CN101663795A - 具有金属壁的贴片天线 - Google Patents

Abstract

一种贴片天线，包括金属壁(1)；通过蚀刻等形成在印制板(2)上，即，电介质基底上的贴片导体(4)；以及用于贴片导体的功率馈送装置。金属板(1)沿着印制板(2)的两侧向前弯曲。金属壁(1)向内倾斜，并且当从天线辐射的方向观看时，在金属壁的两端部之间的间距小于贴片天线的辐射口的尺寸。利用这种构造，能够使定向波束宽度变宽，并且使得在与线性极化波的极化平面平行的平面中的定向波束宽度和在与线性极化波的极化平面垂直的平面中的定向波束宽度彼此一致。

Description

具有金属壁的贴片天线

技术领域

本发明涉及一种贴片天线，并且更具体地，涉及一种主要用于无线***的基站中的贴片天线，该无线***需要多个诸如分集和MIMO(多输入多输出)的天线元件。

背景技术

在采用WiMAX(微波存取全球互通)技术或下一代便携式电话***的***中，通常使用MIMO技术和分集技术，并且需要更小的天线和更低的成本。MIMO***需要多个天线，并且其特征为在小范围内几乎没有互相关的天线已经因此变得必不可少。

为了满足这个需要，寻求能够用于垂直极化波和水平极化波二者的双极化天线。此外，寻求其中定向波束的宽度匹配垂直极化波和水平极化波而使得辐射区相同的天线构造。反射板偶极子天线用作该类型的天线。

图1和2示出了用作基站天线的反射板偶极子天线的外部透视图。图1是通过使用其中天线模型形成在印制板上的印制偶极子天线而构造的反射板偶极子天线的例子。图2示出了通过使用同轴电缆而构造的反射板偶极子天线的例子。

如图1所示，使用印制偶极子天线的反射板偶极子天线的例子由反射板11、形成在印制板两侧上的印制天线图案12、以及用于供电的同轴连接器13所构成。如图1所示，将该反射板偶极子天线设立成使得印制板表面在垂直方向上，使得能够通过垂直极化波进行发送和接收。通过将印制偶极子天线从图1所示的状态旋转90°将该反射板偶极子天线设立成使得印制偶极子天线在水平方向上，使得能够通过水平极化波进行发送和接收。

用在无线***的基站中的天线通常采用其中多个这些偶极子天线元件以多个阵列形状排列的天线。然而，偶极子天线具有相对大的形状，并因此从更小尺寸和更低成本的观点来看是不利的。此外，偶极子天线遭受到了一个问题，即其中用于垂直极化波的天线的水平面之中的定向性和用于水平极化波的天线的水平面之中的定向性不匹配。

在JP-A-H11-510662，JP-A-H11-298225，以及JP-A-2003-078339中已经提出了各种实例，其中基站天线使用能够更紧凑地成型的贴片天线来构造。贴片天线设置有在电介质板的一个表面上的贴片导体和设置有在另一个表面上的接地导体二者。将这种天线构造成使得通过供电针或供电线将高频信号提供给贴片导体。如果其是辐射元件的贴片导体形成为圆形或正方形，那么该贴片天线能够发送和接收线性极化波。此外，贴片天线的定向特性是在贴片导体前的辐射方向图形。

此外，用于发送和接收线性极化波的天线能够通过将从相互垂直的方向安装的两个供电电路设置到贴片天线中的一个贴片导体来构造，该线性极化波能够通过在一个贴片导体上共用水平极化波和垂直极化波而被发送和接收(参见JP-A-2003-078339，JP-A-H07-176942，和JP-A-2002-344238)。

发明内容

使用在JP-A-H11-510662或JP-A-H11-298225中公开的贴片天线元件的基站天线能够相对容易地实现更小的尺寸或更低的成本。然而，使用这些天线元件的基站天线具有比反射板偶极子天线更窄的定向波束宽度。反射板偶极子天线是这样一种典型的结构，其中无定向天线的一个方向被金属板阻隔。在该结构的反射板偶极子天线中的垂直极化波的水平面中的定向波束的宽度是90°，并且由于该反射板偶极子天线能够实现垂直极化波的水平面中的比贴片天线更宽的定向波束宽度，反射板偶极子天线因而更优。

