专利名称：折叠方向性天线的制作方法
技术领域：
本发明与移动式或可携式蜂巢式通讯系统有关，更特别的是与一种与移动式或可携式用户单元一起使用的紧密可配置天线装置有关。
背景技术：
分码多重撷取技术(CDMA)通讯系统，提供一基站与一或多个移动式或可携式用户单元之间的无线通讯。该基站典型的是一种无线电收发机的电脑控制集合，并内连至一陆地上的公共交换电话网络(PSTN)。该基站进一步包含用于传送前向链接无线电频率信号至该移动式用户单元，以及从每个移动式单元接收反向链接无线电频率信号的一种天线装置。每个移动式用户单元也包含用于该前向链接信号接收，与反向链接信号传输的一种天线装置。一典型的移动式用户单元是一种数字蜂巢式电话手提系统，或与一蜂巢式调制解调器整合的个人电脑。在这样的系统中，多数个移动式用户单元可能在相同中心频率上传输或接收信号，并以独特的调变码，辨别来自各自用户单元所传送或接收的信号。
除了分码多重撷取技术(CDMA)以外，在一基站与一或多个移动式或可携式单元之间，用于通讯的其它无线存取技术，包含在电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准与蓝芽标准工样发展的描述。所有这样的无线通讯技术，需要在该接收与传输两端处的天线使用。此领域专家所熟知的是增加任何无线通讯系统中的天线获取，具有对无线系统效能的有利影响。
用于在一移动式用户单元处传输与接收信号的共有天线，是一种单极天线(或任何其它具有一泛方向性辐射类型的天线)。一单极天线由一单一电缆或天线组件组成，并与该用户单元中的无线电收发机整合。来自该用户单元用于传输的模拟或数字信息，输入至该无线电收发机，并使用一指定至该用户单元的调变码(例如在一分码多重撷取技术(CDMA)系统中)。该调变载波信号是从该用户单元天线传输至该基站。由该用户单元天线所接收的前向链接信号，是由该无线电收发机解调，并供应至该用户单元之中的处理电路。
来自一单极天线的信号传输在本质上是泛方向性的。也就是说，该信号在所有方向上，在一基本水平面中，以大致相同信号强度的方式传送。以一单极天线组件进行信号接收同样的也是泛方向性的。一单极天线并不具有分辨侦测在一高度方向上的信号，是不是与来自另一高度方向的信号相同或相异的能力。同样的，一单极天线在高度方向中不产生明显的辐射。该天线类型一般是参照为一甜甜圈类型，而该天线组件位于该甜甜圈洞的中央。
移动式用户单元可使用的一种第二形式天线，是在美国专利案NO.5,617,102中描述。举例而言，该方向性天线包括固定在一膝上型电脑外围的两天线组件。附加至每个组件的一相位转换器，给予该输入信号一相位角度延迟，借此调整该天线相位(在接收与传输两种模式中应用)，以提供在选择方向中的一种集中信号或波束。集中该波束增加该天线获取与方向性。该引用专利的双重组件天线，借此将该传输信号指向进入预定的部分方向，提供用以改变与该基站有关的用户单元方位，借此最小化由于方位改变的信号损失。与该天线对等性原理一致，该天线接收特性是受到所使用的相位转换器影响。
分码多重撷取技术(CDMA)蜂巢式系统是一种干扰限制系统。也就是说，随着在一巢室或邻近巢室中作用的移动式或可携式用户单元增加，频率干扰便增加，并因而增加位错误比率。为了维持面对增加错误比率的信号与系统健全，该系统操作器便减少一或多个使用者的可允许最大数据比率，或减少作用用户单元的数目，借此清除可能干扰的电波。举例来说，为了增加两倍的最大可得数据比率，该作用移动式用户单元的数目便被减半。然而，一般此技术不能使用于因为缺少服务优先权分配用户的数据比率增加。最后，其也可能在该基站与该可携式单元两处(或之一)，使用方向性天线，以避免过度的干扰。典型的是，一方向性天线波束类型是通过使用一相位阵列天线而达成。该相位阵列天线是利用控制输入至每个天线组件信号的相位角度方式，电力地扫瞄或操控至需要的方向。然而，该相位阵列天线在该组件间隔，与该接收或传输信号相比为小的时候，具有减少效能与获取的问题。当这样的天线是与一可携式或移动式用户单元联合时，一般该天线阵间隔是相对小的，因此该天线效能便相应妥协。
在一种带有一基站的可携式或移动式用户单元的通讯系统中，像是一分码多重撷取技术(CDMA)通讯系统，该可携式或移动式用户单元典型上是一种手持式装置，或是一种相对于像是一膝上型电脑尺寸为小的装置。在某些实施例中，该天线是在内侧或从该装置外壳或范围突出。举例来说，蜂巢式电话手提系统使用一内部贴片天线，或一突出的单极或双极天线之一。一较大的可携式装置，像是膝上型电脑，可能具有在一分别范围或与该膝上型电脑外壳整合的天线或天线阵。一分别范围的天线，在该通讯装置从一位置载送到另一位置时，对使用或管理而言可能是笨重的。然而整合式天线克服了此缺点，这样的天线，除了一贴片天线以外，一般是一种从通讯装置突出的形式。当该装置从一位置移动到另一位置时，这些突出可能被破坏或损坏。即使对一突出天线而言是非常小的伤害，也可能大大地改变其操作特性。
