專利名稱：一種帶有多層結(jié)構(gòu)的天線單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有多層結(jié)構(gòu)和相似類型交錯(cuò)天線元件的天線單元，用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中發(fā)射和接收無(wú)線電信號(hào)。
有關(guān)技術(shù)說(shuō)明一種類型無(wú)線電通信是蜂窩移動(dòng)通信，其中便攜無(wú)線電單元相互或與固定單元通過(guò)地面移動(dòng)基站通信。通常在接近9000兆赫茲或1800-1900兆赫茲(MHz)頻率發(fā)射和接收信號(hào)的便攜無(wú)線電單元是公知的，例如移動(dòng)電話。
現(xiàn)在另一個(gè)無(wú)線通信類型已經(jīng)變得重要，即衛(wèi)星通信。
在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們將預(yù)見(jiàn)到通過(guò)衛(wèi)星直接與便攜無(wú)線電單元通信。衛(wèi)星能夠傳到由于缺少必要的蜂窩天線塔，基站或兼容標(biāo)準(zhǔn)使蜂窩通信不能使用地區(qū)內(nèi)的便攜無(wú)線電單元。這種衛(wèi)星通信能夠指定2吉赫茲(GHz)頻帶和20/30GHz頻帶。具有高數(shù)據(jù)率(64kbps和2Mbps)的幾個(gè)系統(tǒng)正在計(jì)劃階段。
該系統(tǒng)的衛(wèi)星可以是不同類型的，諸如GEO(對(duì)地靜止地球軌道)，ICO(中間圓形軌道)，LEO(低地球軌道)或HEO(高橢圓軌道)。
因?yàn)榉涓C天線通常為線性極化而衛(wèi)星天線通常為圓極化，所以認(rèn)為對(duì)于蜂窩和衛(wèi)星方式通信，不同類型的天線是必須的。進(jìn)一步的區(qū)別在于衛(wèi)星通信方式涉及方向性元件，其中當(dāng)便攜無(wú)線電單元上的衛(wèi)星天線指向衛(wèi)星時(shí)可增加鏈路余量，而蜂窩通信方式通常不具有這種方向性元件。因此，衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)是非常重要的。
具有公開(kāi)號(hào)碼5434580的美國(guó)專利描述了多頻率輻射陣列天線，該天線包括帶有第一類微帶貼片輻射元件和第二類導(dǎo)線輻射元件的復(fù)合元件。這些導(dǎo)線輻射元件穿過(guò)每個(gè)微帶貼片輻射元件中的孔連接到同軸電纜上。該發(fā)明的目的是在衛(wèi)星上提供帶有用兩個(gè)不同類型的輻射單元的單一物理表面的天線以節(jié)省重量和空間。
該陣列天線包括額外導(dǎo)線輻射元件安放在圍繞復(fù)合元件的六角形或正方形格子中。
帶有公開(kāi)號(hào)碼8213835的日本專利描述了為兩個(gè)頻率共同使用的天線。該天線包括第一和第二圓形貼片天線。該第二貼片天線在第一貼片天線之上同軸安裝。在天線之間安裝了電介質(zhì)層。在第一貼片天線之下安裝了帶有接地導(dǎo)體和濾波器元件的另一個(gè)電介質(zhì)層。該天線的目的是提供在發(fā)射和接收信號(hào)之間的高度絕緣而沒(méi)有任何額外大尺寸和貴重的信號(hào)絕緣裝置例如天線共用器。
帶有公開(kāi)號(hào)碼7321548的日本專利描述了微帶天線。該天線包括在層結(jié)構(gòu)中的圓盤貼片天線，環(huán)形貼片天線和帶有縫隙的接地導(dǎo)體。
該天線的目的是提供在發(fā)射和接收信號(hào)之間的高度絕緣。
帶有公開(kāi)號(hào)碼5561434的美國(guó)專利描述了雙頻帶相控陣天線，包括第一和第二類天線。第一類天線具有網(wǎng)格天線元件用于較低頻率。第二類天線是用貼片陣列作為天線元件用于較高頻率的天線成行和列安裝。在第一天線中的網(wǎng)格天線元件對(duì)于來(lái)自第二天線中貼片的較高頻率是可穿透的。
帶有公開(kāi)號(hào)碼4903033的美國(guó)專利描述了平面雙正交極化天線帶有在第一電介質(zhì)上的輻射貼片。接地板安裝在第一電介質(zhì)之下帶有兩個(gè)相互成直角的延長(zhǎng)耦合孔徑。
帶有無(wú)孔徑調(diào)諧元件的一個(gè)或兩個(gè)調(diào)諧層可以插入在第一電介質(zhì)和接地板之間，為擴(kuò)大和調(diào)諧該天線的帶寬。
帶有公開(kāi)號(hào)碼4-40003的日本專利描述了帶有矩形貼片的兩頻帶陣列天線。該貼片使用兩個(gè)正交極化波共同工作在高和低頻帶。用于高頻帶的貼片安裝在一個(gè)電介質(zhì)上，而該電介質(zhì)依次安裝在用于低頻帶的貼片上。每個(gè)用于低頻帶的貼片安裝在用于高頻帶的貼片下。
如同在此所見(jiàn)，在這些專利中所公開(kāi)的每個(gè)天線與本發(fā)明的衛(wèi)星天線在結(jié)構(gòu)上不同。