另一方面，当有一个波长的数量级的有限接地表面时，对于垂直极化波，在贴片天线的水平面之中的定向波束是大约70°，而对于水平极化波是大约55°(见图3)。换言之，贴片天线具有比反射板偶极子天线更窄的定向波束宽度。此外，贴片天线中的垂直极化波的水平面之中的定向波束宽度与水平极化波的水平面之中的定向波束宽度相差大约15°。结果，当将贴片天线用作如在JP-A-2003-078339和JP-A-H07-176942中所公开的用于垂直极化波和水平极化波二者的双极化天线的时候，辐射区域不同。

为了避免这个问题，必须如，例如，JP-A-2002-344238中所公开的来使用对于垂直极化波和水平极化波其每个都被单独构造的天线。然而，采用用于垂直极化波和水平极化波的分离天线典型地需要准备两种类型的天线，并且还导致了不同的外部形状和增加成本。

上述JP-A-2003-078339公开了具有平面天线元件(贴片导体)、电介质块、无源元件、以及反射板的天线元件。该平面天线元件形成在电介质基底的一个表面上并且由具有大致垂直地和水平地对称的形状的金属板构成。该电介质块是长方体并且布置在天线元件的辐射平面中。该无源元件由以垂直方向形成在电介质块的前辐射表面上的金属板构成。该反射板每个都布置成面向在电介质基底的两侧上的各个辐射方向，同时平面天线元件大致位于该反射板的中心位置。通过采用上述构造，上述天线设备实现了在水平极化波和垂直极化波二者的水平面中相等的定向性。然而，该发明的构造是相对复杂的，其中长方体电介质块布置在天线元件的辐射表面上，并且由以垂直方向形成的金属板构成的无源元件布置在前表面上。

在上述JP-A-2003-078339中所公开的发明提供了一种用于使得在垂直的双极化天线装置中的水平极化波和垂直极化波的水平面中的定向性均等的装置。然而，该发明在单极化天线中不会使得在平行于天线的极化平面的平面中的定向性与在垂直于的极化平面的平面中的定向性均等。

本发明的目的是提供一种通过相对简单的方法来使得贴片天线的定向波束的宽度加宽的新型装置。

为了实现上述目的用于本发明的线性极化波的贴片天线设置有：贴片天线元件，其形成在电介质基底上并且构造成能够进行线性极化波的发送和接收；以及金属壁，其设置在贴片天线元件的外周处并且向内倾斜以减少天线的辐射口尺寸。

上述发明是其中将金属壁的形状构造成，例如，向内倾斜以减少天线的辐射口尺寸的设备。以这种方式，本发明的用于本发明的线性极化波的贴片天线能够调节在垂直于极化平面的平面中的定向波束宽度和在平行于极化平面的平面中的定向波束宽度二者，即，能够加宽贴片天线的定向波束宽度。

