偶極天線的製作方法

2023-07-20 08:43:16

專利名稱：偶極天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括兩對環繞中心區布置的偶極的偶極天線。這
種天線傳統上稱為"偶極方陣(dipole square)"或"偶極箱"，儘管 偶極臂可形成為呈現非方形(例如圓形)形狀。
背景技術：
US6313809的圖1顯示了具有從中心點發出的四條連接線的偶極 方陣。US6819300顯示了一種偶極方陣，在該偶極方陣中，每個偶極通 過各自的同軸電纜驅動。在WO2004/055938中還描述了不同的偶極方陣配置。

發明內容
本發明的示例性實施例提供一種偶極天線，該偶極天線包括基 材；第一和第二對偶極，其位於基材前面並環繞中心區布置；第一饋 電線，其從基材向偶極延伸並在位於基材前面的第一連接處分成第一 對饋電探針，該第一對饋電探針的每一個耦聯到第一對偶極的相應一 個；以及第二饋電線，其從基材向偶極延伸並在位於基材前面的第二 連接處分成第二對饋電探針，該第二對饋電探針的每一個耦聯到第二 對偶極的相應一個。
本發明的示例性實施例還提供一種偶極天線，該偶極天線包括
兩對偶極，其環繞中心區布置；以及兩對饋電探針，其每個饋電探針
耦聯到相應的偶極，其中饋電探針與偶極間隔開，以便與偶極形成場
孝禺^ 。
本發明的某些示例性實施例還提供一種偶極天線，該偶極天線包
5括兩對偶極，其環繞中心區布置；第一對饋電探針，其耦聯到偶極 對的第一對；以及第二對饋電探針，其耦聯到偶極對的第二對，其中 第一對饋電探針位於偶極的第一側上，而第二對饋電探針位於偶極的 第二側上，該第二側與第一側相對。


併入本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的 實施例，並與上文給出的概括描述以及下文給出的實施例的詳細描述 一起用於說明本發明的原理。
圖l是根據本發明第一實施例的偶極方陣的前側的等距視圖2是偶極方陣的前側的平面圖3是偶極方陣的後側的平面圖4是從後面看的偶極方陣的等距視圖5是根據本發明第二實施例的鑽石形偶極方陣的前側的平面圖6是根據本發明第三實施例的圓形偶極方陣的前側的平面圖7是根據本發明第四實施例的PCB基材的偶極方陣天線的前側
的等距視圖8是圖7的偶極方陣天線的後側的等距視圖9是在圖7和圖8中所示偶極方陣的一個中使用的偶極PCB的後 側的平面圖10是在圖7和圖8中所示偶極方陣的一個中使用的第一饋電PCB
的第一側視圖11是第一饋電PCB的第二側視圖12是在圖7和圖8中所示偶極方陣的一個中使用的第二饋電PCB
的第一側視圖13是第二饋電PCB的第二側視圖。
具體實施例方式
參照圖l，雙極化的偶極方陣1顯示為安裝在平面基材2的前面，該 基材2為偶極方陣提供支撐，並且為天線提供電接地平面和後反射器。基材2還承載饋電網絡(未示出)。偶極方陣包括兩對由單件導電材料
壓鑄的偶極。第一對偶極3a、 3b相對於天線的軸線15成-45。定向，而 第二對偶極4a、 4b相對於天線的軸線成+45。定向。兩對偶極是非交叉 的，並環繞中心區16布置(與交叉偶極天線相比，在交叉偶極天線中， 唯一的一對偶極在天線中心處交叉)。
天線包括一排圖1中所示類型的沿天線軸線15成一行布置的偶極 方陣，其大體垂直排列(或稍向下傾斜)。未示出其它偶極方陣。
偶極在構造上是相同的，將僅對偶極3a迸行描述，以用於說明。 偶極3a包括一對支腿5a、 5b，該對支腿5a、 5b從中心區16徑向延伸且與 基材平行，並通過狹槽6分隔，而一對偶極臂7a、 7b平行和垂直於天線 軸線15定向。
偶極3a通過鉤形的平衡-不平衡變換器(balun)饋電探針驅動，該 探針具有平行並接近支腿5b的正面延展的部分8b以及平行並接近支腿 5a的正面延展的部分8a。平衡-不平衡變換器通過絕緣隔離片(未示出) 安裝到支腿5a、 5b。平衡-不平衡變換器的部分8a在偶極方陣的中心處 連接到饋電線9。