概述本發(fā)明解決了有關(guān)天線單元的大量問(wèn)題。
如果天線單元的面積不得不限制到無(wú)線電單元的幾何尺寸，天線單元與無(wú)線電單元中發(fā)射和接收裝置的集成是一個(gè)問(wèn)題。
如果天線單元的面積被限制和/或是非平面的，獲得高天線方向性是另一個(gè)問(wèn)題。
如果天線單元必須利用其發(fā)射和接收波束搜索，跟蹤和追隨遠(yuǎn)方衛(wèi)星，會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。
這要求發(fā)射和接收裝置具有可轉(zhuǎn)動(dòng)波束，該波束指向基本上相同的方向。
另一個(gè)問(wèn)題是給出盡可能好的裝置用于天線單元發(fā)射和接收頻帶的獨(dú)立選擇，例如用于發(fā)射和接收裝置的天線元件數(shù)量和天線元件安裝在其中的格子。
當(dāng)對(duì)/來(lái)自天線單元的無(wú)線電信號(hào)由于低輸出功率或由于無(wú)線電波傳播路徑中有衰減而減弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。這需要帶有額外鏈路余量的無(wú)線電單元天線高增益。
當(dāng)用于發(fā)射和接收的頻率必須很寬地隔開(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。這需要用于發(fā)射和接收的天線元件的數(shù)量和尺寸必須是靈活的。
當(dāng)發(fā)射或接收波束具有較高頻率時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題，其中帶有較高頻率的波束承受比其它波束高的路徑損耗。
這需要發(fā)射和接收裝置安裝在基本上相同的幾何面積內(nèi)。
根據(jù)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的是提供能夠工作在衛(wèi)星通信方式下的天線單元。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供能夠集成到便攜無(wú)線電單元中的天線單元，其中所述天線與無(wú)線電單元機(jī)殼共型。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供天線單元，其中該天線的發(fā)射和接收裝置共享相同的孔徑和具有基本上相等的掃描體積(scan volume)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供天線單元，帶有指向基本上相同方向的用于發(fā)射和接收的可轉(zhuǎn)動(dòng)天線波束。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供天線單元，該天線單元能夠切換其天線波束方向而不用任何機(jī)械裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供高方向性的天線單元。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供天線單元，該天線單元在便攜無(wú)線電單元幾何尺寸限制范圍內(nèi)能夠獲得高天線增益以增加鏈路預(yù)算的余量。
按照本發(fā)明，公開(kāi)了帶有接收和發(fā)射裝置的一種天線單元。該天線單元包括帶有在多層結(jié)構(gòu)中的輻射元件的兩個(gè)相控陣天線。
更具體地，該天線單元包括兩個(gè)交錯(cuò)相控陣天線，帶有以周期性地可變化的多層結(jié)構(gòu)的相似類型的輻射元件，例如貼片或縫隙。至/離該陣列的接收和發(fā)射波束被電轉(zhuǎn)動(dòng)并指向基本上相同方向。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該天線單元可以安裝在受限制的非平面天線單元面積上并仍獲得高天線方向性。
其它優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于發(fā)射和接收裝置近似相同的掃描體積和該天線單元的發(fā)射和接收波束指向近似相同的方向。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于該天線單元可以建立足夠尖銳的波束以選擇幾個(gè)空間衛(wèi)星中的一個(gè)，這些衛(wèi)星從地面上的該天線單元位置可以觀察到。
另外的優(yōu)點(diǎn)在于該天線單元沒(méi)有可能損壞的可移動(dòng)部件，該天線單元波束是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，高方向性的，和它們具有發(fā)射和接收高增益。
附圖簡(jiǎn)介本發(fā)明的這些上述目的和其它特征通過(guò)結(jié)合附圖并參照下列說(shuō)明將更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明天線單元第一實(shí)施例的圖。
