高增益多极化天线装置的制作方法

专利名称：高增益多极化天线装置的制作方法
技术领域：
本发明的一些实施例涉及用于无线通信的天线。更具体地说，本发明的一些实施 例涉及用于因特网、陆地、海上、航空和太空的点到点和点到多点的通信应用的显示实际空 间分集的多极化全方向或定向天线的装置和方法。
背景技术：
多年来，无线通信一直与干扰的(室内/户外)和直线对传(line-Of-Site，L0S) 调度中的音频/视频/数据传送和因特网连接的极限作斗争。集中在天线增益和电路解决 方案上已经证明其具有显著的局限性。未解决的、非最佳化(前沿)技术经常让路给“尖端 的”尝试的提案。不幸地，所有的提案都达不到期望的目标。虽然低频无线电波受益于“地球拥抱”传播优势，高频的确固有地受益于(多)反 射/穿透特性。然而，随着地形变化(山坡和山谷)和物体阻碍(例如，诸如树等自然物体 和诸如建筑物/墙等人造物体)以及随着作为结果的反射、衍射、折射和散射，接收到的最 大信号可能是离轴的(非直接通路)并且多路(局部)信号的免除导致空的/较弱的点。 同时，某些天线可能受益于在某一仰角具有增益(一些轨迹的“捕获”信号)，但是其它天 线在另一仰角具有更大增益，一种类型性能不达标而另一种性能良好。此外，当无线电波传 播、反射、折射、衍射和散射时无线电波可以改变极化。可能存在非常优选的(极化)路径; 然而，如果不使用这个优选路径并且不使用多极化较弱的多路信号将导致不能充分地捕获 信号，这在统计上是不完全异相的，也会导致较差的信号稳定性。

发明内容
根据本发明的一方面，天线装置提供用于在特定波长周围的范围内接收和传输射 频信号。第一辐射元件具有第一端部和第二端部并且由导电材料制成。第一辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电(antenna feed)以及第一辐射元件的至少一部分以相对 于与顶点交叉的虚平面的锐角并在与顶点交叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置。第 二辐射元件具有第一端部和第二端部并且由导电材料制成。第二辐射元件的第一端部在顶 点电连接到天线馈电和第一辐射元件。第二辐射元件的至少一部分沿基本垂直于虚平面的 方向延伸。所述装置还包括导电接地参考。根据本发明的另一方面，提供一种定向天线装置。所述定向天线装置包括导电基 座部件和三个中间部件，所述三个中间部件以基本直角联接到所述导电基座部件并且在所 述导电基座部件定义的平面的第一侧上延伸。两个侧面的中间部件联接到中心中间部件的 相对的边缘并且每个侧面的中间部件以钝角联接到中心中间部件。三个顶点部件都以相对于中间部件的钝角联接到中间部件的其中之一的边缘。三个顶点部件远离基座部件定义的 平面延伸并且在公共点会合。天线装置安装到所述导电基座部件以便在与所述天线装置有 关的至少一个辐射元件和所述导电基座部件之间提供显著的电容耦合。根据本发明的又一个方面，天线装置提供用于在特定波长周围的范围内接收和传 输射频信号。多个的辐射元件都具有第一端部和第二端部并且由导电材料制成。每个辐射 元件的第一端部在顶点电连接到天线馈电，使得每个辐射元件在与顶点交叉的虚平面的第 一侧上远离顶点延伸。每个辐射元件包括以相对于虚平面的锐角远离顶点向外延伸的第一 段、沿基本平行于虚平面的方向从第一段延伸的第二段，使得第一段和第二段形成的角度 是锐角，以及沿基本垂直于虚平面的方向从第二段延伸的第三段，使得第二段和第三段之 间的角度接近是九十度。所述装置还包括导电接地参考。


图1示出了根据本发明的各方面的用于在特性波长周围传输和接收射频信号的 高增益、极化天线。图2示出了根据本发明的一方面的天线装置的第一示例性实施的侧视图。图3示出了根据本发明的一方面的天线装置的第二示例性实施的侧视图。图4示出了根据本发明的一方面的天线装置的第三示例性实施的侧视图。图5示出了根据本发明的一方面的配置为提供用于多极化天线装置的提高的增 益的改进槽式反射器装置。
具体实施例方式一般来说，在通常实际“干扰”不断变化的宇宙中，具有内置空间分集的新型三维 构造的天线(一部分或许在“空点”中，而另一部分在“热点”中)，相对宽的信号辐射(方 向)图，以及内置极化分集起稳定信号和通过量(最小化以太网滤去等)作用图1示出了 根据本发明的各方面的用于在特性波长周围传输和接收射频信号的高增益、多极化天线10 的第一实施例。需要理解的是，术语“射频”包括微波和传统的无线电频带在内的频率，具 体是3Hz和3THZ之间的频率。天线包括多极化驱动装置20，该多极化性驱动装置包括至少 第一辐射元件22和第二辐射元件M，每个辐射元件都由导电材料形成。