專利名稱：天線組件的制作方法
背景技術(shù)：
例如用于PCS的寬帶基地站天線常常設(shè)計(jì)成采用偶極子天線。在這種基地站天線中常常使用多個(gè)這種偶極子天線，一般是通過功率分配器由公共傳輸線對(duì)偶極子饋電。天線組件中使用的偶極子天線越多，功率分配器就越復(fù)雜。
這種基地站天線組件的制造，在偶極子天線結(jié)構(gòu)和其與天線組件的其余元件的組裝這兩方面，既費(fèi)時(shí)又昂貴。近來已經(jīng)提出的一種簡(jiǎn)化這種天線組件的結(jié)構(gòu)和組裝的嘗試，是從基座部件形成偶極子天線元件，這是通過從基座部件沖壓出偶極子天線元件，然后把這些元件形成期望的取向而實(shí)現(xiàn)的。這些偶極子天線形成為對(duì)置的各對(duì)，單獨(dú)形成的傳輸線必須通過焊接固定于其上。這種基地站天線組件一般是用輕體材料制成，因此這些元件相對(duì)易碎。使用多對(duì)偶極子降低了功率分配器的尺寸和復(fù)雜性。當(dāng)然，從基座部件形成的工藝和分離要安裝的部件是一件麻煩且昂貴的事情。
期望提供一種使用改進(jìn)的偶極子天線對(duì)陣列的寬帶基地站天線和其改進(jìn)的制造方法。
發(fā)明描述根據(jù)本發(fā)明，提供一種改進(jìn)的寬帶基地站天線的制造方法。該方法尤其是考慮制造整體形成的偶極子天線對(duì)，每個(gè)用于作為單獨(dú)的偶極子天線而輻射，該方法包括以下步驟用導(dǎo)體材料片形成平坦的陣列前身，該陣列前身包括具有一對(duì)分開端的伸長(zhǎng)的傳輸線前身，和包括位于伸長(zhǎng)的傳輸線前身每端的一對(duì)偶極子天線臂的偶極子天線，相對(duì)位于其每端的偶極子天線臂折疊傳輸線前身，提供最終與偶極子天線一體形成的傳輸線。
在優(yōu)選形式中，在傳輸線前身的每端，平坦的陣列前身還包括與偶極子天線臂鄰近并成一體的一對(duì)支撐元件前身，每個(gè)支撐元件前身具有自由端，該方法還包括相對(duì)于偶極子天線臂折疊支撐元件的步驟，以使該自由端適于把所述偶極子天線固定于安裝構(gòu)件。最好折疊支撐元件的自由端，形成有助于把偶極子天線固定于安裝構(gòu)件的安裝腳。最終形成的傳輸線最好是互連每個(gè)偶極子天線的空氣基底的傳輸線。
本發(fā)明還提供整體形成的天線陣列，包括一對(duì)偶極子天線和伸長(zhǎng)的傳輸線，偶極子天線之一與傳輸線的每端一體形成，每個(gè)偶極子天線包括一對(duì)朝相反方向伸長(zhǎng)的偶極子臂，一個(gè)臂從平面看在垂直于其長(zhǎng)度的方向延伸，另一個(gè)臂從平面看包括一對(duì)在垂直于其長(zhǎng)度的方向分開的臂元件，對(duì)于每個(gè)偶極子天線，安裝裝置與每對(duì)偶極子臂一體形成，用于把天線陣列固定于安裝構(gòu)件。偶極子臂最好具有一對(duì)對(duì)置的側(cè)邊緣和對(duì)置的自由端邊緣，安裝裝置包括與在支撐元件一端的一對(duì)對(duì)置的側(cè)邊緣形成的伸長(zhǎng)的支撐元件，和位于伸長(zhǎng)的支撐元件另一端的安裝結(jié)構(gòu)。安裝結(jié)構(gòu)最好包括與天線陣列一體形成的安裝腳。
根據(jù)本發(fā)明的天線組件，包括基板和至少一個(gè)安裝于其上的一體形成的天線陣列，天線陣列包括一對(duì)偶極子天線，在其端部與一對(duì)偶極子天線一體形成的伸長(zhǎng)傳輸線，和與偶極子天線一體形成的安裝裝置，把天線陣列安裝于基板，每個(gè)偶極子天線包括一對(duì)朝相反方向伸長(zhǎng)的偶極子臂，一個(gè)臂在平面上延伸，另一個(gè)臂在平面上包括一對(duì)分開的臂元件。傳輸線端與延伸臂一體形成，并位于分開的臂元件之間。
基板最好是導(dǎo)體金屬板，該組件還包括連接于傳輸線長(zhǎng)度中央的電纜元件。最好通過其導(dǎo)體對(duì)偶極子天線饋電，至少兩個(gè)天線陣列以分開的關(guān)系安裝在基板上，傳輸線限定多個(gè)用于將一個(gè)導(dǎo)體連接至傳輸線的分開的構(gòu)造，以改變天線組件的輻射特性。
