專(zhuān)利名稱(chēng)：天線裝置及應(yīng)用的制作方法
天線裝置及應(yīng)用
本發(fā)明從一種由被裝配到導(dǎo)電面上的導(dǎo)電圓柱體組成的天線裝置 出發(fā)。
可簡(jiǎn)單且緊湊建立的天線尤其是有利于接收如SDARS或者GPS那 樣的衛(wèi)星業(yè)務(wù)。輻射特性、也就是天線方向圖必須附加地對(duì)不同業(yè)務(wù) 的要求是可調(diào)節(jié)的。如今通常使用既可以緊湊地和成本有利地制造又 可以提供對(duì)于衛(wèi)星業(yè)務(wù)所要求的(左旋/右旋圓)極化的貼片天線
(Patch-Antennen)。在這種類(lèi)型的天線中，在0°到10°之間的仰角 下附加接收垂直極化信號(hào)大多由于過(guò)小的增益而失敗。
諸如貼片天線的目前所采用的天線通常具有以下特性這些天線 在天頂(90°仰角)擁有最大增益，該最大增益向小的仰角迅速下降。但 是，在若干系統(tǒng)中適宜的是，將最大增益向更小的仰角偏移(偏移30°)， 以致在邊緣區(qū)中也有足夠的增益可供使用。例如，這在對(duì)地靜止的衛(wèi) 星系統(tǒng)中是適宜的，這些衛(wèi)星系統(tǒng)由于其軌道變化曲線而只在小的仰 角下可以供給其供電范圍。由這些低的仰角，大多也產(chǎn)生了在如城市 或者山區(qū)那樣的屏蔽區(qū)域中的接收問(wèn)題。為了仍然實(shí)現(xiàn)接收，采用了 工作在相同頻率范圍中但是(垂直)使用另一種極化的中繼器
(Repeater )。
從US 6, 304, 224 Bl中公知了 一種帶有長(zhǎng)方體形殼體的天線，其 中在外墻中具有十字槽結(jié)構(gòu)。折疊的空腔諧振器相對(duì)于十字槽結(jié)構(gòu)位 于另一外墻中，其中，由于折疊，可以達(dá)到小于工作波長(zhǎng)一半的外觀 尺寸。這實(shí)現(xiàn)了具有精密圓極化的高功率輻射。

發(fā)明內(nèi)容
利用權(quán)利要求1的措施，也就是說(shuō)在圓柱體的背向?qū)щ娒娴亩嗣?上設(shè)置了徑向槽，由徑向槽所構(gòu)成的扇形體或者槽本身單個(gè)地被饋電， 在小于工作波長(zhǎng)一半的區(qū)域中選擇圓柱體的高度，以致輻射特性在圓 柱軸之外的區(qū)域中比在圓柱軸的區(qū)域中具有更高的天線增益，尤其是 在垂直極化的情況下，能在0°到10°之間的低仰角下達(dá)到高的天線增 益。視所選擇的圓柱體的高度而定，仰角范圍中的增益可以被調(diào)節(jié)來(lái)
以致在低仰角的情況下提升該增益，另一方面，除了左旋圓極化之外，
在相同的端口上，在09到3(T之間的非常低的仰角下，根據(jù)本發(fā)明的天 線也提供垂直分量的高的增益.通過(guò)將天線建立在具有高的介電常數(shù) 的村底上和/或利用這樣的材料來(lái)包圍該天線，可以進(jìn)一步降低下面所 說(shuō)明的天線的尺寸。


借助附圖闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的、在圓柱體端面中具有槽的天線的結(jié)構(gòu)，
圖2利用電流分布圖示出了相同的天線，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的饋電網(wǎng)絡(luò)，
圖4示出了用于激勵(lì)天線結(jié)構(gòu)的電阻耦合，
圖5示出了用于激勵(lì)天線的場(chǎng)耦合，
圖6示出了在左旋圓極化時(shí)針對(duì)不同圓柱體高度的、天線方向圖
與仰角的相關(guān)性，
圖7示出了在左旋圓極化時(shí)天線方向圖與方位角的相關(guān)性，
圖8示出了在垂直極化時(shí)天線方向圖與仰角的相關(guān)性，
