專利名稱：寬帶天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域。它特別涉及一種如在權(quán)利要求1的前序部分中所要求保護的寬帶天線裝置。
背景技術(shù)：
天線的幾何尺寸與打算經(jīng)所述天線發(fā)射或接收的波的波長密切相關(guān)。經(jīng)常地-例如在便攜式無線應(yīng)用的情況下-天線可利用的空間受到限制，因此天線應(yīng)該被設(shè)計得盡可能的緊湊，并且不存在對帶寬和效率的任何限制。
在過去(US-A3,295,137或US-A-3,508,271)已經(jīng)針對被用作緊湊型天線的折疊單極天線提出了一些建議，所述折疊單極天線被配置為具有在導電基底平面上方的發(fā)夾形式，其一端導電地連接到(接地)基底平面，而另一端被用作獨立于基底平面的饋電點。
被折疊了兩次或多次的未填充和填充單極天線的特征性質(zhì)也已經(jīng)在由B.J.Lamberty撰寫的文章“A Class of Low Gain BroadbandAntennas”，1958 IRE Wescon Convention Report，第251-259頁(1958年8月)中被研究。
更接近地，折疊單極天線已被用來為便攜式電腦提供無線電連接(在這種情況下，參見US-A-6,054,955)或經(jīng)由局域網(wǎng)LANs提供無線價格標記系統(tǒng)(在這種情況下，參見US-A-5,668,560)。
在鐵路領(lǐng)域的車輛天線受特定的需要的支配。諸如這些的局部天線在單獨的情況下應(yīng)該不只針對于VSMR＜2的從870MHz到2170MHz的頻率范圍來設(shè)計，因此適合GSM 900，GSM 1800和UMTS范圍。為了允許可靠的無線連接，而不管振動、故障和其他環(huán)境影響，它們也應(yīng)該是緊湊的和機械魯棒性的。而且，由于可能與帶電部分上的高架天線接觸，依據(jù)相關(guān)測試指示，局部天線必須特別經(jīng)受16.6kV的電壓和40kA的電流，在這種情況下，不超過60V的電壓可能在RF連接處發(fā)生，其目的是在機車中的人員不被向下的饋電電纜危及到。諸如這些的局部天線的例子是Kathrein公司生產(chǎn)的針對從410到470Mhz的頻率范圍的K70 20 21型天線，和針對從870到2170Mhz的頻率范圍的742325型的天線。在DE-A1-199 24 349中還描述了強電流的寬帶車輛天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種寬帶天線裝置，其不僅物理上緊湊，而且具有機械魯棒性，特別地，其適合用作鐵路領(lǐng)域中的車輛天線。進一步的目的是能夠在從大約800MHz到幾GHz的頻率范圍內(nèi)使用天線裝置。
通過權(quán)利要求1的所有特征實現(xiàn)所述目的。本發(fā)明的實質(zhì)是使用天線元件，該天線元件具有單極天線的形式，并且在平面導電基底板上沿著基本與所述天線元件的相反兩端之間的基底板平行的縱向方向延伸一定距離，并且被導電連接在所述基底板的第一端部，還具有饋電點，在第二端部將該饋電點與所述基底板絕緣，經(jīng)由該饋電點可以將所述天線元件連接到射頻設(shè)備。
根據(jù)第一優(yōu)選實施例，通過以下方式獲得高度的機械魯棒性和高的載流能力，以及簡化的裝備，即天線元件具有固態(tài)金屬板的形式，其相對于縱向方向橫向地具有恒定的厚度，并且由鋁合金或鋁組成，天線元件在第一端部具有底部(foot)，天線元件通過所述底部聯(lián)接到基底板，所述底部具有至少一個螺紋孔或聯(lián)接孔，通過它們將所述底部旋到基底板上。
該設(shè)計和裝備特別簡單，并且功能可靠，如果，根據(jù)第二優(yōu)選實施例，在饋電點區(qū)域內(nèi)的基底板的較低表面上布置同軸插塞接頭，其與基底板成直角，并且特別地具有連接插座的形式，其中它的外部導體導電地連接到基底板，并且它的內(nèi)部導體穿過基底板中的開口導電地連接到天線元件的饋電點，并且如果將饋電點和同軸插塞接頭的內(nèi)部導體之間的連接設(shè)計為可拆卸的，在這種情況下，在天線元件的饋電點上布置與基底板成直角向下突出的導電連接銷，該導電連接銷裝配進被裝配到同軸插座接頭的內(nèi)部導體上的插座中的。