驱动元件20的两 个辐射元件22和M具有彼此电连接的各自的第一端部和处于顶点32的天线馈电30，使得 辐射元件22和M都延伸到距顶点一定距离的各自的第二端部。辐射元件22和M全部位 于虚平面34的第一侧。需要理解的是，根据本发明的不同实施在驱动元件中可以使用附加 的辐射元件(未示出)。电磁波经常被周围的物体反射、衍射、折射和散射，自然的物体和人造的物体都 有。因此，靠近接收天线的电磁波可以从多个角度到达并且具有多个极化和信号电平。图1 所示的天线10配置为捕获或利用优选接近信号其是否是视距(line-of-sight，LOS)信号 或反射信号，以及不管信号是什么极化。在图示的天线10中，多个辐射元件22和M放置 在地平面上并且适当地隔开以使得多种极化的信号在各种不同方向中产生和/或接收。因 此，这种驱动元件据说是“多极化的性”和提供“信号的几何空间捕获”。如果驱动元件在所 有平面中产生所有极化(例如，在x、y、z坐标装置中的所有平面)以及接收天线能够在所有平面中捕获所有极化，然后可使用最显著的优选极化路径，也就是允许最大信号振幅的 信号路径，以及各种极化多样性和空间多样性结果信号。导电的地平面结构40可以位于虚平面或在虚平面34的第二侧上。地平面结构40 在这里图示为圆锥部件，需要理解的是，可以按许多方式的任意一种来配置地平面结构。例 如，可以使用平面的或圆柱形的地平面。此外，地平面结构40不必是单一刚性结构。例如， 地平面可以作为导电网格而实施或包括许多均勻地间隔布置在顶点32周围的离散的导电 元件。天线馈电30可以包括电连接器，诸如包括中心导体、绝缘电介质区域和外导体的同 轴连接器。电连接器充当将辐射元件22和M机械地连接到地平面40和使得辐射元件22 和M以及地平面结构40电连接到用于对接到射频(radio frequency, RF)发射机和/或 接收机的传输线。例如，中心导体电连接到辐射元件22和M的顶点32并且外导体电连接 到地平面。可以使用绝缘电介质(未示出)将中心导体电隔离，由此辐射元件22和M与 外导体和地平面结构40电隔离。绝缘电介质区域也可以充当将辐射元件22和M机械地 附着到地平面结构40。根据本发明的一个实施例，至少一部分的第一辐射元件22相对于虚平面34以锐 角，即小于90度的角度，从顶点向外延伸。至少一部分的第二辐射元件M沿基本上垂直于 虚平面34的方向延伸。通过用这样的方式垂直地延伸至少一个辐射元件，可以提高天线装 置10的增益同时保持天线的极化分集。图2示出了根据本发明的一方面的天线装置50的第一示例性实施的侧视图。图 示的天线装置50包括位于虚平面M的第一侧的驱动天线装置52和位于虚平面或在虚平 面的第二侧上的接地参考56。在图示的实施中，接地参考56图示为圆锥形，需要理解的是， 在图示的天线装置中可以使用其它结构的地平面。接地参考56可以包括诸如铜或不锈钢 等任何的良好导电材料。接地参考56可以相对于虚平面成0度到90度的角度。根据本发 明的一方面，在截面观察到，为在虚平面获得更大的增益和远在虚平面下的更大信号，圆锥 形的地平面的给定侧形成与虚平面M成45度和70度之间的角度。在图示的实施中，圆锥 体的侧面与虚平面形成60度角以及与轴形成30度角。接地参考56的长度至少是工作的 已调谐射频的波长的四分之一。根据本发明的各实施例，接地参考56的表面可以是连续的或可以是画有交叉阴 影线的金属丝网。同时，根据本发明的一个实施例，以基本圆锥形形状布置的三个以上直线 性状元件可以形成接地参考。在其它实施中，接地参考56可以包括具有封闭的上基底侧的 圆柱形的套筒，或与天线馈电有关的同轴的屏蔽物可以充当接地参考，也可以使用各种形 式的短线、套筒、匹配系统、平衡-不平衡变换器、变压器等。驱动天线装置52包括从公共顶点68向外辐射的四个辐射元件62-65。驱动天线 装置52和它的组成元件62-65由导电材料形成。辐射元件62-65电连接到天线馈电70并 且在顶点68彼此电连接。辐射元件包括第一、第二、第三辐射元件62-64，所述第一、第二、 第三辐射元件62-64通常是直线性的并且以相对于虚平面M的锐角远离顶点68延伸。第 一、第二和第三辐射天线元件62-64的每一个都可以相对于虚平面M成独特的锐角或成相 同的锐角。在图示的实施中，第一、第二和第三辐射元件62-64是隔开且定向的，使得第一、 第二和第三元件平均的隔开，即以120度角间隔。在本发明的另一实施例中，第一、第二和 第三辐射天线元件62-64可以包括卷绕导电线圈。卷绕导电线圈的使用使得天线可制造成更小的尺寸。根据本发明的其它实施例，以第一、第二和第三辐射元件62-64为代表的这组元 件可以概括成只有两个或大于三个的具有相似长度和方向的元件。例如，另外，可以使用 以90度的间隔圆周地隔开的四个辐射元件来代替第一、第二，和第三辐射元件62-64。