專利名稱：折疊方向性天線的制作方法
技術領域：
本發明與移動式或可攜式蜂巢式通訊系統有關，更特別的是與一種與移動式或可攜式用戶單元一起使用的緊密可配置天線裝置有關。
背景技術：
分碼多重擷取技術(CDMA)通訊系統，提供一基站與一或多個移動式或可攜式用戶單元之間的無線通訊。該基站典型的是一種無線電收發機的電腦控制集合，并內連至一陸地上的公共交換電話網絡(PSTN)。該基站進一步包含用于傳送前向鏈接無線電頻率信號至該移動式用戶單元，以及從每個移動式單元接收反向鏈接無線電頻率信號的一種天線裝置。每個移動式用戶單元也包含用于該前向鏈接信號接收，與反向鏈接信號傳輸的一種天線裝置。一典型的移動式用戶單元是一種數字蜂巢式電話手提系統，或與一蜂巢式調制解調器整合的個人電腦。在這樣的系統中，多數個移動式用戶單元可能在相同中心頻率上傳輸或接收信號，并以獨特的調變碼，辨別來自各自用戶單元所傳送或接收的信號。
除了分碼多重擷取技術(CDMA)以外，在一基站與一或多個移動式或可攜式單元之間，用于通訊的其它無線存取技術，包含在電氣和電子工程師協會(IEEE)802.11標準與藍芽標準工樣發展的描述。所有這樣的無線通訊技術，需要在該接收與傳輸兩端處的天線使用。此領域專家所熟知的是增加任何無線通訊系統中的天線獲取，具有對無線系統效能的有利影響。
用于在一移動式用戶單元處傳輸與接收信號的共有天線，是一種單極天線(或任何其它具有一泛方向性輻射類型的天線)。一單極天線由一單一電纜或天線組件組成，并與該用戶單元中的無線電收發機整合。來自該用戶單元用于傳輸的模擬或數字信息，輸入至該無線電收發機，并使用一指定至該用戶單元的調變碼(例如在一分碼多重擷取技術(CDMA)系統中)。該調變載波信號是從該用戶單元天線傳輸至該基站。由該用戶單元天線所接收的前向鏈接信號，是由該無線電收發機解調，并供應至該用戶單元之中的處理電路。
來自一單極天線的信號傳輸在本質上是泛方向性的。也就是說，該信號在所有方向上，在一基本水平面中，以大致相同信號強度的方式傳送。以一單極天線組件進行信號接收同樣的也是泛方向性的。一單極天線并不具有分辨偵測在一高度方向上的信號，是不是與來自另一高度方向的信號相同或相異的能力。同樣的，一單極天線在高度方向中不產生明顯的輻射。該天線類型一般是參照為一甜甜圈類型，而該天線組件位于該甜甜圈洞的中央。
移動式用戶單元可使用的一種第二形式天線，是在美國專利案NO.5,617,102中描述。舉例而言，該方向性天線包括固定在一膝上型電腦外圍的兩天線組件。附加至每個組件的一相位轉換器，給予該輸入信號一相位角度延遲，借此調整該天線相位(在接收與傳輸兩種模式中應用)，以提供在選擇方向中的一種集中信號或波束。集中該波束增加該天線獲取與方向性。該引用專利的雙重組件天線，借此將該傳輸信號指向進入預定的部分方向，提供用以改變與該基站有關的用戶單元方位，借此最小化由于方位改變的信號損失。與該天線對等性原理一致，該天線接收特性是受到所使用的相位轉換器影響。
分碼多重擷取技術(CDMA)蜂巢式系統是一種干擾限制系統。也就是說，隨著在一巢室或鄰近巢室中作用的移動式或可攜式用戶單元增加，頻率干擾便增加，并因而增加位錯誤比率。為了維持面對增加錯誤比率的信號與系統健全，該系統操作器便減少一或多個使用者的可允許最大數據比率，或減少作用用戶單元的數目，借此清除可能干擾的電波。舉例來說，為了增加兩倍的最大可得數據比率，該作用移動式用戶單元的數目便被減半。然而，一般此技術不能使用于因為缺少服務優先權分配用戶的數據比率增加。最后，其也可能在該基站與該可攜式單元兩處(或之一)，使用方向性天線，以避免過度的干擾。典型的是，一方向性天線波束類型是通過使用一相位陣列天線而達成。該相位陣列天線是利用控制輸入至每個天線組件信號的相位角度方式，電力地掃瞄或操控至需要的方向。然而，該相位陣列天線在該組件間隔，與該接收或傳輸信號相比為小的時候，具有減少效能與獲取的問題。當這樣的天線是與一可攜式或移動式用戶單元聯合時，一般該天線陣間隔是相對小的，因此該天線效能便相應妥協。
在一種帶有一基站的可攜式或移動式用戶單元的通訊系統中，像是一分碼多重擷取技術(CDMA)通訊系統，該可攜式或移動式用戶單元典型上是一種手持式裝置，或是一種相對于像是一膝上型電腦尺寸為小的裝置。在某些實施例中，該天線是在內側或從該裝置外殼或范圍突出。舉例來說，蜂巢式電話手提系統使用一內部貼片天線，或一突出的單極或雙極天線之一。一較大的可攜式裝置，像是膝上型電腦，可能具有在一分別范圍或與該膝上型電腦外殼整合的天線或天線陣。一分別范圍的天線，在該通訊裝置從一位置載送到另一位置時，對使用或管理而言可能是笨重的。然而整合式天線克服了此缺點，這樣的天線，除了一貼片天線以外，一般是一種從通訊裝置突出的形式。當該裝置從一位置移動到另一位置時，這些突出可能被破壞或損壞。即使對一突出天線而言是非常小的傷害，也可能大大地改變其操作特性。
