ANTENNA AND METHOD OF MANUFACTURE

Description

BACKGROUND TO THE INVENTION

[0001] A slant polarised antenna array comprises a plurality of antenna elements which are arranged generally in parallel to each other, but which are at an angle with respect to the overall antenna structure. Conventionally, such an antenna array is formed by forming a plurality of individual antenna elements on separate substrates, mounting the substrates in an assembly, each at the required angle, and connecting the elements to a feed network and to ground. This is an expensive and time consuming method of manufacture due to the number of separate parts which are made, and their assembly.

[0002] A slant antenna array comprising a plurality of antenna elements is previously known, see US-A-5,600,331.

[0003] In this known array, the antenna elements are extending generally parallel to one another with each element slanted at an angle to the generally planar array and the antenna elements being formed on a substrate.

[0004] This known antenna is a cylindrical belt antenna designed and fabricated on a plane surface like a printed circuit before applying it to a cone.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0005] According to a first aspect of the present invention, a method of manufacturing a slant polarised antenna array comprises the steps of forming a plurality of antenna elements on a generally planar substrate and subsequently bending the substrate to orientate each of the antenna elements at a predetermined angle.

[0006] With the method according to the present invention, all of the antenna elements are first formed on a single generally planar substrate. Typically the substrate includes a layer of copper or other metal, and this is etched or otherwise shaped to form the elements. Alternatively, the elements may be deposited on an insulating substrate. Thereafter, the substrate is bent so that the elements are all at the required angle. It is therefore not necessary to form the antenna elements when the substrate is bent, this being very difficult. Further, there is no need to individually form the plurality of antennas, and to mount these separately as is required in the prior art. It is therefore more simple and less expensive to manufacture the array according to the method of the present invention than using the known methods.

[0007] According to a second aspect of the present invention, a slant polarised antenna array comprises a plurality of antenna elements formed on substrate, the substrate being bent so that each of the antenna elements are parallel to each other and are at a predetermined angle to the antenna structure.

[0008] It is preferred that the substrate is bent into a generally serpentine shape.

[0009] Whilst the individual antenna elements can be connected individually to a discrete feed network, it is advantageous that the feed network is deposited on the substrate before this is bent. The feed network will include a ground plane. The ground plane and the rest of the feed network may be provided on the same or on opposite sides of the substrate. The antenna elements may be formed on either side of the substrate depending on the type of radiating element, for example patch radiating elements may be formed on the same side of the substrate as the feed network, whilst dipole radiating elements will usually be formed on the same side as the ground plane.

[0010] It is advantageous that the areas of the substrate on which the antenna elements are formed are generally planar after the substrate is bent to give planar antenna elements. It is therefore preferred that the substrate includes a main longitudinal portion, or side bar, with a plurality of element surfaces connected to the side bar by thin connecting portions, and in which the step of bending the substrate comprises the step of bending only the connecting portions or the side bar. In this way the element surfaces are not bent.

[0011] Where the substrate includes the feed network, it is advantageous for this to be substantially surrounded by a conductive box. This gives shielding of the feed network. In this case, the conductive box is preferably connected to the ground plane.

[0012] It is preferred that the antenna array is formed so that the angle of each antenna element with respect to the main antenna structure is 45°.

[0013] Where a dual polarised slant antenna array is required, for which two arrays of antenna elements are required with each of the antenna elements in one of the arrays being parallel to each other, and the antenna elements in the different arrays not being parallel to each other, two antenna arrays manufactured in accordance with the method of the present invention can be formed and placed back to back.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0014] 

Figure 1 shows a side view of an antenna element array, prior to bending of the substrate;

Figure 2 shows a plan view of a substrate including antenna elements after bending;

Figure 3 shows a sectional view of an antenna array; and,

Figure 4 shows a plan view of a dual polarised antenna array.

DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

[0015] Figure 1 shows a side view of a substrate for use in the present invention. The substrate is generally planar, and includes a side bar 1 and a plurality of element surfaces 2 connected to the side bar 1 by thin connecting portions 3. The substrate is an insulating substrate with a metal layer, typically of copper, formed on one or both surfaces. A conductive pattern for a feed network is formed on one face of the side bar 1 by photoetching. On the other face of the side bar 1, a conductive pattern for a ground plane is formed using a similar technique. Radiating elements are formed on each of the element surfaces 2 using similar techniques. The radiating elements can be formed on either side of the substrate depending on the type of element, for example the radiating elements may be formed on the same side of the substrate as the feed network for patch elements, and on the opposite side for dipole elements.

[0016] After forming the radiating elements, feed network and ground plane on the substrate, the side bar 1 is bent into a serpentine shape, as shown in Figure 2. This orientates the element surfaces 2 of the substrate at a predetermined angle, with the antenna elements 4 on each of the element surfaces 2 being arranged at a predetermined angle with respect to each other. As only the side bar 1 is bent, and the element surfaces 2 are only connected to the side bar 1 by thin connecting portions 3, the element surfaces 2 and hence the antenna elements 4 provided on the element surfaces 2 remain generally planar.

[0017] As shown in Figure 3, the substrate is provided in a conducting box 5, with the side bar 1 including the feed network arranged within the conducting box 5. The box 5 is electrically connected to the ground plane, and the connecting portions 3 of the substrate, the element surfaces 2 and antenna elements 4 projecting outside the box 5. The grounded conductive box 5 shields the feed network to minimise interference.

