專利名稱：無源中繼器天線的制作方法
技術領域：
本發明公開一種具有設置在第一層或平面的多個輻射單元的無源 中繼器天線，其還包括通過電介質材料與輻射單元間隔開的地平面。
背景技術：
無線系統例如蜂窩電話系統的運營商往往希望增加某些區域中的 系統容量。在蜂窩電話的情況中，運營商可能希望增加小區的某些區域 中的系統容量。增加小區的某區域中的系統容量可通過安裝附加基站以覆蓋那個 區域來實現。這樣一種附加基站通常是所謂的"微"或"微微"基站， 即，與普通基站相比具有減小的容量，預計用于增強普通基站的容量。 當然，也可使用普通基站來實現相同的效果。將這樣一種附加基站與系統中下一較高級、通常是小區的"普通，， 基站相連接的最簡單方式通常是使用"點對點"類型的無線電鏈路連 接。這表示在附加基站和系統中下一較高級各安裝一個無線電鏈路。為了使連接進行工作，在兩個無線電鏈路之間需要視線(LOS)。但是，希 望進行這類安裝的運營商往往發現，應當安裝附加基站的地點不在系統 中較高級的視線內。對于具有需要LOS但沒有LOS的兩個無線電鏈路的問題的一個解 決方案是安裝中繼器天線，以將兩個無線電鏈路彼此連接。用于蜂窩電 話的頻率范圍、即微波范圍上的中繼器天線通常使用通過波導連接的兩 個拋物面反射器來設計，其中反射器指向不同的方向。由兩個拋物面反射器組成的中繼器天線先天笨重，因而特別是在城 市地區很難找到適當的安裝地點，并且還可能很昂貴。一種已知的備選中繼器天線包括一塊反射材料、如金屬。在這種中 繼器天線中，入射角和反射角相等,這將限制反射器的實用性。發明內容如上所述，需要一種中繼器天線，它可用于微波范圍的應用中，并 且它克月l了已知中繼器天線的缺點。這種中繼器天線由本發明提供，因為它公開了一種包括設置在第一 層或平面中的多個輻射單元的中繼器天線。中繼器天線還包括通過電介質材料與輻射單元分隔開的地平面，并 且輻射單元各被給予這樣的延伸并且它們之間具有這樣的距離以使入 射電磁波將以比電磁波的入射角大或小預定量的角度從中繼器天線反 射。在一個優選實施例中，由于導電平面、地平面和電介質材料層的形 狀，中繼器天線是基本上平面的。在另一個優選實施例中，由于導電平 面、地平面和電介質材料層的形狀，中繼器天線除了是基本上平面的， 還是基本上平坦的。通過本發明，獲得一種中繼器天線，它可安裝在先前可能不能由具 有高度方向性和低損耗的中繼器天線使用的位置。本發明的天線的生產 也沒有先前的中繼器天線那么昂貴。
在以下描述中，參照附圖更詳細地描述本發明，附圖包括圖1說明其中使用中繼器天線的系統，圖2和圖3說明中繼器天線的實施例，以及圖4說明中繼器天線背后的原理。
具體實施方式
在圖1中，示意說明使用本發明的系統100。無線電基站(RBS)105預計覆蓋移動電話系統中的小區。在小區中，存在RBS 105無法覆蓋 的區域，這是由于那個區域中的高密集度用戶使得RBS的容量不夠， 或者是由于從RBS到該區域的視線(LOS)例如被高聳的建筑物遮掩的 事實。在圖l中，該區域表示為RBS^C建筑物111遮掩。當然，這兩個因素也可能結合出現，具有高密集度用戶的區域可能 被建筑物或其它障礙物遮掩。如圖1所示，有一個附加RBS 140安裝在結構111如建筑物上，以 便幫助RBS 105覆蓋所述的區域。這個附加RBS 140可能是所謂的 "微"或"微微"基站，即，與普通RBS相比具有減小的容量的基站， 預計用于增強普通RBS的容量。當然，將普通RBS用作附加RBS 140 也可實現相同的效果。因此，附加RBS 140預計增強RBS 105的容量， 且兩個RBS經由具有微波無線電鏈路107-141的點對點連接而連接。如圖1所示，有一個建筑物112，其具有到RBS 105的LOS。由于 系統的幾何條件，具有其無線電鏈路141的附加RBS 140無法放置在建 筑物112上，但需要放置在建筑物111上，在那里沒有到RBS 105或者 其無線電鏈路107的LOS。然而，中繼器天線可安裝在建筑物112上， 使得它具有到兩個無線電鏈路107和141的LOS。在圖1中還可以看到，該幾何條件使得通過無線電鏈路連接從RBS 105發射到中繼器天線130的電信號需要以不同于入射角的角度向附加 RBS140反射。