在整合一無線網絡天線至一范圍中時，有許多問題必須考慮，是否該范圍包括一個與該通訊裝置或該通訊裝置本身外殼分離的單元。在設計該天線與其相關范圍時，必須小心地考量該天線電力特性，因此信號通過該無線鏈接傳播時可滿足預定的操作限制，像是該位錯誤比率、信號噪聲比，或是信號噪聲干擾比。該天線的電力性質是受到該天線物理參數影響，在此之后將進一步討論。
該天線也必須具有特定力學特性，以滿足使用者需要并符合所需的電力效能。該天線長度，或是該天線陣的每個組件長度，與該接收或傳輸信號頻率有關。如果該天線是一種單極配置，該長度典型是該信號頻率波長的四分之一。為了在800百萬赫茲(一種無線頻率頻帶)中操作，一四分之一波長單極便是3.7英吋。該半波長雙極的長度便是7.4英吋。
該天線必須進一步滿足該使用者的審美觀點。如果該天線可從該通訊裝置展開，在該通訊裝置中必須具有足夠的體積，以安置該儲存天線與周圍組件。但是因為該通訊裝置是在移動式或可攜式服務中使用，該裝置必須維持具有相對小及輕的形狀，以使其容易攜帶。該天線展開機制在力學上必須是簡單并可靠的。對于那些在與該通訊裝置分離范圍中的天線而言，該天線與該通訊裝置之間的連接機制，必須是可靠及簡單的。
不只該天線的電力、力學與美學性質是重要的，同時也必須克服在該無線環境中的獨特效能問題。其中一種問題被稱為多路徑凋零。在多路徑凋零中，從一傳送器(一基站或移動式用戶單元之一)傳輸的一無線電頻率信號，可能在前進至該預期接收器的路徑中遭遇干擾。舉例而言，該信號可能被像是建筑物的物體反射，借此指引該原始信號的反射形式至該接收器。在這樣的情事中，該接收器便接收到兩種不同形式的相同無線電頻率信號；該原始形式與該反射形式。每個接收信號都是處于相同的頻率，但是該反射信號可能因為該反射與形成至該接收器的相異傳輸路徑長度，而背離原始的相位。因此，該原始與反射的信號可能部分地彼此消除(破壞干擾)，造成在該接收信號中的凋零與下降。
單一組件天線對于多路徑凋零是敏感的。一單一組件天線無法決定一傳送的傳輸信號是來自何方向，并因此無法轉向以更正確的偵測并接收傳輸信號。其方向性類型是由該天線組件的物理結構所固定。只有該天線位置與方位可改變以盡力消除該多路徑凋零效應。
在上述參考專利中描述的該雙組件天線，因為該天線類型的對稱性與相對半球型波瓣的的本質，對于多路徑凋零也是敏感的。因為該天線類型波瓣是多少彼此之間對稱并相對，反射至該天線后方側的信號也可能具有與在前方接收信號相同的接收功率。也就是說，如果該傳輸信號從預期接收之前或之后的一物體反射，并接著反射至該天線的后方側時，將會以直接從該來源接收的方式，在因為多路徑凋零而對該兩信號相位差異產生破壞干擾的位置處進行干擾。
存在于蜂巢式通訊系統中的另一個問題是巢室間信號干擾。多數個的蜂巢式通訊系統區分為獨立的巢室，而每個巢室具有位于中心處的一基站。每個基站的安置大概是以彼此之間60度的間隔，而與該鄰近的基站相鄰。每個巢室可視為在中央帶有一基站的六邊形。每個巢室的邊緣緊靠該鄰近巢室，且一巢室群形成一蜂巢狀類型。該巢室一邊至其基站的距離，典型是由從位于靠近該巢室邊緣的一移動式用戶單元傳輸一可接收信號至該巢室的基站，所需要的最小功率所推算(換句話說，所需要用來傳輸一可接收信號至一距離為該巢室半徑的功率)。
巢室間干擾在靠近一巢室的移動式用戶單元，跨越該邊緣而傳輸信號至一鄰近巢室時產生，并在該鄰近巢室中產生通訊干擾。通常，在相同或接近間隔頻率上，鄰近巢室中的信號造成巢室間干擾。該巢室間干擾的問題，通常是在靠近一巢室邊緣的用戶單元，于高功率程度傳輸，而因此該傳輸信號可由位于巢室中央的預定基站有效接收時惡化。同樣的，來自位于該預定接收之前或之后的另一移動式用戶單元的信號，可能到達在相同功率程度的基站，也代表了額外的干擾。
因為在鄰近巢室中的用戶單元，通常是在該相同載波或中央頻率上傳輸，因此該巢室間干擾問題在分碼多重擷取技術(CDMA)系統中便惡化。舉例而言，在相鄰巢室中于相同載波頻率傳輸至不同基站的兩用戶單元操作，在兩信號都在該基站接收時產生干擾。一信號對于另一信號來說便是噪音。該干擾程度以及該接收器得以偵測并解調該預期信號的能力，同樣也受到該用戶單元操作的功率程度影響。如果該用戶單元之一是位于一巢室的邊緣，便對于在該巢室與該鄰近巢室中的其它單元，以一較高功率程度處傳輸，以到達該預定基站。但是，其信號也由該在鄰近巢室中的非預定基站接收。根據在該非預定基站所接收的該兩相同載波頻率信號的相對功率程度，也可能適當地從該鄰近巢室所傳輸的信號中，分辨從其巢室中所傳輸的信號。此領域觀點明顯的需要一種減少該用戶單元天線的機制，而能夠在該前向鏈接(基站至用戶)的操作中，具有減少在一基站處所接收的干擾傳輸數量的顯著效果。對于該前向鏈接而言也需要一類似機制，以改善在該用戶單元處的接收信號品質。