圖2a-c是根據(jù)圖1的天線單元的截面圖。
圖3是貼片第一圖形的圖解。
圖4是貼片第二圖形的圖解。
圖5是根據(jù)圖4圖形的一部分的圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明天線單元的第二實(shí)施例的圖。
圖7a-c是根據(jù)圖6的天線單元的截面圖。
圖8是縫隙圖形的圖解。
圖9是帶有波束形成網(wǎng)絡(luò)的天線單元的截面圖。
實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明圖1說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的圓極化天線單元101的第一實(shí)施例的圖。該天線單元101包括第一和第二相控陣天線，帶有圓形貼片作為輻射天線元件。該相控陣天線200a，200b相互交錯(cuò)并鑲嵌在天線單元101內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)中，分別在圖2b-c中說(shuō)明。
相控陣天線通常包括相似類型的單獨(dú)天線元件，一般有規(guī)則地分布在天線表面。每個(gè)單獨(dú)天線元件連接到波束形成網(wǎng)絡(luò)，其中元件間相移被設(shè)置為預(yù)定值給出所需要的輻射圖。
第一相控陣天線200a包括用于發(fā)射的貼片102，安裝在第一格子104中。第二相控陣天線200b包括用于接收貼片103，安裝在第二格子105中。圖1表示對(duì)于第一和第二格子第一圖形的實(shí)例。用于接收貼片103以虛線表示，它們與用于發(fā)射貼片102在不同層中。在圖1中分別用點(diǎn)劃線104，105表示第一和第二格子。
用于發(fā)射貼片102小于但數(shù)量多于用于接收貼片103，因?yàn)橛糜诎l(fā)射無(wú)線電信號(hào)頻率高于用于接收無(wú)線電信號(hào)頻率。
用于接收貼片103可以另一種方式用于發(fā)射，而用于發(fā)射貼片102可以用于接收，如果所接收無(wú)線電信號(hào)頻率高于所發(fā)射無(wú)線電信號(hào)頻率。
根據(jù)沿圖1中所示A-A線截面圖的圖2a，帶有用于發(fā)射貼片102的第一格子104安裝在第一層204中，而帶有用于接收貼片103的第二格子105安裝在第二層205中。在第一和第二層204，205之間分別安裝了第一電介質(zhì)體201。包括導(dǎo)電材料的接地板203安裝在第三層206中。在第二和第三層205，206之間分別安裝了第二電介質(zhì)體202。
第一層204中的用于發(fā)射貼片102的每個(gè)具有第一中心軸C1a分別穿過(guò)所述第一，第二和第三層204，205，206垂直延伸。第二層205中用于接收貼片103的每個(gè)具有第二中心軸C2a分別穿過(guò)所述第一，第二和第三層204，205，206垂直延伸。
圖2b表示第一相控陣天線200a與第二相控陣天線200b交錯(cuò)。在第三層206中的接地板203的部件用虛線表示，這些部件不屬于第一陣列天線200a。
圖2c表示第二相控陣天線200b與第一相控陣天線200a交錯(cuò)。第一相控陣天線200a的用于發(fā)射貼片102用虛線表示，它們不是第二陣列天線200b的部件。在第三層206中的接地板203和第一電介質(zhì)體201分別對(duì)于兩個(gè)陣列天線200a，200b是公共的。圖3表示第一和第二格子104，105的第一實(shí)例的一部分，分別形成第一圖形其中第一層204中的四個(gè)用于發(fā)射貼片302a-d安裝成正方形301。它們的每個(gè)中心軸C1a位于正方形301的角上。貼片302a是第一用于發(fā)射貼片與第一格子104中的第四用于發(fā)射貼片302d對(duì)角安裝。該正方形301在該圖中用虛線表示。沿正方形301的一邊從一個(gè)中心軸C1a到另一個(gè)中心軸C1a的距離d1以公知方式由發(fā)射頻率確定以避免產(chǎn)生柵狀波瓣。
在第二格子105中的第一用于接收貼片303a以第一貼片303a的中心軸C2a與第一用于發(fā)射貼片302a的中心軸C1a重合的方式安裝在第二層205中，見(jiàn)圖2a。在第二格子105中的第二用于接收貼片303b以第二貼片303b的中心軸C2a與第四用于發(fā)射貼片302d的中心軸C1a重合的方式安裝在第二層205中。
