具有极化相关输出的宽带天线制造技术

天线包括：接地面、第一天线元件和第二天线元件，其中，第一天线元件和第二天线元件布置为用于以设计波长发射和/或接收分别具有第一极化方向和第二极化方向的电磁辐射，第二极化方向与第一极化方向不同，其中，第一天线元件和第二天线元件每一个包括谐振器元件对，谐振器元件对具有面对相应的布置在每一对谐振器元件中的探针的侧壁，其中，第一天线元件与第二天线元件之间共享每一对谐振器元件中的一个谐振器元件，并且第一天线元件和第二天线元件的各个探针布置在共享的谐振器元件的不同侧上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有极化相关输出的宽带天线
本专利技术涉及天线领域。更准确地说，本专利技术涉及用于可能的5G应用的、具有极化相关输出和波束控制能力的天线阵列。
技术介绍
现代信息交换越来越多地基于通信双方之间的自由空间电磁波传输。更高数据传输速率的不断增长的需求和参与者不断增加的数量，推动了射频技术向更高频率和更高带宽的持续发展。天线用于发送和接收以电磁波编码的信号，并用于在自由空间传播的电磁波与用于信息处理的芯片上的电子设备之间提供接口，诸如，在基站或移动终端中。这个接口常常构成用于数据传输可用频率的瓶颈。为了满足下一代通信标准的要求，这些天线应该具有可收集和发射电磁辐射的较宽的带宽。优选地，下一代天线的带宽应当覆盖从24GHz到43.5GHz的、用于预期的5G标准的提议带宽的大部分。此外，这种天线应具有方向性和可选择的主极化方向，以进一步提高数据速率和接收质量，并降低能源消耗。然而，这些要求中的一些可以是彼此冲突的，因此，天线的几何形状应该在这些要求之间通过适当的布置和天线元件的尺寸来达成有优势的折衷。LeiGe和Kwai-ManLuk(《H-平面内具有可重构波束宽度的线极化和双极化磁电偶极子天线》(LinearlyPolarizedandDual-PolarizedMagneto-ElectricDipoleAntennasWithReconfigurableBeamwidthintheH-plane)；IEEE天线与传播学报(IEEETransactionsonAntennasandPropagation)，第64卷，第2期，2016年2月)描述了具有四个独立金属夹的方形布置的天线配置，位于方形布置的中心有两个交叉的伽玛形探针。每个交叉的伽玛形探针连接到相应的馈电线，以发射和接收具有频率约为2GHz的给定极化的电磁波。J.Wang等(《具有二维多波束端射辐射的60GHz水平极化磁电偶极子天线阵列》(A60-GHzHorizontallyPolarizedMagneto-ElectricdipoleAntennaArraywithTwoDimensionalmulti-beamEnd-fireRadiation)；IEEE天线与传播学报(IEEETransactionsonAntennasandPropagation)，第65卷，第11期，2017年)描述了极化天线配置，其中，布置在由通孔限定的波导端部处的金属贴片形成端射磁电偶极子天线，以实现高频率的高带宽电磁波发射。W.Hong等(《智能手机毫米波5G天线：概述与实验演示》(Millimeter-wave5GAntennasforSmartphones：OverviewandExperimentalDemonstration)；IEEEIEEE天线和传播(IEEEIEEETransactionsonAntennasandPropagation)，第65卷，第12期，2017年)描述了用于移动电话的极化网状网格贴片天线，在模块的边缘处设置有多个不同地极化的天线，以产生频率在24GHz以上的电磁波辐射的定向的且极化的发射。US9502780B2公开了领结天线的平面阵列，其中，探针从基板突出并电连接到菱形谐振器的边缘，以激发由相邻菱形谐振器元件的相邻角形成的偶极子领结天线。US2007/0210976A1公开了用于第二代射频通信和第三代射频通信的、基于微带的互补宽带基站天线。天线包括由金属元件构成的电偶极子区段，该金属元件布置在接地面上，且短接于所述接地面，在偶极子区段的面对的边缘处具有竖直区段。为了将信号耦合到短接的偶极子中，伽玛形探针可放置在面对的金属板之间。可通过螺钉或其他固定装置经由竖直区段将偶极子区段附接到接地面而整体形成或组装天线结构。
技术实现思路
然而，已知的天线几何形状可能难以制造，可能无法提供波束控制或双极化操作，或者可能遭受不同极化方向之间的高耦合、低频、低带宽或低效率的困扰。因此，本专利技术的目的是提供操作中具有低交叉极化的高效双极化宽带天线，其几何形状允许放大以提供发射器的相控阵，并且可容易地在现有技术的基板上进行制造。这个目的通过根据独立权利要求的天线和相应的构造方法得到解决。从属权利要求与优选的实施方式有关。为了清晰和简洁地讨论，对于表面和延长形状的相对布置，将在以下描述中使用术语“近似平行”和“近似垂直”。虽然在许多实施方式中优化的设备性能可由精确平行和精确垂直的布置获得，但是技术人员将理解相对布置也可受制于相对对齐的实质性变化而在可接受的阈值水平内不对设备性能有不利影响，并且还可能受制于生产公差。在这种情况下，术语“近似平行”和“近似垂直”可理解为与分别偏离所述精确平行或精确垂直布置小于30度或小于10度(优选地，小于5度)的相关布置的范围有关。此外，将参照天线在预定发射/接收波段内的设计波长作为示例波长来描述天线的各个尺寸。需要指出的是，术语“波长”和“频率”在用于描述天线的性能特征时将互换使用，并且如果没有另外提及，应考虑空间距离和给定波长之间的比较已将局部电介质环境考虑在内。为了简洁起见，虽然讨论将集中在单一的设计波长/频率上，但是技术人员将理解，在本文中描述的天线可适用于发射和接收在较宽频率和波长范围内的电磁波。因此，设计波长/频率可理解为由天线发射/接收的落入波长/频率的预定范围的波长/频率，诸如，在波长/频率的预定范围内的中心波长/频率，或在波长/频率的预定范围内的最高/最低波长/频率。例如，设计频率可以是预期的5G标准的频率，诸如，24GHz、34GHz或44GHz。波长/频率的预定范围可对应于预定频段，诸如，连续或不连续的频率间隔，其中，所述频率间隔的特征是天线在所述频率间隔内满足一定的要求。例如，天线的要求可假定天线的辐射强度的实际增益高于一定阈值，或可假定天线的S参数高于或低于给定阈值(诸如，天线的S11参数的上阈值)，或其任何组合。此外，将引用天线的“交叉极化”和“共极化”，该引用可特指由天线的元件发射或接收的电磁辐射的极化的纯度，所述元件旨在主要发射或接收具有第一极化方向的电磁辐射。在此情况下，与发射相同有效功率且处于给定的检测器位置的各向同性发射器相比，共极化可与具有第一极化方向的电磁辐射的相对大小有关，其中，该电磁辐射是由天线的所述元件发射的。与发射相同有效功率且处于给定的检测器位置的各向同性发射器相比，交叉极化可与由天线的所述元件发出的具有第二极化方向的电磁辐射的相对大小有关，其中，第二极化方向垂直于第一极化方向。根据第一方面，本专利技术涉及包括接地面、第一天线元件和第二天线元件的天线。第一天线元件布置为以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射。第一天线元件包括第一探针和第一谐振器，其中，第一探针延伸穿过接地面并与接地面电隔离。