陣列天線的製作方法
2023-06-01 07:15:01 1
陣列天線的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種陣列天線（1），包括一個第一板（2），其具有用於分布由陣列天線（1）發射的電磁信號的裝置；一個第二板（3），其具有多個第一孔（7），用於引導將要發射的電磁信號穿過；以及一個第三板（4），其具有用於發射電磁信號的裝置（12）。所述第二板（3）被布置在所述第一板和第三板（2、4）之間，並且可操作地與其連接。所述第二板（3）具有大致上平坦的平行的、光滑的橫向表面（5、6），第一孔（7）布置於其中。
【專利說明】陣列天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天線，特別是一種陣列天線。
【背景技術】
[0002]陣列天線在現有技術中是已知的。其用於電磁波的定向發射和接收。
[0003]微相有限公司(Microface C0.，Ltd.)申請的US6861996於2002年首次公開，是關於一種三層結構的波導縫隙天線，其目的是具有強的定向特性和高的天線增益。所述形成單個層的三個板塊由塑料製成，並塗有金屬，從而使表面是導電的。或者，單個的板可以由金屬製成。所述波導縫隙天線包括一個下部的第一板，該第一板在上表面上包括分布樹的第一半。一個中間的第二板，包括分布樹的第二半，其在安裝狀態與分布樹的第一半嚙合。第二板還包括通孔。除其它外，由於分布樹集成在所述第二板的背面，這具有顯著的應力裂紋。由於對於發射所必須的孔，上部的第三板也有顯著的應力裂紋。所述天線的部件在所要求的公差下相對難以製造。
[0004]德克薩斯州儀器儀表製造有限公司(Texas Instruments Inc.)申請的US3950204於1973年公開，是關於一種用於連接兩個具有良好的導電傳導性的金屬表面的方法，例如:平板天線。所述方法被描述為作為浸入焊接的一種替代的方法，因為其可以在顯著較低的溫度下進行。所述平板天線作為一個具有兩層金屬結構的例子。
[0005]英國衛星廣播公司(BritishSatellite Broadcasting)申請的 GB2247990 於1990年首次公開，是關於一種具有一個下部板和一個上部板的兩層結構的陣列天線。所述上部板包括凹槽，用作一個喇叭天線。所述下部板包括一個分布樹，用於喇叭天線的信號分布。這兩個板塊通過釺焊或焊接相互接合。一個缺點是，該板具有一個複雜的、同樣具有明顯應力裂紋的結構。
[0006]北京億佳盈業信息工程有限公司(Beijing Yijia Yingye InformationEngineering C0.)申請的CN2739818Y於2005年公開，並公開了一種具有高的天線增益並且具有約1024個傳輸元件的平面天線。該天線具有層狀結構。單個板通過螺栓連接。
[0007]日立有限公司(Hitachi Ltd.)申請的US2007241962A於2005年首次公開，並公開了一種用於汽車的雷達天線。該天線包括一個帶有多個槽的金屬板。無線電波的吸收器，設置在帶槽金屬板和實際天線之間，用於檢測方向變化。所述帶槽金屬板和天線相隔一定距離設置。
[0008]技術數碼有限公司(Technisat Digital GmbH)申請的EP1006608A於2000年首次公開，公開了一種多層的天線裝置，其帶有的貼片元件(patch element)形成於一個導電的頂層。第一激勵元件形成於一個位於其下的第二導電層，第二激勵元件形成於一個第三導電層。所述第一激勵元件包括在第一方向上取向的第一電源線，所述第二激勵元件包括在與所述第一方向正交的第二方向取向的第二電源線。每個電源線被定向到相關的貼片元件並與其電磁耦合。所述天線包括一個具有非常多層的相對複雜的結構。