附图说明

图1示出了用作基站天线的反射板偶极子天线的外观；

图2示出了用作基站天线的另一个反射板偶极子天线的外观；

图3示出了当现有贴片天线用于垂直极化波和水平极化波时，在水平面中的定向波束宽度；

图4是示出了本发明的第一实施例的贴片天线的透视图；

图5是示出了本发明的第一实施例的贴片天线的正视图；

图6是示出了本发明的第一实施例的贴片天线的侧视图；

图7示出了在本实施例中的贴片天线的垂直面和水平面中的定向波束宽度；

图8示出了当本实施例的贴片天线用于垂直极化波和水平极化波时，在水平面中的定向波束宽度；

图9示出了构造为比较例的贴片天线；

图10示出了当图9中所示的比较例的贴片天线用于垂直极化波和水平极化波时，在水平面中的定向波束宽度；

图11示出了构造为比较例的贴片天线；

图12示出了当图11中所示的比较例的贴片天线用于垂直极化波和水平极化波时，在水平面中的定向波束宽度；

图13A是示出了本发明的第二实施例的贴片天线的透视图；

图13B是示出了本发明的第二实施例的贴片天线的正视图；

图13C是示出了本发明的第二实施例的贴片天线的侧视图；

图14A是示出了本发明的第三实施例的贴片天线的透视图；

图14B是示出了本发明的第三实施例的贴片天线的正视图；

图14C是示出了本发明的第三实施例的贴片天线的侧视图；

图15A是示出了本发明的第四实施例的贴片天线的透视图；

图15B是示出了本发明的第四实施例的贴片天线的正视图；

图15C是示出了本发明的第四实施例的贴片天线的侧视图；

图16A是示出了本发明的第五实施例的贴片天线的透视图；

图16B是示出了本发明的第五实施例的贴片天线的透视图；

图16C是示出了本发明的第五实施例的贴片天线的透视图；

具体实施方式

本发明的用于线性极化波的贴片天线设置有：贴片天线元件，其形成在电介质基底上并且构造成允许线性极化波的发送和接收；以及金属壁，其设置在贴片天线元件的外周处的并且向内倾斜以减少天线的辐射口尺寸。

本发明的用于线性极化波的贴片天线的金属壁能够由大致长方形的金属板来构造，该大致长方形的金属板支撑电介质基底的整个后表面并且包括弯曲部分，该弯曲部分向前弯曲以缩小在与线性极化波的极化平面平行的两端处的金属壁的末端之间的间距。

可以采用其中弯曲部分形成为朝着电介质基底倾斜的弯曲部分的构造。可替换地，可以采用其中弯曲部分从电介质基底的外周弯曲成大致直角，并然后在中点处朝着电介质基底再次弯曲的构造。

当构造成朝着电介质基底倾斜的弯曲部分时，可以将弯曲部分的末端之间的间距关于贴片天线辐射元件的波长而设为大约0.8λ(λ＝波长)，可以将弯曲部分的高度设为大约0.23λ，并且可以将向内倾斜的弯曲部分的倾斜角θ设为从65°至70°。该结构更好地适于使得垂直极化波和水平极化波的水平面中的定向波束的宽度相匹配。

通过采用本发明中的这种类型的结构，能够改变极化而不改变电磁波的辐射区域，并且进一步地，可以消除当更换天线时所遇到的缺点。

此外，本发明能够采用其中将无源元件以预定的距离布置在贴片天线元件的前面的构造，以从而获得更宽的频带。

更进一步地，贴片天线元件能够构造成能够通过具有与线性极化波垂直的极化平面的线性极化波进行发送和接收。在此时，金属壁可以构造成使得，关于由具有互相垂直的极化平面的两个线性极化波所实现的每个定向波束，在与由一个线性极化波形成的线性极化平面平行的平面中的定向波束宽度和在与由另一个线性极化波形成的线性极化平面垂直的平面中的定向波束宽度相等。当用作双极化天线时，该贴片天线因而能够使得辐射区域匹配垂直极化波和水平极化波。

根据本发明，可以使得单极化天线的垂直面和水平面的定向波束宽度匹配。

此外，根据本发明，其中垂直面和水平面的定向波束宽度已经被匹配的单极化天线的90度旋转使得能够共用为垂直极化天线和水平极化天线。

更进一步的地，根据本发明，可以提供一种用于使得在用于垂直极化波和水平极化波的双极化贴片天线中的垂直极化波和水平极化波的水平面定向波束宽度大致均等的装置。

图4至图6是示出了本发明的第一实施例的贴片天线的透视图、正视图和侧视图。图7示出了在本实施例的贴片天线的垂直面和水平面中的辐射图。图8示出了当本实施例的贴片天线用作垂直极化天线并且当本实施例的贴片天线用作水平极化天线时，水平面的辐射图。

本实施例的贴片天线由金属壁1、贴片导体4和同轴连接器3构成。贴片导体4通过，例如，蚀刻在印制板2上而形成为圆形，该印制板2是电介质基底。经由从金属壁1的后表面的同轴连接器3，为该贴片导体4提供电源。