事 实上，许多辐射部件可以用圆锥体、金字塔形或其它的在一侧空间多样(例如，具有显著空 间延伸程度)和在另一侧基本上形成一点(例如，顶点)的连续形状的连续表面有效地代 替。例如，根据本发明的一实施例，可以使用在一端连接到具有某一空间延伸的辐射环的直 线性辐射部件。在现实世界中更大的相关的极化分集被看作采用元件62-64的变化的相关 的长度。根据本发明的一实施例，天线50设计成在接近2. 4GHz的射频工作。辐射元件的长 度切断到适当的长度以产生调谐到2. 4GHz的频率的天线装置，具体是接近12. 5cm的波长。 图2的天线馈电70包括SMA(或相似的)同轴连接器和发射机/接收机电路板(未示出)。 SMA连接器和发射机/接收机电路板可以通过一段同轴电缆电连接起来。SMA连接器将同 轴电缆的中心导线电连接辐射元件62-65和将同轴电缆的接地编织电连接到接地参考56。 电介质材料将中心导线和辐射元件62-65与接地参考56电绝缘。根据本发明的一方面，可以使用第四辐射元件65以经由垂直辐射图压缩将增加 的增益提供给天线50。第四辐射元件65可以电连接到第一、第二和第三辐射元件62-64以 及处于顶点的天线馈电70，并且从顶点基本垂直地延伸。根据本发明的一方面，第四辐射 元件65可以长于第一、第二和第三辐射元件62-64的每一个。在一个实施中，第四辐射元 件66具有比第一、第二和第三辐射元件62-64的最长辐射元件长接近百分之七的长度。因 此，图示的天线提供优良的增益同时保持天线的空间和极化分集。图3示出了根据本发明的一方面的天线装置100的第二示例性实施的侧视图。图 示的天线装置100包括位于虚平面104的第一侧的驱动天线装置102和位于虚平面或在虚 平面的第二侧上的接地参考106。在图示的实施中，接地参考106图示为圆锥形，需要理解 的是，在图示的天线装置中可以使用其它结构的地平面。接地参考106可以包括诸如铜或 不锈钢等任何的良好导电材料。接地参考106可以相对于虚平面成0度到90度的任何角 度。根据本发明的一方面，在截面观察到，圆锥形的地平面的给定侧形成与圆锥体的虚平面 104成45度和70度之间的角度。在图示的实施中，圆锥体的侧面与轴形30度角以及与虚 平面104形成60度角。接地参考106的长度至少是工作的已调谐射频的波长的四分之一。根据本发明的各实施例，接地参考106的表面可以是连续的或可以是用画有交叉 阴影线的金属网孔。同时，根据本发明的一个实施例，以基本圆锥形形状布置的三个以上直 线状元件可以形成接地参考。在其它实施中，接地参考106可以包括具有封闭的上基底侧 的圆柱形的套筒，或与天线馈电有关的同轴的屏蔽物可以充当接地参考，也可以使用各种 形式的短线、套筒、匹配系统、平衡-不平衡变换器、变压器等。驱动天线装置102包括从公共顶点118向外发散的四个辐射元件112-115。驱动 天线装置102和它的组成元件112-115由导电材料形成。辐射天线元件112-115电连接到 天线馈电120并且在顶点118彼此电连接。辐射天线元件包括第一、第二、第三辐射天线元 件112-114，第一、第二、第三辐射天线元件112-114通常是直线性的并且相对于虚平面104 以锐角远离顶点118延伸。第一、第二和第三辐射天线元件112-114的每一个都可以相对于虚平面104成独特的锐角或成相同的锐角。虽然在大多数实施中辐射天线元件112-114 可以任何锐角延伸，相对于虚平面104的45度和70度之间的角度是所期望的。在图示的 实施中，辐射天线元件以相对于虚平面成六十度的角度延伸。在图示的实施中，第一、第二 和第三辐射元件112-114隔开并且定向使得第一、第二和第三元件均勻地隔开，即以120度 的间隔。在本发明的另一实施例中，第一、第二和第三辐射天线元件112-115可以包括卷绕 导电线圈。卷绕导电线圈的使用使得天线可制造成更小的尺寸。根据本发明的其它实施例，以第一、第二和第三辐射元件112-114为代表的这组 元件可以概括成只有两个或大于三个的具有相似长度和方向的元件。例如，另外，可以使用 以90度的间隔圆周地隔开的四个辐射元件来代替第一、第二，和第三辐射元件112-114。事 实上，许多辐射部件可以用圆锥体、金字塔形或其它的在一侧空间多样(例如，具有显著空 间延伸程度)和在另一侧基本上形成一点(例如，顶点)的连续形状的连续表面有效地代 替。例如，根据本发明的一实施例，可以使用在一端连接到具有某一空间延伸的辐射环的直 线性辐射部件。根据本发明的一实施例，天线100设计成在接近2. 4GHz的射频工作。选择辐射 元件的长度以将天线调谐到2. 4GHz的频率。图3的天线馈电120可以包括SMA(或相似 的)同轴连接器和发射机/接收机电路板(未示出)，SMA连接器和发射机/接收机电路 板可以通过一段同轴电缆电连接起来。SMA连接器将同轴电缆的中心导线电连接辐射元件 112-115和将同轴电缆的接地编织电连接到接地参考106。电介质材料将中心导线和辐射 元件112-115与接地参考106电绝缘。根据本发明的一方面，可以使用第四辐射元件115通过有效地将第二辐射装置与 第一、第二和第三辐射元件112-114在同一直线上“层叠”以将增加的增益提供到天线100。 第四辐射元件115可以电连接到第一、第二和第三辐射元件112-114和在第四辐射元件的 第一端部的天线馈电120，因此不需要功率分配器装置来实现增益的提高。在图示的示例中，第四辐射元件115可以包括沿基本上垂直于虚平面的方向从 轴延伸出的第一段131。第一段131可以延伸接近特定波长的二分之一。多个弯曲元件 132-134沿平行于虚平面的方向从第一段的第二端部延伸到封闭的多边形元件136。在 图示的实施中封闭的多边形的元件136基本上是圆形的，但是需要理解的是封闭的多边 形元件可以配置为假定的任何适当的封闭形状，多边形的元件的形状可以根据弯曲元件 132-134的数目改变。在图示的实施中，弯曲元件132-134稍微弯曲成具有凹度的单个点， 但是需要理解的是，可以使用直线性元件、具有较大弯曲度的元件或具有多个点凹度的元 件。弯曲元件132-134的每一个可以具有接近波长的四分之一的长度，多个弯曲元件的各 第二端部可以均勻地在封闭的多边形元件136周围隔开。在多个弯曲元件132-134和封闭的多边形元件136之间的每个交点，多个有角度 的辐射元件138-140的其中之一可以从封闭的多边形元件向上延伸。多个有角度的辐射元 件138-140可以分别包括第一段142-144，该第一段142-144从封闭的多边形元件136朝封 闭的多边形元件的中心点向上延伸以便在封闭的多边形元件的中心点附近终止。多个有角 度的辐射元件138-140的各第二元件146-148可以从多个有角度的辐射元件138-140的第 一段的端部向上且远离封闭的多边形元件的中心点向外延伸，使得第一段和第二段之间的 角度是直角或钝角。在大多数实施中，期望的第一段和第二段之间的角度是90到120度，在图示的实施中，该角度是120度，组成多个有角度的辐射元件138-140的多个第一元件 142-144和第二元件146-148的每一个长度上可以是接近特定波长的四分之一并且多个有 角度的辐射元件可以在封闭的多边形元件136周围均勻地隔开。当正弦电压信号注入天线100(例如，经由传输线)，交变的电荷形成在辐射天线 元件112-115和接地参考106上。图3表示在特定的时刻的天线的状态。图3中的符号 “ + ”表示对应于正弦信号的正峰值的正电荷，符号“-”表示对应于正弦信号的负峰值的负电 荷，以及符号“0”表示馈入天线100的正弦信号的零交叉点。“ + ”、“-”和“0”电荷是如同 基于正弦的波形所期待的被特定波长的四分之一穿过接地参考分开。辐射电场将产生在每 个“ + ”和它的邻近的“-”之间，负电荷在接地参考106中反射。例如，电场产生在每一个有 角度的辐射元件138-140的正电荷和在封闭的多边形元件136周围的负电荷之间。这些电 场沿垂直于产生的电场的方向从天线100向外传送。还有与电场相关的对应的磁场以形成 完整的、辐射电磁波。因此需要理解的是图示的天线100提供了在各种方向具有变化的极 化和端部的辐射图，同时最大化天线可以与在任何各种位置和方向的装置通信的可能性。图4示出了根据本发明的一方面的天线装置150的第三示例性实施的侧视图。图 示的天线装置150包括位于虚平面IM的第一侧的驱动天线装置152和位于虚平面或在虚 平面的第二侧上的接地参考156。在图示的实施中，接地参考156图示为圆锥形，需要理解 的是，在图示的天线装置中可以使用其它结构的地平面。接地参考156可以包括诸如铜或 不锈钢等任何的良好导电材料。根据本发明的一方面，从截面观察，圆锥形地平面的给定侧 与虚平面IM形成45和70度之间的角度。在图示的实施中，圆锥体的侧面与轴形成30度 角，以及与虚平面巧4形成60度角。接地参考156的长度至少是工作的已调谐射频的波长 的四分之一。根据本发明的各实施例，接地参考156的表面可以是连续的或可以是用画有交叉 阴影线的金属网孔。同时，根据本发明的一个实施例，以基本圆锥形形状布置的三个以上线 状元件可以形成接地参考。在其它实施中，接地参考156可以包括具有封闭的上基底背面 层的平面或圆柱形的套筒，或与天线馈电有关的同轴的屏蔽物可以充当接地参考，也可以 使用各种形式的短线、套筒、匹配系统、平衡-不平衡变换器、变压器等。驱动天线装置包括多个由导电材料形成的辐射元件162和164。