[0009]松下電器工程有限公司(MatsushitaElectric Works Ltd.)申請的 US5321411A於1992年首次公開，其涉及一種用於線性偏振波的平面天線。該天線具有多層結構。該天線適合大約500MHz的波長範圍。
[0010]烏蘭德.格貝爾(Uhland Goebel)申請的DE10150086於2003年公開，其涉及到一種陣列天線。根據描述，所述天線應具有高的工作頻寬和小的整體厚度。所述的陣列天線包括在第一導電或導電塗覆體上的孔的規則布置。第二體包括雙鏡面對稱形式的腔狀凹槽，並被連接到第一體的大區域。每個腔狀凹槽與第一體的至少四個孔關聯。腔狀凹槽在背面具有中央設置的孔，形成一個向第二體的第二大區域的連接，用於供電。所述天線具有相對複雜的結構，不適合於範圍為70-80GHZ的頻率，同時經濟地製造不再是可能的。
【發明內容】
[0011]本發明的一個目的是提供一種具有相對簡單的結構的天線，其也具有改進的發射特性，適合的頻率範圍在70-80GHZ。
[0012]此目的是通過如下技術方案實現的。
[0013]一種陣列天線1，其具有:
[0014]a.一個第一板2，所述第一板2包括一個空心導體結構11，用於分布陣列天線發射的電磁信號；
[0015]b.一個第二板3，所述第二板3包括多個第一孔7用於引導將要發射的電磁信號；
[0016]c.和一個第三板4,所述第三板4包括用於發射電磁信號的裝置12,其中:
[0017]d.所述第二板3布置在第一板和第三板2、4之間，具有與第一板和第三板2、4的操作連接，並且所述第二板3包括兩個大致上平坦的平行、非裂隙橫向表面5、6，所述第一孔7設置於其中，
[0018]e.所述第一和/或第三板2、4由塑料製造，其至少部分地導電塗覆，
[0019]f.所述板2、3、4通過粘接、釺焊或焊接可操作地連接到彼此，使得沿著空心導體結構確保板之間的連續接觸。
[0020]其中，所述板2、3、4通過釺焊膏或導電膠彼此接觸。
[0021]其中，為了電磁波的傳輸，所述第三板4包括喇叭狀開口 12，其中，通過設置在第三板4背面的連接通道13，四個喇叭狀開口 12各自具有一個與通孔7的操作連接，通過通孔7連接到所述空心導體結構11。
[0022]其中，所述第二板3由金屬構成。
[0023]其中，所述第二板3由塑料構成，所述塑料至少部分地導電塗覆。
[0024]其中，所述第二板3由纖維強化塑料材料構成。
[0025]其中，所述第一、第二和第三板2，3，4由注塑成型的塑料材料構成。
[0026]其中，所述第一孔7具有一個恆定的或可變的直徑。
[0027]其中，所述空心導體結構11具有一個H形分枝。
[0028]其中，所述空心導體由設置在第一板2中的道狀凹槽9形成。
[0029]其中，所述道狀凹槽9設置在面向和/或遠離所述第二板的一面上，並且通過第二孔具有一個與所述第二板3中的第一孔7的操作連接。
[0030]其中，所述第二板3具有一個與對齊裝置的操作連接，用於兩個陣列天線的相互對齊。[0031]在一個實施例中，所述天線具有一個帶有三個板的層狀結構。設置在背面的第一板主要用於要被傳輸信號的傳送和精細分配。為了這個目的，第一板包括，例如分布樹或類似裝置。如果需要，所述分布樹可以在多個平面設置。中央設置的第二板有利地包括兩個平坦的平行橫向表面(頂表面或底表面)，第一通孔設置為連接兩個平坦的平行表面。第一孔用於將要被傳輸的信號導通和傳送到設置在前面的第三板。設置在前面的第三板包括可操作地連接到第一孔的第二孔。設置在前面的第三板用作一個擴散器用於傳輸要發送的信號。與現有技術相反，尤其是中央第二板包括相對較少的應力裂紋，因此具有相對高的機械穩定性。板彼此之間略有哨合。第二板的平坦的平行橫向表面適合於第一和第三板的精確的、大區域的連接，例如通過釺焊、粘合或焊接。因為只有少數部件在組裝過程中相互嚙合，可防止任何塗層損壞。另外，在裝配過程中的各個板的變形可以被防止。這在可生產性和輻射特性上具有有益的效果。
