[發明專利]天線裝置

有效

• 申請號: 201780034015.1
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN109219906B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 馬里奧·舒勒;拉爾斯·韋斯格伯;門格斯圖·特塞馬;雷納·瓦薩奇;邁克爾·施利希特
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 潘劍穎

本發明涉及一種天線裝置(1)，該天線裝置(1)具有用于發射和/或接收電磁信號的發射器元件(4)。發射器元件(4)具有至少一個耦合點(5)，該耦合點(5)連接到發射器元件(4)的一個側面(40)并且被配置用于電容耦合入和/或出電磁信號。

技術領域

本發明涉及一種天線裝置。該天線裝置具體地用于發送和/或接收電磁信號。

背景技術

正在進行的電子和機電系統的尺寸的持續減小或小型化最終也導致所需組件的尺寸相應減小而不會喪失其任何性能。相反，努力提高所述組件的性能。

附加地，對無線通信組件的需求不斷增加，因此，對作為所述組件的主要部件的天線的尺寸減小的要求有所增加。這構成了系統小型化的基本問題之一，因為所需天線元件的發展和最終尺寸受到某些物理限制。

根據天線的形狀、尺寸和饋電，天線可以具有不同屬性的不同方向特性。存在多種天線形狀，以便能夠滿足應用所需的大量要求。在該上下文中，信號源到發射器元件的激發或耦合起著決定性作用，因為除了形狀和尺寸之外，由此決定性地確定發射波的屬性和天線的基極阻抗。這些屬性可以包括例如輻射波瓣(波束)的形狀，但還具體包括發射的自由空間波的極化(線性、圓形、橢圓形)、極化純度(極化去耦)和全向性。此外，方向特性的阻抗帶寬和頻率依賴性是用于寬帶無線通信的天線中的決定性因素。為了在不同的空間方向上產生均勻且非常相似的輻射波瓣(例如，對于具有組天線的波束形成)，需要單個元件的方向特性的高水平的極化純度和全方向性。

對于許多應用，例如對于UHF RFID(超高頻射頻標簽)讀取端口，通常使用圓極化天線以便感測無源應答器，其在大多數情況下即使在高度不同的空間取向的情況下也是線性極化的。為此，越來越多地采用多波束天線，以便通過使用多種波束實現來覆蓋更大范圍的角度或空間。這使得能夠可靠地識別經常大量布置的多個應答器。此外，這種多波束天線使得能夠確定應答器的空間位置(定位)。為此目的，需要高度均勻和對稱的波束，僅是因為陣列天線的各個元件的上述發射屬性，該波束的生產是可能的。

對于許多應用，天線必須成本低。例如，為了以低成本產生圓極化方向特性，發射器元件(主要以貼片天線的形式)耦合到偏移90°的饋電點(參見例如Poynting Antennas(Pty.Ltd.)的“Patch Antenna(Circular)，860-930MHz”)。這通常通過貼片下方的導線以電流方式實現。這里，需要饋電網絡(主要是微帶線技術)，其能夠實現90°的供電相移。然而，這種情況下的方向特性具有較差的極化純度或交叉極化鑒別度(XPD)，這導致在波束形成期間不對稱的波束。此外，這種設置要求貼片直徑在半波長的數量級內，并且需要大的地表面區域或反射器以保持低背反射(交叉極化)。這種設置的帶寬也非常小。

為了能夠開發具有小尺寸的天線同時產生具有高水平的極化純度和全方向性的方向特性，可以采用陶瓷天線。然而，它們非常昂貴并且通常具有非常窄的頻帶。更有利的方法是分別在偏移90°的四個饋電點激發發射器元件[1]。在該上下文中，使用發射器作為具有在四個側面上彎曲90°的連接段的金屬片元件是有利的，并且將它們直接焊接到電路板上；通過線元件饋電也是可行的[2]。這需要緊湊且去耦的饋電網絡[1]，其提供分別偏移90°的四個相位。通過四點饋電，發射器元件的直徑可以減小到明顯低于半波長，同時實現高帶寬。帶寬略大于兩點饋電解決方案。然而，需要使用有損短截線來調整發射器并增加其帶寬。此外，與發射器元件的尺寸相比，需要非常大的地表面區域，以便保持低背反射(交叉極化)。此外，與所描述的構思相比，發射器元件具有明顯更大的電氣安裝高度。

耦合貼片元件的另一種可能性在于經由地表面區域中的狹縫耦合出導波(參見[3])。這涉及微帶線與地線中的狹縫交叉(在大多數情況下是正交的)。為了實現波的圓極化，這里也可以應用兩點或四點饋電的方法。為此目的，貼片不是強制性的，但是兩種情況都需要反射器以減少背反射，從而增加增益。不利的是，相對設置的饋電點(槽)的尺寸以及貼片的直徑大約是發射和/或接收的信號波長的一半。