雙鰭天線的製作方法

2023-05-28 02:38:46 2

專利名稱：雙鰭天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及寬帶天線，更具體地，涉及可安裝在無線通信網絡的基站上的寬帶天線。
背景技術：
天線是無線通信網絡不可缺少的元件。因此，要尋求特別是在帶寬和輻射純度方面具有特定性能的、並且製造複雜度低的天線方案。在等于波長的四分之一的距離上起到反射器的作用的面向地平面安裝的雙極型天線方案通常是已知的。這些總長度等于波長的一半的雙極子通常包括兩個同一直線上的股(strands) 並且通過不平衡電壓器(balim)供電。兩個股平行於反射平面放置。然而，現有的天線不具有很多用來調整天線的自由度以在希望的頻帶內獲得好的性能，並且製造起來複雜。

發明內容
本發明提出了一種寬帶天線方案，該天線包括多個用於調整天線的自由度，並且該天線可以簡單的方式低成本地製造。根據第一方面，本發明涉及一種寬帶天線，包括地平面；至少一個組件，該組件包括垂直於所述地平面布置的介電材料層，所述層具有一厚度；布置在所述層的一面上的第一金屬元件；布置在所述層的相對於所述第一金屬元件所布置的面的一面上的第二金屬元件，使得所述金屬元件不面向彼此；與所述兩個金屬元件中的一個相關聯的電源線，該電源線從金屬元件的最靠近天線的中心對稱軸的邊緣延伸朝向地平面。該天線可進一步具有以下特徵-該天線包括第一組件和第二組件，其中與每個組件相關聯的介電材料層彼此垂直；-所述電源線包括從所述金屬元件延伸的平行於所述地平面的第一部分，並且包括連接到所述第一部分且垂直於所述地平面從所述第一部分延伸朝向所述地平面的第二部分；-所述第二部分包括第一區域和第二區域，所述第二區域的寬度大於所述第一區域的寬度，從而確保電容功能。-所述電源線是由與該電源線相關聯的金屬元件的材料相同的材料製成的。-金屬元件具有選自以下組的幾何特徵矩形幾何特徵或鰭型幾何特徵，其中連接於地平面的底部窄，且在地平面之上的端部張開。-所述介電材料層是空氣或包括襯底。-所述電源線連接到形成用於為天線供電的裝置的通電探頭。
根據本發明的第二方面，本發明涉及一種基站，包括根據本發明的第一方面所述的至少一個寬帶天線。


根據以下說明，本發明的其他特徵和優點將更加明顯，以下說明僅為描述而非限制，並應參考附圖來閱讀，其中圖1描述了根據本發明的天線的第一實施例；圖2描述了根據本發明的天線的第二實施例；圖3描述了根據本發明的天線的第三實施例；圖如和4b分別描述了根據本發明的第二實施例的天線在笛卡爾坐標系和史密斯圓圖上的匹配水平；圖5a、釙和5c描述了根據本發明的第二實施例的天線在2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面E中共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖6a、乩和6c描述了根據本發明的第二實施例的天線在2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面H中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖7描述了根據本發明的第二實施例的天線在2GHz-3GHz頻帶內獲得的增益；圖和8b分別描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第一個在笛卡爾坐標系和史密斯圓圖中的匹配水平；圖9a、9b和9c描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第一個在 2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面E中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖10a、10b和IOc描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第一個在 2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面H中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖11描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第一個的增益；圖1 和12b分別描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第二個在笛卡爾坐標系和史密斯圓圖中的匹配水平；圖13a、i;3b和13c描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第二個在 2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面E中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖14a、14b和Hc描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第二個在 2GHz、2. 