[0032]相比其它兩個板，一個目標是中央第二板大致決定了天線的整體的幾何形狀。這可以受幾何形狀和/或材料的影響。在第一實施例中，相比第一或第三板，由於幾何形狀，中央板具有更高的機械穩定性。所述第一和/或第三板可以包括孔或凹槽，用於影響機械穩定性。
[0033]在第二實施例中，中央第二板由具有相對高的彈性模量的材料組成。例如，金屬材料如鋁、黃銅或其它金屬或它們的合金是非常合適的。根據應用領域，填充的或纖維增強的塑料也是合適的。同樣地，例如類似玻璃或燒結材料的材料，其對外部影響具有低的依賴性，也是合適的。後續塗層在製造技術方面是非常複雜的，避免通過由導電材料生產。
[0034]在第二中央板相反，至少所述第一板在背面側和/或第三板的在前面側上有利地由具有相對低的彈性模量的材料組成。用一個合適的，例如薄壁的，設計和/或通孔，形狀決定的影響可以減少或能夠相互中和。其中一個目的是沒有不利的變形發生，如在溫度波動的情況下。
[0035]如果需要的話，中央板還可以額外地附加有一個框狀的增厚，所述框狀的增厚在其上形成或可操作地接合於其上。穩定性和尺寸穩定性由此能夠增加，特別是在大的溫度變化的情況。
[0036]其中，所述第二中央板具有幾何形狀簡單的結構，從而幾何形狀本質上受限於兩個平坦的橫向表面和第一通孔，製造過程能夠被大量簡化。例如，第二中央板由此能夠由塑料注塑成型，或者通過衝壓、雷射切割或銑削從板狀的基體材料切出。壓鑄也可以適用於製造。例如在溫度波動的情況下，作為其平衡設計的結果，第二板更均勻地變形。根據本發明，複雜的幾何形狀有利地被傳遞到第一或第三板。如果有必要，第一和/或第三板的元件可以嚙合在所述第二板的孔中。有利的，至少在陣列天線的輻射區域的周邊，沒有元件突出在第二板的橫向表面的上方。凹槽和孔是可能的。
[0037]第一和第三板有利地由塑料製造，例如通過注塑成型，並且如果需要，最後用導電材料塗覆。與此相反，中央第二板可以例如從金屬片切出或衝壓。製造的其它類型是可能的。
[0038]所述三個板有利地可操作地在大區域上接合在一起。通過釺焊、焊接、超聲波焊接或粘合取得良好的效果。根據應用領域，其它的方法可能是合適的。
[0039]由於簡單的構造和低的結構的相互影響，天線可以用相對較大的頻寬實施。在一個實施例中，其數值為例如是E波段的20%(71-86GHz)。此外，根據本發明的結構，使得對於一個給定的天線面積/尺寸，儘可能最大的天線增益成為可能。這使得，例如在定向無線模式中的最小的天線增益在標準指定的E波段，在歐洲至少38dBi (ETSI標準)或在美國至少43dBi (FCC標準)，可以很容易地實現。根據本發明的結構，還使得用於具有約2公裡範圍可見性的短距離的點對點連接的緊湊的、可靠的設計成為可能，其抵抗外部影響是非常強大的。其它尺寸是可能的。
[0040]如果需要，一個機械參考可以被可操作地連接到發射器或中央第二板。作為主要的發射方向上的光學調整，所述機械參考能夠實現快速對齊，這樣兩個天線相對於彼此的對齊時間，例如通過雷射器和/或望遠鏡，被減少到最小。相比較早的(純粹的電氣)對齊，對齊所需要的時間可以從幾小時減少到幾分鐘。
[0041]現有技術中已知的天線的主要問題之一是，在必要的精度並且同時保持目標公差下是難於製造的。結構的尺寸根據天線的頻率進行縮放。一個問題是單個板在約80GHz的頻率下是如此之薄，以至於其機械穩定性是至關重要的。即使一毫米(約1/4波長)的板的翹曲/彎曲都會導致發射特性的顯著的退化，並且天線無法使用。此外，這是絕對必要的，沿空心導體結構可確保板之間的連續接觸。用螺釘壓縮，例如US6861996中提出的，由於機械結構較弱，不會同樣地在所述尺寸導致均勻接觸。此外，由於機械的點荷載，傳輸表面的變形是可以預料的。
[0042]如在GB2247990中，通過塑料部件的焊接的接觸將是可以想像的，但在隨後的現有的管結構的精確的金屬化中的失效。這種方法從經濟的觀點和有關的過程安全來看是不可行的。例如，對於塑料的溼化學金屬化，10至20個進程步驟/浸泡是必要的。高強度材料，例如金屬或複合材料，使用在一種用於現有技術中已知的天線所需的細緻結構中的有效的方法中是不可能的。
[0043]在一個實施例中，結構的必要的精度通過使用相對高強度(高彈性模量)的材料的板布置在夾層中來實現。為此目的，中央板在其幾何形狀上簡化，使得一個低失真的、機械性穩定的板的具備成本效益的生產製造是可能的。
[0044]用於頻率分布網絡的適應結構有利地完全在上板和下板上重新定位,從而使中央板仍然保持為帶一些孔(能夠通過例如衝壓或雷射切割金屬片，或複合材料如印刷電路板，來製造)的平面板。為此目的，US6861996中提到的頻率分布網絡在具有更緊湊的脊形波導下生產，而非矩形波導。因此，下板的長寬比(aspect ratios)保持在其比率對於電鍍仍可以具有成本有效地製造。此外，網絡的可使用的帶寬增加。
[0045]此外，因為通過堆疊和螺紋的接觸是至關重要的，此解決方案的另一個優點是:平面的中心板能夠很容易地通過電路板工業中常見的方法由焊膏或導電膠提供，以確保板之間的空心導體結構的均勻連續的接觸。
[0046]在一個實施例中，陣列天線包括一個第一板，所述第一板包括一個用於發送陣列天線將要傳輸的電磁信號的空心導體結構。一個第二板包括用於傳導將要傳輸的電磁信號的第一孔。一個用作擴散器的第三板，包括用於電磁信號(定向)發射的裝置。所述第二板被布置在第一板和第三板之間，並且在大區域上與它們交互。第二板有利地包括兩個大致上平坦的平行橫向表面，所述表面輕微為裂隙到不裂隙，特別是在第一孔附近。相比第一板和/或所述第三板的製造材料，第二板有利地由具有更高彈性模量的材料設計或製造，從而使得第二板的幾何形狀決定陣列天線的覆蓋區域。第二板例如由金屬或塑料製造，其至少部分地導電塗覆以傳導電磁信號通過。第一板和/或第三板可以由例如塑料製成，同樣至少部分地導電塗覆，或其本身充分導電。根據目標操作，第一孔能夠具有固定的或可變的直徑。如果需要，安裝在所述第一板和/或第三板的元件能夠伸入到第一孔中以影響性能。設置在所述第一板的用於發送輻射的電磁信號的裝置有利地是一個空心導體(空心導體結構)的分布樹。所述空心導體由設置在第一板中的道狀凹槽形成。所述道狀凹槽能夠被布置在面向所述第二板的一側和/或遠離所述第二板的一側。在所述布置在背面的情況下，與所述第一板的前面或所述第二板中的第一孔的操作連接通過另一些的孔確保。陣列天線的板有利地可操作地在大區域上通過膠粘、釺焊或焊接接合。第二板能夠可操作地直接或間接接合到一個用於兩個陣列天線的相互對齊的對齊裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]通過以下附圖，本發明由示例性實施例來解釋。在圖中:
[0048]圖1示出了根據本發明的陣列天線的第一實施例的側視圖；
[0049]圖2示出了圖1中的陣列天線的前視圖；
[0050]圖3示出了沿圖2中橫切線AA的陣列天線的截面圖；
[0051]圖4示出了圖1中的陣列天線從上方的一個角度的透視圖；
[0052]圖5示出了圖1中的陣列天線從下方的一個角度的透視圖；
[0053]圖6示出了圖1中的陣列天線在打開狀態下的從前上方的一個角度的透視圖；
[0054]圖7示出了圖6中的細節B ;
[0055]圖8示出了圖6中的細節C ;
[0056]圖9示出了圖1中的陣列天線在打開狀態下的從後下方的一個角度的透視圖；