第一谐振器包括第一谐振器元件和第二谐振器元件。第一谐振器元件和第二谐振器元件每一个联接到接地面，并且每一个具有面对第一探针的竖直侧壁，竖直侧壁近似垂直于接地面。第一谐振器元件和第二谐振器元件的、面对第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.天线(10)包括：/n接地面(11)，其中，所述接地面(11)布置在基板(26、26a和26b)上；/n第一天线元件(12)，布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射，所述第一天线元件(12)包括：/n第一探针(22)，所述第一探针(22)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及/n第一谐振器，所述第一谐振器包括第一谐振器元件(16)和第二谐振器元件(18)；/n所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)每一个联接到所述接地面(11)，并且每一个具有面对所述第一探针(22)的竖直侧壁(16a、18a)，所述竖直侧壁(16a、18a)近似垂直于所述接地面(11)；/n其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)沿第一方向(H)以第一距离(L1)间隔开并形成第一腔，所述竖直侧壁(16a、18a)面对所述第一探针(22)；/n其中，所述第一探针(22)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第二谐振器元件(18)之间的所述第一腔中；以及/n第二天线元件(14)，布置为用于以所述设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射，所述第二极化方向与所述第一极化方向不同，所述第二天线元件(14)包括：/n第二探针(24)，所述第二探针(24)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及/n第二谐振器，所述第二谐振器包括与所述接地面(11)联接的所述第一谐振器元件(16)和第三谐振器元件(20)；/n所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)每一个具有面对所述第二探针(24)的竖直侧壁(16b、20a)，所述竖直侧壁(16b、20a)近似垂直于所述接地面(11)；/n其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b、20a)沿第二方向(V)以第二距离(L2)间隔开并形成腔，所述第二方向(V)与所述第一方向(H)不同，所述竖直侧壁(16b、20a)面对所述第二探针(24)；/n其中，所述第二探针(24)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第三谐振器元件(20)之间的所述第二腔中；/n其中，所述第一谐振器元件和/或所述第二谐振器元件和/或所述第三谐振器元件包括基板表面(26、26a、26b)上的金属贴片(16r、18r、20r)，所述基板表面与所述接地面(11)以所述设计波长的四分之一的间距间隔开；/n其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16a、16b、18、20)由延伸穿过所述基板(26、26a、26b)的多个通孔(28a至28e、30a至30e)形成，所述通孔(28a至28e、30a至30e)近似垂直于所述接地面(11)并将所述金属贴片(16r、18r、20r)连接到所述接地面(11)，其中，相邻通孔(28a至28e、30a至30e)以小于所述设计波长的八分之一的间距间隔开。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180801 EP 18186785.41.天线(10)包括：
接地面(11)，其中，所述接地面(11)布置在基板(26、26a和26b)上；
第一天线元件(12)，布置为用于以设计波长发射和/或接收具有第一极化方向的电磁辐射，所述第一天线元件(12)包括：
第一探针(22)，所述第一探针(22)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及
第一谐振器，所述第一谐振器包括第一谐振器元件(16)和第二谐振器元件(18)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)每一个联接到所述接地面(11)，并且每一个具有面对所述第一探针(22)的竖直侧壁(16a、18a)，所述竖直侧壁(16a、18a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)沿第一方向(H)以第一距离(L1)间隔开并形成第一腔，所述竖直侧壁(16a、18a)面对所述第一探针(22)；
其中，所述第一探针(22)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第二谐振器元件(18)之间的所述第一腔中；以及
第二天线元件(14)，布置为用于以所述设计波长发射和/或接收具有第二极化方向的电磁辐射，所述第二极化方向与所述第一极化方向不同，所述第二天线元件(14)包括：
第二探针(24)，所述第二探针(24)延伸穿过所述接地面(11)，并且与所述接地面(11)电隔离；以及
第二谐振器，所述第二谐振器包括与所述接地面(11)联接的所述第一谐振器元件(16)和第三谐振器元件(20)；
所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)每一个具有面对所述第二探针(24)的竖直侧壁(16b、20a)，所述竖直侧壁(16b、20a)近似垂直于所述接地面(11)；
其中，所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b、20a)沿第二方向(V)以第二距离(L2)间隔开并形成腔，所述第二方向(V)与所述第一方向(H)不同，所述竖直侧壁(16b、20a)面对所述第二探针(24)；
其中，所述第二探针(24)至少部分地布置在所述第一谐振器元件(16)与所述第三谐振器元件(20)之间的所述第二腔中；
其中，所述第一谐振器元件和/或所述第二谐振器元件和/或所述第三谐振器元件包括基板表面(26、26a、26b)上的金属贴片(16r、18r、20r)，所述基板表面与所述接地面(11)以所述设计波长的四分之一的间距间隔开；
其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16a、16b、18、20)由延伸穿过所述基板(26、26a、26b)的多个通孔(28a至28e、30a至30e)形成，所述通孔(28a至28e、30a至30e)近似垂直于所述接地面(11)并将所述金属贴片(16r、18r、20r)连接到所述接地面(11)，其中，相邻通孔(28a至28e、30a至30e)以小于所述设计波长的八分之一的间距间隔开。