根據(jù)下列說(shuō)明，用于發(fā)射貼片302a-d與用于接收貼片303a-b限定各種發(fā)射和接收節(jié)點(diǎn)在第一格子104中的第一用于發(fā)射貼片302a限定第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)；在第一格子104中的第四用于發(fā)射貼片302d限定第四發(fā)射節(jié)點(diǎn)；在第二格子105中的第一用于接收貼片303a限定第一接收節(jié)點(diǎn)；在第二格子105中的第二用于接收貼片303b限定第二接收節(jié)點(diǎn)；在第一層204中的第一格子104的第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)和在第二層205中的第二格子105的第一接收節(jié)點(diǎn)分別對(duì)于天線單元101中的兩個(gè)相控陣天線200a，200b限定了第一公共節(jié)點(diǎn)304a。
在第一層204中的第一格子104的第四發(fā)射節(jié)點(diǎn)和在第二層205中的第二格子105的第二接收節(jié)點(diǎn)分別對(duì)于天線單元101中的兩個(gè)相控陣天線200a，200b限定了第二公共節(jié)點(diǎn)304b。
用于發(fā)射貼片302a-d在第一層204中分別對(duì)于第一相控陣天線200a起驅(qū)動(dòng)貼片的作用。用于接收貼片303a和303b在第二層205中對(duì)于第二相控陣天線200b起驅(qū)動(dòng)貼片的作用。分別在第一和第二公共節(jié)點(diǎn)304a，304b中，在第一層204中的用于發(fā)射貼片303a，303b對(duì)于在第二層205中的分別用于接收貼片303a，303b分別起寄生元件的作用。接地板203在第三層206中對(duì)于天線單元101中的兩個(gè)相控陣天線200a，200b分別起接地板203的作用。
根據(jù)圖3，第一和第二格子104，105的第一圖形如圖1所見(jiàn)分別在整個(gè)天線單元101中重復(fù)。這意味著所述第一和第二格子104，105分別以第二格子105中的每個(gè)用于接收貼片103與第一格子104中的所有其它用于發(fā)射貼片102形成公共節(jié)點(diǎn)106的方式相互交錯(cuò)。
在第一層204中的用于發(fā)射貼片102與在第二層中的用于接收貼片103分別安排在兩個(gè)交錯(cuò)格子104，105中，由此構(gòu)成天線單元101中的周期性多層結(jié)構(gòu)(在天線單元101內(nèi)貼片數(shù)量按周期方式改變。)在天線單元101中分別交錯(cuò)的格子104，105使得分別對(duì)于第一和第二相控陣天線200a，200b的不同波長(zhǎng)采用矩形，三角形，五角形或六角形構(gòu)成第一格子104成為可能。
圖4表示第一和第二格子404，405的第二實(shí)例，分別帶有圓形貼片作為在天線單元101中的輻射天線元件402，403。
圖5表示分別形成第二圖形的第一和第二格子404，405第二實(shí)例的一部分。在第一層204中的第一格子404具有以每個(gè)中心軸C1a位于六角形501角上的方式安裝在統(tǒng)一六角形501中的六個(gè)用于發(fā)射貼片502a-f(一個(gè)六角形格子)。在該圖中六角形501用虛線表示。一個(gè)用于發(fā)射的中心貼片502g安裝在六角形501中間。
沿六角形501一邊從中心軸C1a到另一個(gè)中心軸C1a的距離d2以公知方式由發(fā)射頻率確定以避免產(chǎn)生柵狀波瓣。
在第二格子405中的第一用于接收貼片503a以第一貼片503a的中心軸C2a與用于發(fā)射的中心貼片502g的中心軸C1a重合的方式安裝在第二層205中。
用于發(fā)射的中心貼片502g限定了在第一格子404中的第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)。
第一用于接收貼片503a限定了在第二格子405中的第一接收節(jié)點(diǎn)。
在第一層204中的第一格子404的第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)和在第二層205中的第二格子405的第一接收節(jié)點(diǎn)分別對(duì)于在天線單元101中的兩個(gè)相控陣天線200a，200b限定了公共節(jié)點(diǎn)504。
在第一層204中的用于發(fā)射貼片502a-g對(duì)于第一相控陣天線200a分別起驅(qū)動(dòng)貼片的作用。在第二層205中的用于接收貼片503a對(duì)于第二相控陣天線200b起驅(qū)動(dòng)貼片的作用。在公共節(jié)點(diǎn)504中在第一層204中的用于發(fā)射貼片502g對(duì)于第二層205中的用于接收貼片503a起寄生元件的作用。在第三層206中的接地板203分別對(duì)于天線單元101中的兩個(gè)相控陣天線200a，200b起接地板203的作用。
根據(jù)圖5第一和第二格子404，405的第二圖形分別在整個(gè)天線單元101中以用于發(fā)射貼片402的三個(gè)相鄰六角形501具有一個(gè)公共貼片406的方式重復(fù)，見(jiàn)圖4。
