專利名稱：諧振、雙極化貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及天線，并且尤其涉及貼片天線。
技術(shù)背景在兩個(gè)正交軸上饋入的方形或圓形諧振貼片天線(patch antenna)被頻繁地用作雙極化陣列天線的元件，尤其是用于蜂窩電 話網(wǎng)絡(luò)的基站天線的元件。如果天線所要求的帶寬大于幾個(gè)百分比， 通常使用空氣電介質(zhì)且選擇位于接地平面上方的貼片的高度以提供 足夠的帶寬。選擇貼片的大小以使貼片諧振。通常利用包括諧振元件 的狹槽、環(huán)狀天線或探針實(shí)現(xiàn)貼片的饋入。選擇上述裝置和諧振元件 的耦合以實(shí)現(xiàn)整體的雙調(diào)諧的或更高階的過濾器的響應(yīng)。圖l顯示了 上述執(zhí)行方案的實(shí)例。圖1A、 1B和1C說明了利用環(huán)130饋入的諧振貼片天線100。 將貼片120定位于接地平面110上方以提供希望的帶寬。為易于說明， 沒有顯示用于貼片120的支持物，僅顯示了與一個(gè)極化相關(guān)聯(lián)的環(huán)。 如在圖1A和IB中所最好看見的，環(huán)130為"C，，形，具有布置于"C，， 的兩個(gè)末端之間的信號(hào)源140。實(shí)際上，可以將上述信號(hào)源作為嵌入 在環(huán)"C"一側(cè)內(nèi)的共軸線實(shí)現(xiàn)，中心導(dǎo)體與間隙的相對(duì)側(cè)相連。通過 在圖6中所示的饋入點(diǎn)連接串聯(lián)的電容620，獲得雙調(diào)諧的阻抗響應(yīng)。610耦合到串聯(lián)的饋入點(diǎn)。共軸線的外部導(dǎo)體 被耦合到圖6的結(jié)構(gòu)600中的環(huán)630。安裝在接地平面上方的上述貼片元件100的一維陣列通常在與 70和85度之間的陣列垂直的平面內(nèi)導(dǎo)致3dB束寬。對(duì)于蜂窩無線電 目的來說，具有60到65度之間的水平束寬的輻射斜面極化(在±45° 到垂直傾斜的線性極化)通常是希望的。通過在貼片元件IOO周圍使用 各種金屬柵攔或圍欄(未顯示)，可以運(yùn)用對(duì)束寬的某些影響。降低束寬的另一方法包括增加貼片的尺寸。然而，這伴隨著貼片 的諧振頻率的降低，使貼片到饋電器的阻抗匹配不可能。因此，存在對(duì)于控制諧振、雙極化貼片天線的束寬的改進(jìn)方法的需要。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了具有束寬降低的貼片天線，包括 接地平面；懸于接地平面上方的貼片輻射體，其中貼片輻射體的中心 區(qū)與接地短路；以及繞貼片輻射體中心對(duì)稱地被布置的饋電器，激發(fā) 反相貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，饋電器被耦合到中心區(qū)域外部的位置 處的貼片輻射體。貼片輻射體可以進(jìn)一步包括導(dǎo)電元件，用于將貼片輻射體的中心 區(qū)域與接地平面進(jìn)行耦合以使中心區(qū)域短路以提供貼片輻射體的希 望的諧振頻率。在形狀上，導(dǎo)電元件可以是圓柱形。在形式上，導(dǎo)電 元件可以是實(shí)心的或管狀的，或者包括位于貼片和接地平面之間的許 多離散的接線。至少一個(gè)微波傳輸帶或帶狀線板可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件。至少一個(gè)微 波傳輸帶或帶狀線板可以實(shí)現(xiàn)饋電器，貼片天線可以進(jìn)一步包括兩個(gè) 交叉的微波傳輸帶或帶狀線板。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了具有束寬降低的貼片天線，包括 接地平面；懸于接地平面上方的貼片輻射體；導(dǎo)電體，其被耦合到接 地平面和貼片輻射體中的 一個(gè)且被置于接地平面和貼片輻射體之間以提供貼片輻射體的階躍降低的中心區(qū)域；以及繞貼片輻射體中心對(duì) 稱地被布置的饋電器，激發(fā)反相貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，饋電器被 耦合到階躍降低的中心區(qū)域外部的位置處的貼片輻射體。才艮據(jù)本發(fā)明上述方面的任何一個(gè)，可以增加貼片輻射體的輻射邊 緣之間的距離，以在保持諧振結(jié)構(gòu)的同時(shí)降低貼片輻射體的束寬。根據(jù)本發(fā)明上述方面的任何一個(gè)，所述貼片輻射體可以具有圓 形、正方形或其他的對(duì)稱形狀。