多个辐射元件 162和164彼此电连接并且在公共顶点168电连接到天线馈电166。天线馈电166可以包 括SMA (或相似的)同轴电缆连接器和发射机/接收机电路板(未示出)。SMA连接器和发 射机/接收机电路板可以通过一段同轴电缆电连接起来。SMA连接器将同轴电缆的中心导 线电连接辐射元件162和164并且将同轴电缆的接地编织电连接到接地参考156。电介质 材料将中心导线和辐射元件162和164与接地参考156电绝缘。根据本发明的一方面，图示的驱动天线装置152配置为通过有效“层叠”直排的多 个空间和极化多样性天线装置提供增加的增益到天线150。通过将这些结构合并到单一驱 动装置152，可以避免使用功率分配器，显著地降低天线150的费用，同时还提供高增益的， 空间和极化多样性的天线。为方便说明，驱动天线装置152图示为包括两个辐射元件162 和164。然而，需要理解的是，根据实施驱动天线装置162可以包括一个辐射元件或两个以 上的辐射元件。在一个实施中，三个辐射元件在顶点168周围均勻地隔开并且在顶点周围 沿它们的长度彼此是镜式的，使得当一个辐射元件162的一部分朝驱动装置152中心延伸时，这里定义的垂直于虚平面1 的一条线从顶点168延伸到虚平面的第一侧，另一个辐射 元件164的部分在顶点以相同高度也朝驱动装置中心延伸。多个辐射元件162和164分别包括从顶点168以相对于虚平面的锐角向外延伸的 第一直线段171和172。第一直线段可以以任何锐角延伸，但是在大多数实施中，相对于地 平面154的45和70度之间的角度是期望的。在图示的实施中，第一直线段171和172天 线元件以相对于虚平面成60度的角度延伸。第二线段173和174在各自的第一端部分别 连接到它们的对应直线段的端部并且沿基本与虚平面平行的方向朝驱动装置152的中心 延伸，使得每个第一直线段和第二直线段形成的角度是锐角。在一个实施中，第一线段171 和172与第二线段173和174之间形成的角度是在20和45度之间。在图示的实施中，第 二直线段173和174接近是它们对应的第一直线段的长度的二分之一。第三线性部分175和176在各自的第一端部分别连接到它们对应的第二线性部分 的第二端部。即，每个第三线性部分从第二线性部分沿基本垂直于虚平面的方向远离虚平 面向上延伸，使得第二线性部分和第三线性部分的角度接近是90度。在图示的实施中，每 个第三线性部分175和176具有可与它对应的第一线性部分171和172的长度可比的长度。 第四直线段177和178在各自的第一端部分别连接到它们对应的第三直线段175和176的 第二端部。第四直线段177和178沿基本平行于虚平面的方向远离驱动装置152的中心延 伸，使得每个第三直线段和第四直线段形成的角度基本是90度。在图示的实施中，第四直 线段177和178接近是它们对应的第一直线段的长度的二分之一。第五直线段179和180在各自的第一端部分别连接到它们对应的第四直线段177 和178的第二端部。第五直线段179和180以相对于虚平面的锐角朝驱动装置的中心延伸。 如同第一直线段171和172，第五直线段179和180可以以任何锐角延伸，通常45和70度 之间的角度是期望的。在图示的实施中，第一直线段171和172天线元件以相对于虚平面 成60度的角度延伸，并且具有可与第一元件的长度可比的长度。第一直线段171和172以及地平面装置156可以概念化为第一天线装置；当如图 示地配置，对于具有接近天线的特定频率的波长的四分之一的第一直线段而言，天线150 将在第一直线段171和172上方缺少辐射天线元件162和164的任何部分的情况下而工作， 每个辐射元件162和164的第二到第六元件173-182有效地表示在辐射元件空间上增加了 又一个空间和极化多样性的半波偶极子天线。因此，以与天线层叠布置基本相同的方式实 现附加的增益。当正弦电压信号注入天线150(例如，经由传输线)，交变的电荷形成在辐射天线 元件162和164以及接地参考156上。图4表示在特殊的时刻的天线的状态。图4中的符 号“ + ”表示对应于正弦信号的正峰值的正电荷，符号“_”表示对应于正弦信号的负峰值的 负电荷，以及符号“0”表示馈入天线150的正弦信号的零交叉点。“ + ”、“_”和“0”电荷如同 基于正弦的波形所期待的跨过接地参考被特定波长的四分之一分离。辐射电场将产生在每 个“ + ”和它的邻近的“-”之间，负电荷在接地参考156中反射。例如，电场产生在每一个第 六直线段181和182的端部的正电荷和位于第四直线段177和178的端部的负电荷之间。 这些电场沿垂直于产生的电场的方向从天线150向外传送。还有与电场相关的对应的磁场 以形成完整的、辐射电磁波。