专利名称：用于通信系统的带状导体辐射电缆的制作方法
总的说来，本发明涉及辐射电缆的领域，更准确地说，涉及适用于通信应用场合的辐射电磁能的扁平带状传输线电缆。
至今，辐射电缆主要包括“漏”同轴电缆，它有由介质材料分隔开的内和外导体，其中，外导体或有连续的缝隙，或在沿电缆纵向有一排孔。在有一排孔的电缆中，每波长通常有许多孔，以便在物理上近似于连续的缝隙。在这两种情况下，缝隙或孔起着把电缆内的电磁信号辐射耦合到电缆外的场辐射的作用，以便所述电缆可以用作发送和接收电磁能的分布天线。这样一种辐射同轴电缆已被证实可用于各种各样的通信应用场合。可是，辐射同轴电缆在制造和安装方面都相当贵，这是由于它机械上的复杂性和园形而硬的结构。因此，需要另一种类型的可以用作发送和接收电磁能的分布天线的辐射电缆，但它比起辐射同轴电缆能更廉价地制造和安装。本发明专门满足这需要。
本发明的首要的目的是提供这样一种辐射传输线电缆，它包括以平行关系排列的多条扁平导体带和一条或多条扁平介质材料。
本发明的另一个目的是提供这样一种辐射传输线电缆，它支持适用于无线电通信应用的宽带辐射模。
本发明的再另一个目的是提供这样一种辐射传输线电缆，它能有效地和廉价地制造和安装。
本发明的再另一个目的是提供这样一种辐射传输线电缆，它用轻的和体积小的材料做成。
本发明的再另一个目的是提供这样一种辐射传输线电缆，它能容易地附在或固定在各种表面上。
从下面的详细描述和附图，就会清楚本发明的其它目的和优点。
当参考下面的附图，阅读下面的详细描述，就会清楚本发明的上述和其它优点，附图中
图1是根据本发明的一个实施例的有接地平面的共面传输线电缆的侧视图；图2是包括外包层的图1的共面传输线电缆的侧视图；图3是没有接地平面的图1的共面传输线电缆的侧视图；图4是根据本发明的一个实施例的对称带状线传输线电缆的侧视图；图5是根据本发明的一个实施例的微带传输线电缆的侧视图；图6是可用来给图1、3或5的电缆引入电信号的插入式连接器的透视图；和图7是无线电通信应用中的图1的共面传输线电缆10的透视图。
虽然本发明易于改变和变成另外的形式，但在此以附图作为例子表示了特殊的实施例，并将加以详细描述。可是，应理解到，并不打算把本发明限制在所公开的特殊形式。而是，本发明复盖所有的改变、等同物和别的属于由所附的权利要求书所定义的精神和范围的变化。
现在首先来参考图1，图中 总的用标号10表示 有接地平面的共面传输线电缆。电缆10包括中心带状导体12和两条外带状导体14a和14b，它们放置在通常为平面的内介质18的第一侧面15。中心带状导体有wc的宽度并由宽度为wg的各自的间隙16a和16b与外带状导体14a和14b隔开。内介质18有厚度t。接地平面20设置在内介质18的第二侧面22，被内介质18的厚度t与中心带状导体12和两个外带状导体14a和14b相隔离。另外一种办法是，外带状导体14a和14b与接地平面20可物理上相连接，或者在外缘24a和24b，或者穿过电缆10的内介质18相连接。
在最佳实施例中，中心带状导体12、两个外带状导体14a和14b以及接地平面20每一个都包括光滑的或起皱的导体材料例如铜、铝或敷铜铝箔的薄带，而内介质18包括低损耗泡沫介质材料，例如海棉状聚乙烯或类似的材料。在最佳实施例中，内介质18包括有介电常数大约1.1的闭孔非交联聚乙烯。可是，下面将指出，电缆10的组成可由本技术领域已知的几种其它导电或介质材料中的任何材料形成。
已经发现的本发明的电缆10特别适合的应用是建筑物内的RF通信，其中，设计放置在建筑物内适当位置的电缆10能给整座建筑物提供基本上完整的通信复盖。在这种应用中，最好是中心带状导体12的宽度wc为大约0.5英寸，间隙16a和16b宽度wg为大约0.06英寸，接地平面20的宽度为大约一英寸，内介质18厚度大约八分之一英寸。这种组成和结构使得电缆10能容易地附在和隐藏在建筑物的下部结构内，例如在商用建筑物内的用于支持天花板瓦片的“T”框架上。可是，下面将指出，电缆的尺寸可适应用户的需要而改变。
可以通过在中心带状导体12与两个外带状导体14a和14b之间引入电磁信号来激励电缆10。例如，可以用使同轴电缆的内导体与中心带状导体12电接触，使同轴电缆的外套与外导体14a，14b电接触来激励电缆10。根据本发明的一个实施例，这可利用将要在下面描述的图6所示的耦合结构来实现。由于是非调谐结构，共面电缆10的频率范围从低于10MHz到高于2GHz。