根據(jù)本發(fā)明上述方面的任何一個(gè)，貼片輻射體可以進(jìn)一步包括一 系列電容和阻抗變壓器以提供寬帶雙調(diào)諧結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了控制諧振、雙調(diào)諧貼片天線 的束寬的方法。該方法包括以下步驟將懸于接地平面上方的貼片天 線的中心區(qū)域與天線的接地平面短路；以及利用繞貼片輻射體中心對(duì) 稱地被布置的饋電器，對(duì)稱地饋入信號(hào)并激發(fā)反相的(anti-phase) 貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，饋電器被耦合到中心區(qū)域外部的位置處的 貼片輻射體。仍舊根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了控制諧振、雙調(diào)諧貼片天線 的束寬的方法。該方法包括以下步驟利用被耦合到接地平面和貼片 輻射體的導(dǎo)電體，提供貼片輻射體的階躍降低的中心區(qū)域，貼片輻射 體懸于接地平面上方以及導(dǎo)電體被置于接地平面和貼片輻射體之間； 以及利用繞貼片輻射體中心對(duì)稱地被布置的饋電器，對(duì)稱地饋入信號(hào) 并激發(fā)反相貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，饋電器被耦合到階躍降低的中 心區(qū)域外部的位置處的貼片輻射體?？梢愿鶕?jù)此處提出的與貼片天線有關(guān)的本發(fā)明的各方面執(zhí)行前 述方法的其他方面。


參照附圖以下描述了本發(fā)明的少數(shù)實(shí)施例，其中 圖1A、 1B和1C分別是利用環(huán)形電路饋入的諧振貼片天線的透 視、側(cè)視和平面圖；圖2A、 2B和2C分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有被短部分的貼片 天線的透視、側(cè)視和平面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例利用雙印刷電路環(huán)饋入的圓形貼 片的透視圖；圖4A、 4B和4C是用于將圖3的貼片天線饋入具有雙印刷電路 板的兩極的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖5A和5B是說明圖4A到4C的印刷饋電器的兩側(cè)的細(xì)節(jié)的側(cè)面圖；圖6是利用具有串聯(lián)電容的環(huán)饋入的諧振貼片天線的側(cè)面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在貼片輻射體和接地平面之 間具有階躍降低的間隙區(qū)域的諧振貼片天線的簡(jiǎn)化的側(cè)面圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在貼片輻射體和接地平面之 間具有階躍降低的間隙區(qū)域的另 一諧振貼片天線的簡(jiǎn)化的側(cè)面圖。
具體實(shí)施方式
以下描述了貼片天線和用于控制諧振、雙極化貼片天線的束寬的 方法。在下列描述中，給出了許多具體的細(xì)節(jié)，包括特定導(dǎo)電材料、 頻率范圍、材料以及諸如此類。然而，從本發(fā)明來看，在不偏離本發(fā) 明的范疇和精神實(shí)質(zhì)的情況下，可以進(jìn)行修改和/或替代，這對(duì)于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說是顯而易見的。在其他情況下，可以省略具體的細(xì)節(jié)， 以不使本發(fā)明難以理解。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，描述了降低束寬的方法，其中增加了貼片 的尺寸。增加貼片的尺寸通常伴隨著貼片的諧振頻率的降低，使貼片 與饋電器的阻抗匹配不可能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過在貼片的中 心引入將貼片與接地平面連接的區(qū)域，將貼片天線的諧振頻率回復(fù)到 希望值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖2A、 2B和2C說明了具有短路區(qū)域225 的貼片天線200。圖2中所示的結(jié)構(gòu)有效地增加了貼片輻射體220(以 下簡(jiǎn)單地用貼片表示)的輻射邊緣的間距，以減小貼片220的束寬，但同時(shí)保持了諧振結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，貼片220形狀為方形。