總結說，明顯的在該無線通訊技術中，最重要的便是將天線效能最大化，而將尺寸與制造復雜度最小化。
發明內容
一種整體低剖面方向性天線，包括一多數個瘦長天線臂，從一整體中央集線器徑向延伸，其中該天線臂可變形地朝上折疊至一大致與該中央集線器垂直的方位，以形成一方向性天線陣。該天線進一步包括從該中央集線器延伸的一中央臂。為了儲存與運輸，該低剖面方向性天線可利用變形該瘦長臂至該整體中央集線器平面的方式緊密地縮回。該天線臂與該整體中央集線器是由一均勻可變形材料，以像是沖模切割的方式形成，借此避免附加該天線臂至該整體中央集線器的分離鏈接或樞軸聯合的需要。該均勻可變形材料簡化了該天線范圍之中的天線生產及安裝。
在一實施例中，該低剖面方向性天線包含五個瘦長臂與一個中央臂，每個都是從一單薄片可變形材料切割而形成。這六個組件的每一個，可從所有組件都位于的一單一平面方位，變形為每個組件朝上彎曲，以形成與該中央集線器之間大概為90度角的一種作用或展開配置。由一單薄片制作工藝制作該天線，避免所有膠接、焊接等的操作，否則便需要連接不同的組件以形成該天線。同樣的，為使用一可變形材料，因此不產生任何聯合。導線、接地平面、輻射狀結構、孔口等，是位在該可變形材料，或在該可變形材料之上或之下黏合的平行層上。這些傳導組件是在該可變形組件上，以一蝕刻或壓印工序產生。該制作工序部分數量很少(只有一片狀部分)，且因此在由該單一部分制作工藝制作該所有天線組件時的勞力成本便被最小化。
此外，該可變形材料可以包含位在其上的導線，用以內連固定在均勻材料表面上的微電組件。一外部接口連接該微電組件至一電力來源與該通訊裝置。利用在該可變形、均勻材料上形成該電力天線組件的方式，當該天線展開時便形成個一大的電子孔徑，然而該天線在密封或儲藏配置中，保持一種低剖面的緊密封包。
本發明前述及其它的特征與優點，將從如附圖中所描述的后續本發明特定敘述與較佳實施例而變得明顯，其中相同的標號在不同的附圖中，始終表示為相同的部分。該附圖并不一定符合尺寸，而是強調描述本發明的原則。
圖1是一典型的通訊巢室的示意圖。
圖2、圖3與圖是根據本發明所建構的一天線實施例的不同角度所示的視圖。
圖5、圖6與圖7是圖2、圖3與圖4中天線實施例的剖切示意圖。
圖8、圖9與圖10是根據本發明所建構的天線范圍的立體圖，其中該天線組件是在展開與儲存配置中描述。
圖11是用于整合圖2的徑向翼至該圖8范圍的機制示意圖。
圖12A是該圖8、圖9與圖10范圍的分解立體圖。
圖12B是該接地平面的一替代配置實施例的分解立體圖。
圖13是根據本發明所建構不包含圖8范圍的一展開配置的天線立體示意圖。
具體實施例方式
圖1描述一種典型分碼多重擷取技術(CDMA)蜂巢式通訊系統的一巢室50。該巢室50代表一地理面積，其中移動式用戶單元60-1至60-3與一中央位置基站65通訊。每個用戶單元60配有根據本發明所建構的一天線70。該用戶單元60由該系統操作器提供無線數據及/或聲音服務，并可通過基站65(包含該天線68)，將像是膝上式電腦、可攜式電腦、個人數字助理(PDAs)等等的裝置連接至一網絡75，其可以是一公共交換電話網絡(PSTN)、一封包交換電話網絡(像是該網際網絡)、一公共數據網絡或一私人網絡。該基站65通過任何像是主要比率整合服務數字網絡(ISDN)的相異可獲得通訊協議，或是基于像是IS-634或V5.2協議的其它D信道鏈路存取協議(LAPD)，或是在該網絡是一種根據像是網際網絡的以太網絡封包時的傳輸控制/網絡通訊協議(TCP/IP)，與該網絡75通訊。該用戶單元60本質上可以是移動式的，并可以在與該基站65通訊時，從一位置移動到另一位置。當該用戶單元從一巢室離開而進入另一巢室時，該通訊連接便從離開巢室的基站遞交至該進入巢室的基站。
圖1以范例的方式，為了讓本發明容易敘述，而描述在一巢室50中的一基站65與三個移動式單元60。本發明對于在像是該巢室50的一個別巢室中，具有與一或多個基地站通訊的更多用戶單元的典型系統也是適用的。本發明進一步也適用于任何無線通訊裝置或系統之中。
由本領域中的技術也可了解，圖1可以是一種標準蜂巢式通訊系統，該系統使用像是分碼多任務擷取技術(CDMA)、分時多任務擷取技術(TDMA)、全球移動通信系統(GSM)或其它的信號結構，其中該無線電頻率頻道指定在該基站65與該用戶單元60之間載送數據及/或聲音。在一較佳實施例中，圖1是一種類分碼多任務擷取技術(like-CDMA)的系統，該系統使用像是為該大氣接口所定義的IS-95B標準的分碼多任務原則。