在激励电缆10之后，它就沿着其长度方向上传播TEM模，通过间隙16a和16b并在内介质18的外缘辐射(或接收)能量。共面电缆10的近场模既含有同极性(即横的或垂直于电缆的)和交叉极性(即轴向的或平行于电缆的)电场分量。横跨两间隙16a和16b的位移电流对同极性(垂直)分量的产生作出贡献。这种同极性分量的最大值发生在带的平面处，而最小值发生在带的正上方。对垂直分量作出第二位的、通常较小的贡献的因素是两外带状导体14a和14b与接地平面20之间的位移电流。这分量的最大值也发生在带的平面处。由多条“双线线路效应”(此后称为“TWLE”)产生对交叉极性分量(平行)的贡献，其中中心带状导体12形成一条携带正向传导电流的线路，而两条外带状导体14a和14b以及接地平面20每条都形成相关联的返回线路。在这些线路上流出和返回的电流沿着电缆的外侧产生电流驻波，它以与所述线路间的介质常数有关的速度行进。这驻波在电缆周围产生辐射的振荡场。
上述所有电流(传导或位移)联合起来产生沿着带的慢的正向行进波，这样在带的周围产生振荡的近场。可是，如果在电缆上发生失配或扭曲，将会产生慢的反向行进波，它的幅度通常小于正向行进波。这两个波的叠加将形成有相对地高强度的振荡的前向行进波。此外，振荡源(和相关联的辐射)可能是由通过电缆与附近的墙壁的耦合，和/或从墙壁、地板或天花板被反射场造成的TWLE引起的。
电缆10的长度可以随其内要通信复盖的建筑物或结构的尺寸而变，只要电缆10的选择能保证沿着它的整个长度上以适当的强度辐射所辐射的信号。正如本专业的技术人员将要理解的那样，信号沿电缆的衰减将与电缆的长度成比例地增加。这样，在相对长的电缆长度时，要给电缆提供相当高的输入功率电平，从而使在电缆末端所辐射的信号不至于降低到不可接受的程度。
共面电缆10的辐射特性可以用它的插入损耗、返回损耗和辐射效率来定义，它们每个都有可以利用本专业已知的技术导出的理论值。电缆的辐射量或损耗是中心带状导体12的宽度、间隙16a，16b的宽度、内介质18的介电常数和厚度，及电缆工作频率的函数。在以上述的材料和尺寸在建筑物通信应用的情况下，实验数据表明，电缆10在1GHz频率下每100英尺有6到8dB插入损耗和对偶极子的68dB耦合损耗(50％数据)。
为了易于安装，电缆10可在一侧或两侧15，22备有本专业中普遍知道的粘结胶带或涂上粘胶，从而使它能容易地粘到“T”框架结构或其他适当的建筑结构上。此外，由于电缆10由柔软的泡沫材料和薄的铜箔构成，它能容易地适应各种表面，包括例如建筑物结构的尖锐的边缘和/或角。虽然在此把电缆10描述成共面传输线，要知道，各导电带既可变成非平面的，也可非共面的，结果都能适应特殊的建筑物表面而不会使电缆的特性有明显改变。
可以想象到的共面传输线电缆10的另一种应用是在隧道内提供通信复盖。在这一实施例中，电缆10可以用比建筑物应用中的更耐久的材料制成，以便能经受相当苛刻的隧道内的环境条件。此外，必须适当地选择电缆的尺寸，以便与所希望在隧道内的运行特性相配。例如，在隧道应用中，可以预料电缆10有相应于隧道长度的相当长的长度。这样，除了在短隧道外，预定工作于相对地短的长度的电缆将不能在隧道中有效地工作。结果，在隧道应用中，电缆10的工作参数和/或尺寸必须适当地改变，以便允许在较长的长度下工作。这可以用例如工作在非常低频率、增加导体的宽度、和/或增加介质的厚度来实现，所有这些措施通常都会减小电缆10的损耗特性。
下面将指出，对图1所示的电缆10作几种改变不会使性能特性有重大的改变。例如，如图2所示，图1的电缆10可以备有外包层，它包括设置在中心带状导体12和两外带状导体14a和14b上面放置的第一外介质材料26以及复盖在接地平面20上的第二外介质材料28。第一和第二外介质材料26，28最好包含有低损耗正切的材料、从而不使图1的结构的性能特性有重大改变。可是，如果需要或希望用有明显损耗正切的第一和第二外介质来达到类似的性能特性，则可以在中心带状导体12与第一外介质26之间安置空气隙或第二内介质30，如图2所示。第二内介质30不必由与“第一”内介质18相同的材料组成。
