專利名稱：補(bǔ)片散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線單元，更具體地涉及背腔式縫隙反饋天線元件
(cavity backed slot fed antenna elements)中的補(bǔ)片散熱器(patch radiator )。
背景技術(shù)：
在諸如可以用于蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)基站的波束成形的或易操縱的天線 系統(tǒng)中，天線可以由一個相同天線元件的陣列組成。
在一種被稱作背腔式、縫隙反饋雙極化補(bǔ)片元件這樣的設(shè)計(jì)中， 天線元件以從該散熱元件的背部到前部的順序包括腔結(jié)構(gòu)、雙端饋電 網(wǎng)絡(luò)、 一對縫隙以及補(bǔ)片散熱器。
該腔確保所有的散熱能量從該天線元件的前部出現(xiàn)。
該雙端饋電網(wǎng)絡(luò)主要用于提供必要的場，以通過激勵該補(bǔ)片散熱 器上適當(dāng)?shù)膱鼋Y(jié)構(gòu)來驅(qū)動該縫隙元件。
該縫隙反過來激勵用于雙極化補(bǔ)片元件的必要的場。
該補(bǔ)片散熱器是該天線元件的有源或散熱部件。該補(bǔ)片散熱器的 尺寸和構(gòu)造對該天線元件的工作特性具有重要影響。
然而，在波束成形的天線陣列中，相鄰行和/或列的中心之間的間 距對性能施加約束。例如，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，超過陣列間 距閾值最大值可能在散熱信號中引入光柵波瓣，這通常是不合需要的。 作為示例性的經(jīng)驗(yàn)法則，陣列元件可以被限制到在方位平面內(nèi)不多于 0. 5倍波長間距以及在高度平面內(nèi)不多于0. 8倍波長間距。通常認(rèn)為 在高度平面內(nèi)更大的波長間距是可接受的，因?yàn)?一般電子束的窄波束 寬度和低傾斜角提供幫助以便不合需要的光柵波瓣不能形成。
不考慮性能含義，通常期望優(yōu)化陣列元件間距，從而產(chǎn)生具有與 所需散熱方向圖一致的小物理覆蓋區(qū)的天線陣列。
因而，應(yīng)小心設(shè)計(jì)補(bǔ)片散熱器，該補(bǔ)片散熱器在滿足散熱元件的 各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時提供令人滿意的性能。例如，普遍認(rèn)為，對于雙極化元件來說，兩極化設(shè)定為+/-45° 。這通常意味著，正方形補(bǔ)片散 熱器朝向沿相對于該陣列的對角線的方向。
同樣，天線元件應(yīng)被設(shè)計(jì)用于提供合適的頻帶寬度以適應(yīng)它針對 的應(yīng)用。
如果沒有被電磁場計(jì)算嚴(yán)格證明，至少在通俗或經(jīng)驗(yàn)的意義上， 通常應(yīng)理解，對于由具有內(nèi)角不小于180°的多邊形形狀限定的補(bǔ)片來 說，工作頻率由補(bǔ)片元件的周長決定。因此，為了最小化補(bǔ)片的物理 尺寸，通常優(yōu)選相對于封閉周長最大化所封閉的面積。同樣，已成功 使用的通常的補(bǔ)片形狀包括正方形或矩形補(bǔ)片，如圖1A所示。其他補(bǔ) 片形狀包括圓形補(bǔ)片，如圖1B所示。
至少在經(jīng)驗(yàn)的意義上，通常也應(yīng)理解，作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，此類補(bǔ)片 的EM特性限制補(bǔ)片周長在長度上可以約為1.5倍波長。
另一方面，已發(fā)現(xiàn)，從補(bǔ)片形狀內(nèi)部去除一些補(bǔ)片材料對其EM特 性具有改善作用，以使得作為經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，可以將補(bǔ)片周長在長度上減 少到l. Q倍波長。明顯地，這對天線設(shè)計(jì)者具有益處，該天線設(shè)計(jì)者 受約束以盡可能地最小化天線陣列的元件之間的間距。
后面的評論已產(chǎn)生第二代補(bǔ)片散熱器，其中該補(bǔ)片元件的內(nèi)部環(huán) 形區(qū)域采用外周的形狀，以使得內(nèi)部環(huán)形區(qū)域和外周之間的材料量保 持不變。因此，例如，示例性的常規(guī)環(huán)形補(bǔ)片散熱器可以是正方形， 具有相應(yīng)的去除導(dǎo)電材料的正方形內(nèi)部環(huán)形區(qū)域，如圖1C所示。對于 這類環(huán)形補(bǔ)片來說，已知中心頻率分別與內(nèi)周長和外周長成反比。另 一實(shí)例可以是圓形形狀的補(bǔ)片，具有去除材料的內(nèi)部圓環(huán)形區(qū)域，如 圖1D所示。