饋電線具有圖l和圖2中所示的前部9a、圖4中所示的從基材向偶極 延伸的部分9b、以及也在圖4中示出的後部9c，該後部9c在其末端處具 有插入基材2中的突出部。狹槽10形成在偶極3a、 4b之間的連接處。
圖4中所示的V形支腿從偶極方陣的中心區16延伸。該V形支腿提 供支撐結構以將偶極和饋電線支撐在基材2的前面。支撐支腿具有從狹 槽10的邊緣延伸並相對於天線15的軸線成-45°定向的第一部件lla以 及相對於天線的軸線成+45°定向並連接到偶極中心區的後側的第二 部件llb，如圖3中最清晰地示出。饋電線的部分9b通過一對絕緣隔離片(未示出)安裝到支撐支腿
的第一部件lla。然後饋電線9穿過狹槽10，如圖l中最清晰地示出。
偶極3b通過第二鉤形平衡-不平衡變換器驅動，該第二鉤形平衡-不平衡變換器在偶極正面的雙向連接9d處連接到饋電線的部分9a。
偶極4a、 4b通過相似的平衡-不平衡變換器配置驅動，但在這種情 形中，平衡-不平衡變換器位於天線的相對後側，如圖3和圖4中最清晰 地示出。偶極4a通過鉤形平衡-不平衡饋電探針驅動，該探針具有平行 並接近偶極的一個支腿的背面延展的部分以及平行並接近另一支腿的 背面延展的部分。平衡-不平衡變換器通過絕緣隔離片(未示出)安裝 到支腿，並近似在偶極方陣的中心處連接到饋電線12。
饋電線12與饋電線9相似，具有前部12a、從基材延伸的部分12b、 以及後部12c，該後部12c在其末端處具有插入基材2中的突出部。
饋電線的部分12b通過絕緣隔離片(未示出)安裝到支撐支腿的第 二部件llb。
偶極4b通過第二鉤形平衡-不平衡變換器驅動，該第二鉤形平衡-不平衡變換器在位於基材與偶極之間的雙向連接12d處連接到饋電線 的部分12a。
兩對偶極通過平衡-不平衡變換器鄰近饋電，以同時在兩個極化面 中電輻射。偶極方陣配置為在806 Mhz-960 MHz的頻率範圍下運行，盡 管相同的配置也可用於在其它頻率範圍中運行。
在位於基材前面的連接9d、 12d處分開饋電線意味著僅需要兩條饋 電線(而不是四條)來將偶極耦聯到通過基材2承載的饋電網絡(未示 出)。由此，在基材饋電網絡上僅需要兩條饋電線(而不是四條)。這意味著基材上的饋電網絡能裝配到傳統的交叉偶極天線(交叉偶極 天線僅需要兩條饋電線)以及圖l中所示的偶極方陣。
與傳統的直饋天線(在直饋天線中，偶極通過焊接接縫物理連接 到饋電探針)相比，鄰近饋電的氣帶配置(在鄰近饋電的氣帶配置中， 平衡-不平衡變換器通過氣隙與偶極間隔開，從而它們與偶極形成場耦 合)產生更高的帶寬。而且與傳統的直饋天線相比，由於鄰近饋電配 置而導致的沒有焊接接縫導致更小的相互調製的風險以及更低的製造 成本。
將平衡-不平衡變換器置於偶極的相對側上還改進了兩個極化作 用之間的絕緣。
第二偶極方陣20在圖6中示出。除了偶極臂相對於偶極軸線15成 +/-45°而不是O。禾Q9(T定向之外，偶極方陣20與偶極方陣1相同。由 此與偶極方陣l的方形形狀的輪廓相比，偶極方陣20呈現鑽石形形狀的 輪廓。
第三偶極方陣30在圖7中示出。除了偶極臂以偶極方陣的中心為圓 心的圓的形式彎曲之外，偶極方陣30與偶極方陣1、 20相同。由此與偶 極方陣l、 20的方形和鑽石形形狀的輪廓相比，偶極方陣30呈現圓形形 狀的輪廓。
上述的偶極方陣在單件上通過壓鑄形成。代替地，下文所述實施 例中的偶極方陣在印刷電路板(PCB)上實施。
圖7是安裝在基材PCB 42上的一對偶極方陣40、 41的等距視圖。基 材PCB 42具有承載形成電接地平面並用作反射器的金屬層43的背面 (在圖8中示出)以及印刷在其正面上的饋電線44-47的網絡。偶極方陣是相同的，所以將僅對偶極方陣40進行描述。偶極方陣