分別在天線單元101中交錯(cuò)的格子404，405使得分別對(duì)于第一和第二相控陣天線200a，200b的不同波長(zhǎng)采用矩形，三角形，五角形或六角形圖形構(gòu)成第一格子404成為可能。
在天線單元101中用于發(fā)射和接收貼片的形狀可以是例如圓形或矩形。矩形形狀的貼片沒(méi)有在任何圖中表示。
圖6說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明圓極化天線單元601的第二實(shí)例的圖。該天線單元601包括第一和第二相控陣天線，帶有十字形縫隙作為輻射天線元件。該相控陣天線700a，700b分別在圖7b-c中說(shuō)明，并相互交錯(cuò)和鑲嵌在天線單元601內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)中。
第一相控陣天線700a包括安裝在第一格子604中的用于接收縫隙603。
第二相控陣天線700b包括安裝在第二格子605中的用于發(fā)射縫隙602。
圖6表示第一和第二格子圖形的實(shí)例。在圖6中第一和第二格子分別用點(diǎn)劃線604，605表示。
在第二格子605中的用于發(fā)射的十字形縫隙602以虛線表示，它們與在第一格子604中的用于接收縫隙603在不同層。
在第一格子604中的每個(gè)用于接收縫隙603安裝在有限面積的矩形接地板606的中心。這意味著有與矩形接地板606相同數(shù)量的縫隙603。該矩形接地板606在電磁上足夠大，但是足夠小到可安裝在第一格子604內(nèi)。
用于發(fā)射縫隙602小于而在數(shù)量上多于用于接收縫隙603，因?yàn)橛糜诎l(fā)射無(wú)線電信號(hào)的頻率高于所接收無(wú)線電信號(hào)的頻率。
如果所接收無(wú)線電信號(hào)頻率高于所發(fā)射無(wú)線電信號(hào)頻率，用于接收縫隙603可以另一種方式用于發(fā)射和用于發(fā)射縫隙602可以用于接收。
接地板606可以具有其它形狀而非矩形，例如圓形。
在天線單元601中用于發(fā)射和接收縫隙可以具有其它形狀而非十字形，例如安裝在正交對(duì)中的線形縫隙。根據(jù)沿圖6中所示的B-B線的截面圖的圖7a，帶有用于接收縫隙603的第一格子604安裝在第一層702中，而帶有用于發(fā)射縫隙602的第一格子605安裝在導(dǎo)電第二層703中。
在第一和第二層702，703之間分別安裝了第一電介質(zhì)體201。包括導(dǎo)電材料的接地板203安裝在第三層704中。在第二層和第三層703，704之間分別安裝了第二電介質(zhì)體202。
在第一層702中的每個(gè)用于接收縫隙603具有第二中心軸C2b分別穿過(guò)所述第一，第二和第三層702，703，704垂直延伸。在第二層703中的每個(gè)用于發(fā)射縫隙602具有第一中心軸C1b分別穿過(guò)所述第一，第二和第三層702，703，704垂直延伸。
圖7b表示與第二相控陣天線700b交錯(cuò)的第一相控陣天線700a，其中帶有用于發(fā)射縫隙602的導(dǎo)電第二層703在第二相控陣天線700b中起沒(méi)有被該縫隙602干擾的實(shí)心接地板的作用。第二相控陣天線700b的剩余部分是虛線。
圖7c表示與第一相控陣天線700a交錯(cuò)的第二相控陣天線700b，其中第一相控陣天線700a的用于接收縫隙603是虛線。
圖8表示分別形成圖形的第一和第二格子604，605實(shí)例的一部分，其中在第二層703中的4個(gè)用于發(fā)射縫隙802a-d安裝成正方形801。它們的每個(gè)中心軸C1b位于正方形801的角上。第一用于發(fā)射縫隙802a與天線單元601的第二格子605中的第四用于發(fā)射縫隙802d成對(duì)角安裝。該正方形在圖中用虛線表示。
沿正方形801一邊從一個(gè)中心軸C1b到另一個(gè)中心軸C1b的距離d3以公知方式由發(fā)射頻率確定以避免產(chǎn)生柵狀波瓣。
第一格子604中的第一用于接收縫隙803a以第一用于發(fā)射縫隙803a的中心軸C2b與第二層703中的縫隙802a的中心軸C1b重合的方式安裝在第一層702中，見(jiàn)圖7a。
見(jiàn)圖8，第二用于接收縫隙803b以第二縫隙803b的中心軸C2b與第二層703中的第四用于發(fā)射縫隙802d的中心軸C1b重合的方式安裝在第一層702中。
根據(jù)下列說(shuō)明用于發(fā)射縫隙802a-d和用于接收縫隙803a-b限定各種發(fā)射和接收節(jié)點(diǎn)在第二格子605中的第一用于發(fā)射縫隙802a限定第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)；
在第二格子605中的第四用于發(fā)射縫隙802d限定第四發(fā)射節(jié)點(diǎn)；在第一格子604中的第一用于接收縫隙803a限定第一接收節(jié)點(diǎn)；在第一格子604中的第二用于接收縫隙803b限定第二接收節(jié)點(diǎn)；在第一格子604中第一接收節(jié)點(diǎn)和在第二格子605中第一發(fā)射節(jié)點(diǎn)限定了分別對(duì)于天線單元601中的兩個(gè)相控陣天線700a，700b的第一公共節(jié)點(diǎn)。