從以下的說明和附圖將可了解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的天線組件的平面圖；圖2是圖1的天線組件去掉外殼的平面圖；圖3是圖2的側(cè)視圖；圖4是圖2的部分放大圖；圖5是圖2的偶極子對(duì)陣列的透視圖；圖6是圖5的偶極子對(duì)陣列的側(cè)視圖；圖7是圖5的展示有代表性尺寸的偶極子對(duì)陣列透視圖；圖8是本發(fā)明另一偶極子對(duì)陣列的透視圖；圖8a是圖8的展示有代表性尺寸的偶極子對(duì)陣列透視圖；
圖9是圖8的偶極子對(duì)陣列的側(cè)視圖；圖10是形成圖8和9的偶極子對(duì)陣列的毛坯透視圖；圖11是圖10的毛坯具有相對(duì)于其它部分折疊的部分的透視圖；圖12是圖11的前身的再形成之后的透視圖；圖13是圖12的前身的再形成之后的透視圖；圖14是圖13的前身的再形成之后的透視圖；圖15是圖14的前身的再形成之后的透視圖；圖16是圖15的前身的再形成之后的透視圖，并準(zhǔn)備好用于最終形成操作。
詳細(xì)介紹參見圖1-7，根據(jù)本發(fā)明的天線組件100、例如寬帶基地站天線組件包括底板或安裝板110。安裝板110通常設(shè)計(jì)成導(dǎo)電的，以便為偶極子天線提供接地板，可以是鋁擠壓件，具有多務(wù)縱向取向的中央安裝軌112和在其邊緣的一對(duì)分開的縱向邊軌114，用于固定外殼116。外殼116由塑料制成，通常是U形剖面。端蓋118是金屬或者塑料的，并固定于安裝板110，為組件100提供端部，完成對(duì)天線組件100的安放。
天線組件100包括如下所述成對(duì)排列的多個(gè)偶極子天線。在圖1-6所示實(shí)施例中，偶極子對(duì)陣列120的數(shù)量為兩個(gè)，并以縱向分開的關(guān)系安裝于板110上?？梢酝瑯拥厥褂没蚨嗷蛏俚年嚵?20，例如一個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)陣列，甚至更多只要適合于應(yīng)用即可。
正如圖2和6中最佳所見，每個(gè)偶極子對(duì)陣列120一體形成，是利用薄黃銅片沖壓出的導(dǎo)電毛坯形成的，并利用穿過的緊固件例如螺釘121固定于導(dǎo)軌112。每個(gè)陣列120分別由元件電纜122、123的中心導(dǎo)體饋電，并分別通過夾片124、125接地于安裝板110，夾片通過緊固件例如螺釘126機(jī)械地和電氣地固定于安裝板導(dǎo)軌112，各元件電纜122、123的屏蔽銅釬焊或軟釬焊到夾片124、125上。在其另一端，元件電纜122、123的屏蔽固定于變壓器夾片128，該夾片通過螺釘129和安裝軌112也機(jī)械地和電氣地連接于安裝板110，電纜122、123的中心導(dǎo)體通過軟釬焊或銅釬焊分別連接于功率分配器或電路板變壓器130。變壓器130可以包括玻璃纖維板元件，具有一對(duì)通常為U形的軌跡，其匯合形成微波帶狀傳輸線的M形軌跡圖形。變壓器130的作用是在兩個(gè)偶極子對(duì)陣列120之間等分輸入功率，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ洹?br> 變壓器軌跡圖形132的中心由接插件電纜140的中心導(dǎo)體饋電，而變壓器夾片128連接于接插件電纜140的屏蔽。接插件電纜140的另一端固定于連接同軸電纜(未示出)的接插件142。于是，每個(gè)偶極子陣列120通過接插件142和變壓器130連接于RF(射頻)電源。接插件142可以安裝在形成的安裝夾片144上，該安裝夾片利用螺釘145固定于軌道112，并把同軸電纜的屏蔽接地于安裝板110。為了穩(wěn)定，接插件電纜140和元件電纜122、123可以在其長(zhǎng)度中央利用塑料夾具146約束，該夾具可以一端固定于導(dǎo)軌114的凸緣下，另一端由螺釘147固定于導(dǎo)軌112。塑料夾具可以由塑料例如Delrin_、杜邦公司市售的乙縮醛均聚物制成。
天線組件100設(shè)計(jì)成垂直安裝，其與接插件142一起面向下，底平面110基本垂直于地表面。圖1-7的天線組件設(shè)計(jì)成以120度的水平射線寬度圖形進(jìn)行輻射。于是，如果期望的話，則圍繞安裝部件以120度的分開間隔安裝的三個(gè)這種組件，將提供基本是圓形的有效區(qū)域。圖8-16所示的偶極子陣列設(shè)計(jì)成提供90度的水平射線寬度圖形，因而采用這種偶極子陣列的四個(gè)天線組件，通過相互適當(dāng)安裝可以有效地用于基本是圓形的所期望的有效區(qū)域。