在該巢室基礎系統的一實施例中，該移動式用戶單元60使用一天線70，提供從該基站65傳輸的向前鏈接無線電信號方向性接收，同樣的，(通過稱為波束成形的程序)也提供從該移動式用戶單元60至該基站65的反向鏈接信號方向性傳輸。此概念在圖1中，以該波束類型71至73的范例描述，該類型從每個移動式用戶單元60朝向該基站65，為了最佳的傳遞，或多或少在一方向中朝外延伸。借由朝向該基站65或多或少的方向性傳輸，以及從該基站65的位置開始的方向性地接收信號，該天線裝置70降低該移動式用戶單元60的巢室內干擾與多路徑凋零的影響。此外，因為該天線波束類型71、72、73在該基站65的方向中朝外延伸，但在其它方向中衰減，則從該移動式用戶單元60-1、60-2與60-3至該基站65的有效通訊信號的傳輸，所需要的功率便較少。
圖2描述從一彈性或可變形材料122的單一介電基質制作工藝并在其上形成的一天線陣120。該天線陣120的組件，在此后會進一步討論，是利用切割或壓印該介電基質材料空白薄片，成為圖2中類型的方式所形成。該介電材料切割形成多數個徑向翼126(圖2中所顯示的五徑向翼只是一種范例)與一中央組件130。在另一實施例中，其中該天線陣120操作為一相位陣列，而不具有該中央組件130。每個該徑向翼126與該中央組件130，從一中央集線器128延伸。如同所顯示的，該徑向翼126從該中央集線器128的外圍延伸，而該中央組件130從該中央集線器128的接近中央處延伸。當該徑向翼126與該中央組件130是由該介電薄片制作時，便在鄰近徑向翼之間形成在該介電基質122中的缺口，并在該中央組件的每一側上形成一缺口。在圖2中，一接地平面132是位于該介電基質122之下。因為在圖2的示范實施例中，該接地平面的半徑稍微大于該中央集線器128的半徑，所以該接地平面可通過該缺口而看見。
在圖2中，所描述的該徑向翼126、該中央組件130與該中央集線器128是一種儲存或平面配置。也就是說，該徑向翼126、該中央組件130與該中央集線器128位于同樣的平面中。在該操作模式中，每個該徑向翼126沿著在該介電基質122的可變形材料中的一折疊線134，對著該中央集線器128朝上變形。該中央組件同樣的也沿著一折疊線135朝上變形。在一實施例中，該折疊線134與135僅代表該個別組件，由于該介電基質122的可變形特性折疊時所依循的線。在另一實施例中，該折疊線代表包含的穿孔線或拉鏈洞，以強化該天線組件的折疊能力與彈性特性(也就是說，允許該聯合變形而不超過其應力限制)。
在每一個該徑向翼126上，形成一傳導組件136。在該中央組件上130則形成一傳導組件137。在一實施例中，在該徑向翼126與該中央組件130的前方與后方表面上，形成互動組件。如在此之后將被討論的，在一實施例中，該傳導組件137是一種用以傳送或接收信號的主動式組件，而該傳導組件136是被設定為有關該接收或傳輸信號的反射式組件或方向性組件。在圖2中所顯示該傳導組件136與137的形狀只是一種范例。在另一實施例中，該傳導組件136是一種單極天線，可選擇與該接地平面132整合或分離，以實行該方向性或反射性性質。在圖2中未顯示的一切換器，控制在該傳導組件136與該接地平面132之間的連接。該切換器可利用一兩極真空管接點、一金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、一雙極接點晶體管或一種微機電結構(MEMS)切換器實作。
圖2的天線是位于一外殼的范圍之中，聯合一通訊裝置使用。因此，一可操作天線的形狀與尺寸以及其組成組件，是與該預期天線效能特征(像是，操作頻率、輸入阻抗、獲取、帶寬)，以及該較佳外殼的尺寸與形狀有關。此外，如果該外殼尺寸要求一特定最大傳導組件尺寸，例如一組件寬度，則其可能需要增加另一個傳導組件尺寸，以補償該另一尺寸的限制。這些參數不但影響該傳導組件的尺寸，而且決定使用的實際形狀時，也必須考量這些因子。
注意在圖2的實施例中，該傳導組件136的一部分138也可在該中央集線器128上延伸，且因此與該中央集線器周圍與該折疊線138交叉。同樣的，該傳導組件137的一部分139在該中央集線器128上，延伸超過該折疊線135。該部分138與139是彈性或可變形的，以避免在該傳導組件136或137折疊或變形時，產生斷裂或分裂。該部分138與139是連接至該中央集線器128的孔口(在圖2中并未顯示)。這些孔口連接沿著該中央集線器128的下方或上方表面，或是一埋置層中布置的導線(在圖2中并未顯示)。需要用來連接至一外部裝置的特定導線，在一接口141中終止。該導線與孔口為了該天線陣120的組件，負載功率、控制該無線電頻率信號，同時也內連至位于該中央集線器128的頂部或底部表面上，一或多個該徑向翼126或該中央組件130上的電子組件(在圖2中并未顯示)。該接口141連接至外部組件(通過一未顯示的連接器)，用以供應電力、控制信號、在該傳輸模式中的傳輸信號以及在該接收模式中的接收信號。此外，用以提供如以上討論至該接地平面132連接的該切換器，便組成如此的電子組件。
該傳導組件136或137是由一種傳導性材料形成，并以壓印或蝕刻方式在該介電基質122上形成。在一實施例中，該介電基質122包括聚酯薄膜或聚亞胺，且在上面形成一銅表面。該傳導組件136或137包括從該聚酯薄膜或聚亞胺基質，以蝕刻方式所形成的銅類型。替代的，傳導性油墨或環氧化物也可使用，以在一介電基質上壓印該傳導組件136或137。
