自接地表面可安装的蝶形天线装置、天线瓣及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及包括天线结构(11)的自接地蝶形天线装置(10)，天线结构(11)包括多个天线瓣(1,1)，多个天线瓣包括朝向相应的端头部分(6,6)逐渐变细的臂段并且由导电材料制成，端头部分(6,6)布置成在其第一侧上接近基座部分(9)并连接到馈电端口，为每个天线瓣(1,1)提供特定端口。基座部分(9)包括导电接地平面或印刷电路板(PCB)，并且每个天线瓣(1,1)由金属片等制成单件，并且其适于制造为独立单元(9)，并且通过表面安装可安装到基座部分或接地平面(9)的正面或背面上。接地平面可以是印刷电路板(PCB)，这意味着可以通过自动放置和焊接机来安装蝶形结。放置机通常被称为拾放机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自接地表面可安装的蝶形天线装置、天线瓣及制造方法
本专利技术涉及自接地天线装置，以及用于生产自接地天线装置的方法。背景对于在无线通信中使用的宽带天线的需求日益增加，以便允许在多个频带中进行通信、使用高或非常高的数据速率以及用于不同的系统。超宽带(UWB)信号通常被定义为具有较大的相对带宽(带宽除以载波频率)或较大绝对带宽的信号。表达UWB特别适用于3.2-10.6GHz频带，但也适用于其他和更宽的频带。宽带信号的使用例如在yM.Z.Win等人于2009年2月在ProceedingsoftheIEEE第97卷第2期的198-204页的“HistoryandapplicationsofUWB”中进行了描述。UWB技术是一项低成本技术。发射和接收UWB信号的CMOS处理器的开发已经开拓了大量不同应用的领域，并且对于UWB信号可以以非常低的成本制造它们，而不需要用于混频器、RF(射频)振荡器或PLL(锁相环)的任何硬件。UWB技术可以对于不同的应用在广泛的领域中实施，诸如，例如以非常高的数据速率(高达或高于500Mbps)进行的短距离通信(小于10m)，例如用于在娱乐系统(如DVD播放机、电视机等)中的部件之间进行的无线USB类似的通信；在低数据速率通信与精密测距和地理定位相结合的传感器网络中，以及具有极高空间分辨率和障碍物穿透能力的雷达系统，并且通常用于无线通信设备。为了生成、发射、接收和处理UWB信号，需要在信号生成、信号发射、信号传播、信号处理和系统架构领域内开发新的技术和装置。通常，UWB天线已经被划分成四个不同的类别，其中，第一类别(缩放类别)包括蝶形偶极子，参见例如Lestari等人2010年7月在IEEETrans.AntennasPropag.的2010年7月的第58卷第7期第2184-2192页中发表的“AmodifiedBow-Tieantennaforimprovedpulseradiation”，以及双锥形偶极子，如例如A.K.Amert等人2009年12月在IEEETrans.AntennasPropag.第57卷第12期第3728-3735页中发表的“MiniaturizationofthebiconicalAntennaforultra-widebandapplications”中所讨论的。第二类别包括自补结构，如例如Y.Mushiake1992年12月在IEEEAntennasPropag.Mag.第34卷第6期第23-29页中发表的“Self-complementaryantennas”中所述。第三类别包括行波结构天线，如例如P.J.Gibson1979年在Proc.9thEuropeanMicrowaveconference第101-105页发表的“TheVivaldiaerial”中所讨论的例如Vivaldi天线，以及第四类别包括多个谐振天线，如对数周期的偶极子天线阵列。缩放类别、自补类别和多次反射类别中的天线包括具有低增益的紧凑低剖面天线，即具有宽且通常或多或少的全向远场模式，而行波类别中的天线(如Vivaldi天线)是定向的。上述UWB天线主要设计用于普通视线(LOS)天线系统，其中每个极化具有一个端口，并且在通信系统的发射和接收侧之间具有已知的单波方向。然而，在大多数环境中，在通信系统的发射和接收侧之间存在导致波的反射和散射的若干对象(例如房屋、树木、车辆、人类)，结果造成在接收侧上多个入射波，因此对于天线需要更好地考虑这些因素。这些波之间的干扰引起大的电平变化，称为接收天线的端口处的接收电压衰落(被称为信道)。这种衰落可以在利用多端口天线的现代数字通信系统中被抵消并支持MIMO技术(多输入多输出)。无线通信系统可以包括具有多频带多端口天线的大量微基站，从而使得MIMO对于紧凑性、角覆盖、辐射效率和极化方案具有高要求，这些都是对于这些系统的性能的关键问题。多端口天线的辐射效率由于如单端口天线中的欧姆损耗和阻抗不匹配而被降低，但也由于天线端口之间的相互耦合而被降低。早期已知的宽带天线装置并不能令人满意的满足这些要求。然而，在WO2014/062112中公开了适用于如上所述的MIMO通信系统的宽带紧凑型多端口天线，其具有低欧姆损耗(即高辐射效率)、天线端口之间的低耦合以及良好的匹配。在WO2014/062112的图11中所示的几何形状被称为双极化自接地蝶形天线，并且在H.Raza、A.Hussain、J.Yang和P.-S.Kildal于2014年9月在IEEETransactionsonAntennasandPropagation第62卷期第1-7页中发表的“WidebandCompact4-portDualPolarizedSelf-groundedBowtieAntenna”中进行了描述。自接地蝶形天线的几何形状对于大量制造且特别是对于批量生产而言是昂贵的。对于未来的无线通信系统(例如第五代(5G)无线通信)，所使用的频率可能高达30GHz，或者甚至高达60GHz，并且对于在毫米波频率下提供足够的增益和可操控性，大规模MIMO是具有挑战性的选项，请参阅2015年11月2日和2015年11月3日的2015LoughboroughAntennas&PropagationConference中由Per-SimonKildal发表的“PreparingforGBit/sCoveragein5G:MassiveMIMO,PMCPackagingbyGapWaveguides,OTATestinginRandomLOS”。与迄今为止已知的天线系统相反，基于使用大量天线元件(从其几十个到几百个甚至几千个)的大规模MIMO阵列天线或大型天线系统或超大型MIMO阵列等用于以使信噪比最大化的方式独立操作以相干地适应环境中的一个或更多个入射波。大规模MIMO是特别有利的，因为数据吞吐量和能量效率可以显著提高，例如当同时调度大量用户站时，即多用户场景。MIMO阵列和大规模MIMO阵列天线由若干相同的天线元件并排组成。这使得制造以及安装非常困难、昂贵和耗时。大规模MIMO阵列与传统的相控阵天线数位等效。相控阵在所有元件上包含模拟可控移相器，以便将天线波束相位控制到所需的方向。在MIMO技术中，每个元件上都有模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)，使得所有波束控制都在数字上被完成，并且不需要模拟移相器。这使得MIMO天线系统比相控阵更加灵活和适应，从而可以形成任何波束形状甚至多个波束。这被称为数字波束形成。所有已知的天线装置，即使满足上面提到的许多功能要求，但是还会遭受由于制造不够容易和便宜并且不如期望的那么容易安装而产生的缺点。这对于老一代和现代的通信系统以及对于其他实现方式来说都是一个问题，而且对于未来的通信系统(例如5G)以及比现在使用的更高频率的其他未来应用更加明显。它们也遇到提供不了足够带宽的缺点。概述因此，本专利技术的一个目的是提供一种天线装置，通过该天线装置可以解决或至少减轻一个或更多个上述问题。特别地，本专利技术的目的是提供一种自接地蝶形天线装置，例如用于MIMO系统的UWB多端口天线，其制造简单且便宜。本专利技术的另一个目的是提供一种易于安装的天线装置和一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，包括天线结构(11；11”；111；113；……；1115)，所述天线结构包括多个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)；所述多个天线瓣包括朝向中心端部部分(6；6’；6A；6B)逐渐变细并且包括导电材料或由导电材料制成的臂段，所述端部部分(6；6’；6A；6B)布置成接近用作接地平面(9；9”；92‑915)的基板，所述臂段可选地被连接以至少部分地形成喇叭的壁，并且天线馈源被布置连接到所述中心端部部分或在所述中心端部部分的附近，其特征在于，所述基板(9；9”；92‑915)包括导电接地平面或印刷电路板(PCB)，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)制成单件，或者两个或更多个天线瓣结合成单件，并且每个天线瓣包括金属表面，以及例如由金属片或类似物制成，并且其特征在于，所述天线瓣或每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)适于与所述导电接地平面或所述印刷电路板(PCB)(9；9”；92‑915)分开制造，并且借助于表面安装技术(SMT)可安装到所述基板(9；9”；92‑915)的正面或背面上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.17 SE PCT/SE2015/051231;2015.12.08 SE PCT/1.一种自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，包括天线结构(11；11”；111；113；……；1115)，所述天线结构包括多个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)；所述多个天线瓣包括朝向中心端部部分(6；6’；6A；6B)逐渐变细并且包括导电材料或由导电材料制成的臂段，所述端部部分(6；6’；6A；6B)布置成接近用作接地平面(9；9”；92-915)的基板，所述臂段可选地被连接以至少部分地形成喇叭的壁，并且天线馈源被布置连接到所述中心端部部分或在所述中心端部部分的附近，其特征在于，所述基板(9；9”；92-915)包括导电接地平面或印刷电路板(PCB)，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)制成单件，或者两个或更多个天线瓣结合成单件，并且每个天线瓣包括金属表面，以及例如由金属片或类似物制成，并且其特征在于，所述天线瓣或每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)适于与所述导电接地平面或所述印刷电路板(PCB)(9；9”；92-915)分开制造，并且借助于表面安装技术(SMT)可安装到所述基板(9；9”；92-915)的正面或背面上。2.根据权利要求1所述的自接地天线装置，其中，每个天线瓣的所述中心端部部分被连接到一个或几个天线馈源。3.根据权利要求1所述的自接地天线装置，其中，每个天线瓣的所述中心端部部分导电地连接到所述接地平面，并且布置在所述天线馈源附近。4.根据权利要求1或2所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，所述端部部分具有端头部分，所述端头部分(6；6’；6A；6B)还适于连接到馈电端口，特定的端口被提供用于包括臂段的每个天线瓣或所述天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)，所述天线瓣或每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)还包括弯曲单极天线和环形天线的混合功能。5.根据权利要求1或3所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，所述端部部分的每一个与所述接地平面中的诸如激励槽的激励开口的一个边缘处于导电金属接触，并且其中，至少一个天线馈源布置在所述激励开口内或所述激励开口下方。6.根据权利要求5所述的自接地天线装置，其中，所述端部部分以以下方式进行布置：在所述接地平面中存在与所述激励开口/槽的阵列的每个边缘连接的一个瓣，由此每个开口/槽激励波在两个相邻的瓣之间传播，类似于所谓的TEM喇叭天线的激励，并且甚至布置成以下方式：两个开口/槽激励的瓣包括作为偶极子激励的两个弯曲的单极天线和两个环形天线的宽带混合功能。7.根据权利要求3或5所述的自接地天线装置，其中，所述激励开口形成为矩形、圆形或椭圆形。8.根据权利要求3或5所述的自接地天线装置，其中，所述激励开口具有细长形式，并且其中，中间部分比端部部分更窄，例如具有骨形或I形或H形。9.根据权利要求3和5-8中任一项所述的自接地天线装置，其中，所述激励开口形成为PCB中的蚀刻凹部，并且其中，所述天线馈源布置在所述PCB的另一面上。10.根据权利要求3和5-9中任一项所述的自接地天线装置，其中，所述天线馈源包括至少一个微带，所述至少一个微带具有突出到所述激励开口的边界中的端部。11.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置，其中，每个天线瓣的金属表面布置成弯的或弯曲的设置，相对于所述接地平面形成一个或几个倾斜表面区域。12.根据权利要求11所述的自接地天线装置，其中，所述金属表面包括基本上平坦的、通过气动吸盘可接合的至少一个表面区域。13.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)包括第一平面连接部分(2；2A；2B；2A’；2A”；2E；2F；2G)、第一壁部分(3；3A；3A1；3A2；3B；3A’；3A”；3E；3F；3G)、中间安装部分(5；5A；5A1；5A2；5B；5A’；5A”；5E；5F；5G)，所述第一平面连接部分适于连接到所述金属接地平面或所述PCB(9；9”；92-915)的所述正面，所述第一壁部分与所述第一连接部分(2；2A；2B；2A’；2A”；2E；2F；2G)在其中延伸的平面形成角度，所述中间安装部分例如是平坦的或包括平坦部分(5A1’)，并且布置成在连接到或变成所述第二连接端头部分(6；6’；6A；6B)的相对端部中将所述第一壁部分(3；3A；3A1；3A2；3B；3A’；3A”；3E；3F；3G)与第二壁部分(4；4A；4A1；4A2；4B；4A’；4A”；4E；4F；4G)相互连接，所述第二连接端头部分设置在与所述第一连接部分(2；2A；2B；2A’；2A”；2E；2F；2G)相同的平面中。14.根据从属于权利要求2时的前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)的所述端头部分(6；6’；6A；6B)包括小的平坦圆形部分。15.根据从属于权利要求2或4时的前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)的所述端头部分(6；6’；6A；6B)包括开口(7)，所述开口适于接收焊接至所述天线瓣的所述端头部分(6；6’；6A；6B)的导电引脚(12；12”；12’)。16.根据从属于权利要求2或4时的前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，每个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)的第一连接部分(2；2A；2B)通过螺钉或空心铆钉焊接或以其他方式固定到所述金属接地平面或所述PCB(9；9”；92-915)上。17.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置，其中，每个天线瓣的与所述中心端部部分相对的端部导电地连接到所述接地平面，并且优选地固定连接到所述接地平面，例如通过焊接或者用螺钉或空心铆钉固定。18.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(60；70；80；90；120；130；140；150；160；170)，其中，所述天线结构的所述天线瓣或至少一些天线瓣(1A；1A1；1A2；1C；1D；1A’；1A”；1E；1F；1G)包括设置在所述第一壁部分(3A；3A1；3A2；3B；3D；3A’；3A”；3E；3F；3G)中的槽或开槽结构(15；15A’；15A”；15E；15F；15G1,15G2,15G2)，所述槽或开槽结构优选地还至少部分地延伸到所述第一连接部分(2；2A’；2A”)中，例如分成两个腿部分或形成闭合槽(15”)，或者还至少部分地延伸到所述第二壁部分(4E)中，或者所述天线结构的所述天线瓣或至少一些天线瓣包括一个或更多个外部边缘槽结构(15F；15G2)以提供改善的带宽匹配和提高的性能。19.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(140；150；160；170)，其中，所述天线结构的所述天线瓣或至少一些天线瓣(1B；1C；1D)包括由所述第一壁部分(3B)和在与所述第一壁部分(3B)所位于的侧相对的一侧处连接到所述第一连接部分并且基本上平行于所述第一壁部分(3B)延伸的附加壁部分(21；21’)形成的沟槽。20.根据权利要求19所述的自接地天线装置(140；150)，其中，所述附加壁部分(21)具有适合于所述第一壁部分(3B)的长度的长度。21.根据权利要求19所述的自接地天线装置(160；170)，其中，所述附加壁部分(21’)具有适合于所述导电接地平面或所述PCB(913；914；915)的外侧的长度的长度。22.根据从属于权利要求18时的权利要求19、20或21所述的自接地天线装置(140；150；160；170)，其中，所述天线结构的所述天线瓣或至少一些天线瓣包括一个或更多个槽(15)和由所述第一壁部分(3B)和附加壁部分(21；21’)形成的沟槽。23.根据从属于权利要求2或4时的前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置，其中，所述金属接地平面或所述PCB(9；9”；92-915)包括介质部分(8；81；8”)，所述介质部分适于位于所述第二连接端头部分或每个第二连接端头部分(6；6’；6A；6B)的下方，或者孔设置在所述接地平面中在所述第二连接端头部分或每个第二连接端头部分下方以保持所述端头部分或多个端头部分与所述导电接地平面隔离。24.根据权利要求23所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；140；150；160；170)，其中，所述介质部分(8；81)包括适合于位于一个或更多个天线瓣的第二连接端头部分(6；6’；6A；6B)下方以使所述一个或更多个天线瓣与所述导电接地平面隔离的薄介质膜。25.根据权利要求23所述的自接地天线装置(100；110；120；130)，其中，所述介质部分(8’)包括适合于位于一个或更多个第二连接端头部分(6；6A；6B；6’)的厚介质膜，以用于为一个或更多个天线瓣提供支撑并使所述一个或更多个天线瓣与所述接地平面保持隔离。26.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；20；30；40；50；60；70；80；90；100；110；120；120；140；150；160；170)，其中，所述自接地天线装置包括至少两个天线瓣，所述至少两个天线瓣布置成形成包括一个或更多个蝶形结的天线结构(11；11”；111；112；113；......；1115)，并且其中蝶形结的所述天线瓣的天线端口适合被独立激励。27.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置，其中，所述自接地天线装置包括至少两个天线瓣(1；1A；1”；1A1；1A2；1B；1C；1D；1’；1”’；1A’；1A”；1E；1F；1G)，所述至少两个天线瓣布置成形成包括一个或更多个蝶形结的天线结构(11；11”；111；112；113；......；1115)，并且其中，具有类似极化的端口或馈源的一个或每个蝶形结的或与具有类似极化的端口或馈源的一个或每个蝶形结相关联的天线瓣的天线端口或馈源被差动激励。28.根据权利要求27所述的自接地天线装置，其中，一个或每个蝶形结的或与一个或每个蝶形结相关联的所述天线瓣的天线端口或馈源连接到相应的平衡-不平衡转换器并由相应的平衡-不平衡转换器组合，每个平衡-不平衡转换器例如通过在所述天线瓣所位于的所述金属接地平面或所述PCB(9；9”；92-915)的面上的、形成所述正面的或在所述金属接地平面或所述PCB(9；9”；92-915)的所述背面上的180°混合电路来实现，并且其中，类似极化的端口或馈源被差动激励。29.根据前述权利要求中任一项所述的自接地天线装置(10；10”；100；120；140；160)，其中，所述自接地天线装置包括天线结构(11；11”...

【专利技术属性】
技术研发人员：波尔西蒙·基尔代尔，萨迪克·曼苏里穆加达姆，安德烈斯·阿雷昂格拉祖诺夫，
申请(专利权)人：加普韦夫斯公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE