馈电结构的第一传输线被布置为具有与贴片辐射体的第一间距并且第一另外的传输线被布置为具有与贴片辐射体的第二间距，第一间距不同于第二间距。
[0037]这样做具有以下优势，即第一馈电结构和第二馈电结构可以位于贴片辐射体和接地平面之间的外壳(envelope)内，同时保持正交极化状态下的信号之间高度的射频隔离。
[0038]在本发明的实施方式中，第二馈电结构包括:第二另外的传输线，被布置为将所述另外的馈电点中的第三个连接至所述另外的馈电点中的第四个，并且第二另外的传输线以与第一另外的传输线基本上平行的关系布置。
[0039]这具有可以改善辐射图案的对称性的优势，并且空间可以留给将贴片辐射体连接至接地平面的中心支柱。
[0040]在本发明的实施方式中，贴片辐射体是基本上具有基本上为正方形轮廓的平面，正方形的各个边在长度上大致为在适合于贴片天线的操作的操作频率下的波长的一半。
[0041]在本发明的实施方式中，贴片辐射体是基本上具有基本上为圆形轮廓的平面，圆形的直径在长度上大致为在适合于贴片天线的操作的操作频率下的波长的一半。
[0042]其中，贴片辐射体的各个所述边缘是基本上为圆形轮廓的相应部分。
[0043]在本发明的实施方式中，第一馈电结构由单个冲压金属板形成。
[0044]这样做具有以下优势，即低制造成本和坚固的结构