CN1150661C - 用于微波和毫米波的宽带印制相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

一种相控阵天线，包括介电衬层，金属带装置和反射器装置，其中第一和第二导线分别包括多个第一和第二导线部分，第一和第二导线部分分别由T型接头彼此联接，从而使所述第一和第二导线部分在两个相邻T型接头之间成锥形，这样，每个导线部分的宽度在分别朝向第一和第二元件的方向增加，以在后续的T型接头中提供阻抗变换。

Description

用于微波和毫米波的宽带印制相控阵天线
技术领域
本发明涉及相控阵天线，它包括多个偶极子装置。
背景技术
从美国专利5021799中可以获知偶极子天线。此美国专利公开了一种偶极子天线，其中微带传输线装置的第一条线和第二条线呈锥形以提供微带-平衡线阻抗变换。此外，第一条和第二条线在介电衬层中间面的方向上分开，形成一个电场并从微带传输线的未平衡的接线部分中向第一和第二平衡后的偶极子天线元件提供阻抗变换。因此，在US-PS 5021799中公开的天线中，从未平衡向平衡传输的变换是在偶极子天线的微带传输线装置中进行的。另外，由于此天线所具有的传统式的偶极子微带结构而天生具备选择性(而非宽带)。此外，此已知的天线是对误差敏感的。此天线衬层的厚度为从能导引60GHz的0.0125波长到0.0625，其厚度非常薄且难于制造和处理。但是，由于US-PS 5021799中公开的偶极子天线的特定结构，该偶极子天线主要可用于窄带的应用方面。制造公差、介电材料损耗的增加、衬层厚度的减少、以相对于反射面同样距离对衬层的支撑，以及可能出现的高次谐波都将其应用限制在较低的微波范围之内(3-30GHz)。
US-PS 4737797公开了一种不带反射面的偶极子天线。此偶极子天线包括一个在微带传输线装置中的传输部分，其中信号从未平衡线转到平衡线上，以使信号可由第一和第二平衡的偶极子发射出去。在US-PS4737797中公开的偶极子天线呈现了高达1.7GHz(约30％)的宽带宽。但是，此偶极子天线并未使其可用于毫米波范围，由于平衡电路的极为临界的公差(细迹线)以及极薄的衬层(如60GHz的0.024mm)，其结构的物理支撑(稳键性)以及达至如此薄的可能性都会成问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种相控阵天线，它可以很好的效果在很大的带宽内应用于毫米波频率上。
本发明的目的是通过具有以下特征的相控阵天线来实现的。
根据本发明的一种相控阵天线，包括：
介电衬层，包括前介电面和后介电面；
多个偶极子装置，每个包括用于发送和接收电磁信号的第一和第二元件，所述第一元件印制在所述前介电面上并且指向第一方向，而所述第二元件印制在所述后介电面上并指向与所述第一方向相反的第二方向；
金属带装置，用于向和从所述偶极子装置发送和接收信号，所述金属带装置包括印制在所述前介电面上并耦合到所述第一元件上的第一导线，以及印制在所述后介电面上并耦合到所述第二元件上的第二导线；以及
反射器装置，与所述介电衬层的所述后介电面隔开并平行，在所述反射器装置与所述后介电面之间有低损耗材料并且有小于1.2的介电常数；
其中，所述第一导线包括多个第一接线部分，第二导线包括多个第二接线部分，所述第一和第二接线部分各自由T型接头相联接，其中，分别在所述第一接线部分的同平面的两个相邻T型接头之间和所述第二接线部分的同平面的两个相邻T型接头之间成锥形，使得每个接线部分的宽度在分别朝向所述第一和第二元件的方向增加，以便在每个接线部分的各自分支出来的T型接头中提供阻抗变换。
根据本发明的天线具有很大的带宽并允许用在毫米波的频率范围内。由于导线的锥形，则可获得从反馈网络的某些特定阻抗中获得阻抗变换，这样就提供了具有良好效果和高增益的天线，另外，由于采用了简单平面工艺、采用印刷工艺和/或简单和廉价的影印石板处理，可以以非常低的成本构造根据本发明的天线。另外，由于偶极子天线的低公差敏感性，可以小尺寸和高重复生产率来生产本发明的天线。将平面RF组件简单整体化是可能的，因为未来的微波和毫米波工艺将依赖于平面组件而不是波导工艺。本发明的最大优点是可以将同一天线用于不同种类的通信***，甚至是在不同的工作频率上。可能相同的大量市场产生为诸如宽波段家用网络、无线局域网、个人短无线链路、汽车用毫米波雷达、微波收音机和电视分配***(发射机和超低价接收机)。工作频带是指：5GHz，10.5GHz，17-19GHz，24GHz，26-27GHz，28GHz，40GHz，51GHz，59-64GHz，76GHz和94GHz。在同一时刻，本发明的天线满足以下总的要求，即具有特定的发射图形、良好的工作频段匹配和良好的工作频段的效率。
下面与已知天线相比较来解释本发明的天线的优点。本发明的天线与已知微带偶极子天线相比具有大于工作范围30％的非常大的带宽。因此，根据本发明相同的天线可用于不同的***和不同的应用之中。另外，本发明天线的不同部件的生产公差远小于已知微带偶极子天线的情况，这一点对于微波和毫米波来说极为重要。由于特定的结构，本发明的天线与已知微带偶极子天线相比在较高频率的传播中(微波和毫米波)具有较低的损耗和灵敏度。由于本发明的天线的低公差敏感度，针对于毫米波频率范围的制造的危险性较小的。与以同样厚度印在衬层上的平衡微带线相比在低频时在微带线上的不需要的高次波较多。由于平衡的微带馈给线结构，本发明的天线与已知的微带偶极子天线相比馈送网络对发射图形的影响非常低。用于最佳工作方案所需的介电衬层厚度在已知微带偶极子天线中非常小。介电衬层的厚度对于本发明的天线来说并非如此临界。这样，本发明的天线较易廉价地生产。另一非常大的优点是，本发明的天线便于在最高频率下工作，它可通过商用的低价的影印石板工艺来生产。其方便工作的最大工作频率为94GHz和140GHz，其介电厚度约为50μm(商用上可行)并采用影印石板工艺。已知微带偶极子天线的最大工作频率为40GHz和60GHz，要用非常先进的工艺且重复生产性方面尚存问题，因此，本发明的天线为低成本的宽带天线，它不具备特别适于微波和毫米波的临界公差。
从属权利要求中描述了本发明的其它优点。有利的是，每个接线部分的宽度逐渐增加，以在后续的T型接头中提供1∶2的阻抗变换，接线部分可与线性的、指数的或多项式的函数对应地呈锥形。低损耗材料为在所述反射器装置与所述后面之间的支撑结构。另外，所述第一和第二导线以及所述T型接头可以为平衡的且平行的，并分别在所述前和后介电面上彼此平行。
有利的是，所述第一和第二元件的长度分别小于0.5λ，各元件平均宽度w小于0.35λ，在各元件与耦合到所述各元件的所述第一或第二导线之间的接触区小于0.1λ，λ为工作频段中心频率的自由空间波长，各导线与各元件的每个相邻边之间的角度大于10度。所述第一和第二元件具有包括至少三个角的结构，这样，所述接触区就是所述角之一。所述第一和第二元件最好为五角形。另外，反射器装置到所述介电衬层装置的中间的距离约为在所述低损耗材料中工作频率的电波长的1/4。本发明的天线具有一个耦合到所述第一和第二导线的过渡元件以在所述第一和第二导线与用于将信号导到天线上并从天线上将信号导回的波导之间提供过渡，所述过渡元件包括耦合到所述第一导线的第一齿状元件和耦合到所述第二导线的第二齿状元件，所述第一齿状元件指向第一方向而所述第二齿状元件指向与第一方面相反的第二方向，所述第一和第二方向垂直于所述第一和第二导线。
附图说明
图1示出在同一面上凸出的根据本发明的相控阵天线的顶视图；
图2为图1所示天线的一部分的透视图；
图3示出用于解释根据本发明的天线的结构的截面图；
图4为根据本发明的天线的上部的截面图，用以解释平衡的金属带线；
图5示出具有锥形的金属带线的一部分；
图6示出四种不同的可能类型的偶极子；
图7示出具有优选尺寸的多个印制偶极子的顶视图；
图8示出从平衡微带向具有优选尺寸的波导过渡的过渡元件的顶视图；
图9示出在根据本发明平面阵列中组装的多重偶极子天线的所测出的输入反射系数图；
图10示出根据本发明的相控阵天线在用于主水平面的60GHz时的增益的测量图；
图11示出已知微带插线天线的增益的测量图；
图12示出已知单极天线的输入反射系数的测量图；和
图13示出已知介电透镜天线的输入反射系数的测量图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的天线的顶视图，其上有在一个共同的面上的金属带装置7的投影和介电衬层装置1的前面2和后面3上的多个偶极子装置4。在根据本发明的天线中，偶极子装置4的第一元件5印在介电衬层装置1的前面2上，而偶极子装置4的第二元件6印在介电衬层装置1的后面3上。第一元件5彼此之间以由正面2支撑的第一导线8彼此联接，以使信号在第一元件5上到达和返回。第二元件6以由后面3支撑的第二导线9彼此联接，以使信号在第二元件6上到达和返回。在图1的例子中，建立金属带装置7的第一导线8和第二导线9具有平衡的微带结构并连接到靠近偶极子天线边的波导过渡元件12，以在平衡线8和9之间向波导提供过渡，以提供将由偶极子装置4发射的信号。波导过渡元件12包括两部分，将导线8和9的每一个都连到波导上。波导过渡元件12的两个部分的每一个都包括分别装在垂直于前面2和后面9上的导线8、9方向的齿状元件。应当注意，在微波和毫米波范围内的未来商用通信***将依赖于平面工艺，这样，将需要其它种类的过渡元件。波导过渡元件12由于缺少平坦的前端而对于所示实例非常重要。
在图1中，分别印在前面2和后面3上的第一导线8和第二导线9的每一个都由靠近于天线中部的T型接头15分成两个分支。从靠近于天线中部的第一T型接头15开始，后继的T型接头15相应为矩形的，将第一导线8和第二导线9分成多个第一接线部分13和第二接线部分14。每个接线部分13连接两个相邻T型接头15，而每个第二接线部分14也连接两个相邻T型接头15。
如图1所示，第一和第二接线部分13、14和后继的T型接头15的结构对于两个分支来说是对称的。各相邻第一和第二接线部分13和14彼此是呈矩形的。在最后一个T型接头15之后，第一导线8和第二导线9的各端部导入偶极子装置4中。每个偶极子装置4包括一个第一和一个第二元件5、6，用于发射和接收由第一导线8和第二导线9发出的电磁信号。第一元件5印在介电衬层1的前面2上，而第二元件6印在介电衬层1的后面3上。第一和第二元件5、6分别大致与它们所连接的第一或第二接线部分13、14垂直。另外，如图1所示，第一元件5指向第一方向而第二元件6指向与第一方向相反的第二方向。第一和第二元件5和6的优选形状为五角形。如图1所见，在相邻T型接头15之间的第一接线部分13和第二接线部分14之间是锥形的以向位于朝着偶极子装置4方向的后继T型接头中提供阻抗变换。第一和第二接线部分13、14是锥形的，这样，每个导线13、14的宽度在朝着第一和第二元件的方向上增加。
在图2中，示出具有两个偶极子的如图1所示天线的部分的透视图。该天线包括具有前面2和后面3的衬层1。第一元件5印在前面2上而第二元件6印在后面3上。还有，第一导线8印在前面2上而第二导线9印在后面3上。在图2中，仅示出两个偶极子装置4，它们是由第一和第二导线8、9馈给的。在两个所示的偶极子装置4之间的T型接头15是由在前面2上的第一接线部分13和在后面3上的第二导线14  馈给的。第一和第二接线部分13、14是锥形的，其宽度在朝着偶极子装置4的方向渐宽。该锥形提供的阻抗变换从第一和第二接线部分13、14的窄部分的100Ω到第一和第二接线部分13、14的宽部分的50Ω。在T型接头处，第一和第二接线部分13、14被分离成导入偶极子装置4的第一和第二接线部分8、9的非锥形端部。选出介电衬层1与反射装置10之间的低损耗材料11其损耗最小，且介电常数小于1.2。在所示的例子中，低损耗材料11为一种支撑所述反射装置10以及在其后面3上的所述介电衬层的支撑结构。在其它实施例中，损耗材料11可以是空气，这样，在介电衬层1与反射装置10之间存有自由空间，最好，低损耗材料为聚氨酯泡沫。但是，低损耗材料也可以是其介电常数小于1.2的其它材料。借助各种低损耗材料11，可以影响偶极子天线的厚度。在图2中，以虚线示出印在介电衬层1的后面3上的第二元件6和第二导线9。
图3示出根据本发明的天线的截面部分。第一元件5印在介电衬层1的前面2上，而第二元件6印在介电衬层1的后面3上。其上印有第二元件6和第二导线9的介电衬层是由建立支撑结构的低损耗材料11支撑的。在与介电衬层1的后面3相对的低损耗材料11的面上，有一个反射装置10。所示的该反射装置为平行于所述后面的反射器平板。
反射装置10的上表面与介电衬层1的中间之间的距离d约为在用作介电衬层1与反射装置10之间的支撑结构的低损耗材料中的中心频率(工作波段的中央)的电波波长λ的1/4。最好，距离d为λ/(4xsqrt∑r)±10％，其中∑r为低损耗材料的介电常数。距离d的轻微改变将对偶极子天线的发射图产生特定影响，这种影响有时是需要的。另外，图中所示的天线为平面形的，而根据本发明的其它形状的天线也可使用。
在图4中，示出带有分别印在前面2和后面3上的第一导线8和第二导线9的介电衬层1的截面图。如图4所示，第一导线8和第二导线9是平衡的，并且彼此平行并相反地分别安置在前面和后面2，3上。第一导线8和第二导线9的宽度和形状是相同的。应当注意，以金属带装置7形式出现的整个反馈网络是由彼此平行并相对的平衡的金属带线实现的。第一导线8和第二导线9的对称轴是处于介电衬层1的中心面上的。T型接头15用于将信号分配到多个偶极子装置4上并从该装置4上获得信号。第一导线8和第二导线9的T型接头15也是平衡的T型接头并且彼此平行且分别相对地安置在所述前面和后面2，3上。此外，为了补偿接头断开的影响，T型接头可以提供一个三角形间隙，如图2所示的T型接头15中所示。
为了使根据本发明的天线与所需的前端成为一体，需要在根据本发明的平衡的金属带线之间进行传输线过渡的前端的传输线工艺。如果在前端采用波导工艺，就可以使用图1所示的波导过渡元件12。如果前端采用微带工艺，就应当用平衡微带过渡的微带。如果前端采用共面波导工艺，就要用平衡微带过渡的共面波导。如果前端采用同轴线，就要用平衡微带过渡的同轴联接器。
由于根据本发明的天线的超宽带的可操作性，以及介电衬层厚度的商业上的可行性，在不需要改变本发明的天线的结构的前提下可以获得高达140GHz以上的整个频率覆盖范围。通过简单地放大或减少本发明的天线的尺寸比例而不需要重新计算偶极子天线的结构就可以使其用于更高或更低的频率范围上。
在图5中，示出第一接线部分13，以解释两个相邻T型接头15之间的接线部分的锥形形状。所示接线部分的小端16在朝着过渡元件的方向上连到T型接头15上，例如图1所示波导过渡元件12，而长端17则在朝着偶极子装置4的方向上连到T型接头15上。侧边部分的宽度随着从小端16到大端17而增加，以在与长端17相连的T型接头上提供100Ω至2×50Ω的阻抗变换。为了提供从100Ω到50Ω的阻抗变换，接线部分的宽度渐增以在后继的T型接头15中提供1∶2的阻抗变换。平衡接线部分13和14的锥形实际上是很缓和的，从而使介电衬层1的前面2和后面3上的导线的宽度同时改变。接线部分的宽度的改变就使传输线的阻抗改变。上述陈述对第二接线部分14也是一样的。
如图5所示，接线部分的侧边部分18和19可以线性函数改变。在其它实施例中，侧边部分18和19可以以包括“Chebisshev Polinom”函数的指数函数或多项式函数改变。各锥形函数的选择可依各工作频率来选，并使接线部分的反射性最小。接线部分的锥形比已知的1/4波变换器优越，这是由于1/4波变换性高频率选择性和高容差依赖性。另外，平街金属带结构比已知的微带结构优越，因为对其它印制结构在对波导的过渡，例如在前端，更易获得。另外，使用具有固定厚度的介电衬层1，在已知的未平衡微带线中于低频时比在根据本发明的平衡金属带线中更易出现非常不希望有的高次传播。
在图6中，示出偶极子装置4的第一元件5和第二元件6的四种不同类型。所有所示类型的元件由于其如此非临界的容差而使其在中心频率附近大于50％的频带内具有良好的匹配性和发射特性，并且表现了良好的对微波和毫米波的可适用性。但是图6a所示的五角形的效果最好，并且是根据本发明的天线的优选形状。第一和第二元件5、6最好具有包括至少三个角的结构，且这些角之一是各接线部分13或14与元件5或6之间的接触区。
在图6b中，元件5或6具有4个角，其靠近角上的两个长边构成接触区而两个短边与所述两个长边相对。在图6b中，元件5或6具有3个角。在图6d中，元件5或6具有8个角，它具有两个相反的长边，两上分别靠近所述长边的中边和两个彼此相反的短边，并对所述长边呈矩形。两个短边之一为各接线部分的接触区，如图6d所示。
第一和第二元件5、6的长度1最好分别小于0.5λ，平均宽度w小于0.35λ，而所述各元件与耦合到所述各元件的所述第一或第二导线8、9之间的接触区的宽度c小于0.1λ，其中λ为所用中心频带的自由空间波长。平均宽度w定义为在如图6所示长度1的一半之处的各元件5、6的宽度。在图6a、6b和6c中，接触区宽度c为零，因为各元件5、6的角之一为接触区，而在图6d中，接触区宽度c为元件23的短边之一的长度。另外，在各导线8、9与靠近所述接触区的元件的边之间的角度α最好大于10°。带有如图6所示形状并且具有上述定义的特性的元件5、6为可以连续地工作在与中心频率相关的频带的30％内，通常为40-50％的元件5、6，其VSWR小于2。应当注意，这种元件5、6可以覆盖VSWR小于2.5的情况，至于是多于一个八音度。
根据本发明设计的并工作在中心频率为60GHz的相控阵天线最好具有64个偶极子装置、一个厚度为0.127mm且介电常数为2.22(特夫隆-纤维-玻璃)的介电衬层、金属化厚度为17μm的印制导线和元件、作为支撑材料的介电常数为1.03的聚氨酯的低损耗材料以及用于对射频前端波导(WR-15)过渡的平面。这种天线的尺寸最好如图7和8所示。对于94GHz的频率范围来说，建议使用较薄的衬层。如果未用直接比例变化的话，特定于较高频率的天线尺寸的最终裁定应由全波电磁激励器完成。可以通过改变正面(in-face)反馈网络，来达到用与本发明的天线相同结构的天线在特定频率下侧波瓣的减少。所用偶极子元件的数目可增可减。一种方案是用4次方来减少或增加元件数目(例如4、16、64、256)。以256个元件在60GHz时可能的增益值估计约为18dB。元件的数目大将增加方向性而不会增加增益，因为在较长的传输线上会有损耗且会使表面变大，它是不实际的。
图7示出突入一个共同平面中的具有优选尺寸的多个元件5、6的一些元件的顶视图。图7所示的优选尺寸全部以毫米计。如上面所述及图7所示，元件5、6的优选形状为具有5个角的五角形。各角之一为五角形元件5、6与第一和第二导线8、9之间的接触区。第一元件5指向第一方向而第二元件6指向与所述第一方向相反的第二方向。第一和第二方向垂直于导线8、9的长度方向。靠近构成接触区的角的五角形元件5、6的内边长为0.6338mm，而外边的长为0.9mm。与构成接触区的角相对的五角形元件5、6的端边长为0.4595mm，而端边与靠近所述接触区的边之间的两个边长边0.8194mm。在T型接头15与第一和第二元件5、6之间的第一和第二导线的恒定宽度为0.19mm，而从所述T型接头15到接触区的长度为1.884mm。T型接头15的宽度为0.485mm。它也是朝向元件5、6在T型接头15处第一和第二接线部分13、14的宽度。在接触元件5、6的第一和第二导线8、9与平行第一和第二接线部分13、14之间的距离为1.8574mm。耦合到同一T型接头15的相邻元件5、6的中轴之间的距离为4.39mm。构成接触区的五角形元件、5、6的角的内角小于70°，靠近构成接触区的角的两个角的内角约为120°，且与构成接触区的角相对的两个角约为110°。在元件长度方向上相邻并经三个T型接头15耦合的两个第一或两个第二元件5、6之间的距离分别为4.39mm，测量是在内角约为120°的两个角之间分别做出的。因此，各元件5，6是彼此等距的。
在图8中，示出具有优选尺寸的波导过渡元件12。波导过渡元件12在平衡金属带5、6之间向诸如WR-15的波导过渡的过程中提供过渡。波导过渡元件12为每个金属带线8、9提供多个齿状元件20、21，齿状元件20、21指向垂直于所述金属带线8、9的各方向。分配给第一金属带线的齿状元件20指向第一方向，而分配给第二金属带线9的齿状元件21指向与所述第一方向相反的第二方向。齿状元件的长度为0.93mm，其宽度为0.234mm。波导过渡元件12的总长度从耦合到金属带线8、9的第一边22和耦合到波导的第二边23算起为5.18mm。应当注意，图7和8中给出的所有优选尺寸都适用于工作在中心频率为60GHz的天线，这样，在考虑了中心频率为60GHz的情况下，可将其主要尺寸放大或缩小。
在图9中，示出根据本发明的天线在从50.0到65.0GHz的频带上天线的输入反射系数(S11以dB计)。如图9所示，根据本发明的天线示出了极优值，而不管从根据本发明的天线前端到天线反馈器的平衡金属带线的选择波导过渡情况。根据本发明的天线的输入反射系数在测量范围内不超过-13dB。或达到VSWR的最大值1.58。如图9所见，在50.0和65.0GHz之间的范围内可见到类似值S11，即在至少30％的工作范围内有些情形出现。由于所用波导的频带的限制(WR-15.50-70GHz)，在较高波段内不可能进行测量。
在图10中，示出在60GHz对根据本发明的天线的主水平面测出的天线图。在图10中所示的图示出在-45°与+45°之间发射角φ上的本发明的天线增益。测量是与已知的喇叭形天线进行比较而实施的。所示图形的轻微非对称特性达到非最佳测量设备的。所测的天线增益为23.5dB相对约26.5dB估计(模拟)方向性，导致包括因波导至平衡的金属带过渡损耗在内的约3-3.5dB的整体损耗，这是一个非常好的值，在整个测出的50-65GHz的频率范围上天线图几乎无改变。在测出的范围中最大增益波动不超过1dB，它表明根据本发明的偶极子天线的特性极好。
天线阵列是以相控方式馈给的，应当出现相对于主波瓣-13dB的侧波瓣。在所有的测量情况下(50-65GHz)，侧波瓣不超过载波强度的-10至-11dB。如果采用“差相位”馈给，侧波瓣就可直接受影响。通过以预定的数学函数从印制的插线的最外侧到相位中心(无线中间)改变通往印制的偶极子的馈线的长度来实现的。
为了表明根据本发明的天线的优异特性，简单发射元件(微带插线)的输入反射图与根据本发明建议的高增益方案相比较。图11示出对61.5GHz所设计的微带插线天线的输入反射系数(S11以dB计)。所的测出的微带插线天线为带有非常高的公差敏感性的低成本天线，如果以多个元件在非常高的频率下用高增益时，前者会表现出对信号馈给的大问题。
在图12中，测出对61.5GHz所设计的没有不线罩的已知单极天线的输入反射系数(S11以dB计)。所测的单极天线表现了非常高的公差敏感性，它仅有很小的增益或无高增益。另外，所测量的单极天线的90°仰角中重复性和阴影性非常临界。
在图13中，示出在57.0-65.0GHz的频率范围内介电透镜天线的输入反射系数(S11以dB计)的一个测量的和两个模拟的曲线。两个平缓的曲线是模拟的曲线，而在58.7GHz有尖锐下降的第三条曲线是所测的介电透镜天线的情况。所测介电透镜天线此时需要波导馈送器，对于60GHz来说是大的(直径8cm)，只有对低增益远地站(基站)在60GHz范围内多少会起相当的重要作用。
从上面的图中可以看到，根据本发明的天线甚至是在非常高的频率下仍有极好的特性。本发明的天线可用作低成本的低增益天线，也可以用作在微波和毫米波范围内的各种目的的高增益天线。根据本发明的天线可以成功地用于微波和毫米波的无线局域网和私用短数据链路上，以及汽车雷达方面，其中就采用低成本的平面方案。此外，本天线可用于毫米波的59-64GHz的无线局域网的全波段内，这两个波段分别为用于欧洲和美国的(76GHz)和日本的(61GHz)(汽车用)防撞雷达。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，包括：
介电衬层(1)，包括前介电面和后介电面(2，3)；
多个偶极子装置(4)，每个包括用于发送和接收电磁信号的第一和第二元件(5，6)，所述第一元件(5)印制在所述前介电面(2)上并且指向第一方向，而所述第二元件(6)印制在所述后介电面(3)上并指向与所述第一方向相反的第二方向；
金属带装置(7)，用于向和从所述偶极子装置(4)发送和接收信号，所述金属带装置(7)包括印制在所述前介电面(2)上并耦合到所述第一元件(5)上的第一导线(8)，以及印制在所述后介电面(3)上并耦合到所述第二元件(6)上的第二导线(9)；以及
反射器装置(10)，与所述介电衬层(1)的所述后介电面隔开并平行，在所述反射器装置(10)与所述后介电面(3)之间有低损耗材料(11)并且有小于1.2的介电常数；
其中，所述第一导线(8)包括多个第一接线部分(13)，第二导线(9)包括多个第二接线部分(14)，所述第一和第二接线部分(13，14)各自由T型接头(15)相联接，其中，分别在所述第一接线部分(13)的同平面的两个相邻T型接头(15)之间和所述第二接线部分(14)的同平面的两个相邻T型接头(15)之间成锥形，使得每个接线部分(13，14)的宽度在分别朝向所述第一和第二元件(5，6)的方向增加，以便在每个接线部分的各自分支出来的T型接头(15)中提供阻抗变换。
2.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，每个接线部分(13，14)的宽度递增，以在后续的T型接头(15)中提供1∶2的阻抗变换。
3.如权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，所述接线部分(13，14)按照线性、指数或多项式函数呈现锥形。
4.如权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，所述低损耗材料(11)是一种在所述反射装置(10)与所述后介电面(3)之间的支撑结构。
5.如权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，所述各第一和第二导线(8，9)以及所述各T型接头(15)分别在所述前介电面(2)和所述后介电面(3)上是彼此平行并相对的。
6.如权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一和第二元件(5，6)的长度(1)小于0.5λ，各元件的平均宽度(W)小于0.35λ，而所述各元件与耦合到所述各元件的所述第一或第二导线(8，9)之间的接触区的宽度(C)小于0.1λ，λ就为所用波段的中心频率的自由空间波长，各导线(8，9)与各元件(5，6)的相邻边之间的角度大于10度。
7.如权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一和第二元件(5，6)具有一个至少包括3个角的结构，并且所述接触区为所述角之一。
8.如权利要求6的相控阵天线，其特征在于，所述第一和第二元件(5，6)是五角形的。
9.如权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，反射装置(10)对所述介电衬层装置(1)的中间的距离为在所述低损耗材料(11)中工作频率的电波长的1/4。
10.如权利要求1或2所述的相控阵天线，其特征在于，过渡元件(12)耦合到所述第一和第二导线(8，9)上，以在所述第一和第二导线(8，9)与用于向/从天线引导信号的波导之间提供过渡，所述过渡元件(12)包括耦合到所述第一导线(8)的第一齿状元件(20)和耦合到所述第二导线(9)上的第二齿状元件(21)，所述第一齿状元件指向第一方向而所述第二齿状元件指向与所述第一方向相反的第二方向，所述第一和所述第二方向分别与所述第一导线(8)的与所述波导直接连接的第一接线部分和所述第二导线(9)的与所述波导直接连接的第二接线部分垂直。
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