[发明专利]补片散热器

说明书

技术领域

本发明涉及天线单元，更具体地涉及背腔式缝隙反馈天线元件 (cavity backed slot fed antenna elements)中的补片散热器(patch radiator)。

背景技术

在诸如可以用于蜂窝电话网络基站的波束成形的或易操纵的天线 系统中，天线可以由一个相同天线元件的阵列组成。

在一种被称作背腔式、缝隙反馈双极化补片元件这样的设计中， 天线元件以从该散热元件的背部到前部的顺序包括腔结构、双端馈电 网络、一对缝隙以及补片散热器。

该腔确保所有的散热能量从该天线元件的前部出现。

该双端馈电网络主要用于提供必要的场，以通过激励该补片散热 器上适当的场结构来驱动该缝隙元件。

该缝隙反过来激励用于双极化补片元件的必要的场。

该补片散热器是该天线元件的有源或散热部件。该补片散热器的 尺寸和构造对该天线元件的工作特性具有重要影响。

然而，在波束成形的天线阵列中，相邻行和/或列的中心之间的间 距对性能施加约束。例如，相关领域的技术人员应理解，超过阵列间 距阈值最大值可能在散热信号中引入光栅波瓣，这通常是不合需要的。 作为示例性的经验法则，阵列元件可以被限制到在方位平面内不多于 0.5倍波长间距以及在高度平面内不多于0.8倍波长间距。通常认为 在高度平面内更大的波长间距是可接受的，因为一般电子束的窄波束 宽度和低倾斜角提供帮助以便不合需要的光栅波瓣不能形成。

不考虑性能含义，通常期望优化阵列元件间距，从而产生具有与 所需散热方向图一致的小物理覆盖区的天线阵列。

因而，应小心设计补片散热器，该补片散热器在满足散热元件的 各种设计标准的同时提供令人满意的性能。例如，普遍认为，对于双 极化元件来说，两极化设定为+/-45°。这通常意味着，正方形补片散 热器朝向沿相对于该阵列的对角线的方向。

同样，天线元件应被设计用于提供合适的频带宽度以适应它针对 的应用。

如果没有被电磁场计算严格证明，至少在通俗或经验的意义上， 通常应理解，对于由具有内角不小于180°的多边形形状限定的补片来 说，工作频率由补片元件的周长决定。因此，为了最小化补片的物理 尺寸，通常优选相对于封闭周长最大化所封闭的面积。同样，已成功 使用的通常的补片形状包括正方形或矩形补片，如图1A所示。其他补 片形状包括圆形补片，如图1B所示。

至少在经验的意义上，通常也应理解，作为设计目标，此类补片 的EM特性限制补片周长在长度上可以约为1.5倍波长。

另一方面，已发现，从补片形状内部去除一些补片材料对其EM特 性具有改善作用，以使得作为经验规则，可以将补片周长在长度上减 少到1.0倍波长。明显地，这对天线设计者具有益处，该天线设计者 受约束以尽可能地最小化天线阵列的元件之间的间距。

后面的评论已产生第二代补片散热器，其中该补片元件的内部环 形区域采用外周的形状，以使得内部环形区域和外周之间的材料量保 持不变。因此，例如，示例性的常规环形补片散热器可以是正方形， 具有相应的去除导电材料的正方形内部环形区域，如图1C所示。对于 这类环形补片来说，已知中心频率分别与内周长和外周长成反比。另 一实例可以是圆形形状的补片，具有去除材料的内部圆环形区域，如 图1D所示。

内部环形区域和外周之间形状的相似性确保当沿其周长的外部前 进时在散热器中有相对不变量的材料。

然而，已发现，阈值上频率限值倾向于正比于由内部环形区域限 定的去除材料的面积和这样的内部环形区域的周长的比值而增加。因 此，需要一种改进的补片散热器构型，其最大化上频率限值并同时最 小化下频率限值。在这方面，本发明基本上满足该需要。

发明内容

因此，期望提供一种补片散热器构型，其最大化上频率限值并同 时最小化下频率限值。

又期望提供一种补片散热器构型，其是紧凑的以使得利于其他天 线设计约束。

本发明通过提供一种环形补片构型而实现了这些目的，在该构型 中补片元件的中心区域没有材料，从而该中心区域具有与该补片元件 的外周的形状不同的形状。