在整合一无线网络天线至一范围中时，有许多问题必须考虑，是否该范围包括一个与该通讯装置或该通讯装置本身外壳分离的单元。在设计该天线与其相关范围时，必须小心地考量该天线电力特性，因此信号通过该无线链接传播时可满足预定的操作限制，像是该位错误比率、信号噪声比，或是信号噪声干扰比。该天线的电力性质是受到该天线物理参数影响，在此之后将进一步讨论。
该天线也必须具有特定力学特性，以满足使用者需要并符合所需的电力效能。该天线长度，或是该天线阵的每个组件长度，与该接收或传输信号频率有关。如果该天线是一种单极配置，该长度典型是该信号频率波长的四分之一。为了在800百万赫兹(一种无线频率频带)中操作，一四分之一波长单极便是3.7英吋。该半波长双极的长度便是7.4英吋。
该天线必须进一步满足该使用者的审美观点。如果该天线可从该通讯装置展开，在该通讯装置中必须具有足够的体积，以安置该储存天线与周围组件。但是因为该通讯装置是在移动式或可携式服务中使用，该装置必须维持具有相对小及轻的形状，以使其容易携带。该天线展开机制在力学上必须是简单并可靠的。对于那些在与该通讯装置分离范围中的天线而言，该天线与该通讯装置之间的连接机制，必须是可靠及简单的。
不只该天线的电力、力学与美学性质是重要的，同时也必须克服在该无线环境中的独特效能问题。其中一种问题被称为多路径凋零。在多路径凋零中，从一传送器(一基站或移动式用户单元之一)传输的一无线电频率信号，可能在前进至该预期接收器的路径中遭遇干扰。举例而言，该信号可能被像是建筑物的物体反射，借此指引该原始信号的反射形式至该接收器。在这样的情事中，该接收器便接收到两种不同形式的相同无线电频率信号；该原始形式与该反射形式。每个接收信号都是处于相同的频率，但是该反射信号可能因为该反射与形成至该接收器的相异传输路径长度，而背离原始的相位。因此，该原始与反射的信号可能部分地彼此消除(破坏干扰)，造成在该接收信号中的凋零与下降。
单一组件天线对于多路径凋零是敏感的。一单一组件天线无法决定一传送的传输信号是来自何方向，并因此无法转向以更正确的侦测并接收传输信号。其方向性类型是由该天线组件的物理结构所固定。只有该天线位置与方位可改变以尽力消除该多路径凋零效应。
在上述参考专利中描述的该双组件天线，因为该天线类型的对称性与相对半球型波瓣的的本质，对于多路径凋零也是敏感的。因为该天线类型波瓣是多少彼此之间对称并相对，反射至该天线后方侧的信号也可能具有与在前方接收信号相同的接收功率。也就是说，如果该传输信号从预期接收之前或之后的一物体反射，并接着反射至该天线的后方侧时，将会以直接从该来源接收的方式，在因为多路径凋零而对该两信号相位差异产生破坏干扰的位置处进行干扰。
存在于蜂巢式通讯系统中的另一个问题是巢室间信号干扰。多数个的蜂巢式通讯系统区分为独立的巢室，而每个巢室具有位于中心处的一基站。每个基站的安置大概是以彼此之间60度的间隔，而与该邻近的基站相邻。每个巢室可视为在中央带有一基站的六边形。每个巢室的边缘紧靠该邻近巢室，且一巢室群形成一蜂巢状类型。该巢室一边至其基站的距离，典型是由从位于靠近该巢室边缘的一移动式用户单元传输一可接收信号至该巢室的基站，所需要的最小功率所推算(换句话说，所需要用来传输一可接收信号至一距离为该巢室半径的功率)。
巢室间干扰在靠近一巢室的移动式用户单元，跨越该边缘而传输信号至一邻近巢室时产生，并在该邻近巢室中产生通讯干扰。通常，在相同或接近间隔频率上，邻近巢室中的信号造成巢室间干扰。该巢室间干扰的问题，通常是在靠近一巢室边缘的用户单元，于高功率程度传输，而因此该传输信号可由位于巢室中央的预定基站有效接收时恶化。同样的，来自位于该预定接收之前或之后的另一移动式用户单元的信号，可能到达在相同功率程度的基站，也代表了额外的干扰。
因为在邻近巢室中的用户单元，通常是在该相同载波或中央频率上传输，因此该巢室间干扰问题在分码多重撷取技术(CDMA)系统中便恶化。举例而言，在相邻巢室中于相同载波频率传输至不同基站的两用户单元操作，在两信号都在该基站接收时产生干扰。一信号对于另一信号来说便是噪音。该干扰程度以及该接收器得以侦测并解调该预期信号的能力，同样也受到该用户单元操作的功率程度影响。如果该用户单元之一是位于一巢室的边缘，便对于在该巢室与该邻近巢室中的其它单元，以一较高功率程度处传输，以到达该预定基站。但是，其信号也由该在邻近巢室中的非预定基站接收。根据在该非预定基站所接收的该两相同载波频率信号的相对功率程度，也可能适当地从该邻近巢室所传输的信号中，分辨从其巢室中所传输的信号。此领域观点明显的需要一种减少该用户单元天线的机制，而能够在该前向链接(基站至用户)的操作中，具有减少在一基站处所接收的干扰传输数量的显著效果。对于该前向链接而言也需要一类似机制，以改善在该用户单元处的接收信号品质。
总结说，明显的在该无线通讯技术中，最重要的便是将天线效能最大化，而将尺寸与制造复杂度最小化。
发明内容
一种整体低剖面方向性天线，包括一多数个瘦长天线臂，从一整体中央集线器径向延伸，其中该天线臂可变形地朝上折叠至一大致与该中央集线器垂直的方位，以形成一方向性天线阵。该天线进一步包括从该中央集线器延伸的一中央臂。为了储存与运输，该低剖面方向性天线可利用变形该瘦长臂至该整体中央集线器平面的方式紧密地缩回。该天线臂与该整体中央集线器是由一均匀可变形材料，以像是冲模切割的方式形成，借此避免附加该天线臂至该整体中央集线器的分离链接或枢轴联合的需要。该均匀可变形材料简化了该天线范围之中的天线生产及安装。
在一实施例中，该低剖面方向性天线包含五个瘦长臂与一个中央臂，每个都是从一单薄片可变形材料切割而形成。这六个组件的每一个，可从所有组件都位于的一单一平面方位，变形为每个组件朝上弯曲，以形成与该中央集线器之间大概为90度角的一种作用或展开配置。由一单薄片制作工艺制作该天线，避免所有胶接、焊接等的操作，否则便需要连接不同的组件以形成该天线。同样的，为使用一可变形材料，因此不产生任何联合。导线、接地平面、辐射状结构、孔口等，是位在该可变形材料，或在该可变形材料之上或之下黏合的平行层上。这些传导组件是在该可变形组件上，以一蚀刻或压印工序产生。该制作工序部分数量很少(只有一片状部分)，且因此在由该单一部分制作工艺制作该所有天线组件时的劳力成本便被最小化。
此外，该可变形材料可以包含位在其上的导线，用以内连固定在均匀材料表面上的微电组件。一外部接口连接该微电组件至一电力来源与该通讯装置。利用在该可变形、均匀材料上形成该电力天线组件的方式，当该天线展开时便形成个一大的电子孔径，然而该天线在密封或储藏配置中，保持一种低剖面的紧密封包。
本发明前述及其它的特征与优点，将从如附图中所描述的后续本发明特定叙述与较佳实施例而变得明显，其中相同的标号在不同的附图中，始终表示为相同的部分。该附图并不一定符合尺寸，而是强调描述本发明的原则。
图1是一典型的通讯巢室的示意图。
图2、图3与图是根据本发明所建构的一天线实施例的不同角度所示的视图。
图5、图6与图7是图2、图3与图4中天线实施例的剖切示意图。
图8、图9与图10是根据本发明所建构的天线范围的立体图，其中该天线组件是在展开与储存配置中描述。
图11是用于整合图2的径向翼至该图8范围的机制示意图。
图12A是该图8、图9与图10范围的分解立体图。
图12B是该接地平面的一替代配置实施例的分解立体图。
图13是根据本发明所建构不包含图8范围的一展开配置的天线立体示意图。
具体实施例方式
图1描述一种典型分码多重撷取技术(CDMA)蜂巢式通讯系统的一巢室50。该巢室50代表一地理面积，其中移动式用户单元60-1至60-3与一中央位置基站65通讯。每个用户单元60配有根据本发明所建构的一天线70。该用户单元60由该系统操作器提供无线数据及/或声音服务，并可通过基站65(包含该天线68)，将像是膝上式电脑、可携式电脑、个人数字助理(PDAs)等等的装置连接至一网络75，其可以是一公共交换电话网络(PSTN)、一封包交换电话网络(像是该网际网络)、一公共数据网络或一私人网络。该基站65通过任何像是主要比率整合服务数字网络(ISDN)的相异可获得通讯协议，或是基于像是IS-634或V5.2协议的其它D信道链路存取协议(LAPD)，或是在该网络是一种根据像是网际网络的以太网络封包时的传输控制/网络通讯协议(TCP/IP)，与该网络75通讯。该用户单元60本质上可以是移动式的，并可以在与该基站65通讯时，从一位置移动到另一位置。当该用户单元从一巢室离开而进入另一巢室时，该通讯连接便从离开巢室的基站递交至该进入巢室的基站。
图1以范例的方式，为了让本发明容易叙述，而描述在一巢室50中的一基站65与三个移动式单元60。本发明对于在像是该巢室50的一个别巢室中，具有与一或多个基地站通讯的更多用户单元的典型系统也是适用的。本发明进一步也适用于任何无线通讯装置或系统之中。
由本领域中的技术也可了解，图1可以是一种标准蜂巢式通讯系统，该系统使用像是分码多任务撷取技术(CDMA)、分时多任务撷取技术(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)或其它的信号结构，其中该无线电频率频道指定在该基站65与该用户单元60之间载送数据及/或声音。在一较佳实施例中，图1是一种类分码多任务撷取技术(like-CDMA)的系统，该系统使用像是为该大气接口所定义的IS-95B标准的分码多任务原则。