內(nèi)部環(huán)形區(qū)域和外周之間形狀的相似性確保當(dāng)沿其周長的外部前 進(jìn)時在散熱器中有相對不變量的材料。
然而，已發(fā)現(xiàn)，閾值上頻率限值傾向于正比于由內(nèi)部環(huán)形區(qū)域限 定的去除材料的面積和這樣的內(nèi)部環(huán)形區(qū)域的周長的比值而增加。因 此，需要一種改進(jìn)的補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，其最大化上頻率限值并同時最 小化下頻率限值。在這方面，本發(fā)明基本上滿足該需要
發(fā)明內(nèi)容
因此，期望提供一種補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，其最大化上頻率限值并同 時最小化下頻率限值。
又期望提供一種補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，其是緊湊的以使得利于其他天 線設(shè)計(jì)約束。
本發(fā)明通過提供一種環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型而實(shí)現(xiàn)了這些目的，在該構(gòu)型
中補(bǔ)片元件的中心區(qū)域沒有材料，從而該中心區(qū)域具有與該補(bǔ)片元件
的外周的形狀不同的形狀。
雖然當(dāng)沿其周長的外部前進(jìn)時這在散熱器中的材料量上引入差
異，但是已發(fā)現(xiàn)，作為經(jīng)驗(yàn)上的關(guān)系，閾值上頻率限值傾向于正比于
比值而增加。
換句話說，當(dāng)內(nèi)部環(huán)形周長減小時，上頻率限值界限傾向于提高。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的第一主要方面，公開了一種用于天線元件 的補(bǔ)片散熱器，包括平板形導(dǎo)電材料的環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域由圍繞 內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸由絕緣材料制成的支撐結(jié)構(gòu)，其中該散 熱器的外周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是大的，以及其中該散熱器 的內(nèi)周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是小的。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的第二主要方面，公開了一種用于天線元件 的補(bǔ)片散熱器，包括平板形導(dǎo)電材料的環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域由圍繞 內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸由絕緣材料制成的支撐機(jī)構(gòu)，其中該內(nèi) 周具有與該外周的構(gòu)型不同的構(gòu)型。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的第三主要方面，公開了一種用于天線元件 的補(bǔ)片散熱器，包括平板形非導(dǎo)電可印刷材料的環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū) 域由圍繞內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸絕緣材料的支撐結(jié)構(gòu)，其中該 散熱器的外周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是大的，以及其中該散熱 器的內(nèi)周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是小的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供一種改進(jìn)的補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，該構(gòu)型 通過提供一種環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型，最大化上頻率限值并同時最小化下頻率 限值，在該環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型中該補(bǔ)片元件的中心區(qū)域沒有材料，從而該 中心區(qū)域具有與該補(bǔ)片元件的外周的形狀不同的形狀。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，它提供一種改進(jìn)的補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，該構(gòu)型是緊湊的以使得利于其他天線設(shè)計(jì)約束。


現(xiàn)在將參照以下附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中在不同附圖中的相同參考標(biāo)號表示相同元件，以及其中圖1A-1D示出了用在波束成形的或者易操縱的天線系統(tǒng)中的常規(guī)補(bǔ)片散熱器的各種實(shí)施方案；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的用在波束成形的或者易操 縱的天線系統(tǒng)中的補(bǔ)片散熱器；以及圖3是合成極化天線陣列的局部分解圖，并且該天線陣列利用圖 2所示的補(bǔ)片散熱器的實(shí)施方案。
具體實(shí)施方式
如在本領(lǐng)域中已知的，以及如上記載的，補(bǔ)片散熱器是天線元件 中的有源或散熱部件。在本領(lǐng)域中也眾所周知，在交叉的縫隙反饋雙 極化天線元件中，經(jīng)常設(shè)置補(bǔ)片散熱器以加強(qiáng)散熱能量，該散熱能量 由于兩極化之間的任何交叉耦合可以變得衰減或者削弱。通常，補(bǔ)片散熱器是環(huán)形的，并且可以通過使用諸如載銀油墨的 高導(dǎo)電油墨、或者在微波質(zhì)量的印刷電路板上的蝕刻銅或者由塑料隔 板懸掛的固態(tài)金屬被絲網(wǎng)印刷在諸如聚碳酸酯的基底上。圖1A至1D 圖示了常規(guī)補(bǔ)片散熱器或補(bǔ)片元件的各種可能的實(shí)例。如圖1A至1D 所示，補(bǔ)片散熱器270可以包括被印刷在支撐板結(jié)構(gòu)IOO上的補(bǔ)片元 件110，該支撐板結(jié)構(gòu)100通過安裝孔120安裝在天線元件的其余部 分上。可選地，補(bǔ)片元件110的中心區(qū)域可以沒有材料130,如圖1C 和1D所示。在圖1C和1D中示出的實(shí)例中，可以看出，補(bǔ)片元件的內(nèi) 部環(huán)形區(qū)域采取外周的形狀，以使得內(nèi)部環(huán)形區(qū)域和外周之間的材料 量保持不變，從而知道中心頻率分別與內(nèi)周長和外周長成反比。然而，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的補(bǔ)片散熱器構(gòu)型，其通過提供一種 環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型最大化上頻率限值并同時最小化下頻率限值，在該環(huán)形 補(bǔ)片構(gòu)型中去除材料的內(nèi)部區(qū)域與外周的形狀不同。圖2示出了本發(fā)明的補(bǔ)片元件的總體布置。補(bǔ)片元件210被印刷在通過安裝孔220安裝在天線元件上的支撐板結(jié)構(gòu)200上。在圖2中 可以看出，補(bǔ)片元件210的中心區(qū)域沒有材料230，并且該沒有材料 的中心區(qū)域具有與補(bǔ)片元件210的外周的形狀不同的形狀。在一個優(yōu) 選實(shí)施方案中，補(bǔ)片散熱器的外周長大致等于天線陣列的工作波長的 長度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，所封閉的面積大小作為多邊形周 長的函數(shù)通常隨著等長邊的數(shù)目而增加。因此，理論上，圓形最大化 了作為其周長的函數(shù)的封閉面積，而三角形最小化了其作為周長的函 數(shù)封閉的面積。優(yōu)選地，外周和內(nèi)周具有不大于180°的內(nèi)角。更優(yōu)選地，外周和 內(nèi)周為等邊多邊形，即，具有等長的邊和等角的多邊形。然而，因?yàn)檠a(bǔ)片元件用于雙極化的天線元件，優(yōu)選地多邊形具有 互相垂直的軸線。因此，最小的合適的多邊形可以是正方形。因此，如圖2所示，合適的補(bǔ)片元件的一個示例性結(jié)構(gòu)包括補(bǔ)片 元件210,其具有正方形外周，封閉去除材料的中心圓形區(qū)域230。支撐板結(jié)構(gòu)200可以使用諸如泡沫、薄片或合成絕緣材料的多種 材料而制成。合適的泡沫絕緣體可以包括聚苯乙烯、聚亞安酯或其混 合物。合適的薄片絕緣體可以包括聚苯乙烯、聚碳酸脂、凱夫拉爾⑧、 邁拉⑧或者其混合物。合適的合成絕緣體可以包括Duroid⑧、Gtek⑧、 FR-4⑧或者其混合物。