[0057]圖10示出了圖9中的細節D ;
[0058]圖11示出了圖9中的細節E ;
[0059]圖12示出了圖1中的細節F ;
[0060]圖13示出了圖1中的細節G。
【具體實施方式】
[0061]圖1示出了本發明的陣列天線I的實施例的側視圖，圖2示出其前視圖。圖3示出了沿圖2中橫切線AA的陣列天線I的截面圖。圖4從前上方以一定角度示出了所述陣列天線，圖5是從前下方的一個角度示出。圖6在打開狀態下從前上方的一個角度示出了陣列天線I。組裝方向示意性地由線s表示。圖7示出了圖6的細節B，圖8示出了圖6的細節C。圖9在打開狀態下從後下方的一個角度示出了陣列天線I。圖10示出了圖9的細節D，圖11示出了圖9的細節E。最後，圖12示出了圖2的細節F，圖13示出了圖3的細節G0在圖12中，暗線以虛線形式示出。
[0062]如圖中所示，所示的陣列天線I的實施例具有一個具有三個板的結構，其中，一個中央第二板3布置在第一後板2和第三前板4之間。
[0063]在圖6和圖9中可以看出，與現有技術相比，中央第二板3具有一個簡單設計。其本質上由一個具有兩個平坦的平行橫向表面(頂部5和底部6)的平面的、微裂隙的基體3組成，其中，設置有連接兩個橫向表面5、6的通孔7。通孔7具有一個恆定的橫截面或沿其長度方向變化的橫截面。與現有技術相反，中央板3具有相對較少的裂紋。即兩個平坦的平行表面5、6構成整個有效橫截面面積(這裡未考慮非功能性的孔)的約80-90%。在所示實施例中，沒有兀件伸出橫向表面5、6。
[0064]中央板3被有利地設計，使得其形狀決定陣列天線I的幾何形狀或平面，或者降低背面板和前面板2、4的對幾何形狀確定的影響。這能夠通過從具有相對高的彈性模量的材料來製造中央板來實現。金屬材料或纖維增強塑料是非常合適的。中央板3的簡單的幾何形狀的結果是，其能夠被有效地製造，例如通過衝壓或以不同的方式。
[0065]在所不實施例中，背面第一板2用於發送和分配將要傳輸的電磁波(圖中未不出)。所述後板2包括一個由H形分枝、道狀凹槽9形成的分布樹8，所述道狀凹槽9布置在面向第二板3的前部10上。在安裝狀態下，凹槽9連同中央板3的底部6形成空心導體11 (參見圖13)，用於電磁波的高效發射。道狀凹槽9的端部對應於第二板3中的孔7。孔7用來將電磁波傳輸到負責發送電磁波、並在下面進一步描述的前面第三板4 (擴散器)。
[0066]在所示的實施例中，前板4用於電磁波(在圖中的z方向)的定向發射。前板4包括用於此目的的喇叭狀開口 12，通過設置在板背面的連接通道13，其具有一個與通孔7的可操作連接。從圖7、圖12和13中尤為明顯，四個喇叭狀開口 12各自具有一個與第一通孔7的可操作連接，通過其與設置在所述第一板2的空心導體結構11相連接。此外，在這裡的第三板4包括設置在背面的孔16，其對機械穩定性降低和使用材料的減少作出貢獻。如果需要，所述第一板，除了通道9，還包括另外的這種孔。如實施例所示，將要傳輸的信號通過設置在背面的供給孔14被傳遞到陣列天線I。其他布置，例如布置在第一板的窄邊是可能的。陣列天線I通常安裝在殼體中，此處未示出。陣列天線I包括用於安裝在所述殼體中的各種緊固件15。
[0067]可以看出，相比中央第二板3，第一後板和第三前面板2、4兩者都有一個相對複雜的結構。第一板和第三板2、4也有利地設計，從而使得它們相比第二板3對幾何形狀的影響減少。它們可以通過，例如由塑料通過注塑成型，製造。通過他們的設計，他們在變化的外部影響下對天線幾何形狀的影響可以最小化。
[0068][參考數字清單]
[0069]I 陣列天線
[0070]2 後部第一板
[0071]3 中央第二板
[0072]4 前面第三板
[0073]5 頂部中央板，第一橫向表面
[0074]6 底部中央板，第二橫向表面
[0075]7 中央板通孔
[0076]8 分布樹
[0077]9 分枝，道狀凹槽
[0078]10 前面第一板
[0079]11 空心導體
[0080]12 喇叭狀開口。用於發射信號的裝置[0081]13連接通道
[0082]14 供給孔
[0083]15緊固件
[0084]16 凹槽
【權利要求】
1.一種陣列天線(I )，其具有: a.一個第一板(2)，所述第一板(2)包括一個空心導體結構(11)，用於分布陣列天線發射的電磁信號； b.一個第二板(3)，所述第二板(3)包括多個第一孔(7)用於引導將要發射的電磁信號; c.和一個第三板(4)，所述第三板(4)包括用於發射電磁信號的裝置(12)，其中: d.所述第二板(3)布置在第一板和第三板(2、4)之間，具有與第一板和第三板(2、4)的操作連接，並且所述第二板(3)包括兩個大致上平坦的平行、非裂隙橫向表面(5、6)，所述第一孔(7)設置於其中， 其特徵在於: e.所述第一和/或第三板(2、4)由塑料製造，其至少部分地導電塗覆， f.所述板(2、3、4)通過粘接、釺焊或焊接可操作地連接到彼此，使得沿著空心導體結構確保板之間的連續接觸。
2.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述板(2、3、4)通過釺焊膏或導電膠彼此接觸。
3.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:為了電磁波的傳輸，所述第三板(4)包括喇叭狀開口(12)，其中，通過設置在第三板(4)背面的連接通道(13)，四個喇叭狀開口(12)各自具有一個與通孔(7)的操作連接，通過通孔(7)連接到所述空心導體結構(11)。
4.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第二板(3)由金屬構成。
5.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第二板(3)由塑料構成，所述塑料至少部分地導電塗覆。
6.如權利要求5所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第二板(3)由纖維強化塑料材料構成。
7.如權利要求5所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第一、第二和第三板(2，3，4)由注塑成型的塑料材料構成。
8.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第一孔(7)具有一個恆定的或可變的直徑。
9.如權利要求1所述的陣列天線(I)，其特徵在於:所述空心導體結構(11)具有一個H形分枝。
10.如權利要求9所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述空心導體由設置在第一板(2)中的道狀凹槽(9)形成。
11.如權利要求10所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述道狀凹槽(9)設置在面向和/或遠離所述第二板的一面上，並且通過第二孔具有一個與所述第二板(3)中的第一孔(7)的操作連接。
12.如權利要求1所述的陣列天線(1)，其特徵在於:所述第二板(3)具有一個與對齊裝置的操作連接，用於兩個陣列天線的相互對齊。
【文檔編號】H01Q21/06GK203596415SQ201290000296
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年2月7日 優先權日:2011年2月17日
【發明者】弗蘭克·柯樂芬, 尤夫·胡格爾 申請人:胡貝爾和茹納股份公司