在该巢室基础系统的一实施例中，该移动式用户单元60使用一天线70，提供从该基站65传输的向前链接无线电信号方向性接收，同样的，(通过称为波束成形的程序)也提供从该移动式用户单元60至该基站65的反向链接信号方向性传输。此概念在图1中，以该波束类型71至73的范例描述，该类型从每个移动式用户单元60朝向该基站65，为了最佳的传递，或多或少在一方向中朝外延伸。借由朝向该基站65或多或少的方向性传输，以及从该基站65的位置开始的方向性地接收信号，该天线装置70降低该移动式用户单元60的巢室内干扰与多路径凋零的影响。此外，因为该天线波束类型71、72、73在该基站65的方向中朝外延伸，但在其它方向中衰减，则从该移动式用户单元60-1、60-2与60-3至该基站65的有效通讯信号的传输，所需要的功率便较少。
图2描述从一弹性或可变形材料122的单一介电基质制作工艺并在其上形成的一天线阵120。该天线阵120的组件，在此后会进一步讨论，是利用切割或压印该介电基质材料空白薄片，成为图2中类型的方式所形成。该介电材料切割形成多数个径向翼126(图2中所显示的五径向翼只是一种范例)与一中央组件130。在另一实施例中，其中该天线阵120操作为一相位阵列，而不具有该中央组件130。每个该径向翼126与该中央组件130，从一中央集线器128延伸。如同所显示的，该径向翼126从该中央集线器128的外围延伸，而该中央组件130从该中央集线器128的接近中央处延伸。当该径向翼126与该中央组件130是由该介电薄片制作时，便在邻近径向翼之间形成在该介电基质122中的缺口，并在该中央组件的每一侧上形成一缺口。在图2中，一接地平面132是位于该介电基质122之下。因为在图2的示范实施例中，该接地平面的半径稍微大于该中央集线器128的半径，所以该接地平面可通过该缺口而看见。
在图2中，所描述的该径向翼126、该中央组件130与该中央集线器128是一种储存或平面配置。也就是说，该径向翼126、该中央组件130与该中央集线器128位于同样的平面中。在该操作模式中，每个该径向翼126沿着在该介电基质122的可变形材料中的一折叠线134，对着该中央集线器128朝上变形。该中央组件同样的也沿着一折叠线135朝上变形。在一实施例中，该折叠线134与135仅代表该个别组件，由于该介电基质122的可变形特性折叠时所依循的线。在另一实施例中，该折叠线代表包含的穿孔线或拉链洞，以强化该天线组件的折叠能力与弹性特性(也就是说，允许该联合变形而不超过其应力限制)。
在每一个该径向翼126上，形成一传导组件136。在该中央组件上130则形成一传导组件137。在一实施例中，在该径向翼126与该中央组件130的前方与后方表面上，形成互动组件。如在此之后将被讨论的，在一实施例中，该传导组件137是一种用以传送或接收信号的主动式组件，而该传导组件136是被设定为有关该接收或传输信号的反射式组件或方向性组件。在图2中所显示该传导组件136与137的形状只是一种范例。在另一实施例中，该传导组件136是一种单极天线，可选择与该接地平面132整合或分离，以实行该方向性或反射性性质。在图2中未显示的一切换器，控制在该传导组件136与该接地平面132之间的连接。该切换器可利用一两极真空管接点、一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、一双极接点晶体管或一种微机电结构(MEMS)切换器实作。
图2的天线是位于一外壳的范围之中，联合一通讯装置使用。因此，一可操作天线的形状与尺寸以及其组成组件，是与该预期天线效能特征(像是，操作频率、输入阻抗、获取、带宽)，以及该较佳外壳的尺寸与形状有关。此外，如果该外壳尺寸要求一特定最大传导组件尺寸，例如一组件宽度，则其可能需要增加另一个传导组件尺寸，以补偿该另一尺寸的限制。这些参数不但影响该传导组件的尺寸，而且决定使用的实际形状时，也必须考量这些因子。
注意在图2的实施例中，该传导组件136的一部分138也可在该中央集线器128上延伸，且因此与该中央集线器周围与该折叠线138交叉。同样的，该传导组件137的一部分139在该中央集线器128上，延伸超过该折叠线135。该部分138与139是弹性或可变形的，以避免在该传导组件136或137折叠或变形时，产生断裂或分裂。该部分138与139是连接至该中央集线器128的孔口(在图2中并未显示)。这些孔口连接沿着该中央集线器128的下方或上方表面，或是一埋置层中布置的导线(在图2中并未显示)。需要用来连接至一外部装置的特定导线，在一接口141中终止。该导线与孔口为了该天线阵120的组件，负载功率、控制该无线电频率信号，同时也内连至位于该中央集线器128的顶部或底部表面上，一或多个该径向翼126或该中央组件130上的电子组件(在图2中并未显示)。该接口141连接至外部组件(通过一未显示的连接器)，用以供应电力、控制信号、在该传输模式中的传输信号以及在该接收模式中的接收信号。此外，用以提供如以上讨论至该接地平面132连接的该切换器，便组成如此的电子组件。