在第一格子604中的第二接收節(jié)點(diǎn)和在第二格子605中的第四發(fā)射節(jié)點(diǎn)限定了分別對(duì)于天線單元601中的兩個(gè)相控陣天線700a，700b的第二公共節(jié)點(diǎn)。
在第一層702中的用于接收縫隙803a和803b對(duì)于第一相控陣天線700a起驅(qū)動(dòng)縫隙的作用。在第二層703中的用于發(fā)射縫隙802a-d對(duì)于第二相控陣天線700b具有作為驅(qū)動(dòng)縫隙的第一功能，和對(duì)于第一相控陣天線700a的低于發(fā)射頻率的接收頻率具有作為接地板的第二功能。其中安裝了用于發(fā)射縫隙802a-802d的導(dǎo)電第二層205對(duì)于天線單元601中的第一相控陣天線700a起單一接地板的作用。
在第三層中的接地板203對(duì)于天線單元601中的第二相控陣天線700b起單一接地板203的作用。
根據(jù)圖8第一和第二格子604，605的圖形分別在整個(gè)天線單元601中重復(fù)，如圖6所見(jiàn)。這意味著如圖7a所見(jiàn)在第一格子604中的每個(gè)用于接收縫隙603與在第二格子605中的所有其它用于發(fā)射縫隙602形成公共節(jié)點(diǎn)607。
在第一層702中的用于接收縫隙603和在第二層703中的用于發(fā)射縫隙602安裝在兩個(gè)交錯(cuò)的格子中，這在天線單元601中構(gòu)成了周期性多層結(jié)構(gòu)。
在天線單元601中的交錯(cuò)格子604，605分別使得對(duì)于第一和第二相控陣天線700a，700b的不同波長(zhǎng)分別采用矩形，三角形，五角形或六角形圖形構(gòu)成第二格子605成為可能。
根據(jù)圖8，在天線單元601中縫隙之間的尺寸和距離以公知的方式由發(fā)射和接收頻率確定以避免產(chǎn)生柵狀波瓣。
本發(fā)明天線單元101和601的每個(gè)包括波束形成網(wǎng)絡(luò)以公知方式對(duì)/來(lái)自天線單元101中貼片和縫隙的RF(射頻)功率進(jìn)行分配。
圖9說(shuō)明了分別連接到相應(yīng)天線單元101，601的輻射元件903和904的兩個(gè)模擬相位延遲波束形成網(wǎng)絡(luò)901a，901b的實(shí)例。圖中的符號(hào)表示相位被改變。
波束形成也可以由在IF或基帶頻率級(jí)上數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)。
天線單元101和601可以如同實(shí)例用于大約10GHz的頻率。
作為傳輸和頻帶及這些頻帶間的比值的實(shí)例，可以提出20和30GHz頻帶分別用于接收和發(fā)射，這給出頻帶之間的比值為1.5。
權(quán)利要求
1.一種天線單元(101)帶有用于發(fā)射和接收無(wú)線電信號(hào)的多層結(jié)構(gòu)，包括第一(200a)和第二(200b)陣列天線；第一層(204)帶有安裝在第一格子(104，404)中用于發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)天線元件(102，302a-d，402，502a-g)；第二層(205)帶有安裝在第二格子(105，405)中用于接收無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)天線元件(103，303a-b，403，503a)；形成接地板(203)的導(dǎo)電材料的第三層(206)；安裝在所述第一(204)和第二(205)層之間的第一電介質(zhì)層(201)；安裝在所述第二(205)和第三(206)層之間的第二電介質(zhì)層(202)；以及其中所述天線單元(101)具有電轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射和接收波束；特征在于所述第一(200a)和第二(200b)陣列天線以周期性多層結(jié)構(gòu)(圖2a-c)鑲嵌在所述天線單元(101)中，其中作為所述陣列天線(200a)一部分的所述第一格子(104)與作為所述第二陣列天線(200b)一部分的所述第二格子(105)交錯(cuò)，和其中所述天線單元(101)的發(fā)射和接收波束具有在基本上相同掃描體積指向基本上相同方向的能力。
2.如權(quán)利要求1中所述的一種天線單元，特征在于所述第一(200a)和第二(200b)陣列天線是相控陣天線，和其中所述用于接收天線元件(103，303a-b，403，503a)與所述用于發(fā)射天線元件(102，302a-d，402，502a-g)是相似類型。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(102，302a-d，402，502a-g)是導(dǎo)電材料的貼片并具有第一中心軸(C1a)穿過(guò)所述第一(204)，第二(205)和第三(206)層垂直延伸。