這通常可僅通過使用分別指向RBS 105、 130的兩個獨 立的中繼器天線來實現，其中兩個中繼器天線彼此連接。這種中繼器設 計通常將包括彼此連接的兩個拋物面反射器，它們給中繼器天線具有笨 重的形狀，因而使其難以安裝。為了克服已知中繼器設計中的這種及其它缺點，本發明公開一種中 繼器天線，其中入射電磁波將以不同于入射角的角度從中繼器天線反 射，即，反射角將比電磁波的入射角大或小預定量。為了使本發明的中繼器天線130的安裝地點的選擇盡可能容易，由 于本文稍后更詳細說明的多個因素，中繼器天線是基本上平面的。詞"平面"在這個上下文中表示中繼器天線的厚度明顯小于其寬度 或幅度的事實。因此，在這里使用該詞的意義上，中繼器天線可能是彎 曲的同時仍然是平面的，非常像一張紙或一片金屬可能是彎曲的同時仍 然是平面的那樣。這進一步便于天線的安裝，但在一個實施例中，中繼 器天線也可能是基本上平坦的，即，是平面但不彎曲。在圖2中，以正透視圖示出了本發明的中繼器天線200。可以看到， 中繼器天線200包括多個輻射單元210-260，它們具有不同的長度U、 L2、 L3，并且與鄰近輻射單元間隔各個距離D12、 D23。在圖2所示的天線200中，輻射單元設置成列和行的二維陣列，其 中一行的單元在第一方向上具有第一延伸Ll5且鄰近行的單元在所述 第一方向上具有第二延伸L2。在這種情況中，第一方向是設置列的方 向，即，與行的延伸的方向垂直。在這種情況中，輻射單元之間的所述距離是鄰近行的輻射單元 210、 220、 230之間的預定中心距離D12、 D23。可以看到，在中繼器天線從左至右的行中，第一方向上的延伸逐漸 減小，并且在第二組行240、 250、 260中重復該圖案，這些行與第一組 中的行210、 220、 230相同。鄰近行單元之間的距離和延伸差異是這樣的以使反射束的相位及 由此的反射角控制為被給予與入射角的期望差異。因此，在天線的表面 上、在這種情況中從左至右引起反射束的逐漸相移，該相移又使電磁波 的反射角與所述波的入射角不同。這也是在某個數量的行之后、在這種情況下為三行之后重復行的圖 案的原因當相移超過360度、即以弧度來看為2n時，圖案將再一次 開始。在圖3中，以沿圖2所示的線m-III的截面示出圖2的中繼器天線200。在這個截面圖中可以看到，中繼器天線包括導電地平面320，并且 設置了電介質材料層310，其中的第一表面朝向地平面320。輻射單元210-260設置在電介質材料層310的第二表面，所述第二 表面朝向離開地平面320的方向，使得電介質層將具有分隔開地平面 320和輻射單元210-260的功能。通過蝕刻沉積在電介質層第二表面上的導電材料層，在電介質層上 適當地形成輻射單元。這樣，在電介質層上形成導電材料層，所述導電 層是輻射單元層。如果需要，通過對導電平面、地平面和電介質材料層成形，可為如 圖2和圖3所示的中繼器天線提供彎曲形狀。例如，可能這樣做，以便 影響入射角或反射角，或者更好地適合特定地點上的機械安裝。在這樣 一種實施例中，雖然是彎曲的，4旦中繼器天線將仍然保持它的基本上平 面形式。然而，中繼器天線除了是基本上平面的，還可以是基本上平坦的， 這也由于導電平面、地平面和電介質材料層的形狀而實現的。在圖4中，說明本發明的中繼器天線200背后的原理天線200的 機械表面由"M"表示，而入射電磁波由"B"表示，在圖4中還示出了 波束的反射。可以看到，電波束相對于天線表面的入射角CM不同于波束相對于 同一表面的反射角ot2，這正是所需的效果。通過調整輻射單元的延伸 以及它們之間的距離，兩個角度a i和cx2之間的差異可根據應用的需要 定制得更大或更小。在圖4中，還示出通過天線的設計形成的電反射平面，用字母"E" 表示。電反射平面是由入射電磁波"B"在反射時"感知"的平面，并 且可看到，入射角和反射角相對于波束"B"的這個平面是相同的。兩個平面"M，，和"B，，之間的角度差異，在圖4中表示為e,由此是兩個角度0M和0C2之間的差異背后的確定因素。本發明可通過多種方式改變。例如，如果輻射單元設置成圖2、圖 3所示的行和列，則在一行且同一行中的輻射單元不需要具有相等的長 度，但是長度也可沿該行改變。在這樣一種情況中，反射角可在兩個方向改變，而不只是在結合圖2所述的左右方向。