圖3是該天線陣120的側視圖，特別是顯示兩個徑向翼126與該中央集線器128。同樣也可看到該接地平面132。注意在此實施例中，該接地平面132延伸超過該中央集線器128的外圍。這在本發明中并不是必要條件。
圖4是該天線陣120的底視圖，且在此實施例中，也包含被類型化的一基質150，用以接受為了與該傳導組件136與137聯合操作的電子組件151。如同在該基質150底部表面上所顯示的，用于內連該傳導組件136與137、該電子組件151與該接口141的導線152與孔口153只是一種范例。
圖4也刻劃了在每個徑向翼126的后方表面上的傳導組件154。一傳導組件155位于該中央組件130的后方表面上。該傳導組件154與155在某些實施例中并不需要。該傳導組件154與該傳導組件136合作(傳導地或誘導地整合)，操作以作為有關該接收或傳輸信號的反射性或方向性功能。舉例而言，在一實施例中，該傳導組件154形成一傳輸線，形成為了供應該傳導組件136的傳輸，例如，一套筒雙極天線。同樣的，該傳導組件155與該傳導組件137聯合操作(都位于該中央組件130上)。回想該中央組件130作為該天線陣120的一主動式組件，在該天線陣在一相位陣列模式中操作時是不需要的，其中輸入至每個該傳導組件136/154的信號，是可控制以操控該天線波束。
圖5是與聯合圖2、圖3與圖4聯合討論的不同層的側視圖。為了清楚顯示，該層是以放大形式顯示。該接地平面132是位于該介電基質122的下方，且該基質是方位并圍繞在該接地平面132之下。注意該接地平面132稍微地延伸超過該中央集線器128的外圍。圖5也描述在該介電基質122及該基質150中的示范導線157與孔口158，用以提供該傳導組件136、137、154與155、該電子組件151與該接口141之中的電子連接。在該導線157與該接地平面132之間，必須提供某種絕緣，且此外未在圖5平面中的額外導線是位于該介電基質122上。該導線157典型上是由與該介電基質的可變形特性一致的彈性電路傳導材料所建構。
圖6描述除了該基質150之外的另一實施例。在此實施例中，該微電組件151是固定在該介電基質122上，且較佳地位在該中央集線器128之中。該導線157與該孔口158分別提供從該傳導組件136與137的該部分138與139，至該不同微電組件151的傳導路徑，也與該傳導組件154與155傳導通訊。(見圖4)。在另一實施例中，該導線157是位于該介電基質122的該頂部表面，或其頂部與底部兩者表面之上。一般上，對于在此描述的所有實施例，該銅表面是以一保護性介電材料壓縮，以密封該表面，抵抗該組件的曝露。實作此動作的技術在此領域中是已知的。
圖7描述一額外的實施例，用以形成該天線陣120的不同平行層。特別地，形成一種介電基質180，在該介電基質180的該頂部與底部表面上，具有彈性導線182(參照為彈性電路)。孔口184連接所需要的傳導導線182，以通過該接口141及該微電組件151與該傳導組件136、137、154與155之間，從該天線陣120載送信號，或載送信號至該天線陣。在一區域188中，該基質180是加厚的。此加厚區域可以與該徑向翼126與該中央組件130的位置一致，以提供較大耐久性的可變形聯合。一介電基質190位在該介電基質180以上，而一介電基質192位于該介電基質180以下。該介電基質190與192也是以剛性或可變形材料形成。然而，如果該介電基質190與192是位于不妨礙該折疊線135與138(見圖2)的位置，則該介電基質190與192可由一剛性材料形成。雖然在圖7中并未顯示，一接地平面可位于該介電基質192以下。
取代如以上所討論，利用一單一介電薄片產生該徑向翼126與該中央組件130，在本發明的另一實施例中，該天線組件是各自形成并聯合。在一實施例中，該徑向翼126與該中央組件130是由一彈性或可變形材料形成，并利用一黏著接合與該中央集線器128聯合。替代地，該徑向翼126與該中央組件130也可利用在每個相符組件中的第一形成可焊孔口，與該中央集線器128聯合。該兩片部分是引導與彼此接觸，接著該孔口被焊接以產生之間的接點。因為在此實施例中，該徑向翼126與該中央組件130是由一可變形材料形成，如在圖2中所指出的，該徑向翼126與該中央組件130可沿著該折疊線135與138變形。替代地，該徑向翼126(與該中央組件130)與該中央集線器128之一或兩者可由一剛性材料形成，并在之間利用插入一片可變形或可轉動材料的方式聯合。該折疊線135與138便因此在該聯合材料中形成。舉例而言，該徑向翼126與該中央組件130可由一剛性材料形成，并利用一片固定至該每個徑向翼126與該中央集線器128的可變形材料(舉例而言，利用膠合)，與該中央集線器128聯合。該中央組件130同樣的也固定至該中央集線器128。在此實施例中，該中央集線器128可由一例如像是印刷電路板材料的剛性材料，或由一彈性或可變形材料建構。作為使用黏著劑以聯合該徑向翼126與該中央組件130及該中央組件130的替代方式，也可在該兩相符彈性表面的每一個上，形成可焊接孔口。該兩片部分是相符的，且該孔口被焊接以產生該兩片之間的可變形接點。
在本發明的一實施例中，該傳導組件136、137、154與155是位于該介電基質122的相反側上(例如以壓印或蝕刻的方式)。一可變形材料的第二層(典型上是與形成該介電基質122所使用的材料相同)，接著便在該介電基質122的底部與頂部兩表面上層壓，以形成一種具有在該介電層之間布置不同傳導組件的多層基質，借此保護該傳導表面。
在一操作模式中，該傳導中央組件137(與傳導組件155聯合)傳輸并接收無線電頻率信號，而該傳導中央組件136(與傳導組件155聯合操作)作為反射器或指向器。每個傳導組件136的有效長度，是以形成長于該共鳴長度的有效長度的方式，可控制而達成一反射性模式，因此在該傳導組件136上的入射能量，是朝著該來源反射回去。在一方向性模式中(當該有效長度小于該共鳴長度時)，該傳導組件136基本上察覺不到該無線電頻率信號。在此方法中，來自該主動式組件132的輻射類型可操控或指向至360度方位角圓周的一特定部分。在另一操作實施例中，在每個徑向翼126上的傳導組件136與154操作為一相位陣列，其中輸入至每個天線組件的信號相位角度，是可控制以操控該天線波束。在該相位陣列模式中部包含該中央組件130。
根據本發明教導所建構的該天線陣120，使用低成本組件與較少的整合步驟，因此在制造上相對簡單。在整合期間中所減少的處理操作數目，造成較高可重復性、產品輸出與較低成本的結果。為了該天線組件的一單薄片可變形基質的使用，避免產生分離的力學聯合，并利用該中央組件130與該徑向翼126簡單折疊至其操作鉛直位置的方式，提供一緊密儲存配置，以及一完全作用可操作配置。
用于封裝該天線陣120的一示范外殼198，是在圖8中描述，其中該各自的徑向翼126與該中央組件128是包裝至一塑料或介電框架200之中，其與在一基板204中的個別凹處202相符。如同在此領域中所知的技術，有許多適合形成該外殼198的多種塑料材料，像是防彈膠(Lexan)、聚丙烯、聚碳酸脂與ABS塑料。包圍一徑向翼126的每個該介電框架200，進一步包括用于與在該基板204邊緣212中形成個別凹處210相符的邊緣208。該中央組件127被包圍至一介電框架216之中。該介電框架216與該基板204中的一凹處220相符。為了該天線陣120的最佳操作，該徑向翼126與該中央組件130必須被朝上折疊或旋轉，以與該基板204形成一預定角度。在一實施例中，此角度是90度。為了確保該徑向翼126與該中央組件130位在該最佳角度之中，在該外殼198中建構一停止位置。在該操作模式中，該停止位置是由該介電框架200與216以及該基板204之間的相符或比鄰表面所控制。
圖9顯示在該基板204中，于封閉或嵌壁位置中的該介電框架200。圖10是該基板204的側視圖，其中該介電框架200是顯示其儲存位置。注意由根據本發明教導建構的一天線所提供的低剖面，是特別適用于可攜式通訊裝備。該介電框架200與其相關徑向翼126，以及該介電框架216及其相關中央組件130，是被簡單地使用，以為了該通訊裝置，提供有利的方向性特征與一大型電力天線裝置。
圖11描述一介電框架200，其包含一頂部外部覆蓋230與一下方迷惑(captivation)覆蓋232。該徑向翼126延伸通過在該介電框架200的該下方部分中的開口，并向上延伸鄰近該頂部外部覆蓋230。一旦該徑向翼126是位于位置中，該下方迷惑覆蓋232是利用例如像是黏著劑、一塑料扣件(snap)或一超音波熔接程序的方式，附加至該頂部外部覆蓋230。雖然在圖11中并未顯示，在一實施例中的該下方迷惑覆蓋232，包含用于與在該頂部外部覆蓋230中的洞相符的凸起。該凸起進一步突起通過在該徑向翼126中的洞，維持該徑向翼126在對于該頂部外部覆蓋230與該下方迷惑覆蓋232的一固方位置。該介電框架200朝下旋轉以安裝至該凹處202之中，這也在圖8中描述。該旋轉移動是針對以參照字符238所顯示，位于該面積的一樞軸點發生。本領域的技術認為在本發明中，可使用多種旋轉機制。一個這樣的旋轉技術使用在該面積238中的一塑料棒或軸，并與該基板204中的接受洞相符合。該中央組件127是以一相同的方式安裝在該介電框架216之中。
圖12A是圖8的該外殼198的分解圖，包含上述討論本發明的各種組件。如在圖11中所顯示，該介電基質122是分離地整合，且該徑向翼通過在該介電框架200中的一或多個開口。該介電框架200接著是可樞轉的位于該基板204之中(如在圖11中聯合討論的)，而該基板204是以扣件或螺絲254固定地附加至一基板249。圖11的實施例也包含一基板平板。