4.如權(quán)利要求1-3之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于接收天線元件(103，303a-b，403，503a)是導(dǎo)電材料的貼片并具有第二中心軸(C2a)穿過(guò)所述第一(204)，第二(205)和第三(206)層垂直延伸。
5.如權(quán)利要求4中所述的一種天線單元，特征在于每個(gè)所述用于接收貼片(103，303a-b，403，503a)以每個(gè)所述用于接收貼片(103，303a-b，403，503a)的所述第二中心軸(C2a)與所述第一格子(104)中的所有其它所述用于發(fā)射貼片(302a，302d，502g)的第一中心軸(C1a)重合的方式安裝在所述第二格子(105)中。
6.如權(quán)利要求1-5之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(102，302a-d，402，502a-g)和所述用于接收天線元件(103，303a-b，403，503a)設(shè)計(jì)得發(fā)射和接收?qǐng)A極化無(wú)線電信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1-6之一中所述的一種天線單元，特征在于在所述第一層(204)中的所述第一格子(104)是矩形格子(104)。
8.如權(quán)利要求1-6之一中所述的一種天線單元，特征在于在所述第一層(204)中的所述第一格子(404)是六角形格子(404)。
9.如權(quán)利要求1-8之一中所述的一種天線單元，特征在于所述天線單元(101)包括波束形成網(wǎng)絡(luò)(901a-b)。
10.如權(quán)利要求1-9之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(102，302a-d，402，502a-g)在第一頻率上發(fā)射和所述用于接收天線元件(103，303a-b，403，503a)在第二頻率上接收，其中在所述第一和第二頻率之間的比值是在近似1.2到2.0的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-10之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射貼片(102，302a-d，402，502a-g)和所述用于接收貼片(103，303a-b，403，503a)在形狀上為圓形。
12.如權(quán)利要求1-10之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射貼片(102，302a-d，402，502a-g)和所述用于接收貼片(103，303a-b，403，503a)在形狀上為矩形。
13.一種天線單元(601)帶有多層結(jié)構(gòu)用于發(fā)射和接收無(wú)線電信號(hào)，包括第一(700a)和第二(700b)陣列天線；第一層(702)帶有安裝在第一格子(604)中用于接收無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)天線元件(603，803a-b)；第二層(703)帶有安裝在第二格子(605)中用于發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)天線元件(602，802a-d)；導(dǎo)電材料的第三層(704)形成一個(gè)接地板(203)；第一電介質(zhì)層(201)安裝在所述第一(702)和第二層(703)之間；第二電介質(zhì)層(202)安裝在所述第二(703)和第三層(704)之間；和其中所述天線單元(601)具有電轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射和接收波束；特征在于所述第一(700a)和第二(700b)陣列天線以周期性多層結(jié)構(gòu)(圖7a-c)鑲嵌在所述天線單元(601)中，其中作為所述第一陣列天線(700a)一部分的所述第一格子(604)與作為所述第二陣列天線(700b)一部分的所述第二格子(605)交錯(cuò)，和其中所述天線單元(601)的所述發(fā)射和接收波束具有以基本上相同掃描體積指向基本上相同方向的能力。
14.如權(quán)利要求13中所述的一種天線單元，特征在于所述第一(700a)和第二(700b)陣列天線是相控陣天線，和其中所述用于接收天線元件(603，803a-b)與所述用于發(fā)射天線元件(602，802a-d)是類似類型。