圖9示出了一種根據(jù)本發(fā)明的具有被延長(zhǎng)超出圓柱體邊緣的槽的
天線，
圖IO示出了一種根據(jù)本發(fā)明的天線裝置，其中，圃柱體的邊界朝 輻射方向突出槽的平面，
圖11示出了一種具有凹口的如圖10中的天線裝置，這些凹口在 槽的區(qū)域中的突出槽平面的邊界中，
圖12示出了一種天線裝置，用相對(duì)介電常數(shù)高的材料填充該天線 裝置的圓柱體，
圖13示出了一種天線裝置，用相對(duì)介電常數(shù)高的材料填充以及包 圍該天線裝置的圓柱體，
圖14示出了一種在圓柱體端面中具有附加槽的天線裝置， 圖15示出了一種在圓柱形外殼中具有附加槽的天線裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了按照本發(fā)明的天線裝置的構(gòu)造。金屬導(dǎo)電圓柱體被裝
配或被安放到金屬導(dǎo)電面1上。該圓柱體2在其背向?qū)щ娒?的端面 上具有徑向槽3,在圖1的實(shí)施例中，這些槽3被構(gòu)造為互相垂直布置 的矩形十字槽，這些十字槽從圓柱體2的中軸直至朝端面的外邊界走 向.由槽3所構(gòu)成的扇形體4單個(gè)地被饋電。饋電點(diǎn)5位于槽的交叉 點(diǎn)附近，即位于圓柱軸附近.
圖2利用附加的電流分布圖示出了與圖l相同的天線裝置，其中， 通過(guò)灰度梯度可以識(shí)別強(qiáng)度。
在小于工作波長(zhǎng)一半的區(qū)域中，圓柱體的高度被選擇來(lái)以致在圓 柱軸之外的區(qū)域中、尤其是在外邊緣上，輻射特性具有比在圓柱軸的 區(qū)域中更高的天線增益。這具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)圓柱體的邊界來(lái)影響 低仰角下的增益，以致可以調(diào)整天線方向圖的仰角范圍。
在圖6和7中示出了不同裝置的天線方向圖。在此，已以理想的 匹配為前提。針對(duì)圓柱體的不同高度，圖6根據(jù)仰角6(方位角0) =90°) 示出了左旋圓極化時(shí)的天線方向圖。對(duì)于h = 9.1 mm的情況，在仰角 6 = 20° (或160°)時(shí)，圖7根據(jù)方位角示出了天線方向圖。LHCP代 表了左旋極化分量，而RHCP代表了右旋極化分量。能明顯識(shí)別通過(guò) 高度的減小可以提高在外部區(qū)域中的增益，并且可以降低在天頂(0 = 90°)的增益。該構(gòu)思總共具有約7咖的微小的結(jié)構(gòu)高度。相反，橫向 尺寸位于半個(gè)波長(zhǎng)(入/2=64咖)的數(shù)量級(jí)。用于不僅降低橫向尺寸而 且降低高度的可能性例如在于如圖12所示出的那樣，在圓柱體中采 用具有高介電常數(shù)的陶瓷材料6?？商鎿Q地或者附加地，也可以利用介 電材料7包圍天線結(jié)構(gòu)(圖13)。通過(guò)可以將槽3根據(jù)圖9延長(zhǎng)到圓 柱體的邊緣區(qū)中，給出另一影響量。在槽3的區(qū)域中，可以將凹口 8 設(shè)置在邊界中。圓柱體的附加邊界9也可能超出槽3的平面，以致圓 柱體2的邊界朝輻射方向突出槽3的平面。在邊界9中，同樣可以將 凹口 IO設(shè)置在槽3的區(qū)域中(圖11)。通過(guò)這些措施可以影響天線方 向圖的仰角范圍，以致強(qiáng)調(diào)天線方向圖的邊緣區(qū)中的增益。此外，還 可以非常簡(jiǎn)單和成本有利地實(shí)施該構(gòu)思。如圖14和15所示的那樣， 可以在圓柱體2中布置其它同樣為矩形的槽，以便覆蓋其它的頻率范 圍和/或激勵(lì)極化。在圖14中，在端面中設(shè)置了附加的徑向槽11，而 在圖15中在外殼中設(shè)置了槽12。在圖8中示出了在方位角(D =90° 時(shí)，在仰角6上的垂直極化的增益g。該信號(hào)可以要么同樣在圖3中所