40包括偶極PCB，該偶極PCB由在圖7中所示的在其正面上的偶極50a、 50b、 51a、 51b，和在圖8和圖9中所示的在其背面上的鉤形平衡-不平衡 變換器52a、 52b、 53a、 53b形成。
偶極在構造上是相同的，將僅對偶極50a進行描述，以用於說明。 偶極50a包括一對支腿56a、 56b，該對支腿56a、 56b從中心區57徑向延 伸，並通過間隙分隔。 一對偶極臂58a、 58b各具有相對於天線軸線成-45 °定向的近端部分以及分別平行和垂直於天線軸線定向的遠端部分。 偶極通過PCB角落中的狹槽59分隔。偶極方陣呈現大體八邊形輪廓。
用於偶極PCB的支撐結構通過一對交叉的饋電PCB 54、55提供(在 圖10-13中詳細示出)，所述饋電PCB 54、 55與偶極PCB中心區57的下 側接合。圖10和圖11中所示的饋電PCB 54相對於天線軸線成+45°定 向，並且具有位於圖11中所示的面上的金屬接地平面層60以及位於圖 IO中所示的面上的Y形饋電網絡。饋電PCB 54還具有一對穿過基材 PCB42中的狹槽的突出部61、 62。接地平面層60焊接到基材PCB 42背 面上的接地平面/反射器層43。圖10中的Y形饋電網絡具有襯墊63，該 襯墊63焊接到基材PCB 42正面上的饋電線45。
饋電線64從襯墊64遠離基材PCB 42向偶極延伸，並在連接65處分 開，該連接65近似位於基材PCB 42與偶極PCB的中間，並在饋電PCB 54 中的狹槽66前面。饋電線64在連接65處分成具有襯墊68a的第一饋電探 針67a以及具有襯墊68b的第二饋電探針67b。襯墊68a焊接到平衡-不平 衡變換器52a,而襯墊68b焊接到平衡-不平衡變換器52b。
圖12和圖13中所示的饋電PCB 55在構造上與饋電PCB 54相似，僅 有的差別在於狹槽80從PCB的前緣而不是後緣延伸，並且饋電網絡的連 接81位於狹槽80的後面。饋電PCB 54、 55在圖7和圖8中所示的交叉結 構中通過狹槽66、 80裝配到一起。偶極通過平衡-不平衡變換器鄰近饋電，以同時在兩個極化面中電
輻射。偶極方陣配置為在1710Mhz-2100MHz的頻率範圍下運行，儘管
相同的配置也可用於在其它頻率範圍中運行。
在位於基材PCB 42前面的連接65處分開饋電線64意味著僅需要單 一襯墊63來耦聯到基材PCB 42上的饋電網絡。由此，在基材PCB42上 僅需要兩條饋電線44、 45 (而不是四條)。這意味著基材PCB 42能裝 配到傳統的交叉偶極天線(交叉偶極天線僅需要兩條饋電線)以及圖7 和圖8中所示的偶極方陣。
與傳統的直饋天線(在直饋天線中，偶極通過焊接接縫物理連接 到饋電線)相比，鄰近饋電配置(在鄰近饋電配置中，平衡-不平衡變 換器與PCB相對側上的偶極間隔開，從而它們與偶極形成場耦合)產生 更高的帶寬。而且與傳統的直饋天線相比，由於鄰近饋電配置所導致 的沒有焊接接縫導致更小的相互調製的風險以及更低的製造成本。
儘管上述的實施例都是雙極化天線，但是本發明還可在圓形極化 的天線中實施，在該圓形極化天線中，四個偶極90。異相驅動。
儘管上述的實施例都能以發射模式(在發射模式中，天線發射輻 射)和接收模式運行(在接收模式中，天線接收輻射)，但是本發明 還可在配置為僅以發射模式或僅以接收模式運行的天線中實施。
另外的優點和修改將容易地呈現於本領域的技術人員面前。因此， 在其更寬廣的方面中，本發明不限於具體的細節、典型的設備和方法 以及所示和所述的示例性示例。因此，可以偏離這些細節作出修改， 而不偏離申請人的一般發明概念的精神或範圍。
權利要求