因此需要理解的是图示的天线150提供了具有极化空间变化 的辐射图以及在各种方向上的辐射图多样性信号和终端设备，同时最大化天线可以与在任何各种位置和方向的装置通信的可能性。可以重复由第二、第三、第四、第五和第六直线段173-182建立的基本辐射图以进 一步提高天线的增益。在图示的实施中，辐射元件162和164的每一个可以包括用和第 二、第三、第四、第五和第六直线段173-182 —样的方法配置的两组附加的层叠的直线段 186-189。因此，图示的天线装置150比得上四叠层的天线，根据本发明的一方面，提供可比 较的增益同时除去功率分配器硬件，包括这种结构需要的附加的地平面装置和天线馈电。 需要理解的是，这个结构不限于四叠层天线装置的模拟，为给定应用的目的可以使用许多 组的层叠的直线性元件。根据本发明的一实施例，天线100设计成在接近2. 4GHz的射频工作。因此选择组 成辐射元件的各种线段的长度以对具有2. 4GHz周围的范围的频率的电磁辐射有响应。为 此，第三、第五和第六直线性元件175、176和179-182的每一个以及它们在附加的层叠的直 线段186-189中的对应部的长度可以具有接近对应于2. 4GHz的频率的特定波长的四分之 一的长度。第二和第四元件173、174、177和178以及它们在附加的层叠的直线段186-189 中的对应部的长度将随它们相邻的线段延伸的角度而变化。在图示的实施中，辐射元件162 和164中的锐角接近是60度，第二和第四元件173、174、177和178的长度将接近是特定波 长的八分之一。图5示出了根据本发明的一方面的配置为提供用于多极化天线装置202的提高的 增益的改进槽式反射器装置200。例如，可以将改进的槽式反射器装置200与如图2所示的 高增益天线的实施一起使用。槽式装置200配置为将来自给定方向的属于该装置的电磁辐 射，具体地说是处于天线装置的特定频率或其附近的电磁辐射，聚焦到在天线上，这沿那个 方向大大地增加天线的增益。实质上，改进的槽式反应器装置200可以使全方向多极化天 线装置202以显著地较高增益用作定向天线。组成槽式反射器装置200的每个部件204、 206、208、210、212、214、216可以由适当的导电材料制成，配置为例如固态电镀(plating)、 分立元件或网格布置以在特定频率的周围提供与电磁辐射的实际交互作用。需要理解的 是槽式反射器装置200可以由独立的导电部件构造或形成为单元的装置。因此，各种部件 204、206、208、210、212、214、216未必是表示分立的块状材料，以及术语“联接”是用来说明 包括一种状态，其中部件形成为连续的元件。此外需要理解的是，根据槽式反射器装置应用 到的应用，可以在许多任何的方向中配置槽式反射器装置200。因此，单独地使用诸如“基 座”和“顶点”等术语以显示构成装置的部件的相关位置并且不会理解为隐含任何特殊的方 向性。槽式反射器装置200包括导电的基座部件204和基本以直角联接到基座部件的三 个基本是矩形的中间部件206、208和210。两个侧中间部件208和210沿各自的第一边缘 联接到中心中间部件206的相对的边缘以便沿联接的边缘与中心中间部件形成钝角。在图 示的实施中，这角度接近是120度。三个中间部件206、208和210定义出具有与中心中间 部件208相对的开口的凹面结构。中间部件206、208和210的每一个联接到各自的顶点部件212、214和216。顶点 部件212、214和216的每一个沿各自的第一边缘以钝角联接到中间部件206、208和210的 其中之一，使得顶点部件212、214和216从中间部件的边缘远离基座部件定义的平面并且 朝三个中间部件定义的开口延伸。第一侧顶点部件212沿各自的第二边缘联接到中心顶点部件214，第二侧顶点部件216联接到第二上部件的第三边缘，使得三个顶点部件在它们朝 着开口的最远的距离上的公共点会合。在图示的实施中，侧顶点部件212和216为四边形 以及中心顶点部件为等腰三角形。根据本发明的一方面，可以将天线装置202安装在槽式反射器装置200的基座部 件204，使得在天线装置的屏蔽物连接的元件之间出现显著的电容耦合，具体地说，与天线 有关的导电接地参考和导电基座部件。可以通过例如同轴天线馈电的天线馈电220驱动天 线装置202以使得通过联合的无线电收发机(未示出)传输和接收信号。根据本发明的一实施例，改进的槽式反射器装置200设计成在接近2. 4GHz的射频 工作。因此选择组成的改进槽式反射器装置的各种部件的尺寸以聚焦具有2. 4GHz周围的 范围的频率的电磁辐射聚焦到天线装置。根据本发明的一方面，基座部件204可以是具有 两个平行的直边缘、一个第三直边缘和一个第四弯曲边缘的四边图形。两个平行的直边缘
可以具有接近英寸的相等的长度，第三直边缘可以具有接近4+英寸的长度以及弯曲边