偶極子對(duì)陣列120可以基本上相互相同。為此，每個(gè)包括一對(duì)偶極子200、202(可以基本相同)，并由空氣基底傳輸線204連接。傳輸線204連接于靠近饋電夾片124、125的元件電纜122、123的中心導(dǎo)體。元件電纜的屏蔽軟釬焊或銅釬焊于夾片124、125，夾片再利用螺釘126固定于導(dǎo)軌112。中心導(dǎo)體軟釬焊到從一系列分開的結(jié)構(gòu)中選擇的一個(gè)結(jié)構(gòu)上，例如在傳輸線204長(zhǎng)度中央的開口206。選擇的開口206將使天線組件100的垂直圖形角度相對(duì)于地表面稍有變化，正如從天線組件100的正常操作取向來看。當(dāng)最左側(cè)開口206的右邊用于安裝開口206(如圖6所示)時(shí)，元件電纜122、123的長(zhǎng)度也應(yīng)通過增加元件電纜123的長(zhǎng)度、或者減少元件電纜122的長(zhǎng)度來改變。這樣做的目的是為了在偶極子對(duì)120之間保持適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)系。
傳輸線204還設(shè)置有調(diào)節(jié)片208，其尺寸、形狀和定位是為了保持適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ?，不考慮安裝開口206如何選擇來接收元件電纜122、123的中心導(dǎo)體。
在約1.71-1.99GHz(千兆赫)的頻率范圍內(nèi)使用的偶極子對(duì)陣列120的一般尺寸如下表所示，參考圖7和8a能更清楚。偶極子對(duì)的偶極子之間的中心至中心距離應(yīng)約等于一個(gè)波長(zhǎng)。對(duì)于重要的頻率范圍(1.71-1.99GHz左右)，一個(gè)波長(zhǎng)稍大于六英寸，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)6.0英寸的尺寸“a”對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的天線陣列是接近最佳的。與每個(gè)單獨(dú)的偶極子長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的尺寸“b”通常應(yīng)是二分之一波長(zhǎng)，但是由于天線的獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)，而且由于圖7和8a的偶極子對(duì)被設(shè)計(jì)成不同的水平射線寬度，所以用于圖7的偶極子的整個(gè)偶極子長(zhǎng)度應(yīng)是約3.239英寸，用于圖8a的約3.9英寸。
由于偶極子寬度直接受限于有效水平射線寬度，設(shè)計(jì)為120度射線寬度的圖7的偶極子寬約0.664英寸，而設(shè)計(jì)為90度射線寬度的圖8a的偶極子寬約1.56英寸。

理論上，期望頻率的偶極子均應(yīng)在底平面之上隔開約四分之一波長(zhǎng)的距離。但是，如果在底平面上隔開的距離太小，則天線的Q(品質(zhì)因數(shù))將明顯增加，降低了有效天線射線寬度。因此，圖7的偶極子在底平面上隔開約1.6英寸(尺寸“c”)，而圖8a的偶極子在底平面上隔開約1.35英寸。
選擇的最終形成的偶極子對(duì)陣列215如圖8、8a和9所示。其是從毛坯B一體形成的。如圖10所示，從適合的材料沖壓出平坦陣列前身或毛坯B，例如從約0.032英寸厚的黃銅片沖壓出。毛坯B為傳輸線220提供傳輸線前身，在其每個(gè)分開端部為每對(duì)偶極子216、218提供偶極子臂前身。
如圖10和11所示，分別具有用于安裝螺釘?shù)倪m當(dāng)?shù)拈_口224、225的安裝腳222、223，分別沿折疊線300形成，用于每個(gè)偶極子陣列。如圖12和13所示，通過分別沿圖11和12所示折疊線306折疊，接著形成偶極子臂226、228和230、232以及支撐元件對(duì)234和236(腳222、223分別與其一體形成)。支撐元件位于靠近偶極子天線臂并與其一體形成。每個(gè)支撐具有通過腳適合于把偶極子天線固定于安裝基座的自由端。另一端相對(duì)于天線臂折疊形成。方向相反的偶極子臂226和228在平面上的形狀相互不同，但是在天線組件的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)功能相同。同樣地，偶極子臂230、232在平面的形狀也不同但功能相同。于是，每個(gè)偶極子臂226和230分別包括一對(duì)靠近分開的相鄰臂部件226A和226B和230A和230B，而不是象臂228和232那樣，成為一體或者連續(xù)跨過其寬度(在垂直于其長(zhǎng)度的方向)，這不會(huì)影響在所示天線設(shè)計(jì)的工作頻率內(nèi)即在1.71-1.99GHz范圍的輻射。