1. 一種偶極天線，包括基材；第一和第二對偶極，位於所述基材前面並環繞中心區布置；第一饋電線，其從所述基材向所述偶極延伸並在位於所述基材前面的第一連接處分成第一對饋電探針，所述第一對饋電探針的每一個耦聯到所述第一對偶極的相應一個；以及第二饋電線，其從所述基材向所述偶極延伸並在位於所述基材前面的第二連接處分成第二對饋電探針，所述第二對饋電探針的每一個耦聯到所述第二對偶極的相應一個。
2. 根據權利要求l所述的天線，其中所述連接的至少一個位於所述基材與所述偶極之間。
3. 根據權利要求l所述的天線，其中所述第一連接位於所述基材與所述偶極之間，而所述第二連接位於所述偶極的前面。
4. 根據權利要求2所述的天線，其中所述第一和第二連接每個位 於所述基材與所述偶極之間。
5. 根據權利要求l所述的天線，其中所述饋電探針與所述偶極間 隔開，以便與所述偶極形成場耦合。
6. 根據權利要求l所述的天線，其中所述第一對饋電探針位於所 述偶極的第一側上，而所述第二對饋電探針位於所述偶極的第二側上， 所述第二側與所述第一側相對。
7. 根據權利要求l所述的天線，其中每個偶極具有一對支腿和一 對臂，並且其中每個饋電探針具有緊鄰偶極的第一支腿設置的第一部分以及緊鄰所述偶極的第二支腿設置的第二部分。
8. 根據權利要求7所述的天線，其中所述第一和第二部分具有鉤 形輪廓。
9. 根據權利要求1所述的天線，其中所述饋電探針是平衡-不平衡變換器。
10. 根據權利要求1所述的天線，還包括支撐結構，所述支撐結 構從所述基材延伸並支撐所述偶極和所述饋電線。
11. 一種偶極天線，包括 兩對偶極，環繞中心區布置；以及 兩對饋電探針，每個均耦聯到相應的偶極，其中所述饋電探針與所述偶極間隔開，以便與所述偶極形成場耦合。
12. 根據權利要求ll所述的天線，其中每個偶極具有一對支腿和 一對臂，並且其中每個饋電探針具有緊鄰偶極的第一支腿設置的第一 部分以及緊鄰所述偶極的第二支腿設置的第二部分。
13. 根據權利要求12所述的天線，其中所述第一和第二部分具有 鉤形輪廓。
14. 根據權利要求11所述的天線，其中所述饋電探針是平衡-不平 衡變換器。
15.根據權利要求11所述的天線，其中所述第一對饋電探針位於 所述偶極的第一側上，而所述第二對饋電探針位於所述偶極的第二側 上，所述第二側與所述第一側相對。
16. —種偶極天線，包括 兩對偶極，環繞中心區布置；第一對饋電探針，耦聯到所述兩對偶極中的第一對；以及 第二對饋電探針，耦聯到所述兩對偶極中的第二對， 其中所述第一對饋電探針位於所述偶極的第一側上，而所述第二 對饋電探針位於所述偶極的第二側上，所述第二側與所述第一側相對。
17. 根據權利要求16所述的天線，其中每個偶極具有一對支腿和 一對臂；並且其中每個饋電探針具有緊鄰偶極的第一支腿設置的第一 部分以及緊鄰所述偶極的第二支腿設置的第二部分。
18. 根據權利要求17所述的天線，其中所述第一和第二部分具有 鉤形輪廓。
19. 根據權利要求16所述的天線，其中所述饋電探針是平衡-不平 衡變換器。
全文摘要
一種偶極天線，包括基材；第一和第二對偶極，其位於基材前面並環繞中心區布置；第一饋電線，其從基材向偶極延伸並在位於基材前面的第一連接處分成第一對饋電探針，該第一對饋電探針的每一個耦聯到第一對偶極的相應一個；以及第二饋電線，其從基材向偶極延伸並在位於基材前面的第二連接處分成第二對饋電探針，該第二對饋電探針的每一個耦聯到第二對偶極的相應一個。饋電探針與偶極間隔開，以便與偶極形成場耦合。在一個實施例中，第一對饋電探針位於偶極的第一側上，而第二對饋電探針位於偶極的第二側上，該第二側與第一側相對。在另一實施例中，偶極印刷在PCB上。
文檔編號H01Q21/24GK101427423SQ200780014099
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月11日 優先權日2006年4月18日
發明者於伊·T·卡奧, 凱文·埃爾登·萊恩漢, 艾向陽, 馬丁·L·齊默爾曼 申請人:安德魯公司