缘可以接近15英寸的半径的弧线。侧中间部件208和210可以基本是矩形并且沿平行边缘联接到基座部件。因此， 侧中间部件的第一组平行侧具有接近1θ|英寸的长度。第二组平行侧具有接近6英寸的长
度。中心中间部件206基本是矩形并且沿第三直边缘联接到基座部件，因此具有接近4+英 寸的长度的第一组平行侧。第二组平行侧具有接近6英寸的长度。侧顶点部件212和216在形状上可以是四边形，具有连接到它们各自的侧部件208 和210的第一组平行边缘的各自的第一边缘。因此，侧顶点212和216的第一边缘在长度
上可以是接近1θ|英寸。靠近部件的第一边缘的侧顶点部件212和216的各自的第二和第
三边缘可以具有接近相等的6英寸的长度。与该部件的第一边缘相对的侧顶点部件212和
216的各自的第四边缘可以具有接近的长度。中心顶点部件214为等腰三角形，该中心
顶点部件214在第一边缘上联接到中心中间部件206的第一组平行侧之一以及在第二和第 三边缘上联接到侧顶点部件212和216的各自的第二边缘。因此，中心顶点部件212的两
个等侧，即第二和第三边缘，都可以具有接近6英寸的长度，以及第一边缘可以具有接近
英寸的长度。构造有图示的实施所说明的量度的装置可以使得全方向多极化天线装置202 在2. 4GHz周围的频率范围中以显著地更高增益用作定向天线。虽然已经参照一些实施例说明本发明，本领域技术人员需要理解的是在不超过本 发明的范围下可以做各种变动和代替等同物。此外，在不超出本发明的范围下可以做许多 变形例以使特殊的位置或材料适合本发明的教导。因此，本发明不限于公开的特定的实施 例，本发明将包括属于附加的权利要求的范围的全部实施例。
1权利要求
1.一种天线装置，其用于接收和传输在特定波长周围的范围中的射频信号，其包括 第一辐射元件，具有第一端部和第二端部并由导电材料组成，所述第一辐射元件的第一端部在顶点电连接到天线馈电以及所述第一辐射元件的至少一部分以相对于与顶点交 叉的虚平面的锐角并在与顶点交叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置；第二辐射元件，具有第二端部和第二端部并由导电材料组成，所述第二辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电和第一辐射元件以及所述第二辐射元件的至少一部分沿 基本垂直于虚平面的方向延伸；以及 导电接地参考。
2.如权利要求1所述的天线装置，第二辐射元件包括由多个基本直线段组成的连续导 电元件，所述线段包括第一段，其以相对于虚平面的锐角远离顶点向外延伸；第二段，其沿基本平行于虚平面的方向从第一段延伸，使得由第一段和第二段形成的 角度是锐角；以及第三段，其从第二段沿基本垂直于虚平面的方向延伸，使得第二段和第三段之间的角 度接近九十度。
3.如权利要求2所述的天线装置，第一和第三段都具有基本等于特定波长的四分之一 的长度，以及第二段具有基本等于特定波长的八分之一的长度。
4.如权利要求2所述的天线装置，其中，由第一段和第二段形成的角度是在二十和 四十五度之间。
5.如权利要求1所述的天线装置，第二辐射元件包括第一直线段，其在顶点从第一端部向上延伸以便基本几垂直于虚平面； 多个曲线段，其从第一直线段的第二端部延伸，第一多个曲线段都具有连接到第一直 线段的第二端部的第一端部和沿基本平行于虚平面的方向远离第一直线段的第二端部延 伸；以及多边形元件，其连接多个曲线段的各自的第二端部以便形成封闭的形状。
6.如权利要求5所述的天线装置，第二辐射元件还包括多个直线性元件，所述多个直 线性元件具有连接到多个曲线段的各自的第二端部的各自的第一端部并且从多边形元件 定义的第二虚平面以相对于第二虚平面的锐角向上延伸。
7.如权利要求5所述的天线装置，第一直线段具有基本等于特定波长的二分之一的长度。
8.如权利要求1所述的天线装置，还包括第三辐射元件，具有第一端部和第二端部并由导电材料组成，所述第一辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电以及以相对于与顶点交叉的虚平面的锐角并在与顶点交 叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置；第四辐射元件，具有第一端部和第二端部并由导电材料组成，所述第一辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电以及以相对于与顶点交叉的虚平面的锐角并在与顶点交 叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置；第二辐射元件，其垂直地以该虚平面为目标。
9.如权利要求8所述的天线装置，第二辐射元件基本比第一、第二和第三元件中最长的元件长百分之七。
10.一种定向天线装置，其包括 导电基座部件；三个中间部件，其以基本直角联接到导电基座部件并且在导电基座部件定义的平面的 第一侧上延伸，两个侧中间部件联接到中心中间部件的相对的边缘，每个导电的侧中间部 件以钝角联接到中心中间部件；三个顶点部件，其都以相对于中间部件的钝角联接到中间部件的其中之一的边缘并且 远离基座部件定义的平面延伸，所述三个顶点部件在公共点会合；以及如权利要求1所述的天线装置，所述天线装置安装到导电基座部件以便在导电接地参 考和导电基座部件之间提供显著的电容耦合。
11.如权利要求10所述的定向天线装置，其中，每一个所述导电基座部件、所述三个中 间部件和所述三个顶点部件的各自的尺寸和形状配置为将具有在2. 4GHz周围的范围中的 频率的电磁辐射聚焦到所述天线装置。
12.如权利要求10所述的定向天线装置，其中，三个中间部件的每一个都基本是矩形， 三个顶点部件的中心顶点部件形成为等腰三角形。
13.一种定向天线装置，其包括 导电基座部件；三个中间部件，其以基本直角联接到导电基座部件并且在导电基座部件定义的平面的 第一侧上延伸，两个侧中间部件联接到中心中间部件的相对的边缘，每个导电的侧中间部 件以钝角联接到中心中间部件；三个顶点部件，其都以相对于中间部件的钝角联接到中间部件的其中之一的边缘并且 远离基座部件定义的平面延伸，所述三个顶点部件在公共点会合；以及天线装置，其安装到所述导电基座部件以便在与所述天线装置有关的屏蔽物连接的辐 射元件和所述导电基座部件之间提供显著的电容耦合。
14.如权利要求13所述的定向天线装置，所述天线装置包括第一辐射元件，具有第一端部和第二端部并由导电材料组成，所述第一辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电以及所述第一辐射元件的至少一部分以相对于与顶点交 叉的虚平面的锐角并在与顶点交叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置；第二辐射元件，具有第二端部和第二端部并由导电材料组成，所述第二辐射元件的第 一端部在顶点电连接到天线馈电和第一辐射元件以及所述第二辐射元件具有大于特定波 长的四分之一的长度；以及导电接地参考，其位于虚平面的第二侧。
15.如权利要求13所述的定向天线装置，其中，每一个所述导电基座部件、所述三个中 间部件和所述三个顶点部件的各自的尺寸和形状配置为将具有在2. 4GHz周围的范围中的 频率的电磁辐射聚焦到所述天线装置。
16.如权利要求13所述的定向天线装置，其中，三个中间部件的每一个都基本是矩形， 三个顶点部件的中心顶点部件形成为等腰三角形。
17.一种天线装置，其用于接收和传输在特定波长周围的范围中的射频信号，其包括 多个辐射元件，其都具有第一端部和第二端部并由导电材料组成，各辐射元件的第一端部在顶点电连接到天线馈电，使得每个辐射元件在与顶点交叉的虚平面的第一侧上远离 顶点延伸，以及每个辐射元件包括第一段，其以相对于虚平面的锐角远离顶点向外延伸；第二段，其沿基本平行于虚平面的方向从第一段延伸，使得由第一段和第二段形成的 角度是锐角；以及第三段，其从第二线段沿基本垂直于虚平面的方向延伸，使得第二段和第三段之间的 角度接近是九十度；以及导电接地参考。
18.如权利要求17所述的天线装置，第一和第三段都具有基本等于特定波长的四分之 一的长度，以及第二段具有基本等于特定波长的八分之一的长度。
19.如权利要求18所述的天线装置，其中，特定波长接近等于12.5厘米。
20.如权利要求17所述的天线装置，每个辐射元件还包括第四段，其沿基本平行于虚平面的方向从第三段延伸，使得由第三段和第四段形成的 角度基本是直角；以及第五直线段，其从第三段朝驱动装置的中心延伸，使得第四段和第五段之间的角度是 锐角。
全文摘要
本发明提供一种天线装置(10)，其设置为接收和传输在特定波长周围的范围中的射频信号。第一辐射元件(22)具有第一端部和第二端部并且由导电材料制成。第一辐射元件的第一端部在顶点(32)电连接到天线馈电(30)以及第一辐射元件的至少一部分以相对于与顶点交叉的虚平面(34)的锐角并在与顶点交叉的虚平面的第一侧上远离顶点向外设置。第二辐射元件(24)具有第一端部和第二端部并且由导电材料制成。第二辐射元件(24)的至少一部分沿基本垂直于虚平面的方向延伸。
文档编号H01Q9/30GK102099963SQ200980128173
公开日2011年6月15日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者杰克·尼尔森 申请人:Mp天线公司