5GHz和3GHz的頻率下在平面H中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖；圖15描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線中的第二個的增益；圖16描述了根據本發明的第三實施例嵌套的兩個天線之間的隔離水平。
具體實施例方式圖1描述了一種寬帶天線，該寬帶天線包括地平面Pm以及至少兩個金屬元件11、 12，該至少兩個金屬元件11、12的底部連接到地平面Pm並且垂直地延伸到地平面。金屬元件具有幾μ m或幾十μ m量級(對於刻蝕在預金屬化襯底上的元件)、或者甚至幾百Pm量級(對於用切除金屬模類型技術製造的元件)的小厚度。天線進一步包括電源線21。該電源線優選地為已知類型的50Ω微帶線，其採用一個或兩個金屬元件作為該線的參考地平面。
天線包括中心對稱軸Δ。金屬元件是分開的，金屬元件之間的空間形成了中心耦合縫(該縫布置在天線的中心對稱軸上)。在該天線中，限定了由金屬元件和電源線形成的組件Ε1。該組件El主要包括垂直於地平面(Pm)布置的介電材料層。每個金屬元件放置在介電材料層的表面上。特別地放置金屬元件以使得金屬元件不會面向彼此。介電層的厚度為幾百μ m到幾mm量級。電源線的下端連接到通電探頭31，通電探頭31穿過為此穿通的地平面。該探頭優選地為50 Ω同軸探頭，探頭的外導體32連接到地平面。電源線由第一部分21，和第二部分21」形成，第一部分21，從金屬元件11延伸， 與金屬元件11關聯且平行於地平面，第二部分21」連接於第一部分，從第一部分21』延伸， 且垂直地朝向地平面。該電源線進一步包括在第二部分21」上的區域21』」，該區域的寬度大於第一部分 21，的寬度和第二部分21」的寬度，從而確保電容匹配效果。區域21，」優選地位於與50 Ω 通電探頭的連接點附近。金屬元件和電源線可共同印刷在介電襯底上。襯底當然垂直於地平面，並起到上文所述的介電材料層的作用。在這種情況下，由金屬元件11和電源線形成的組件被印刷在襯底的一表面上，從而使印刷在另一表面上的金屬元件12作為電力線的地平面。第一實施例圖1描述了天線的第一實施例(前文總體描述過)。在該實施例中，金屬元件11、12是矩形的。第二實施例圖2描述了天線的第二實施例。在該實施例中，金屬元件從地平面開始向外張開。該張開是線性的，優選地，最接近於天線的中心對稱軸Δ的邊是垂線。金屬元件大體為梯形，每個金屬元件形成鰭。這樣的金屬元件在幾何學方面具有很多可能性。通常，這些元件對應於具有從底部到頂部的凸起表面的張開的圖形。第三實施例圖3描述了第三實施例。在該實施例中，天線包括4個金屬元件，且天線是雙極型的。該天線特別包括第一組件El和第二組件Ε2，每個組件由兩個金屬元件和相關聯的電源線形成。第一組件El對應於第一介電材料層P，第二組件對應於第二介電材料層P』。兩個介電材料層Ρ、Ρ』彼此垂直，每個層上的金屬元件11、12、13、14是相同的。介電材料層的材料相同。換言之，在該實施例中，金屬元件在中心耦合縫處垂直地嵌套，金屬元件之間沒有
5任何接觸。該實施例可看作是前述的第二實施例的兩個天線的嵌套。嵌套的金屬元件是相同的，且不同之處僅在於與該電源線共面的金屬元件上的電源線的連接點的位置、以及電容匹配線的位置和尺寸。與元件上的這些連接點相關的不同的高度使得兩個天線能夠組合而天線之間沒有任何的電接觸。考慮到外部電路，每個天線在電源線的下端通過例如外部50 Ω同軸電纜保持通電。這樣，就能夠按照兩個垂直交叉的線性極化來操作該結構。體第一原型製造並實驗表徵了根據第二實施例的天線。該天線在中心為2. 5GHz的頻帶內工作。兩個金屬元件以及具有電容匹配線部分的50 Ω微帶供電線共同印刷在介電襯底上，該介電襯底的介電常數8^ = 2.55，厚度1! = 800 μ m。該襯底垂直於較低的正方形地平面放置，在該地平面中製造了鑽孔從而能夠安裝確保天線的外部供電的50Ω同軸電纜。圖如和4b分別給出了在笛卡爾坐標系中和史密斯圓圖上的匹配水平。應注意， 在從2GHz到高於3GHz範圍的寬頻帶內，該匹配水平保持在-IOdB以下，該頻率範圍對應於 40%以上的相對寬帶。考慮輻射特性，圖5a、釙和5c描述了在2GHz、2. 5GHz和3GHz頻率下，平面E (即包含具有天線的襯底且垂直於地平面的平面)中的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的圖。在這些不同的曲線中，可以看到良好的輻射性能隨頻率的變化，其中特別地在天線的主輻射軸(即在方向θ =0° )中具有很低的交叉極化水平。在從2GHz到3GHz的整個頻帶上，主軸上的該交叉極化水平保持低於共極化水平超過25dB。此外，在平面E中的相對的相當大的孔徑角上保持這樣低的交叉極化值。按照與前面的附圖相同的方式，圖6a、6b和6c給出了在天線的平面H(即垂直於天線的襯底且垂直於地平面的平面)內的共極化(實線)和交叉極化(虛線)的輻射圖。 在該情況中，關於共極化水平的結論與在平面E中獲得的結果完全相同。圖7描述了在2GHz-3GHz的頻帶內獲得的增益。該增益顯示了在2. 2GHz頻率處的最大值6. 6dB。第二原型進一步製造並實驗表徵了如圖3所述的基於兩個垂直交叉天線的雙極型示例性方案(見第三實施例)。對於該結構，後文中稱為「第一天線」的兩個天線之一與第二實施例中描述的天線完全相同。稱為「第二天線」的另一天線與前一天線的區別僅在於50 Ω微帶線的連接點的位置更高，且電容匹配線區域有輕微的修改。在電場分布方面，針對兩個嵌套的天線中的每一個所獲得的分布與針對每個天線分開而獲得的分布相同。在僅為第一天線通電的情況下，圖8-11分別描述了在笛卡爾坐標系(圖8a)和史密斯圓圖(圖8b)中的匹配、平面E (圖9a、9b、9c)和平面H(圖10a、10b、10c)中的共極化
6和交叉極化的輻射圖、以及天線的增益(圖11)。與天線的電場分布一樣，這些性能與針對單個天線獲得的性能(參見第一原型的性能)十分一致。相似地，在僅為第二天線通電的情況中，圖12-15分別描述了在笛卡爾坐標系中 (圖12a)和史密斯圓圖上(圖12b)的匹配、平面E(圖13a、13b、13c)和平面H(圖14a、 14b、14c)內的共極化和交叉極化的輻射圖、以及天線的增益(圖15)。即便第二天線與第一天線略有不同，獲得的結果總是與圖8-11中描述的結果高度一致。其結論是無論哪一種極化存在，電性能都是十分可比的。圖16最後描述了在2GHz-3GHz頻帶上第一天線和第二天線之間的耦合水平。可以看到，兩個天線之間的隔離保持的很好，因為在整個該頻帶上，耦合總是保持小於-30dB。對於這種雙極型的組合的兩天線的結構，兩個天線之間非常強的隔離是該方案的主要優點。上文所述的天線也可用於衛星鏈路範圍，或者在通信網絡的基站上實現，且可用於IOGHz和15GHz之間的頻帶上。
權利要求
1. 一種寬帶天線，包括 -地平面(Pm)；-至少一個組件，該組件包括〇垂直於所述地平面(Pm)布置的介電材料層(P)，所述層具有一厚度； 〇布置在所述層(P)的一面上的第一金屬元件(11)；〇布置在所述層(P)的相對於所述第一金屬元件所布置的面的一面上的第二金屬元件(12)，使得所述金屬元件不面向彼此；所述第一金屬元件和第二金屬元件具有凸起表〇與所述兩個金屬元件中的一個相關聯的電源線，該電源線從金屬元件的最靠近天線的中心對稱軸(Δ)的邊緣延伸朝向地平面(PM)。
2.根據權利要求1所述的天線，包括第一組件(El)和第二組件(E2)，其中與每個組件相關聯的介電材料層(P，P』 )彼此垂直。
3.根據前述任意一項權利要求所述的天線，其中所述電源線包括從所述金屬元件延伸的平行於所述地平面的第一部分，並且包括連接到所述第一部分且垂直於所述地平面從所述第一部分延伸朝向所述地平面的第二部分。
4.根據權利要求3所述的天線，其中所述第二部分包括第一區域和第二區域，所述第二區域的寬度大於所述第一區域的寬度，從而確保電容功能。
5.根據前述任意一項權利要求所述的天線，其中所述電源線是由與該電源線相關聯的金屬元件的材料相同的材料製成的。
6.根據前述任意一項權利要求所述的天線，其中所述金屬元件具有選自以下組的幾何特徵-矩形幾何特徵；-鰭型幾何特徵，其中連接於地平面的底部窄，且在地平面之上的端部張開。
7.根據前述任意一項權利要求所述的天線，其中所述介電材料層是空氣或包括襯底。
8.根據前述任意一項權利要求所述的天線，其中所述電源線連接到形成用於為天線供電的裝置的通電探頭(31)。
9.一種無線通信網絡的基站，包括根據前述任意一項權利要求所述的至少一個天線。
全文摘要
本發明涉及一種寬帶天線，包括地平面(PM)；至少一個組件，該組件包括垂直於所述地平面(PM)布置的介電材料層(P)，所述層具有給定的厚度；布置在所述層(P)的一面上的第一金屬元件(11)；布置在所述層(p)的相對於所述第一金屬元件所布置的面的一面上的第二金屬元件(12)，使得所述金屬元件不面向彼此；與所述兩個金屬元件中的一個相結合的電源線，該電源線從金屬元件的最靠近天線的中心對稱軸(Δ)的邊緣延伸朝向地平面(PM)。
文檔編號H01Q9/28GK102439792SQ201080018121
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月16日 優先權日2009年3月17日
發明者C·佩爾松, J·赫梅呂, J-P·庫佩, Z·沙拉比 申請人:電信教育集團-布列塔尼電信學院