在這種情況下，可以將連接銷集成地形成在天線元件上。于是在天線元件的機械加工過程中將它也加工出來。然而，它也可以具有單獨推入銷的形式，并可以被推入天線元件中的相應(yīng)開口中。其優(yōu)點在于，連接銷可以由為接觸而被優(yōu)化的不同材料組成，并且連接銷可以作為車削件更加容易地被生產(chǎn)。
為了保護天線元件免受破壞性環(huán)境影響，在外側(cè)上覆蓋可拆卸蓋體對所述天線元件來說是有利的，該蓋體可拆卸地連接到、特別是被旋到、基底板上。
根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的天線裝置的進一步的優(yōu)選實施例，天線元件具有桿狀基底元件，其在縱向方向上蔓延，并且附加的諧振結(jié)構(gòu)被相對于縱向方向橫向不均勻分布地裝配到基底元件，在這種情況下，諧振結(jié)構(gòu)特別地包含被集成地形成在基底元件上和被定位與基底板成直角的元件。
在這種情況下，諧振結(jié)構(gòu)可以是矩形的和/或成角度的，并且可以具有斜的和/或圓的邊角。
進一步的實施例可以在從屬權(quán)利要求中發(fā)現(xiàn)。


在下面的篇幅中使用示范性實施例并結(jié)合附圖更加詳細地解釋本發(fā)明。
圖1使用幾個圖元素來表示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選示范性實施例的天線裝置的縱剖面(圖1a)、正視圖(圖1b)和插入連接的放大圖(圖1c)；圖2使用幾個圖元素來表示示于圖1中的天線元件的縱剖面(圖2a)、正視圖(圖2b)和仰視圖(圖2c)；圖3表示從示于圖1的天線裝置的基底板之上看到的視圖；圖4表示在示于圖1的天線裝置的饋電點處的連接銷的放大側(cè)視圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選示范性實施例的橫穿天線裝置的縱剖面；圖6表示示于圖5的天線裝置的天線元件的側(cè)視圖；圖7表示從示于圖5的天線裝置的基底板下面看到的平面圖；
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選示范性實施例的天線裝置的透視圖說明，其帶有成角度的和傾斜的諧振元件；和圖9表示示于圖8的天線裝置的回波損耗和頻率之間的關(guān)系。
具體實施例方式
圖1中的不同圖元素表示根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的第一優(yōu)選示范性實施例的不同視圖。圖元素1a表示穿過天線裝置10的縱剖面，其形成在導電基底板18上，并被杯子形狀的蓋體11所覆蓋。蓋體11優(yōu)選地由纖維強化塑料組成，并通過四個螺釘20被擰到基底板18上，這些螺釘旋入基底板中相應(yīng)的螺紋孔34中(圖3)。在圖解說明的示范性實施例中，蓋體11具有帶有周邊凹槽的法蘭狀的邊，將密封環(huán)76插入其中，以改善內(nèi)部區(qū)域?qū)ν獠繀^(qū)域的密封。
正如從圖1a和3中所看到的，基本呈矩形的基底板18在中心區(qū)域具有被抬高的安裝平臺32，在橫向面上與其鄰近的有兩個連接法蘭31、31′，在它們中每一個的邊角處提供兩個聯(lián)接孔33?？梢酝ㄟ^四個聯(lián)接孔33將基底板18，并因此將整個天線裝置10牢固地旋入車輛(機車)平坦的外表面。通過車輛外表面中的開口獲得對天線裝置10的電接觸，穿過這個開口，布置在基底板18的較低表面上的同軸天線插座17凸出到車輛內(nèi)部，在這里它可以被連接到天線電纜上的同軸插頭。連接插座17在外側(cè)被圍繞它的密封環(huán)16密封，并被插入基底板18的較低表面上的環(huán)形槽38中。當沒有被連接時，同軸連接插座17可以通過保護帽19得到保護。
天線裝置10的中心組件是作為單極天線的天線元件14，它的三個不同視圖示于圖2中。集成的天線元件14由半硬鋁合金組成。它可以由相應(yīng)的金屬盤加工出來。但是，它也可以以這種形狀鑄造出來。對于安裝體來說，由塑料濺射而成也是切實可行的，然后為其提供導電表面涂層。天線元件14具有底部22，其厚度大約為5mm，為帶圓形邊角的矩形盤形狀，外部尺寸大約為30mm×38mm(圖2c)。通過底部22將天線元件14插入安裝平臺32中相應(yīng)的被銑過區(qū)域35中(圖3)，并且通過底部22上的四個螺紋孔30和基底板18中的通孔36將天線元件14擰到基底板18。在這種情況下，底部22的上表面與安裝平臺32的上表面相鄰，沒有任何臺階，使得，為了天線的目的，底部32為基底板18的部件。將與底部平面平行、并與其有一定距離地延伸的桿狀基底元件27布置在天線元件的底部22的上面(在圖2所示的旋轉(zhuǎn)180°的圖解中是在底部的下面)?；自?7具有正方形的橫截面，其側(cè)向長度大約8mm。它能經(jīng)受40kA的電流沖擊長達100ms的時間段，而沒有任何問題。在它的一個端部，基底元件27由垂直部分26連接到底部22，并由此接地。