為了有助于傳輸線元件前身的彎曲，如圖13所示，把傳輸線前身沖壓成使其區(qū)域302的厚度減小，然后把組件彎曲折疊成圖14的構(gòu)形。然后在304同樣沖壓傳輸線前身(圖14)，從圖14所示位置彎曲折疊成圖15和16所示位置，從而呈現(xiàn)圖8和9的偶極子對(duì)陣列最終構(gòu)形，提供最終一體形成的空氣基底的傳輸線。
此時(shí)偶極子對(duì)陣列已準(zhǔn)備好安裝于類似圖1-7所示的天線組件，但是采用的是圖8和9的偶極子陣列。為此，偶極子對(duì)陣列215適合借助于導(dǎo)軌112利用螺釘固定于安裝板110，如同圖1-7的實(shí)施例所述方式。同樣為該陣列設(shè)置如圖1-7所示的元件電纜、接插件電纜、變壓器和其它元件。
從以上所述，可以了解到由最少數(shù)量的元件可以容易地構(gòu)成采用多個(gè)偶極子天線的天線組件，同時(shí)把多對(duì)偶極子組合成易于制造的分組件，由此可以保持對(duì)各部分的尺寸和相互關(guān)系的嚴(yán)密控制。
雖然展示了幾個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)該知道在不脫離本發(fā)明的精髓和范圍的條件下可以做出改進(jìn)。因此，除了由權(quán)利要求書所做的必要限制之外，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于所示的實(shí)施例或者受其它限制。
權(quán)利要求
1．一種整體形成的偶極子天線對(duì)的制造方法，每個(gè)用于作為單獨(dú)的偶極子天線輻射，包括以下步驟用導(dǎo)體材料片形成平坦的陣列前身，所述陣列前身包括具有一對(duì)分開端的伸長(zhǎng)的傳輸線前身，和包括位于傳輸線前身每端的一對(duì)偶極子天線臂的偶極子天線；和相對(duì)位于其每端的所述偶極子天線臂折疊所述傳輸線前身，提供最終與所述偶極子天線一體形成的傳輸線。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在所述傳輸線前身的每端，所述平坦的陣列前身還包括與偶極子天線臂鄰近并成一體的一對(duì)支撐元件前身，每個(gè)所述支撐元件前身具有自由端，還包括相對(duì)于所述偶極子天線臂折疊所述支撐元件的步驟，以便使所述自由端適于把所述偶極子天線固定于安裝構(gòu)件。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，還包括以下步驟，折疊支撐元件的自由端，形成有助于把所述偶極子天線固定于安裝構(gòu)件的安裝腳。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述最終形成的傳輸線是互連每個(gè)所述偶極子天線的空氣基底的傳輸線。
5．一種整體形成的偶極子天線對(duì)的制造方法，每個(gè)用于作為單獨(dú)的偶極子天線而輻射，包括以下步驟用導(dǎo)體材料片形成平坦的陣列前身，所述陣列前身包括具有一對(duì)分開端的伸長(zhǎng)的傳輸線前身，包括位于傳輸線前身每端的一對(duì)偶極子天線臂的偶極子天線，和與偶極子天線臂鄰近并成一體的一對(duì)支撐元件前身，每個(gè)所述支撐元件前身具有自由端；相對(duì)位于其每端的所述偶極子天線臂折疊所述傳輸線前身，提供與所述偶極子天線最終形成一體的傳輸線；和相對(duì)于所述偶極子天線臂折疊所述支撐元件，以便所述自由端適于把所述偶極子天線固定于安裝構(gòu)件。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述最終形成的傳輸線是互連每個(gè)所述偶極子天線的空氣基底的傳輸線。