然而， 在其他實(shí)施例中，可以使用不同形狀的貼片，諸如圓形的貼片。增加 諧振所要求的諧振貼片220的尺寸。被短部分225(短路區(qū)域)在貼片 220的中心區(qū)域和接地平面210之間被連接在一起。在該實(shí)施例中， 被短部分225在形狀上為圓柱形并且在形式上可以是實(shí)心或管狀的， 并由導(dǎo)電材料例如銅制成。貼片220的中心區(qū)域被短路到接地平面 210?；蛘?，貼片220和接地平面210之間的間距僅在中心區(qū)域內(nèi)被 階躍降低(step down )。這具有相似的效果，被短區(qū)域的形狀不是關(guān) 鍵的但應(yīng)當(dāng)在兩個(gè)正交的饋入平面周圍保持對(duì)稱。為了在上述被短區(qū)域225存在的情況下保持對(duì)稱，使用了反對(duì)稱 饋電器236、 230，諸如圖2所顯示的。在貼片220的相對(duì)側(cè)面上，饋 電器探針或環(huán)236被耦合到諧振貼片220并通過信號(hào)源240被饋入。 可以使用其他饋電器探針或環(huán)230以激發(fā)正交極化。較大的被短區(qū)域225需要較大的貼片220以保持諧振。當(dāng)增加被 短區(qū)域225的尺寸以及增加貼片220的尺寸以保持諧振時(shí)，結(jié)構(gòu)200 的被發(fā)射的束寬平滑地降低。這是希望的效果。當(dāng)更高階的模式被激 發(fā)時(shí)，發(fā)生該過程的限制，使貼片邊緣處的場(chǎng)分布顯著偏離簡(jiǎn)單諧振 貼片的場(chǎng)分布。在圖2中，顯示了貼片220的中心處的圓形接地區(qū)域225。根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例，圖3顯示了使用兩個(gè)交叉的微波傳輸帶或帶狀線板330 的替代的實(shí)施例300。在該實(shí)施例中，貼片320在形狀上為圃形。然 而，可以使用其他的形狀。同時(shí)使用了兩個(gè)交叉的板330以將貼片320的中心區(qū)域連接到接 地平面310并將反相的貼片的相對(duì)側(cè)面饋入。兩個(gè)交叉的板330將磁 回路饋入功能和由印刷板上的4個(gè)內(nèi)部垂片(tab ) 340和344所提供 的足夠的中心接地(grounding)合并起來。可以使用串聯(lián)電容360 和阻抗變換器(transformer) 365以提供寬帶雙調(diào)諧頻率響應(yīng)。在所 示的裝置300中，兩個(gè)正交的板提供用于兩個(gè)正交的線性極化的饋電 器。通過50歐姆的共軸電纜370為每個(gè)饋電器提供信號(hào)。圖4A、 4B和4C詳細(xì)地顯示了兩個(gè)交叉的微波傳輸帶印刷電路 板330。尤其是，圖4A到4C說明了將貼片320饋入到具有兩個(gè)印刷 電路板330的兩個(gè)極化中的方法。在板的一側(cè)上，刻蝕出兩個(gè)平衡的 回路380。在板的另一側(cè)上是將反相的兩個(gè)回路380饋入的軌365。 軌360端部上的電容性短截線與回路380諧振。被耦合到諧振貼片320 的這些諧振電路形成寬帶雙調(diào)諧阻抗特征，圖5說明了印刷饋電器的兩個(gè)側(cè)面的細(xì)節(jié)。如圖5A和5B所示， 可以將交叉的微波傳輸帶印刷電路板330作為兩個(gè)分離的板實(shí)現(xiàn)，每 個(gè)適應(yīng)地具有板的中心區(qū)域中的凹槽，使得可以將板組裝在一起以制 成交叉的板330，而不中斷每個(gè)板上所要求的軌。軌365提供阻抗變 換(impedance transformation)以使貼片與50歐姆的饋電電纜370 相匹配。在提供具有雙調(diào)諧、寬帶阻抗特征的對(duì)稱的反相饋電的同時(shí)， 上述板330也為貼片的中心區(qū)域提供短路連接。這可以在低損耗微波 基板上實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖7說明了具有階躍降低的間隙區(qū)域 740的貼片天線700的橫切面。在該實(shí)施例中，貼片輻射體720可以 具有方形或圓形形狀。然而，在其他實(shí)施例中，可以使用不同形狀的 貼片。貼片輻射體720被布置于接地平面710(未顯示支持物)上方的 位置。形成接地平面710以具有中心區(qū)域740，中心區(qū)域比接地平面 710的其余部分更加緊密地與貼片輻射體720間隔開。盡管上述方式 顯示上述區(qū)域740指示顯示中心區(qū)域740內(nèi)的內(nèi)部腔，實(shí)際上該區(qū)域 可以是實(shí)心導(dǎo)電材料。在該實(shí)施例中，接地平面710的中心區(qū)域740 在形狀上是圓柱形的，在形式上可以是實(shí)心的或管狀的并由導(dǎo)電材 料，例如銅制成。