图3表示没有接地平面的图1的共面传输线电缆，用标号32表示。它采用与图1的相同的材料和尺寸，如果安装在外导电表面的话，则图3的电缆32有着基本上相似的性能特性。这样，在图3的电缆中，导电表面(没表示)就根本上起着与图1的电缆中接地平面20相同的功能。导电表面可包括例如铝“T”框架，这种铝“T”框架通常用来支持建筑物内的天花板瓦片。
图4表示可用在根据本发明原理的通信系统的对称带状线传输线电缆。总的用标号34表示的对称带状线传输线电缆(今后称为“带状线”)包括夹在两内介质42和44之间的中心带状导体36，而它们又被两外导电材料层38和40所包围。如果希望，外层38，40可或者在带状电缆34的外缘或者穿过带状电缆34的内介质42，44在物理上彼此连接。
带状线34可以通过在中心带状导体36与两外导电层38，40之间引入电磁能来激励。例如，带状线34可以通过使同轴电缆的内导体与中心带状导体36电连接、使同轴电缆的外包层与外导电层38，40电连接来激励。
在带状线34激励之后，带状线34沿着它的长度传播TEM模，在传播的同时，通过在两内介质42，44之间中心带状导体36的外缘形成的间隙39a，39b辐射(或接收)能量。对于带状线电缆34，辐射或损耗的量是中心带状导体36的宽度和内介质42，44的介电常数与厚度的函数。在带状线34的各元件的组成和尺寸与图1的共面电缆10的相应的元件相同时，通常期望带状线34能辐射比图1的共面电缆10更多的能量。可是，可改变带状线34的组成和尺寸来适应几种应用和/或工作环境中的任何一种。
现在来看图5，在那里描述了总的用标号46表示的微带传输线电缆，它可用在根据本发明的原理的通信系统。微带电缆46包括中心带状导体48，它放置在内介质50的一侧49，而在内介质50的另一侧52设置接地平面54。
微带电缆46可以通过在中心带状导体48与接地平面54之间引入电磁能来激励。例如，微带电缆46可以通过使同轴电缆的内导体与中心带状导体48电连接、使同轴电缆的外包层与接地平面54电连接来激励。在最佳实施例中，中心带状导体48、内介质50、接地平面54的组成和尺寸可与图1的共面电缆10的相比，但是，下面将要指出，可改变带状线34的组成和尺寸来适应几种应用和/或工作环境中的任何一种。
在微带电缆46激励之后，它沿着其整个长度传播TEM模，在传播的同时通过在内介质50之上、在中心带状导体48的外缘和邻近的地方形成的间隙55a，55b辐射(或接收)能量。对于微带电缆46，辐射或损耗的量是中心带状导体48的宽度和内介质50的介电常数与厚度的函数。微带电缆46的各元件的组成和尺寸与图1的共面电缆10的各元件的相同。下面将要指出，可改变微带线46的各元件的组成和尺寸来适应几种应用和/或工作环境中的任何一种。
图6说明可用作在共面电缆10(在图6没表示)与备有标准SMA阴接头63的同轴电缆62之间的接口的插入式连接器60。同轴电缆62的内和外导体被分别连接到舌片导体64和外导电套65。外套65包括两个上凸缘66a，66b，它们从外套65的底平面的表面向上伸和向里折叠。在一个实施例中，舌片导体64和外套65各包括有大约0.010到0.015英寸厚度的黄铜，但要指出，也可选择别的导电材料和/或厚度。当把连接器60插入共面电缆10时，舌片导体64电连接到共面电缆10的中心带状导体12，外套65的基部电连接到接地平面20，而所述外套的上凸缘66a，66b电连接到共面电缆的相应的外导体14a，14b。
虽然示于图6的连接器60预定用于图1的共面电缆10，但要指出，它可类似地用于(图3的)没有接地平面的共面电缆、(图5的)微带线或任何在扁平电缆的上表面上有中心带状导体的实施例。
图7说明无线电通信应用中的图1的共面传输线电缆10的长度L。可是，对于本发明的目的，将要指出，几种不同类型的扁平传输线电缆中的任一种都能用于无线电通信应用，这包括那些示于图2到5的，或槽缝线传输线或共面传输线。当在电缆一端的中心带状导体12和外带状导体14a，14b之间加上射频信号时，该射频信号就向电缆的另一端传播。这信号的一部分从槽缝16a，16b辐射出去，而这信号的另一部分沿着整条电缆10的长度方向从外缘24a，24b辐射出去。被辐射出去的场可用位于电缆10的长度方向的任何位置的无线电装置(在图7以“R.U.”表示)探测到。电缆10也能接收从长度方向的任何位置的无线电装置R.U.来的辐射信号。这种被辐射出去的场有类似于RADIAXTM电缆的宽带特性，虽然有些波动。