替換的支撐結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是已知的， 并且應(yīng)完全理解這些可以4皮替代。補(bǔ)片元件210被印刷或結(jié)合到該支撐結(jié)構(gòu)上，該補(bǔ)片元件可由諸 如銅、鋁或銀的導(dǎo)電材料制成。也可能被使用以及對本領(lǐng)域技術(shù)人員 顯而易見的其他材料包括鐵、黃銅、錫、鉛、鎳、金或其混合物。使 用合適的高導(dǎo)電性油墨，它也可以諸如通過絲網(wǎng)印刷被印刷到絕緣材 料的支撐結(jié)構(gòu)上?？磥硌a(bǔ)片元件的性能隨著補(bǔ)片材料的導(dǎo)電性而改進(jìn)。因此，優(yōu)選 地，補(bǔ)片元件由諸如黃銅薄片的平面形導(dǎo)電材料制成。替代地，補(bǔ)片元件可以由諸如聚碳酸脂的非導(dǎo)電可印刷的材料構(gòu)的圖案:'優(yōu)選地;用諸如載銀油墨的高導(dǎo)電油墨，以降低制造成本以及增加產(chǎn)量。也可以使用不同導(dǎo)電性的其他油墨，諸如載金油墨、載 錫油墨、載鋁油墨、載黃銅油墨或其混合物，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的。參照圖3，提供了一種合成極化的天線元件的實(shí)例的分解圖，并 且示出了利用本發(fā)明的補(bǔ)片散熱器270。這樣的天線元件包括附加組 件以及在基底360上的本發(fā)明的補(bǔ)片散熱器270，相關(guān)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員可以使用這些附加組件以結(jié)合這樣的補(bǔ)片散熱器實(shí)施和利用， 這些附加組件即，以從該散熱元件的后部到前部的順序，腔結(jié)構(gòu)310、 雙端饋電網(wǎng)絡(luò)330 (以虛線輪廓表示)、雙面印刷電路板320、 一對交 叉縫隙340、多個滅磁指狀物390。雙端饋電網(wǎng)絡(luò)以及雙縫隙主要用來 提供磁場，以通過激勵在補(bǔ)片散熱器270上的適當(dāng)?shù)膱鼋Y(jié)構(gòu)來驅(qū)動補(bǔ) 片散熱器270。應(yīng)理解，雙端饋電網(wǎng)絡(luò)在圖3中以虛線輪廓表示，因 為該雙端饋電網(wǎng)絡(luò)330和縫隙340被安裝在由腔結(jié)構(gòu)310支撐的雙面 印刷電路板320的相反面，其中該雙端饋電網(wǎng)絡(luò)330布置在該雙面印 刷電路板320的表面并朝向腔結(jié)構(gòu)310的內(nèi)部，而縫隙340朝向補(bǔ)片 散熱器270。在圖3示出的實(shí)例中，并且對本領(lǐng)域4支術(shù)人員顯而易見 的是，多個滅磁指狀物390被構(gòu)造到腔結(jié)構(gòu)310中，并且用來支撐雙 面印刷電路板320以及在其上的補(bǔ)片散熱器370，該指狀物390設(shè)在 腔結(jié)構(gòu)310的其中四邊上以控制和限制元件之間的4壬何相互耦合?？紤]到本說明書中所公開的本發(fā)明的詳細(xì)說明和實(shí)踐，與本發(fā)明 一致的其他實(shí)施方案會變得顯而易見。因此，本說明書中所公開的詳細(xì)說明和實(shí)施方案應(yīng)i人為僅是示例 性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求所公開。
權(quán)利要求
1.一種用于天線元件的補(bǔ)片散熱器，包括平板形導(dǎo)電材料的環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域由圍繞內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸由絕緣材料制成的支撐結(jié)構(gòu)，其中該散熱器的外周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是大的，以及其中該散熱器的內(nèi)周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是小的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該外周是多邊形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的補(bǔ)片散熱器，其中該外周具有不大于180° 的內(nèi)角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的補(bǔ)片散熱器，其中該外周為等邊多邊形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的補(bǔ)片散熱器，其中該外周為正方形.