這對(duì)圖2的短路區(qū)域225具有相似的影響。為簡(jiǎn)化 附圖，未顯示反對(duì)稱饋電器，然而，可以使用圖2所示的一個(gè)這樣的 饋電器。在貼片的相對(duì)側(cè)面上，饋電器探針或環(huán)被耦合到諧振貼片并 通過信號(hào)源被饋入?？梢允褂闷渌侂娖魈结樆颦h(huán)230以激發(fā)正交極 化。仍舊根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖8說明了具有階躍降低的間隙區(qū)域840的貼片天線800的橫切面。在該實(shí)施例中，貼片輻射體820 可以具有方形或圃形形狀。然而，在其他實(shí)施例中，可以使用不同形 狀的貼片。貼片輻射體820被布置于接地平面810(未顯示支持物)上 方的位置。形成貼片輻射體820以具有位于貼片輻射體820的下表面 內(nèi)的中心區(qū)域840，中心區(qū)域840比貼片輻射體820的其余部分更加 緊密地與接地平面810間隔開。該區(qū)域840優(yōu)選為固體導(dǎo)電材料。在 該實(shí)施例中，貼片輻射體840的中心區(qū)域840在形狀上是圓柱形的并 可以由導(dǎo)電材料，例如銅制成。這對(duì)圖2的短路區(qū)域225具有相似的 影響。為簡(jiǎn)化附圖，未顯示反對(duì)稱饋電器，然而，可以使用圖2所示 的一個(gè)這樣的饋電器。在貼片的相對(duì)側(cè)面上，饋電器探針或環(huán)被耦合 到諧振貼片并通過信號(hào)源被饋入?？梢允褂闷渌侂娖魈结樆颦h(huán)230 以激發(fā)正交極化。已經(jīng)描述了貼片天線和用于控制諧振的、雙極化的貼片天線束寬 的方法。就本發(fā)明而言，在不偏離本發(fā)明的范疇和精神實(shí)質(zhì)的情況下， 可以進(jìn)行修改和/或替代，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見 的。
權(quán)利要求
1.具有降低的束寬的貼片天線，包括接地平面；貼片輻射體，懸于所述接地平面上方，其中所述貼片輻射體的中心區(qū)域與接地短路；以及饋電器，關(guān)于貼片輻射體中心對(duì)稱地布置并且它激發(fā)反相的所述貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，所述饋電器在所述中心區(qū)域外部的位置處被耦合到所述貼片輻射體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的貼片天線，進(jìn)一步包括導(dǎo)電元件，將所述 貼片輻射體的所述中心區(qū)域與所述接地平面耦合以使所述中心區(qū)域 短路以提供所述貼片輻射體的希望的諧振頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的貼片天線，其中所述導(dǎo)電元件在形狀上為 圓柱形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的貼片天線，其中所述導(dǎo)電元件在形式上為 實(shí)心或管狀，或者包括位于貼片和接地平面之間的數(shù)個(gè)離散的連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的貼片天線，其中至少一個(gè)微波傳輸帶或帶 狀線板實(shí)現(xiàn)所述的導(dǎo)電元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的貼片天線，其中至少一個(gè)微波傳輸帶或帶 狀線板實(shí)現(xiàn)所述的饋電器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的貼片天線，進(jìn)一步包括兩個(gè)交叉的微波傳輸帶或帶狀線板。
8. 具有降低的束寬的貼片天線，包括接地平面；貼片輻射體，懸于所述接地平面上方；導(dǎo)體，被耦合到所迷接地平面和所述貼片輻射體中的一個(gè)，被置躍降低的中心區(qū)域；以及饋電器，關(guān)于貼片輻射體中心對(duì)稱地布置并且激發(fā)反相的所述貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，所述饋電器在所述階躍降低的中心區(qū)域外部 的位置處被耦合到所述貼片輻射體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或8的貼片天線，其中所述貼片輻射體的輻 射邊緣之間的距離被增加，以在保持諧振結(jié)構(gòu)的同時(shí)減小所述貼片輻 射體的束寬。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或8的貼片天線，其中所述貼片輻射體具有 圓形、方形或其他的對(duì)稱形狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或8的貼片天線，進(jìn)一步包括串聯(lián)電容和阻 抗變換器以提供寬帶雙調(diào)諧結(jié)構(gòu)。