该传导组件136或137是由一种传导性材料形成，并以压印或蚀刻方式在该介电基质122上形成。在一实施例中，该介电基质122包括聚酯薄膜或聚亚胺，且在上面形成一铜表面。该传导组件136或137包括从该聚酯薄膜或聚亚胺基质，以蚀刻方式所形成的铜类型。替代的，传导性油墨或环氧化物也可使用，以在一介电基质上压印该传导组件136或137。
图3是该天线阵120的侧视图，特别是显示两个径向翼126与该中央集线器128。同样也可看到该接地平面132。注意在此实施例中，该接地平面132延伸超过该中央集线器128的外围。这在本发明中并不是必要条件。
图4是该天线阵120的底视图，且在此实施例中，也包含被类型化的一基质150，用以接受为了与该传导组件136与137联合操作的电子组件151。如同在该基质150底部表面上所显示的，用于内连该传导组件136与137、该电子组件151与该接口141的导线152与孔口153只是一种范例。
图4也刻划了在每个径向翼126的后方表面上的传导组件154。一传导组件155位于该中央组件130的后方表面上。该传导组件154与155在某些实施例中并不需要。该传导组件154与该传导组件136合作(传导地或诱导地整合)，操作以作为有关该接收或传输信号的反射性或方向性功能。举例而言，在一实施例中，该传导组件154形成一传输线，形成为了供应该传导组件136的传输，例如，一套筒双极天线。同样的，该传导组件155与该传导组件137联合操作(都位于该中央组件130上)。回想该中央组件130作为该天线阵120的一主动式组件，在该天线阵在一相位阵列模式中操作时是不需要的，其中输入至每个该传导组件136/154的信号，是可控制以操控该天线波束。
图5是与联合图2、图3与图4联合讨论的不同层的侧视图。为了清楚显示，该层是以放大形式显示。该接地平面132是位于该介电基质122的下方，且该基质是方位并围绕在该接地平面132之下。注意该接地平面132稍微地延伸超过该中央集线器128的外围。图5也描述在该介电基质122及该基质150中的示范导线157与孔口158，用以提供该传导组件136、137、154与155、该电子组件151与该接口141之中的电子连接。在该导线157与该接地平面132之间，必须提供某种绝缘，且此外未在图5平面中的额外导线是位于该介电基质122上。该导线157典型上是由与该介电基质的可变形特性一致的弹性电路传导材料所建构。
图6描述除了该基质150之外的另一实施例。在此实施例中，该微电组件151是固定在该介电基质122上，且较佳地位在该中央集线器128之中。该导线157与该孔口158分别提供从该传导组件136与137的该部分138与139，至该不同微电组件151的传导路径，也与该传导组件154与155传导通讯。(见图4)。在另一实施例中，该导线157是位于该介电基质122的该顶部表面，或其顶部与底部两者表面之上。一般上，对于在此描述的所有实施例，该铜表面是以一保护性介电材料压缩，以密封该表面，抵抗该组件的曝露。实作此动作的技术在此领域中是已知的。
图7描述一额外的实施例，用以形成该天线阵120的不同平行层。特别地，形成一种介电基质180，在该介电基质180的该顶部与底部表面上，具有弹性导线182(参照为弹性电路)。孔口184连接所需要的传导导线182，以通过该接口141及该微电组件151与该传导组件136、137、154与155之间，从该天线阵120载送信号，或载送信号至该天线阵。在一区域188中，该基质180是加厚的。此加厚区域可以与该径向翼126与该中央组件130的位置一致，以提供较大耐久性的可变形联合。一介电基质190位在该介电基质180以上，而一介电基质192位于该介电基质180以下。该介电基质190与192也是以刚性或可变形材料形成。然而，如果该介电基质190与192是位于不妨碍该折叠线135与138(见图2)的位置，则该介电基质190与192可由一刚性材料形成。虽然在图7中并未显示，一接地平面可位于该介电基质192以下。
取代如以上所讨论，利用一单一介电薄片产生该径向翼126与该中央组件130，在本发明的另一实施例中，该天线组件是各自形成并联合。在一实施例中，该径向翼126与该中央组件130是由一弹性或可变形材料形成，并利用一黏着接合与该中央集线器128联合。替代地，该径向翼126与该中央组件130也可利用在每个相符组件中的第一形成可焊孔口，与该中央集线器128联合。该两片部分是引导与彼此接触，接着该孔口被焊接以产生之间的接点。因为在此实施例中，该径向翼126与该中央组件130是由一可变形材料形成，如在图2中所指出的，该径向翼126与该中央组件130可沿着该折叠线135与138变形。替代地，该径向翼126(与该中央组件130)与该中央集线器128之一或两者可由一刚性材料形成，并在之间利用插入一片可变形或可转动材料的方式联合。该折叠线135与138便因此在该联合材料中形成。举例而言，该径向翼126与该中央组件130可由一刚性材料形成，并利用一片固定至该每个径向翼126与该中央集线器128的可变形材料(举例而言，利用胶合)，与该中央集线器128联合。该中央组件130同样的也固定至该中央集线器128。在此实施例中，该中央集线器128可由一例如像是印刷电路板材料的刚性材料，或由一弹性或可变形材料建构。作为使用黏着剂以联合该径向翼126与该中央组件130及该中央组件130的替代方式，也可在该两相符弹性表面的每一个上，形成可焊接孔口。该两片部分是相符的，且该孔口被焊接以产生该两片之间的可变形接点。
在本发明的一实施例中，该传导组件136、137、154与155是位于该介电基质122的相反侧上(例如以压印或蚀刻的方式)。一可变形材料的第二层(典型上是与形成该介电基质122所使用的材料相同)，接着便在该介电基质122的底部与顶部两表面上层压，以形成一种具有在该介电层之间布置不同传导组件的多层基质，借此保护该传导表面。
在一操作模式中，该传导中央组件137(与传导组件155联合)传输并接收无线电频率信号，而该传导中央组件136(与传导组件155联合操作)作为反射器或指向器。每个传导组件136的有效长度，是以形成长于该共鸣长度的有效长度的方式，可控制而达成一反射性模式，因此在该传导组件136上的入射能量，是朝着该来源反射回去。在一方向性模式中(当该有效长度小于该共鸣长度时)，该传导组件136基本上察觉不到该无线电频率信号。在此方法中，来自该主动式组件132的辐射类型可操控或指向至360度方位角圆周的一特定部分。在另一操作实施例中，在每个径向翼126上的传导组件136与154操作为一相位阵列，其中输入至每个天线组件的信号相位角度，是可控制以操控该天线波束。在该相位阵列模式中部包含该中央组件130。
根据本发明教导所建构的该天线阵120，使用低成本组件与较少的整合步骤，因此在制造上相对简单。在整合期间中所减少的处理操作数目，造成较高可重复性、产品输出与较低成本的结果。为了该天线组件的一单薄片可变形基质的使用，避免产生分离的力学联合，并利用该中央组件130与该径向翼126简单折叠至其操作铅直位置的方式，提供一紧密储存配置，以及一完全作用可操作配置。
用于封装该天线阵120的一示范外壳198，是在图8中描述，其中该各自的径向翼126与该中央组件128是包装至一塑料或介电框架200之中，其与在一基板204中的个别凹处202相符。如同在此领域中所知的技术，有许多适合形成该外壳198的多种塑料材料，像是防弹胶(Lexan)、聚丙烯、聚碳酸脂与ABS塑料。包围一径向翼126的每个该介电框架200，进一步包括用于与在该基板204边缘212中形成个别凹处210相符的边缘208。该中央组件127被包围至一介电框架216之中。该介电框架216与该基板204中的一凹处220相符。为了该天线阵120的最佳操作，该径向翼126与该中央组件130必须被朝上折叠或旋转，以与该基板204形成一预定角度。在一实施例中，此角度是90度。为了确保该径向翼126与该中央组件130位在该最佳角度之中，在该外壳198中建构一停止位置。在该操作模式中，该停止位置是由该介电框架200与216以及该基板204之间的相符或比邻表面所控制。
图9显示在该基板204中，于封闭或嵌壁位置中的该介电框架200。图10是该基板204的侧视图，其中该介电框架200是显示其储存位置。注意由根据本发明教导建构的一天线所提供的低剖面，是特别适用于可携式通讯装备。该介电框架200与其相关径向翼126，以及该介电框架216及其相关中央组件130，是被简单地使用，以为了该通讯装置，提供有利的方向性特征与一大型电力天线装置。
图11描述一介电框架200，其包含一顶部外部覆盖230与一下方迷惑(captivation)覆盖232。该径向翼126延伸通过在该介电框架200的该下方部分中的开口，并向上延伸邻近该顶部外部覆盖230。一旦该径向翼126是位于位置中，该下方迷惑覆盖232是利用例如像是黏着剂、一塑料扣件(snap)或一超音波熔接程序的方式，附加至该顶部外部覆盖230。虽然在图11中并未显示，在一实施例中的该下方迷惑覆盖232，包含用于与在该顶部外部覆盖230中的洞相符的凸起。该凸起进一步突起通过在该径向翼126中的洞，维持该径向翼126在对于该顶部外部覆盖230与该下方迷惑覆盖232的一固方位置。该介电框架200朝下旋转以安装至该凹处202之中，这也在图8中描述。该旋转移动是针对以参照字符238所显示，位于该面积的一枢轴点发生。本领域的技术认为在本发明中，可使用多种旋转机制。一个这样的旋转技术使用在该面积238中的一塑料棒或轴，并与该基板204中的接受洞相符合。该中央组件127是以一相同的方式安装在该介电框架216之中。
图12A是图8的该外壳198的分解图，包含上述讨论本发明的各种组件。如在图11中所显示，该介电基质122是分离地整合，且该径向翼通过在该介电框架200中的一或多个开口。该介电框架200接着是可枢转的位于该基板204之中(如在图11中联合讨论的)，而该基板204是以扣件或螺丝254固定地附加至一基板249。图11的实施例也包含一基板平板。
图12B是与图12A一样的图标，但显示接地平面的一替代形式。在此，该接地平面并不是之前描述的简单圆盘132。在此实施例中，该接地平面反而是以从该中央集线器128朝外延伸的多数个指状物132-1组成。该指状物径向地方位在大概与该辐射组件126相同的位置。在一较佳实施例中，具有与该径向翼126相同数目的指状物132-1，且每个指状物是具有与该径向翼126之一的相同形状。
在此实施例中，当该传导组件136是单极天线时，典型上他们每一个都与该接地平面指状物132-1的个别之一整合或分离，以实行该方向性或反射性性质。
图13是在图2与图13中所描述的特定组件的另一描述。然而，在图13中，该径向翼126与该中央组件130的方位，是为了操作而朝上折叠成为一竖立或接近垂直的位置。否则，如在图12中所显示，该径向翼126与该中央组件130便可变形至一大致平面的储藏或折叠配置。
虽然本发明已经参考一较佳实施例的方式描述，由此领域的技术所该了解的是，对本发明的组件而言，可替换为不背离本发明观点的不同改变或等价的组件。本发明的观点进一步包含从在此之前所设定不同实施例的组件联合。此外，也可利用不背离本发明基本观点的修改方式，以适应一特定状况。因此，其意义是本发明并不限制于所公开用于实作此发明的最佳考量特定实施例，并且本发明将包括落于该附加申请专利范围观点之中的其它所有构造。
权利要求
1.一种天线阵，包括一可变形介电基质，形成从一整合中央集线器放射延伸的多数个天线组件，因此在该整合中央集线器与该多数个天线组件之间，形成一可变形联合；以及一接地平面，该接地平面形成为多数个指状物，一接地平面指状物与该个别的天线组件之一联合；其中该多数个天线组件可变形地垂直于该整合中央集线器，否则便可装配成平面方位；以及其中该多数个天线的至少之一可操作为一主动式组件，用以接收并传送无线电频率信号。
2.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该介电基质是均质的并在该可变形联合的区域中是加厚的。
3.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件包括位于该介电基质上的传导材料。
4.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该接地平面指状物的数目是与该天线组件的数目相同。
5.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件的每一个是一种主动式组件，用以接收或传输无线电频率信号，并且其中该多数个天线组件的每一个，可控制以操控该天线波束类型，利用以控制该天线组件所载送信号相位的方式，操作成为一种相位阵列天线。
6.如权利要求5所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件的每一个是为一单极天线。
7.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于进一步包括多数个电子组件，该电子组件形成在该介电基质的一表面上，并为该多数个天线组件，可操作以载送信号。
8.如权利要求7所述的天线阵，其特征在于该多数个电子组件的一个或多个，是位于该多数个天线组件的一个或多个之上。
9.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于进一步包括位于该介电基质上的导线，用以为该多数个天线组件而载送信号。
10.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件，包括由多数个被动式组件所周围围绕的一主动式组件，其中该多数个被动式组件可以在一第一方向性模式与一第二反射性模式中调整，以指向或反射从该主动式组件所传输或所接收的能量。
11.如权利要求10所述的天线阵，其特征在于该主动式组件是利用从该整合中央集线器移除材料的方式，从该可变形薄片所形成，以在该主动式组件两侧上产生一缺口，且其中该主动式组件的底部边缘固定至该介电基质，因此该主动式组件可变形为铅直于该整合中央集线器的方位。
12.如权利要求10所述的天线阵，其特征在于该多数个被动式组件是对一外部控制信号产生反应，以安置该多数个被动式组件至该第一方向性模式或该第二反射性模式之中。
13.如权利要求12所述的天线阵，其特征在于进一步包括一切换器，用以将该多数个被动式组件的每一个，内连至该接地平面指状物之一，以响应用于决定该切换器位置的控制信号，且其中该切换器位置决定该多数个被动式组件的每一个，是否在该第一方向性模式或该第二反射性模式之中。
14.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件的每一个，包含形成在该介电基质顶部表面上的一顶部传导部分，以及形成在该介电基质底部表面上的一底部传导部分。
15.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该天线阵进一步包括位于该可变形薄片之下的一接地平面。
16.如权利要求14所述的天线阵，其特征在于该接地平面是与该可变形薄片整合。
17.如权利要求1所述的天线阵，其中该天线阵被容纳于一外壳之中，包括一基部；一相同的多数个介电框架，其中该多数个天线组件的每一个，是位于该多数个介电框架之一中；以及一接地平面，该接地平面形成为多数个指状物，一接地平面指状物与该个别的天线组件之一联合；其中该多数个介电框架的每一个，可枢转地附加至该基部，因此该多数个天线组件可利用旋转的方式，其方位垂直于该整合中央集线器，沿着该多数个介电框架的该可枢转附件，而成位于与该基部铅直的位置，且其中该多数个介电框架可枢转至接近该基部的位置。
18.如权利要求1所述的天线阵，其特征在于该整合中央集线器与该多数个天线组件每一个之间的该联合，包含一穿孔接点，以此改善该可变形联合的弹性特性。
19.一种天线阵，包括一基质，该基质上具有从其整合中央集线器放射延伸的多数个天线组件，其中该多数个天线的每一个，包含具有该整合中央集线器的一可变形联合；一接地平面，该接地平面形成为多数个指状物，一接地平面指状物与该个别的天线组件之一联合；一中央组件，该中央组件在该接近中央处，包含具有该整合中央集线器的一可变形联合；其中该多数个天线组件与该中央组件，当变形为与该整合中央集线器垂直时便是可操作的，否则便可装配为一平面的方位。
20.如权利要求19所述的天线阵，其特征在于该中央组件是一种用于传输或接收信号的主动式组件，且其中该多数个天线组件可在一第一方向性状态或一第二反射性状态操作，用以指向或反射从该中央组件传输或接收的信号。
21.如权利要求19所述的天线阵，其特征在于进一步包括在该基质上的传导路径，用以提供信号至该多数个天线组件与该中央组件，或从该多数个天线组件与该中央组件接收信号。
22.如权利要求21所述的天线阵，其特征在于该传导路径是位于该基质的该顶部表面上。
23.如权利要求21所述的天线阵，其特征在于该传导路径是位于该基质的该底部表面上。
24.如权利要求19所述的天线阵，其特征在于进一步包括方位在该整合中央集线器下方的一接地平面。
25.如权利要求21所述的天线阵，其特征在于进一步包括该整合中央集线器、该多数个天线组件之一与该中央组件之中所选择的一平面上的微电组件。
26.一种天线阵，包括一种中央集线器，该中央集线器从一第一介电基质形成；多数个天线组件，包括在一第二介电基质上形成的一传导表面，并可变形地贴附于该中央集线器，因此该多数个天线组件可变形至一直立的方位，并可变形至一平面的方位；以及一接地平面，该接地平面形成为多数个指状物，一接地平面指状物与该个别的天线组件之一联合；其中该多数个天线组件的至少之一，可操作为一主动式组件，用以接收及传送无线电频率信号。
27.如权利要求26所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件是联合至该中央集线器的外部边缘。
28.如权利要求26所述的天线阵，其特征在于该第一与第二介电基质，包括刚性介电材料，且其中该中央集线器与该多数个天线组件，是以位于其间的一可变形介电材料联合。
29.如权利要求26所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件，包括一多数个径向天线组件，该多数个径向天线组件可变形地与该中央集线器的边缘联合，而一中央组件可变形地与该中央集线器的接近中心联合。
30.如权利要求26所述的天线阵，其特征在于该多数个天线组件，可在一相位阵列模式中操作，以操控该天线波束。
全文摘要
一种形成在一可变形介电材料或基质上的天线阵，包含一中央组件与从一中央集线器延伸的多数个径向组件。在该操作模式中，该径向组件向上折叠为一接近铅直位置，而该中央组件位在该集线器中央，且该径向组件周围围绕该中央组件。在一实施例中，该中央组件作为该天线阵的一主动式组件，且该径向组件可以在一方向性或反射性状态中控制，以产生来自该天线阵的一方向性波束类型。当不使用时，该天线组件变形为一平面，并因此可以整合至一外壳供紧密储存。在一相位阵列实施例中，并不具备该中央组件，而该多数个径向组件可操作以操控该天线波束。
文档编号H01Q1/08GK1788385SQ200380102734
公开日2006年6月14日 申请日期2003年11月4日 优先权日2002年11月4日
发明者姜槟, 威廉·R·帕梅尔, 葛里分·K·哥沙德, 克里斯多夫·A·史耐德 申请人:美商智慧财产权授权股份有限公司