2.根据权利要求1所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)、所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)与所述接地面(11)一起布置，以实现短接式四分之一波长贴片天线，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的高度(H1)是特别选择的，以使得所述高度(H1)对应于所述设计波长的四分之一。


3.根据权利要求1或2所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)在所述第一腔中沿所述第一方向(H)延伸；以及/或者
其中，所述第二探针(24)在所述第二腔中沿所述第二方向(V)延伸。


4.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，面对所述第一探针(22)的、所述第一谐振器元件(16)和所述第二谐振器元件(18)的所述竖直侧壁(16a、18a)中的每一个近似垂直于所述第一方向(H)；以及/或者
其中，面对所述第二探针(24)的、所述第一谐振器元件(16)和所述第三谐振器元件(20)的所述竖直侧壁(16b，20a)中的每一个近似垂直于所述第二方向(V)。


5.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述第一探针(22)和/或所述第二探针(24)联接到馈电线，并且包括伽玛形探针区段，所述伽玛形探针区段包括：
馈电部分(22f)，延伸穿过所述接地面(11)，并将所述伽玛形探针区段与所述馈电线相联接；
顶梁(22t)，所述顶梁(22t)布置为近似平行于所述第一腔或所述第二腔的所述第一方向(H)或所述第二方向(V)；以及
探针尖端(22p)，所述探针尖端(22p)连接到所述顶梁(22t)并且向所述接地面(11)延伸，
其中，所述顶梁(22t)连接所述馈电部分(22f)和所述探针尖端(22p)。


6.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)和/或所述第三谐振器元件(20)包括顶表面(16r、18r、20r)，所述顶表面(16r、18r、20r)平行于所述接地面(11)延伸并且与所述接地面(11)以顶距离(H1)间隔开，其中，所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的所述顶距离(H1)是特别选择的，以使得所述顶距离(H1)对应于所述设计波长的四分之一。


7.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述通孔(28a至28e、30a至30e)形成围绕所述第一谐振器元件(16)和/或所述第二谐振器元件(18)的有限空间的外侧壁，所述有限空间由所述谐振器元件(16、18)的所述顶表面(16r、18r)和所述通孔(28a至28e、30a至30e)限定。


8.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，其中，所述天线(10)包括多个谐振器元件(16、18、20)，所述谐振器元件(16、18、20)分别沿所述第一方向(H)和所述第二方向(V)布置在行(R1至R5)和列(C1至C5)中。


9.根据前述任一项权利要求所述的天线(10)，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：扎菲尔·托普拉克，
申请(专利权)人：慕尼黑科技大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE