[发明专利]天线元件以及对应的一维或二维天线阵列

说明书

本发明涉及发送天线或接收天线作为辐射元件的技术领域，该辐射元件在1GHz或几GHz频率左右可以达到优异的方向性。

本发明还涉及波束固定或者波束可重构的一维或二维天线阵列，天线阵列包括多个本发明中置于平面的天线元件。

传统地，EBG(电磁带隙)型天线元件被用作更复杂天线的辐射元件，其中每个EBG型天线元件的结构基于电磁带材料(Electromagnetic Band Materials)的原则进行设计，且每个EBG型天线元件的辐射图能够形成一个接近于发光面上圆盘的斑。

国际专利申请WO01/37373描述了此类天线元件的一些实施例。根据该申请文件，传统的EBG型天线元件包含一个探针以及一个放置探针的元件组装件，其中该探针能够将电能转换成电磁能且能将电磁能转换成电能，该元件组装件由至少两种不同介电常数和/或不同磁导率和/或不同电导率的材料制成。该组装件习惯上包括基于电磁带隙(EBG)材料原则设计的结构。该结构在保证天线元件辐射的同时，保证对天线元件所产生和接收的电磁波在空间上和频率上进行滤波，从而使改善天线元件的方向性成为可能。

然而，当天线元件集合并置到一个天线阵列后，EBG型天线元件之间有强耦合。由于邻近探针放射的能量被每个探针捕获以及不可控的重新分配，该强耦合在天线元件之间产生有害的破坏性的互扰。其结果是对应天线阵列的辐射图在一般情况下是混乱的，方向性不强。此外，每个源产生的基本辐射面叠加在另一个面上，形成了一个不均匀的不利于灵活性的辐射面。

本发明的目的在于提出一种强方向性的EBG型天线元件，该天线元件能够产生预定形状的辐射面，提高了与同类型邻近天线的耦合性。也就是一种对周围相同结构的天线元件基本上不产生干扰，同时也基本上不受干扰的天线元件，并且该天线元件产生的辐射面非常有限，因此避免了辐射面之间的重叠。

为解决上述问题，本发明所涉及的用于组成天线阵列的天线元件包括：

探针，该探针能够将电能转换成电磁能且能将电磁能转换成电能；

平面电磁波反射镜，该反射镜支撑所述探针；和

元件组装件，该元件组装件由至少两种不同介电常数和/或不同磁导率和/或不同电导率的材料制成，该元件组装件包括：

基于电磁带隙材料原则进行配置的结构件，该结构件在与平面反射镜正交的方向上呈周期性排列；和

与所述平面反射镜和所述结构件接触的腔体；

探针既可以被包含在反射镜的平面上并与腔体接触，也可以被包含在腔体中并与平面反射镜接触。腔体构成了结构件的周期性中的缺陷，由此使得组装件具有EBG材料缺陷特性，其中，所述组装件中的元件的安排保证了探针所产生和接收的电磁波能够辐射以及在空间上和频率上对电磁波进行滤波，特别地，所述滤波使得天线元件的一个或多个工作频率处于频率带隙中；

所述天线元件的特征在于其包含墙面机壳，该墙面机壳能够反射一个或多个工作频率处的电磁波，且所述墙面机壳在平面反射镜正交方向上延伸并同时只包围了探针，腔体和结构件，利用墙面机壳能够产生一个预定形状的基本辐射面。

在器件表面，墙面机壳建立了一个由其轮廓预先确定的辐射面。而不包含墙面机壳的传统EBG天线元件产生的辐射面为大于物理开口的圆形几何图形。

根据单独或者结合考虑的其他特征：

墙面机壳横切面的内轮廓内接与一个圆，其中，该圆的表面面积与横切面的内轮廓的表面面积之比在1到5之间；

优选地，墙面机壳横切面的外轮廓是一个正多边形，该正多边形优选为有三条或四条边；

优选地，墙面机壳具有外轮廓是第一正多边形，且内轮廓是第二正多边形的横切面，第二正多边形与第一正多边形类似，第二正多边形与第一正多边形同轴且优选为有三条或四条边；

探针包括在由带状天线，偶极子，圆偏振天线，插槽和共面线盘天线构成的装置中；和

探针为带状天线，墙面机壳包括四面金属壁，四面金属壁划定了一个菱形边界，且该菱形边界在与平面反射镜正交的轴向有延伸高度，且相对该轴向的横切面为正方形。延伸高度以及正方形的边长实质上分别等于天线元件工作频率所对应波长的一倍和一半。

本发明还涉及包括多个上述天线元件的一维或二维天线阵列，每个天线元件与另一个天线元件相对地进行放置以在单片处紧密地覆盖一个或多个平面支撑面，由此产生对应多个辐射波瓣的像素化的辐射面。从而能够产生一个辐射面，根据本领域公知的辐射与辐射开口等值原则，该辐射面上的电磁场能够产生预期的辐射。

根据单独或者结合考虑的其他特征：