金属壁1能够由一个大致长方形的金属板构造成，同时印制板2的后表面附着于该金属板的中心。金属壁1从印制板2的侧表面并且沿着该印制板的侧表面进一步朝前弯曲。金属壁1的弯曲部分向内弯曲。此外，当从天线的辐射的方向观看时，金属壁1的两个弯曲部分的末端之间的间距小于的贴片天线的辐射口的尺寸。换言之，贴片天线的辐射口通过印制板2的两个末端的金属壁1的向内的倾斜而变窄。

下面根据发送期间的微波信号的流动来说明本实施例的贴片天线的操作。在接收的情况下，由于实现了可逆性且特性相同，所以微波信号的流动方向是完全相反的。

将从发送器发送的微波信号以同轴电缆的方式从同轴连接器3供给到贴片导体4。通过具有与图4的垂直方向平行的极化平面的线性极化波，将上述微波信号从该贴片天线辐射。该发送器和同轴电缆不直接与本发明有关，并因此在这里省略了这些组件的详细描述。

典型地，贴片天线的水平面的定向波束宽度比在垂直极化波的情况下的垂直面的定向波束宽度宽，但是比通过偶极子天线实现的水平面的定向波束宽度窄。然而，当采用其中金属壁1的两端沿着印制板2的两端弯曲并且向内倾斜的构造时，如在本实施例中的，在水平面中的辐射口的尺寸减少并且水平面的定向波束宽度因此变宽。

关于垂直面，磁流在向内倾斜的金属壁1的内表面上流动，并且在向内倾斜的金属壁1的基底处的磁流与在辐射口处的磁流相互抵消，并且垂直面的定向波束宽度因此而变宽。由于上述两种作用，本实施例的贴片天线能够使垂直面和水平面的定向波束宽度都变宽，并且进一步地，使得两个定向波束宽度匹配。

图7示出了如图4至6中所示的在下面的设置中的贴片天线的垂直面和水平面中的辐射图特性。具体地，关于贴片天线辐射元件的波长，将金属壁1的弯曲。部分的端之间的间距设为大约0.8λ(其中λ是波长)。大约0.8λ的尺寸是处在从0.79λ至0.81λ的范围之内。将弯曲部分的高度设为大约0.23λ。大约0.23λ的尺寸是处在从0.22λ至0.24λ的范围之内。将向内倾斜的弯曲部分的倾斜角θ设为从65°至70°。

如图7所示，具有上述设置的本实施例的贴片天线获得这样的辐射图特性，其中定向波束宽度在或者垂直面或者水平面中是大约85°。

因此，当不是用于垂直极化的发送/接收用的天线类型就是用于水平极化的发送/接收用的天线类型的时侯，本实施例的单极化天线能够使得如图8所示的水平面的定向波束宽度均等。换言之，当本实施例的贴片天线用作用于垂直极化的发送/接收用的天线时，极化平面应该布置成匹配如图4和5中所示的垂直方向。另一方面，当本发明的贴片天线用作用于水平极化的发送/接收用的天线时，{贴片天线}应该从图4和5中所示的状态旋转90°，使得将极化平面设定为匹配水平方向。

图9和11示出了构造为比较例的贴片天线，而图10和12示出了在这些比较例中的辐射图。

在图9所示的例子中，在印制板2的两端处的金属壁1垂直于印制板2。在该情况下，水平极化波的定向波束宽度以大约20°的数量级宽于与本发明相关的技术的贴片天线，如图10所示。然而，具有天线的最大增益的辐射方向不同于天线的机械的前方向。

在图11所示的例子中，金属壁1垂直于印制板2，并且此外，具有其中使得末端平行于印制板2的凸缘形状。在该情况下，水平面的定向波束宽度不像图12所示的那样变宽。

从而，根据本实施例的贴片天线，在水平面中的定向波束宽度相等的用于垂直极化波的天线和用于水平极化波的天线能够通过具有比较例的结构的一种类型的贴片天线来设置，从而，能够降低基站天线的安装成本。