中繼器天線還可按極化改變給出與輻射單元210-260的極化垂直 的笫二極化的輻射單元的行可散置在單元210-260的行之間，如圖5所 示，兩個極化方向在坐標系中示出，并且分別由數字"1"和"2"表示。 在圖5所示的實施例中，對于第一極化具有相似長度的單元的各行與第 二極化的對應行垂直。在這種中繼器天線中，入射角和反射角之間的差 異在兩個極化上是不同的，使得將存在兩個反射天線束，它們相對彼此 具有不同方向，每個極化上一個，即使它們重合也如此。如果希望獲得兩個極化上的入射角與反射角之間的相同差異，則可 改用圖6的實施例在這里，預計用于第二極化的相等長度的單元210， 的行設置成與第一極化的單元210的對應行平行，笫二極化的單元設置 成它們的邊緣彼此對著。兩個不同極化的輻射單元也可設置成它們之間具有第二電介質材 料層，在這種情況中，它們可能彼此"交叉"。作為一個備選方案，如果希望更細致并且在不止一個方向操縱天線束，則可設想使用圖2和圖3的天線，然后具有這樣一種天線機械安裝 在其中一個或多個微調螺釘將影響中繼器天線的機械仰角。在這樣一種應用中，將有可能制造一系列中繼器天線類型，其中在反射角與入射角 之間具有已知差異。將安裝最匹配該應用的中繼器天線，并且該機械安 裝的微調螺釘將用于使天線適應于特定的安裝地點。本發明不限于以上描述和i兌明的實施例實例，而是可在所附權利要 求書的范圍內自由改變。例如，雖然輻射單元表示為細長單元，但是它 們也可通過其它許多形式來實施，例如圓形、橢圓形或者作為矩形貼 片。它們也可實施為導電平面中的狹縫，而不是實施為圍繞其導電平面 的其佘部分^R去除的貼片。如果鄰近行在該行的主要方向上略微移位，則如圖2所示的輻射單 元的鄰近4于也可彼此交織。當然，本發明的中繼器天線可用于大量應用，并不是以任何方式限 制于以上說明和描述的實施例實例所示的使用上。
權利要求
1.一種中繼器天線(130，200)，包括設置在第一導電層或平面中的多個輻射單元(210-260)，所述中繼器天線還包括通過電介質材料層(310)與所述輻射單元分隔開的地平面(320)，所述中繼器天線其特征在于所述輻射單元各被給予這樣的延伸(L1，L2，L3)和與鄰近輻射單元這樣的距離(D12，D23)以使入射電磁波(110)將以比所述電磁波的入射角(α2)大或小預定量的角度(α2)從所述中繼器天線反射。
2. 如權利要求1所述的中繼器天線(130,200),由于所述導電平面、 所述地平面(320)和所述電介質材料層(310)的形狀，其是基本上平面的。
3. 如權利要求2所述的中繼器天線(130,200)，由于所述導電平面、 所述地平面(320)和所述電介質材料層(310)的形狀，其除了是基本上平 面的，還是基本上平坦的。
4. 如以上權利要求中任一項所述的中繼器天線(130,200)，其中所 述輻射單元(210-260)設置成列和行的二維陣列，其中一行的單元在第一 方向具有第一延伸(I^,L2,L3)，并且鄰近行的單元在所述笫一方向具有第 二延伸(L^L2，L3)，在所述鄰近^"的輻射單元之間還存在預定中心距離 (D12,D23)，鄰近行所述單元之間的所述距離和延伸差異是這樣的以使反 射束的相位及由此的反射角控制為#皮給予與所述入射角的期望差異。
全文摘要
本發明公開了一種中繼器天線(130，200)，它包括設置在第一導電層或平面中的多個輻射單元(210-260)。中繼器天線還包括通過電介質材料層(310)與輻射單元分隔開的地平面(320)，并且輻射單元各被給予這樣的延伸(L<sub>1</sub>，L<sub>2</sub>，L<sub>3</sub>)和與鄰近輻射單元這樣的距離(D<sub>12</sub>，D<sub>23</sub>)以使入射電磁波(110)將以比電磁波的入射角(α<sub>2</sub>)大或小預定量的角度(α<sub>2</sub>)從中繼器天線反射。中繼器天線是平面的，并且可以是彎曲或平坦的。
文檔編號H04B7/155GK101218761SQ200580050974
公開日2008年7月9日 申請日期2005年7月4日 優先權日2005年7月4日
發明者A·斯特杰曼, B·史文森 申請人:艾利森電話股份有限公司