圖12B是與圖12A一樣的圖標，但顯示接地平面的一替代形式。在此，該接地平面并不是之前描述的簡單圓盤132。在此實施例中，該接地平面反而是以從該中央集線器128朝外延伸的多數個指狀物132-1組成。該指狀物徑向地方位在大概與該輻射組件126相同的位置。在一較佳實施例中，具有與該徑向翼126相同數目的指狀物132-1，且每個指狀物是具有與該徑向翼126之一的相同形狀。
在此實施例中，當該傳導組件136是單極天線時，典型上他們每一個都與該接地平面指狀物132-1的個別之一整合或分離，以實行該方向性或反射性性質。
圖13是在圖2與圖13中所描述的特定組件的另一描述。然而，在圖13中，該徑向翼126與該中央組件130的方位，是為了操作而朝上折疊成為一豎立或接近垂直的位置。否則，如在圖12中所顯示，該徑向翼126與該中央組件130便可變形至一大致平面的儲藏或折疊配置。
雖然本發明已經參考一較佳實施例的方式描述，由此領域的技術所該了解的是，對本發明的組件而言，可替換為不背離本發明觀點的不同改變或等價的組件。本發明的觀點進一步包含從在此之前所設定不同實施例的組件聯合。此外，也可利用不背離本發明基本觀點的修改方式，以適應一特定狀況。因此，其意義是本發明并不限制于所公開用于實作此發明的最佳考量特定實施例，并且本發明將包括落于該附加申請專利范圍觀點之中的其它所有構造。
權利要求
1.一種天線陣，包括一可變形介電基質，形成從一整合中央集線器放射延伸的多數個天線組件，因此在該整合中央集線器與該多數個天線組件之間，形成一可變形聯合；以及一接地平面，該接地平面形成為多數個指狀物，一接地平面指狀物與該個別的天線組件之一聯合；其中該多數個天線組件可變形地垂直于該整合中央集線器，否則便可裝配成平面方位；以及其中該多數個天線的至少之一可操作為一主動式組件，用以接收并傳送無線電頻率信號。
2.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該介電基質是均質的并在該可變形聯合的區域中是加厚的。
3.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件包括位于該介電基質上的傳導材料。
4.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該接地平面指狀物的數目是與該天線組件的數目相同。
5.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件的每一個是一種主動式組件，用以接收或傳輸無線電頻率信號，并且其中該多數個天線組件的每一個，可控制以操控該天線波束類型，利用以控制該天線組件所載送信號相位的方式，操作成為一種相位陣列天線。
6.如權利要求5所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件的每一個是為一單極天線。
7.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于進一步包括多數個電子組件，該電子組件形成在該介電基質的一表面上，并為該多數個天線組件，可操作以載送信號。
8.如權利要求7所述的天線陣，其特征在于該多數個電子組件的一個或多個，是位于該多數個天線組件的一個或多個之上。
9.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于進一步包括位于該介電基質上的導線，用以為該多數個天線組件而載送信號。
10.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件，包括由多數個被動式組件所周圍圍繞的一主動式組件，其中該多數個被動式組件可以在一第一方向性模式與一第二反射性模式中調整，以指向或反射從該主動式組件所傳輸或所接收的能量。
11.如權利要求10所述的天線陣，其特征在于該主動式組件是利用從該整合中央集線器移除材料的方式，從該可變形薄片所形成，以在該主動式組件兩側上產生一缺口，且其中該主動式組件的底部邊緣固定至該介電基質，因此該主動式組件可變形為鉛直于該整合中央集線器的方位。
12.如權利要求10所述的天線陣，其特征在于該多數個被動式組件是對一外部控制信號產生反應，以安置該多數個被動式組件至該第一方向性模式或該第二反射性模式之中。
13.如權利要求12所述的天線陣，其特征在于進一步包括一切換器，用以將該多數個被動式組件的每一個，內連至該接地平面指狀物之一，以響應用于決定該切換器位置的控制信號，且其中該切換器位置決定該多數個被動式組件的每一個，是否在該第一方向性模式或該第二反射性模式之中。