图13A-13C分别是表示本发明的第二实施例的贴片天线的透视图、正视图和侧视图。

在本实施例中，用于拓宽频带的无源元件5经由支杆6安装在贴片天线的辐射表面上，该贴片天线形成在印制板2上。天线的辐射图和其他作用与第一实施例类似。

图14A-14C分别是表示本发明的第三实施例的贴片天线的透视图、正视图和侧视图。

本实施例由金属壁1，通过例如蚀刻在印制板2上而布置的贴片天线元件，以及同轴连接器3a和3b所构成。贴片天线具有由印制板形成的圆形或正方形状，并且通过金属壁1的后表面从同轴连接器3a和3b供电。

在本实施例中，设置用于垂直极化波和水平极化波的连接器端子，以使得贴片天线为双极化天线。金属壁1设置有向内的倾斜，使得当从天线辐射的方向观看时，金属壁1小于贴片天线的辐射口的尺寸。

图15A-15C分别是表示本发明的第三实施例的贴片天线的透视图、正视图和侧视图。

本实施例由金属壁1，通过例如蚀刻在印制板2上而布置的贴片天线元件，同轴连接器3a和3b，无源元件5，以及支杆6所构成。贴片天线通过印制板形成，具有圆形或正方形状，并且通过金属壁1的后表面从同轴连接器3a和3b供电。用于拓宽频带的无源元件5安装在具有***的支杆6的贴片天线的辐射表面上。

图16A-16C分别是表示本发明的第三实施例的贴片天线的各透视图。

在上述的每个实施例中，都使用其中金属板1的形状是弯曲部分的构造，该弯曲部分的每个都是朝着印制板倾斜的单一平面。相反，本实施例采用其中每个弯曲部分在中途再一次弯曲的形状以使天线开口平面变窄。该结构在其他方面与上述实施例相同，而且，辐射图和其他作用也与上述实施例的辐射图和其他作用相同。这些金属壁能够通过使大致长方形的金属板受到弯曲工序来构造，从而实现了更低的成本。

尽管参考各实施例描述了本申请的发明，但是本申请的发明不限于上述各实施例。本发明的构造和细节可以使用上述实施例的适当的结合，并且此外，在本发明的权利要求的范围内可以做适当的修改。

该申请要求基于2007年4月27日提交的申请JP-A-2007-118946的优先权的利益，并且通过引用将申请的所有公开结合于此。

Claims (9)

1.一种用于线性极化波的贴片天线，包括：

贴片天线元件，其形成在电介质基底上，并且构造成能够进行线性极化波的发送和接收；以及

金属壁，其设置在所述贴片天线元件的外周处，并且向内倾斜以减少天线的辐射口的尺寸。

2.根据权利要求1所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述金属壁由大致长方形的金属板构造，该金属板支撑所述电介质基底的整个后表面，并且该金属板包括向前弯曲的弯曲部分以使与所述线性极化波的极化平面平行的所述金属壁的末端之间的间距变窄。

3.根据权利要求2所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述弯曲部分被构造为朝着所述电介质基底倾斜的弯曲部分。

4.根据权利要求3所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

相对于贴片天线辐射元件的波长λ，将所述弯曲部分的末端之间的间距设为大约0.8λ，将所述弯曲部分的高度设为大约0.23λ，并且将向内倾斜的所述弯曲部分的倾斜角θ设为65°至70°。

5.根据权利要求2所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述弯曲部分从所述电介质基底的外周弯曲成大约直角，并且从中点朝着所述电介质基底再一次弯曲。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述金属壁构造成使得与所述线性极化波的极化平面平行的平面中的定向波束宽度和与所述线性极化波的极化平面垂直的平面中的定向波束宽度相匹配。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

通过预定的距离将无源元件间隔布置在所述贴片天线的前面。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述贴片天线构造成使得能够通过具有与所述线性极化波垂直的极化平面的线性极化波来进行发送和接收。

9.根据权利要求8所述的用于线性极化波的贴片天线，其中

所述金属壁构造成使得关于由具有互相垂直的极化平面的所述两个线性极化波所实现的定向波束，在与由一个线性极化波形成的线性极化平面平行的平面中的定向波束宽度和在与由另一个线性极化波形成的线性极化平面垂直的平面中的定向波束宽度相等。

Images