12. 用于控制諧振、雙極化貼片天線的束寬的方法，所述方法包 括以下步驟將懸于接地平面上方的貼片輻射體的中心區(qū)域短路于所述天線 的所述接地平面；以及利用關(guān)于貼片輻射體中心對(duì)稱地布置的饋電器，對(duì)稱地饋入信號(hào) 并激發(fā)反相的所述貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，所述饋電器被耦合到所 述中心區(qū)域外部的位置處的所述貼片輻射體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中導(dǎo)電元件將所述貼片輻射體 的所述中心區(qū)域與所述接地平面耦合以將所述中心區(qū)域短路以提供 所述貼片輻射體的希望的諧振頻率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述導(dǎo)電元件在形狀上為圓柱形。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述導(dǎo)電元件在形式上為實(shí) 心或管狀，或包括位于貼片和接地平面之間的數(shù)個(gè)離散的連接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中至少一個(gè)微波傳輸帶或帶狀 線板實(shí)現(xiàn)所述的導(dǎo)電元件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中至少一個(gè)微波傳輸帶或帶狀 線板實(shí)現(xiàn)所述的饋電器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17的方法，其中所述導(dǎo)電元件或者所述 饋電器或者兩者都包括兩個(gè)交叉的微波傳輸帶或帶狀線板。
19. 用于控制諧振、雙極化的貼片天線的束寬方法，該方法包括 以下步驟利用被耦合到接地平面和所述貼片輻射體中的 一個(gè)的導(dǎo)體，提供 貼片輻射體的階躍降低的中心區(qū)域，所述貼片輻射體懸于所述接地平 面上方，以及所述導(dǎo)體被置于所述接地平面和所述貼片輻射體之間； 以及利用關(guān)于貼片輻射體中心對(duì)稱地被布置的饋電器，對(duì)稱地饋入信 號(hào)并激發(fā)反相的所述貼片輻射體的相對(duì)的側(cè)面，所述饋電器被耦合到 所述階躍降低的中心區(qū)域外部的位置處的所述貼片輻射體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12或18的方法，其中所述貼片輻射體的輻射 邊緣之間的距離被增加，以在保持諧振結(jié)構(gòu)的同時(shí)減小所述貼片輻射 體的束寬。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12或18的方法，其中所述貼片輻射體具有圓 形、方形或其他的對(duì)稱形狀。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12或18的方法，其中所述貼片天線進(jìn)一步包 括串聯(lián)的電容和阻抗變換器，以提供寬帶雙調(diào)諧結(jié)構(gòu)。
全文摘要
具有降低的束寬的貼片天線(200)，以及用于控制諧振、雙極化的貼片天線(200)的束寬方法。天線(200)包括接地平面(210)、貼片輻射體(220)、導(dǎo)電元件和非對(duì)稱饋電器(230)。貼片輻射體(220)懸于接地平面(210)上方，其中貼片輻射體(220)的中心區(qū)域(225)與接地短路。關(guān)于貼片輻射體(220)中心對(duì)稱地布置饋電器(230)，并激發(fā)反相的貼片輻射體(220)的相對(duì)的側(cè)面。饋電器(230)被耦合到中心區(qū)域(225)外部的位置處的貼片輻射體(220)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK101258642SQ200680028446
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者彼得·J·利弗西奇, 貝文·B·瓊斯 申請(qǐng)人:澳科思科技(澳大利亞)有限公司