將附件29布置在它的另一端部，所述附件指向底部22，并且在附件29中從底部22引入盲孔24。將具有正方向橫截面(8mm側(cè)向長度)和2mm高度的矩形諧振結(jié)構(gòu)28布置在基底元件27的上表面上。盲孔24可以從外部通過底部22中具有較大直徑的同心通孔23進入。連接銷13，其具有推入銷的形式并由黃銅組成(圖4)，通過它的底部39被推入盲孔24中，使得它凸入底部22中的通孔23中，并可以通過基底板18中的相應(yīng)通孔37(圖3)從下側(cè)(饋電點12)與其接觸。這通過同軸連接插座17的內(nèi)部導體74實現(xiàn)，在它的上端布置縱向槽形的插座21來容納連接銷13(圖1c)。連接插座17通過四個螺釘被連接，這四個螺釘穿過基底板18中的通孔36被旋入到天線元件14的底部22中的螺紋孔30中。因此，同時將同軸連接插座17的外部導體導電地連接到基底板18。這種結(jié)構(gòu)導致功能可靠和緊湊的連接，其特別易于在天線元件14和同軸連接插座17之間裝配。正如在圖2中能夠所看到的，通過水平連接通道25將盲孔24連接到外部區(qū)域。連接通道25確保，當連接銷13被推入時，如果天線元件14在與高架線可能接觸的情況下被于是流動并處于千安培范圍內(nèi)的短路電路非常強烈地加熱，則膨脹空氣(expanding air)可以從盲孔24的余下的剩余容量排出，而不會引起危險，。
以上述的尺寸和基底元件27的上表面上的比較小的諧振器結(jié)構(gòu)28，針對大約5.15-5.875GHz的比較窄的頻率范圍設(shè)計天線裝置10，正如一些WLL(無線本地回路wireless local loop)和WLAN(無線局域網(wǎng))應(yīng)用所需要的。
相反地，圖5-7中說明的第二示范性實施例的天線裝置40可以用于相對寬的頻率范圍(870到2170MHz)。在這種情況下，同樣，圖5所示的天線裝置40具有導電基底板48(也參見圖7)，其由半硬鋁合金組成，板厚15mm；天線元件44，其作為單極天線并被安裝到基底板48上；同軸連接插座47，其內(nèi)部導體75在饋電點42被連接到天線元件44上的連接銷43；以及保護帽體41。蓋體41的較低邊坐落在基底板48中的(橢圓形)環(huán)形槽58中，并通過螺釘50將其連接到基底板48，穿過基底板48中的聯(lián)接孔59從下面將螺釘50旋入蓋體41中。在這種情況下，穿過基底板中的通孔63從上面推入同軸連接插座47，并且同軸連接插座47從上面與連接螺母45接觸，螺母45被旋到連接插座47的外部螺紋上。再一次，在連接插座47的周圍提供密封環(huán)46，并且將其插入基底板48的較低表面上的相應(yīng)環(huán)形槽62中。接下來，連接插座47可以被可拆卸的保護帽49保護。在蓋體41的外側(cè)，在基底板48中提供聯(lián)接孔61(圖7)，通過聯(lián)接孔，天線裝置40可以被連接到車輛的外面。
天線元件44(圖6)包含由半硬鋁合金組成的板，板厚10mm(板厚度在與圖6中所述圖的平面成直角的方向延伸)。天線元件44具有基底元件54，其象一個桿，與基底板48平行并與其具有一定距離地延伸，具有15mm的高度h1和(a1+a2+a3+a4+a5)＝140mm的長度。在基底元件54的一端(圖6中在右側(cè))，朝向基底板48提供具有向下凸出的連接銷43的附件。在該例中，連接銷43由固體加工出。然而，再一次，它同樣可以具有推入銷的形式。在另一端(圖6中在左側(cè))，將具有聯(lián)接孔53的底部52向下凸出地、集成地形成在基底元件54上。通過底部52和螺紋連接51，可以將天線元件44可拆卸地安裝在基底板48上。在基底板48中為要被旋入的螺紋提供相應(yīng)的螺紋孔60(圖7)。