辐射电缆10可用于广泛的各种不同的应用场合，其中单个的或多个无线电装置必须与在一个指定区域内的单个的或多个基地站通信。这种系统的一个例子是装备着多个无线电装置并处于同一建筑物或同一楼层的蜂窝式电话网络。另一个例子是装备着多个无线电装置并处于同一建筑物或同一楼层的个人计算机、打印机、服务器和类似的装置的无线局域网络(WLAN)。再另一例子是辐射电缆安装在高速公路、铁路、或地铁的隧道内或露天路段的高速公路、铁路、或地铁的通信系统，这系统与沿着高速公路、铁路、或地铁行进的各种车辆上的移动无线电装置通信。
本发明的电缆有几个优于辐射同轴电缆的优点，其中之一是它相对地容易制造，从而成本较低。在图1所示的实施例中，共面电缆10可以用把预先切好的介质滚压进铜箔，然后在介质的顶面滚压三条铜带来制造。通常用导电粘结剂来粘附共面电缆10的各个元件。然后这结构以缠绕的带色的低损耗带包裹或者有挤压成形的外套。与此相比，通常通过相当复杂的和昂贵的工序来生产同轴电缆，这包括在中心导体四周的介质核心的挤出、缠绕，然后在介质核心上螺旋缠绕、纵向拉伸、编织或挤压出辐射外套，以便在辐射外套上形成需要的辐射孔，或者在辐射套上磨出辐射孔。通过重复上面的过程加上附加的介质和/或辐射护套。
本发明优于辐射同轴电缆的进一步的优点是它相对地容易安装，结果也使得成本较低。例如，上述实施例中的任何一个都能简单地安装，即把电缆平面表面中的一个粘附在对应表面上，例如商用建筑物内的用于支持天花板瓦片的“T”框架上。在最佳实施例中，这可以通过提供一种附在电缆的接地平面(或在无接地平面的实施例中的介质)上的粘结带来实现。此后，就可以用把粘结带贴在所希望的表面来安装电缆。此外，因为电缆的柔软性，它能容易地适应各种表面，包括非平面表面、角和类似的表面。此外，本发明的扁平结构使得它比同轴电缆更容易隐藏，而如果不隐藏，通常认为它比同轴电缆更吸引人。相比之下，由于同轴电缆通常不能直接粘贴到所希望的表面上或不能适应各种表面，辐射同轴电缆的安装是相当困难和更费钱的过程。
如果安装表面是导电的，最好是，粘贴带的厚度足够薄，以便防止在接地平面与安装表面之间产生耦合(例如双线线路效应和相关的振荡场。如果发生这种耦合，它的效应将增加电缆的插入损耗，这在短距离的运行可能是可以接受的，但对较长距离的运行则是不可以接受的。当然，这问题在无接地平面的实施例中是不会发生的。
虽然已经参考一个或多个特殊的实施例描述了本发明，本专业的技术人员将明白，可以对其作出许多改变而不超出本发明的精神和范围。这些实施例中的每一个及其明显的改变被认为属于本发明的精神和范围之内，本发明的精神和范围在下面的权利要求书中陈述。
权利要求
1.一种带状辐射电缆，其特征在于包括通常是平面的内介质，它纵向延伸在所述电缆的整个长度上；中心带状导体，它被贴在所述内介质的第一表面上，并纵向延伸在所述电缆的整个长度上；一对外带状导体，它们被贴在所述内介质的第一表面上，并纵向延伸在所述电缆的整个长度上，所述各外带状导体被分别设置在所述中心带状导体的相对的两侧，并且形成用于产生和接收沿所述电缆长度的辐射场的间隙；以及用于在所述中心带状导体和所述一对外带状导体之间把能量耦合到所述电缆的装置。
2.根据权利要求1的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述内介质的第二侧面的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
3.根据权利要求1的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述内介质的第二侧面、并纵向延伸在所述电缆的整个长度上的接地平面。
4.根据权利要求3的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述接地平面的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