7．一種整體形成的天線陣列，包括一對(duì)偶極子天線和伸長(zhǎng)的傳輸線，所述偶極子天線之一與所述傳輸線的每端一體形成；每個(gè)所述偶極子天線包括一對(duì)朝相反方向伸長(zhǎng)的偶極子臂，所述臂之一從平面看在垂直于其長(zhǎng)度的方向延伸，另一個(gè)所述臂從平面看包括一對(duì)在垂直于其長(zhǎng)度方向分開的臂元件；和對(duì)于每個(gè)所述偶極子天線，安裝裝置與所述偶極子臂對(duì)的每個(gè)一體形成，用于把所述天線陣列固定于安裝構(gòu)件。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的整體形成的天線陣列，其中，所述偶極子臂具有一對(duì)對(duì)置的側(cè)邊緣和對(duì)置的自由端邊緣；所述安裝裝置包括與在所述支撐元件一端的所述一對(duì)對(duì)置的側(cè)邊緣形成的伸長(zhǎng)的支撐元件，和在所述伸長(zhǎng)的支撐元件另一端的安裝結(jié)構(gòu)。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的整體形成的天線陣列，其中，所述安裝結(jié)構(gòu)包括與所述天線陣列一體形成的安裝腳。
10．一種天線組件，包括基板和至少一個(gè)安裝于其上的一體形成的天線陣列，所述天線陣列包括一對(duì)偶極子天線，在其端部與所述一對(duì)偶極子天線一體形成的伸長(zhǎng)傳輸線，和與所述偶極子天線一體形成的安裝裝置，把所述天線陣列安裝于所述基板；每個(gè)所述偶極子天線包括一對(duì)朝相反方向伸長(zhǎng)的偶極子臂，所述一個(gè)臂在平面上延伸，另一個(gè)臂在平面上包括一對(duì)分開的臂元件。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的天線組件，其中，所述傳輸線端與所述延伸臂一體形成，位于所述分開的臂元件之間。
12．根據(jù)權(quán)利要求10的天線組件，其中，所述基板是導(dǎo)體金屬板，還包括通過其一個(gè)導(dǎo)體連接于所述傳輸線長(zhǎng)度中央的電纜元件，用以對(duì)所述偶極子天線饋電。
13．根據(jù)權(quán)利要求10的天線組件，其中，至少兩個(gè)所述天線陣列以分開的關(guān)系安裝在所述基板上。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的天線組件，其中，所述傳輸線還包括改變天線組件的輻射特性的裝置。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的天線組件，其中，所述改變天線組件輻射特性的所述裝置包括改變天線組件的垂直輻射圖形的裝置。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的天線組件，其中，所述改變所述天線組件的所述垂直輻射圖形的所述裝置，包括改變所述垂直輻射圖形相對(duì)于地表面的角度的裝置。
17．根據(jù)權(quán)利要求15的天線組件，其中，所述改變所述天線組件的所述垂直輻射圖形的所述裝置，包括沿所述傳輸線分開的多個(gè)結(jié)構(gòu)，用于把所述一個(gè)導(dǎo)體連接到結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
天線組件具有基板和至少一個(gè)安裝于其上的一體形成的天線陣列(120),天線陣列具有一對(duì)偶極子天線(200、202)和伸長(zhǎng)的傳輸線(204),偶極子天線之一與傳輸線的每端一體形成,每個(gè)偶極子天線包括一對(duì)朝相反方向伸長(zhǎng)的偶極子臂,一個(gè)臂從平面看在垂直于其長(zhǎng)度的方向延伸,另一個(gè)臂從平面看包括一對(duì)在垂直于其長(zhǎng)度的方向分開的臂元件,對(duì)于每個(gè)偶極子天線,與偶極子臂對(duì)的每個(gè)一體形成的安裝裝置,把天線陣列固定于天線組件。還公開了通過一系列折疊步驟從毛坯形成天線的方法。
文檔編號(hào)H01Q21/10GK1205804SQ96199112
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1996年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者彼得·梅蘭德特, 坦·D·哈伊恩 申請(qǐng)人:艾倫電信公司