將多個諧振結(jié)構(gòu)55，…，57集成地形成在天線元件44的基底元件54上。第一諧振結(jié)構(gòu)55對應(yīng)在30mm距離a1之后的15mm高度h2的臺階。第二諧振結(jié)構(gòu)56是垂直桿，具有大約50mm的高度h3，和30mm的寬度a3。離所述臺階的距離a2大約30mm。第三諧振結(jié)構(gòu)57是短的垂直桿，具有10mm的寬度a5和9mm的高度h4。諧振結(jié)構(gòu)的尺寸是作為例子給出的。諧振結(jié)構(gòu)55，…，57的定位和配置可以根據(jù)需要變化。而且，在基底元件54的兩端之間，或者另外在螺紋連接51較遠的一邊，可以提供更多的諧振結(jié)構(gòu)。
諧振結(jié)構(gòu)也可以是折疊的，并且它們的端部可以是傾斜的或圓角的。以這種方式修改的天線元件的一個例子在圖8中被說明。示于圖8中的天線裝置的天線元件66包含桿狀基底元件70，其平行于基底板65并與其有一定距離地延伸，并且其在一端通過底部69被旋到基底板65。饋電點67被再一次定位在另一端，在那里經(jīng)由同軸連接插座，天線元件66是可接近的。將多個諧振結(jié)構(gòu)71、72和73集成地形成在基底元件70上。諧振結(jié)構(gòu)71和72是成角度的(折疊的)；它們的邊角部分傾斜，和部分呈圓形。具有桿狀形式的諧振結(jié)構(gòu)73的邊角也是呈圓形的。
示于圖8的天線元件66具有與示于圖6的天線元件44相似的尺寸，并且允許覆蓋下列頻帶
-GSM 900 870-960MHz-GSM 1800 1710-1880MHz-PCS 1900 1850-1990MHz-1800/UMTS1710-2170MHz-WLL/WLAN 2.4-2.7 GHz；3.4-3.7 GHz；5.15-5.875 GHz諧振結(jié)構(gòu)71影響低頻率和1GHz附近的頻率。諧振結(jié)構(gòu)72同樣影響低頻率，但主要在低于1GHz的情況下共振。在這種情況下，基底元件70的較低表面不是完全平行于基底板65延伸，而是輕微地具有臺階。
圖9表示計算出的示于圖8的天線裝置64的回波損耗，相對于頻率繪制。正如能夠看到的，回波損耗在大約800MHz和9GHz之間低于10dB。
參考符號列表10，40，64 天線裝置11，41 蓋體12，42，67 饋電點13，43 連接銷14，44，66 天線元件(單極)15，68 螺釘16，46，76 密封環(huán)17，47 連接插座(同軸的)18，48，65 基底板19，49 保護帽20，50 螺釘21 插座22，52，69 底部23 通孔24 盲孔25 連接通道26 部件(垂直的)27，54，70 基底元件(桿狀)28，55，...57 諧振結(jié)構(gòu)29 附件30 螺紋孔31，31′安裝法蘭32 安裝平臺33 聯(lián)接孔34 螺紋孔35 銑過區(qū)域36，37 通孔
38，62 環(huán)形槽(密封環(huán))39 底部45 聯(lián)接螺母51 螺紋連接53 聯(lián)接孔58 環(huán)形槽(蓋體)59 聯(lián)接孔60 螺紋孔61 聯(lián)接孔63 通孔71，72，73 諧振結(jié)構(gòu)74，75 內(nèi)部導體(連接插座)a1，…，a4 距離h1，…，h4 高度
權(quán)利要求
1.寬帶天線裝置(10，40，64)，用于從大約800MHz到幾GHz的頻率范圍，特別用于鐵路，其特征在于具有單極天線形式的天線元件(14，44，66)，所述天線元件在平面導電基底板(18，48，65)之上一定距離處基本與所述天線元件(14，44，66)兩個相對端之間的基底板(18，48，65)平行地沿著縱向方向延伸，并且在第一端部處被導電連接到所述基底板(18，48，66)，并在第二端部處具有與所述基底板(18，48，65)絕緣的饋電點(12，42，67)，經(jīng)由所述饋電點(12，42，67)可以將所述天線元件(14，44，66)連接到射頻設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于所述天線元件(14，44，66)具有固體金屬板的形式，所述固體金屬板優(yōu)選地相對于縱向方向橫向地具有恒定的厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的天線裝置，其特征在于所述天線元件(14，44，66)由鋁或鋁合金組成。