畫(huà)入的端口 Pl上被量取，要么在與端口 Pl去耦的端口 P2上被量取。 能明顯識(shí)別對(duì)于較小仰角的增益g的希望的上升。
通過(guò)四個(gè)相移90。的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的激勵(lì)(圖1和2示出了激勵(lì) 點(diǎn)5)，這些信號(hào)通過(guò)諸如在圖3中所示出的饋電網(wǎng)絡(luò)13來(lái)產(chǎn)生。在 這種情況下，通過(guò)與90°迂回線路(Umwegleitung)相組合地來(lái)使用三 個(gè)3dB混合器1-3而產(chǎn)生這4個(gè)信號(hào)。在接收情況下，可以交互地在 輸入端(圖3:端口 Pl)上量取該進(jìn)行接收的左旋圓極化信號(hào)。通過(guò) 改變饋電網(wǎng)絡(luò)13或者互換天線輸入，在相同的天線結(jié)構(gòu)中也能接收右 旋圓極化場(chǎng)。在圖3中用R標(biāo)識(shí)終端電阻。
可以以由文獻(xiàn)公知的不同方式來(lái)執(zhí)行信號(hào)向天線結(jié)構(gòu)的輸送。例 如在圖1中示出了直接激勵(lì)的接觸部位5。在這種情況下，根據(jù)圖4， 借助導(dǎo)線14,與被布置在導(dǎo)電面1之下的饋電網(wǎng)絡(luò)13絕緣地使信號(hào)通 過(guò)導(dǎo)電面1,并且將這些信號(hào)直接輸送給接觸部位(歐姆接觸)。除了 槽寬度之外，還可以將激勵(lì)的位置(圖1: R-A)用于調(diào)節(jié)天線阻抗。 此外，還可以影響天線的輸入阻抗，其方式是可替換地通過(guò)場(chǎng)耦合來(lái) 激勵(lì)天線。在圖5中，通過(guò)俯視圖示意性地詳細(xì)示出了該場(chǎng)耦合。在 此，不同的陰影線表明了圓柱體之內(nèi)的不同高度(位置)。通過(guò)四個(gè) 在末端上開(kāi)放的導(dǎo)線15來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)耦合，這些導(dǎo)線15在槽3之下垂直 于這些槽3分布。通過(guò)場(chǎng)的過(guò)臨界耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)。通過(guò)改變開(kāi)放的 導(dǎo)線15的導(dǎo)線寬度和長(zhǎng)度，以及通過(guò)改變槽3與導(dǎo)線15之間的間距， 可以在很大程度上影響天線的輸入阻抗。箭頭指明了導(dǎo)線的激勵(lì)。在 圖5中，在導(dǎo)線激勵(lì)裝置和與槽3重疊的導(dǎo)線段之間，例如以用于將 天線阻抗與導(dǎo)線阻抗相匹配的分支(Stichleitung)的形式示出了適 配器14。即使在直接耦合時(shí)也可以設(shè)置這樣的適配器。
權(quán)利要求
1.天線裝置，其由被安放到導(dǎo)電面(1)上的導(dǎo)電圓柱體(2)組成，該天線裝置具有以下特征-在圓柱體(2)的背向?qū)щ娒?1)的端面上設(shè)置徑向槽(3)，-由徑向槽(3)所構(gòu)成的扇形體(4)或者槽本身單個(gè)地被饋電，-在小于工作波長(zhǎng)一半的區(qū)域中，圓柱體(2)的高度被選擇來(lái)以致輻射特性在圓柱軸之外的區(qū)域中比在圓柱軸的區(qū)域中具有更高的天線增益。
2. 按權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，實(shí)現(xiàn)饋電來(lái)使得 出現(xiàn)了圓極化。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的天線裝置，其特征在于，所述槽(3) 被延長(zhǎng)超出了圓柱體(2 )的邊緣。