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該外周長的長度大致等于 天線陣列的工作波長。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該內(nèi)周選自由多邊形和圓 形組成的組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的補(bǔ)片散熱器，其中內(nèi)周為具有不大于180° 內(nèi)角的多邊形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的補(bǔ)片散熱器，其中該內(nèi)周為等邊多邊形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的補(bǔ)片散熱器，其中該內(nèi)周為圓形。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該導(dǎo)電材料選自由銅、鐵、 黃銅、鋁、錫、鉛、鎳、金及其混合物組成的組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該支撐結(jié)構(gòu)為泡沫絕緣材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的補(bǔ)片散熱器，其中該泡沫絕緣材料選自由 聚苯乙烯、聚亞安酯及其混合物組成的組。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該支撐結(jié)構(gòu)為薄片絕緣材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的補(bǔ)片散熱器，其中該薄片絕緣材料選自由 聚苯乙烯、聚碳酸脂、凱夫拉爾⑧、邁拉⑧及其混合物組成的組。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該支撐結(jié)構(gòu)為合成絕緣材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的補(bǔ)片散熱器，其中該合成絕緣材料選自由 Duroid 、 Gtek 、 FR-4⑧及其混合物組成的組。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的補(bǔ)片散熱器，其中該導(dǎo)電材料為導(dǎo)電油墨。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的補(bǔ)片散熱器，其中該導(dǎo)電油墨被印刷到由 絕緣材料制成的該支撐結(jié)構(gòu)上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的補(bǔ)片散熱器，其中該導(dǎo)電油墨被絲網(wǎng)印刷 到該支撐結(jié)構(gòu)上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18的補(bǔ)片散熱器，其中該導(dǎo)電油墨選自由栽4艮 油墨、載金油墨、載錫油墨、載鋁油墨、載黃銅油墨及其混合物組成 的組。
22. —種用于天線元件的補(bǔ)片散熱器，包括平板形導(dǎo)電材料的環(huán)形 區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域由圍繞內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸由絕緣材料制 成的支撐結(jié)構(gòu)，其中該內(nèi)周具有與該外周的構(gòu)型不同的構(gòu)型。
23. —種用于天線元件的補(bǔ)片散熱器，包括平板形非導(dǎo)電可印刷材 料的環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域由圍繞內(nèi)周的外周限定，該內(nèi)周接觸由絕 緣材料制成的支撐結(jié)構(gòu)，其中該散熱器的外周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是大的，以及 其中該散熱器的內(nèi)周長相對于由其封閉的區(qū)域面積是小的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的補(bǔ)片散熱器，其中導(dǎo)電油墨被絲網(wǎng)印刷到 該非導(dǎo)電可印刷材料上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的補(bǔ)片散熱器，其中該非導(dǎo)電可印刷材料為 聚碳酸酯。
全文摘要
一種用在波束成形的或易操縱的天線系統(tǒng)中的補(bǔ)片散熱器，其通過提供一種環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型最大化上頻率限值并同時最小化下頻率限值，在該環(huán)形補(bǔ)片構(gòu)型中該補(bǔ)片元件的中心區(qū)域沒有材料，從而該中心區(qū)域具有與該補(bǔ)片元件的外周的形狀不同的形狀。此補(bǔ)片散熱器的一種可能構(gòu)型包括正方形的外形狀，封閉去除材料的中心圓形區(qū)域。以這種方式，上頻率限值閾值傾向于隨著該內(nèi)部環(huán)形周長減小而增大。優(yōu)選地，該外周和內(nèi)周具有不大于180°的內(nèi)角。
文檔編號H01Q9/04GK101411027SQ200780010824
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者S·J·迪恩 申請人:田克西無線電有限公司