5.根据权利要求3的辐射电缆，其特征在于还包括一对通常是平面的外介质，用于复盖所述电缆，这一对外介质中的第一条设置在邻接所述中心带状导体和所述一对外带状导体的位置，所述一对外介质中的第二条设置在邻接所述接地平面的位置。
6.根据权利要求5的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述第一和第二外介质中的任一条上的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
7.根据权利要求5的辐射电缆，其特征在于还包括第二内介质，它设置在所述第一外介质与所述中心带状导体之间。
8.根据权利要求7的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述第一和第二外介质中的任一条上的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
9.一种带状辐射电缆，其特征在于包括中心带状导体，它纵向延伸在所述电缆的整个长度上；一对通常是平面的内介质，它们被贴在所述中心带状导体的相对的平面表面上，并纵向延伸在所述电缆的整个长度上，所述中心带状导体的相对的外缘暴露在所述一对内介质之间，从而形成产生和接收沿所述电缆长度的辐射场的间隙；一对外平面导体，它们纵向延伸在所述电缆的整个长度上，所述外平面导体的每一条被贴在所述一对内介质中相应的一条的外表面上；和用于在所述中心带状导体和所述外平面导体之间把能量耦合到所述电缆的装置。
10.根据权利要求9的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述一对外平面导体中任一个上的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
11.一种带状辐射电缆，其特征在于包括通常是平面的内介质，它纵向延伸在所述电缆的整个长度上；中心带状导体，它贴在所述内介质的第一表面上，并纵向延伸在所述电缆的整个长度上，所述中心带状导体的相对的外缘暴露在所述内介质之上，从而形成用于产生和接收沿所述电缆长度的辐射场的间隙；接地平面，它贴在所述内介质的第二侧面，并纵向延伸在所述电缆的整个长度上；和用于在所述中心带状导体和所述接地平面之间把能量耦合到所述电缆的装置。
12.根据权利要求11的辐射电缆，其特征在于还包括贴在所述接地平面的粘贴带，用于把所述电缆贴在外结构上。
13.一种在处于规定区域内多个无线电装置之间进行通信的方法，其特征在于所述方法包括下面的步骤把分布带状辐射电缆设置在所述规定区域内或其邻近的地方；把能量耦合到所述电缆，以便引起所述电缆沿着电缆长度把信号辐射给无线电装置；和在所述无线电装置处接收所述辐射信号。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于所述规定区域是建筑物。
15.根据权利要求13的方法，其特征在于所述规定区域是隧道。
16.一种在处于规定区域内多个无线电装置之间进行通信的方法，其特征在于所述方法包括下面的步骤把分布带状辐射电缆设置在所述规定区域内或其邻近的地方；从沿着电缆长度分布的所述无线电装置中的任一个产生辐射信号；和在所述电缆处接收所述辐射信号，并沿着其长度向接收站传播所述无线电信号。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于所述规定区域是建筑物。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于所述规定区域是隧道。
全文摘要
一种分布带状辐射电缆包括多条通常是扁平的导电带,它们与一条或多条通常是扁平的介质材料以彼此平行的关系放置,该装置适合于在通信应用中用来辐射RF能量。由于它用重量轻,小尺寸的材料制成,所以,该辐射电缆预计能有效地和廉价地制造和安装,并且预计易于附在或固定到各种表面上。
文档编号H04B5/00GK1192061SQ98105408
公开日1998年9月2日 申请日期1998年2月27日 优先权日1997年2月28日
发明者R·P·斯泰恩, W·R·帕克斯曼, H·G·赖曼 申请人:安德鲁公司