15.如權(quán)利要求13或14中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(602，802a-d)是安裝在導(dǎo)電的所述第二層(703)中的縫隙和其中所述用于發(fā)射縫隙(602，802a-d)具有第一中心軸(C1b)穿過(guò)所述第一(702)，第二(703)和第三(704)層垂直延伸。
16.如權(quán)利要求13-15之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于接收天線元件(603，803a-b)是具有第二中心軸(C2b)穿過(guò)所述第一(702)，第二(703)和第三(704)層垂直延伸的縫隙。
17.如權(quán)利要求16中所述的一種天線單元，特征在于所述第一層(702)包括大量尺寸受限制的接地板(606)，其中每個(gè)所述接地板(606)包括一個(gè)所述用于接收縫隙(603，803a-b)
18.如權(quán)利要求16或17中所述的一種天線單元，特征在于每個(gè)所述用于接收縫隙(603，803a-b)以每個(gè)所述用于接收縫隙(603，803a-b)的所述第二中心軸(C2b)與所述第二格子(605)中的所有其它用于發(fā)射縫隙(802a，802d)的所述第一中心軸(C1b)重合的方式安裝在所述第一層(702)中。
19.如權(quán)利要求16-18之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射縫隙(602，802a-d)是成正交對(duì)安裝的線形縫隙。
20.如權(quán)利要求16-19之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于接收縫隙(603，803a-b)是成正交對(duì)安裝的線形縫隙。
21.如權(quán)利要求16-18之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射縫隙(602，802a-d)是類似十字的形狀。
22.如權(quán)利要求16-18之一或21中所述的一種天線單元，特征在于所述用于接收縫隙(603，803a-b)是類似十字的形狀。
23.如權(quán)利要求16-22之一中所述的一種天線單元，特征在于其中安裝了每個(gè)所述用于接收縫隙(603，803a-b)的所述接地板(606)在形狀上為矩形。
24.如權(quán)利要求16-22之一中所述的一種天線單元，特征在于其中安裝了每個(gè)所述用于接收縫隙(603，803a-b)的所述接地板(606)在形狀上為圓形。
25.如權(quán)利要求13-24之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(602，802a-d)和所述用于接收天線元件(603，803a-b)設(shè)計(jì)得發(fā)射和接收?qǐng)A極化無(wú)線電信號(hào)。
26.如權(quán)利要求13-25之一中所述的一種天線單元，特征在于在所述第一(702)和第二(703)層中的所述第一(604)和第二(605)格子是矩形格子。
27.如權(quán)利要求13-25之一中所述的一種天線單元，特征在于在所述第二(703)層中的所述第二(605)格子是六角形格子。
28.如權(quán)利要求13-27之一中所述的一種天線單元，特征在于所述天線單元(601)包括波束形成網(wǎng)絡(luò)(901a-b)。
29.如權(quán)利要求13-28之一中所述的一種天線單元，特征在于所述用于發(fā)射天線元件(602，802a-d)在第一頻率上發(fā)射和所述用于接收天線元件(603，803a-b)在第二頻率上接收，其中在所述第一和第二頻率之間的比值是在近似1.2到2.0的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及能夠在衛(wèi)星通信方式下工作的一種天線單元(101)。該天線單元(101)包括用于發(fā)射(102)和接收(103)無(wú)線電信號(hào)的交錯(cuò)圓形貼片,周期性地安裝在第一和第二層中。在第一層中的用于發(fā)射貼片(102)安裝在第一格子(104)中,而在第二層中的用于接收貼片(103)安裝在第二格子(105)中。第一格子(104)與第二格子(105)交錯(cuò)。在第一層中的每個(gè)其它用于發(fā)射貼片(102)具有在第二層中的對(duì)應(yīng)用于接收貼片(103),其中每個(gè)用于接收貼片(103)以用于接收貼片(103)的中心軸與相應(yīng)的用于發(fā)射貼片(102)的中心軸重合的方式安裝。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK1273701SQ9880984
公開(kāi)日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月1日
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