4. 按權(quán)利要求1至3之一所述的天線裝置，其特征在于，圓柱體 (2)的邊界(9)朝輻射方向突出槽的平面。
5. 按權(quán)利要求4所述的天線裝置，其特征在于，在槽(3)的區(qū)域 中，凹口 (8)被設(shè)置在邊界中。
6. 按權(quán)利要求1至5之一所述的天線裝置，其特征在于，實(shí)現(xiàn)饋 電來(lái)使得代替圓極化或者除了圓極化之外出現(xiàn)了垂直極化。
7. 按權(quán)利要求1至6之一所述的天線裝置，其特征在于，在圓柱 體(2)中，設(shè)置了用于激勵(lì)在其它頻率范圍中的輻射和/或極化的其 它槽(11, 12)。
8. 按權(quán)利要求1至7之一所述的天線裝置，其特征在于，所述槽 (3， 11, 12)被構(gòu)造成矩形。
9. 按權(quán)利要求1至8之一所述的天線裝置，其特征在于，設(shè)置了 長(zhǎng)度分別為圓柱體直徑的兩個(gè)互相垂直布置的槽(3)。
10. 按權(quán)利要求1至9之一所述的天線裝置，其特征在于，通過(guò)歐 姆接觸將扇形體(4)的饋電點(diǎn)(5)與饋電網(wǎng)絡(luò)(13)相連接。
11. 按權(quán)利要求1至10之一所迷的天線裝置，其特征在于，通過(guò) 場(chǎng)耦合能激勵(lì)槽(3 )。
12. 按權(quán)利要求11所述的天線裝置，其特征在于，為了通過(guò)場(chǎng)耦 合激勵(lì)槽(3)，設(shè)置了使要激勵(lì)的槽(3)交叉的耦合導(dǎo)線(15)。
13. 按權(quán)利要求1至12之一所述的天線裝置，其特征在于，為了從唯一的高頻源出發(fā)來(lái)進(jìn)行饋電，在導(dǎo)電面(l)之下設(shè)置饋電網(wǎng)絡(luò)(13)，該饋電網(wǎng)絡(luò)(13)通過(guò)歐姆接觸和相對(duì)應(yīng)地通過(guò)導(dǎo)電面(1) 而與每個(gè)扇形體(4)的饋電點(diǎn)(5)和/或耦合導(dǎo)線相連接。
14. 按權(quán)利要求10至13之一所述的天線裝置，其特征在于，為了 將高頻源的能量分配到扇形體(4)和/或用于所希望的輻射的耦合導(dǎo) 線上，所述饋電網(wǎng)絡(luò)(13)具有必要時(shí)與90°迂回線路相組合的3dB混 合器.
15. 按權(quán)利要求1至15之一所述的天線裝置，其特征在于，利用 相對(duì)介電常數(shù)大于1的材料來(lái)填充所述圓柱體(2)和/或由該材料來(lái) 包圍所述圓柱體(2)。
16. 按權(quán)利要求1至15之一所述的天線裝置的應(yīng)用，其不僅用于 進(jìn)行輻射又用于進(jìn)行接收，其中，設(shè)置了 3dB混合器，用于在發(fā)送路 徑和接收路徑之間分開(kāi)。
全文摘要
在天線裝置中設(shè)置了被安放到導(dǎo)電面(1)上的導(dǎo)電圓柱體(2)。在圓柱體(2)的端面中設(shè)置了徑向槽(3)。在小于工作波長(zhǎng)一半的區(qū)域中，圓柱體(2)的高度被選擇來(lái)以致輻射特性在圓柱軸之外的區(qū)域中比在圓柱軸的區(qū)域中具有更高的天線增益。
文檔編號(hào)H01Q13/10GK101346854SQ200680049457
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2006年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
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