4.如權(quán)利要求1到3之一所述的天線裝置，其特征在于所述天線元件(14，44，66)在第一端部具有底部(22，52，69)，并且所述天線元件(14，44，66)通過所述底部(22，52，69)被聯(lián)接到所述基底板(18，48，65)。
5.如權(quán)利要求4所述的天線裝置，其特征在于所述底部(22，52，69)具有至少一個螺紋孔或聯(lián)接孔(30，53)，借助于所述螺紋孔或聯(lián)接孔，所述底部(22，52，69)被擰到所述基底板(18，48，65)。
6.如權(quán)利要求1到5之一所述的天線裝置，其特征在于，在所述饋電點(12，42，67)區(qū)域內(nèi)在所述基底板(18，48，65)較低表面上布置同軸插塞接頭，所述同軸插塞接頭與所述基底板(18，48，65)成直角，并且特別地具有連接插座(17，47)的形式，其中它的外部導體被導電地連接到所述基底板(18，48，65)，它的內(nèi)部導體(74，75)穿過所述基底板(18，48，65)中的開口被導電地連接到所述天線元件(14，44，66)的饋電點(12，42，67)。
7.如權(quán)利要求6所述的天線裝置，其特征在于，所述饋電點(12，42，67)和所述同軸插塞接頭(17，47)的內(nèi)部導體(74，75)之間的連接被設(shè)計為可拆卸的。
8.如權(quán)利要求7所述的天線裝置，其特征在于，與所述基底板(18，48，65)成直角向下突出的導電連接銷(13，43)被布置在所述天線元件(14，44，66)的饋電點(12，42，67)上，并且裝配進插座(21)，其中所述插座被裝配到所述同軸插塞接頭(17，47)的內(nèi)部導體上(74，75)。
9.如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其特征在于，所述連接銷(43)集成地形成在所述天線元件(44)上。
10.如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其特征在于，所述連接銷(13)具有推入銷的形式，并被推入到所述天線元件(14)中的相應(yīng)開口(24)中。
11.如權(quán)利要求1到10之一所述的天線裝置，其特征在于，所述天線元件(14，44，66)在外側(cè)由可拆卸的蓋體(11，41)覆蓋，所述蓋體被可拆卸地連接到，特別是被擰到，所述基底板(18，48，65)。
12.如權(quán)利要求1到11之一所述的天線裝置，其特征在于，所述天線元件(14，44，66)具有桿狀基底元件(27，54，70)，所述桿狀基底元件在縱向方向上蔓延，并且附加的諧振結(jié)構(gòu)(28；55，…，57；71，…，73)相對于縱向方向橫向不均勻分布地被裝配到所述桿狀基底元件上。
13.如權(quán)利要求12所述的天線裝置，其特征在于，所述諧振結(jié)構(gòu)(28；55，…，57；71，…73)包含被集成地形成在所述基底元件(27，54，70)上并與所述基底板(18，48，65)成直角取向的元件。
14.如權(quán)利要求13所述的天線裝置，其特征在于，所述諧振結(jié)構(gòu)(28；55，…，57)是矩形的。
15.如權(quán)利要求13所述的天線裝置，其特征在于，所述諧振結(jié)構(gòu)(71，72)是成角度的。
16.如權(quán)利要求13所述的天線裝置，其特征在于，所述諧振結(jié)構(gòu)(71，72)具有傾斜的邊角。
17.如權(quán)利要求13所述的天線裝置，其特征在于，所述諧振結(jié)構(gòu)(72，73)具有圓形的邊角。
全文摘要
本發(fā)明涉及寬帶、緊湊和魯棒性的天線裝置(40)，用于從大約800MHz到幾GHz的頻率范圍，特別用于鐵路，其特征在于，被實現(xiàn)為單極天線的發(fā)射元件(44)在平面導電基底板(48)之上一定距離處、基本與天線元件(44)的兩個相對端之間的基底板(48)平行地沿縱向方向延伸。所述元件在第一端部處被導電連接到所述基底板(48)，并在第二端部處具有與基底板(18，48，65)絕緣的饋電點(42)，經(jīng)由饋電點可以將發(fā)射元件(44)連接到工作在高頻的設(shè)備。
文檔編號H01Q1/32GK1765030SQ03826332
公開日2006年4月26日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者賽得里克·德金 申請人:胡貝爾和茹納股份公司