14.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件的每一個，包含形成在該介電基質頂部表面上的一頂部傳導部分，以及形成在該介電基質底部表面上的一底部傳導部分。
15.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該天線陣進一步包括位于該可變形薄片之下的一接地平面。
16.如權利要求14所述的天線陣，其特征在于該接地平面是與該可變形薄片整合。
17.如權利要求1所述的天線陣，其中該天線陣被容納于一外殼之中，包括一基部；一相同的多數個介電框架，其中該多數個天線組件的每一個，是位于該多數個介電框架之一中；以及一接地平面，該接地平面形成為多數個指狀物，一接地平面指狀物與該個別的天線組件之一聯合；其中該多數個介電框架的每一個，可樞轉地附加至該基部，因此該多數個天線組件可利用旋轉的方式，其方位垂直于該整合中央集線器，沿著該多數個介電框架的該可樞轉附件，而成位于與該基部鉛直的位置，且其中該多數個介電框架可樞轉至接近該基部的位置。
18.如權利要求1所述的天線陣，其特征在于該整合中央集線器與該多數個天線組件每一個之間的該聯合，包含一穿孔接點，以此改善該可變形聯合的彈性特性。
19.一種天線陣，包括一基質，該基質上具有從其整合中央集線器放射延伸的多數個天線組件，其中該多數個天線的每一個，包含具有該整合中央集線器的一可變形聯合；一接地平面，該接地平面形成為多數個指狀物，一接地平面指狀物與該個別的天線組件之一聯合；一中央組件，該中央組件在該接近中央處，包含具有該整合中央集線器的一可變形聯合；其中該多數個天線組件與該中央組件，當變形為與該整合中央集線器垂直時便是可操作的，否則便可裝配為一平面的方位。
20.如權利要求19所述的天線陣，其特征在于該中央組件是一種用于傳輸或接收信號的主動式組件，且其中該多數個天線組件可在一第一方向性狀態或一第二反射性狀態操作，用以指向或反射從該中央組件傳輸或接收的信號。
21.如權利要求19所述的天線陣，其特征在于進一步包括在該基質上的傳導路徑，用以提供信號至該多數個天線組件與該中央組件，或從該多數個天線組件與該中央組件接收信號。
22.如權利要求21所述的天線陣，其特征在于該傳導路徑是位于該基質的該頂部表面上。
23.如權利要求21所述的天線陣，其特征在于該傳導路徑是位于該基質的該底部表面上。
24.如權利要求19所述的天線陣，其特征在于進一步包括方位在該整合中央集線器下方的一接地平面。
25.如權利要求21所述的天線陣，其特征在于進一步包括該整合中央集線器、該多數個天線組件之一與該中央組件之中所選擇的一平面上的微電組件。
26.一種天線陣，包括一種中央集線器，該中央集線器從一第一介電基質形成；多數個天線組件，包括在一第二介電基質上形成的一傳導表面，并可變形地貼附于該中央集線器，因此該多數個天線組件可變形至一直立的方位，并可變形至一平面的方位；以及一接地平面，該接地平面形成為多數個指狀物，一接地平面指狀物與該個別的天線組件之一聯合；其中該多數個天線組件的至少之一，可操作為一主動式組件，用以接收及傳送無線電頻率信號。
27.如權利要求26所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件是聯合至該中央集線器的外部邊緣。
28.如權利要求26所述的天線陣，其特征在于該第一與第二介電基質，包括剛性介電材料，且其中該中央集線器與該多數個天線組件，是以位于其間的一可變形介電材料聯合。
29.如權利要求26所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件，包括一多數個徑向天線組件，該多數個徑向天線組件可變形地與該中央集線器的邊緣聯合，而一中央組件可變形地與該中央集線器的接近中心聯合。
30.如權利要求26所述的天線陣，其特征在于該多數個天線組件，可在一相位陣列模式中操作，以操控該天線波束。
全文摘要
一種形成在一可變形介電材料或基質上的天線陣，包含一中央組件與從一中央集線器延伸的多數個徑向組件。在該操作模式中，該徑向組件向上折疊為一接近鉛直位置，而該中央組件位在該集線器中央，且該徑向組件周圍圍繞該中央組件。在一實施例中，該中央組件作為該天線陣的一主動式組件，且該徑向組件可以在一方向性或反射性狀態中控制，以產生來自該天線陣的一方向性波束類型。當不使用時，該天線組件變形為一平面，并因此可以整合至一外殼供緊密儲存。在一相位陣列實施例中，并不具備該中央組件，而該多數個徑向組件可操作以操控該天線波束。
文檔編號H01Q1/08GK1788385SQ200380102734
公開日2006年6月14日 申請日期2003年11月4日 優先權日2002年11月4日
發明者姜檳, 威廉·R·帕梅爾, 葛里分·K·哥沙德, 克里斯多夫·A·史耐德 申請人:美商智慧財產權授權股份有限公司