[0018] As shown in Figure 4, two antenna arrays can be arranged back to back to give two arrays of antenna elements, each of the elements 4 in one array being in parallel to each other, and being at a different angle from the antenna elements 6 in the other array, each of which are parallel to each other. This arrangement gives a dual polarised antenna array.

Claims

1. A method of manufacturing a slant polarized antenna array which comprises a plurality of antenna elements extending generally parallel to one another in a generally planar array with each element slanted at an angle to the generally planar array, characterized in the steps of:

forming a plurality of spaced antenna elements (4,6) on a flat longitudinal planar substrate (1); and

subsequently bending the substrate in the transverse direction of the planar substrate so as to form an essentially wavy-like shape in said longitudinal direction with a period corresponding to the spacing of the antenna elements, in order to orientate the antenna elements (4,6) at a predetermined angle to the generally planar array.

2. A method according to claim 1, in which the substrate (1) is bent into a generally serpentine configuration.

3. A method according to claim 1 or 2, in which the substrate is bent so that each of the antenna elements (4,6) is at an angle of about 45 degrees to the generally planar array.

4. A method according to any one of the preceding claims, in which a feed network including a ground plane is formed on the flat planar substrate (1).

5. A method according to claim 4, in which the substrate has a first and a second surface, and in which the ground plane is formed on the first surface of the substrate (1) , and the rest of the feed network is formed on the second surface on the substrate (1).

6. A method according to claim 4 or 5, in which a conductive box (5) is provided around the feed network.

7. A method according to claim 6, in which the conductive box (5) is electrically connected to the ground plane of the feed network.

8. A method according to anyone of the preceding claims, in which the longitudinal portion of the substrate (1) includes a plurality of antenna element receiving surfaces (2) connected to the longitudinal portion (1) by connecting pieces (3) and in which the step of bending the substrate (1) comprises bending only the main longitudinal portion (1) and the connecting pieces (3) .

9. A method of forming a dual polarized slant antenna array, comprising the steps of forming a first antenna array in accordance with any one of the preceding claims and a second antenna array in accordance with any one of the preceding claims and further comprising the step of placing the first antenna array and the second antenna array in a back to back relationship such that the antenna elements (4) of the first antenna array are not parallel to the antenna elements (6) of the second antenna array.

10. A slant polarized antenna array comprising a plurality of antenna elements (4,6) extending generally parallel to one another in a generally planar array, with each element slanted at an angle to the generally planar array, the plurality of spaced antenna elements (4,6) being formed on a flat planar substrate (1) extending in a longitudinal direction,
characterized in that
the planar substrate (1) being bent in the transverse direction so as to form an essentially wavy-like shape in said longitudinal direction with a period corresponding to the spacing of the antenna elements (4,6), in order to orientate the antenna elements (4,6) at a predetermined angle to the generally planar array.

11. A slant polarized antenna array according to claim 10, in which the substrate (1) has a generally serpentine configuration.

12. A slant polarized antenna array according to claim 10 or 11, in which the substrate is bent so that each of the antenna elements (4,6) is at an angle of about 45 degrees to the generally planar array.

13. A slant polarized antenna array according to any one of the preceding claims, further comprising a feed network including a ground plane provided on the substrate (1).

14. A slant polarized antenna array according to claim 13, in which the substrate has a first and a second surface, and in which a ground plane is provided on the first surface of the substrate (1), and the rest of the feed network is provided on the second surface on the substrate (1).

15. A slant polarized antenna array according to claim 13 or 14, further comprising a conductive box (5) is provided around the feed network.

16. A slant polarized antenna array according to claim 15, in which the conductive box (5) is electrically connected to the ground plane of the feed network.

17. A slant polarized antenna array according to anyone of claims 10-16, in which the longitudinal portion of the substrate (1) includes a plurality of antenna element receiving surfaces (2) connected to the longitudinal portion (1) by connecting pieces (3).

18. A dual polarized slant antenna array comprising a first antenna array according to any one of of claims 10 to 17, and a second antenna array according to any one of of claims 10 to 17 in a back to back relationship such that the antenna elements (4) of the first antenna array are not parallel to the antenna elements (6) of the second antenna array.

Ansprüche

1. Ein Verfahren zum Herstellen einer geneigten polarisierten Antennenanordnung, die eine Vielzahl von Antennenelementen umfasst, die sich allgemein parallel zueinander in einer allgemein planaren Anordnung erstrecken, wobei jedes Element in einem Winkel zu der allgemein planaren Anordnung geneigt ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Bilden einer Vielzahl von beabstandeten Antennenelementen (4, 6) auf einem flachen längsgerichteten planaren Substrat (1);

nachfolgendes Biegen des Substrats in der Querrichtung des planaren Substrats, um so eine im wesentlichen wellenförmige Form in der Längsrichtung auszubilden, mit einer Periode in Entsprechung zur Beabstandung der Antennenelemente, um die Antennenelemente (4, 6) mit einem vorgegebenen Winkel zu der allgemein planaren Anordnung auszurichten.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1) in eine allgemein serpentinenförmige Konfiguration gebogen wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat so gebogen wird, dass jedes der Antennenelemente (4, 6) einen Winkel von ungefähr 45° zu der allgemein planaren Anordnung aufweist.

4. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Versorgungsnetzwerk einschließlich einer Masseebene auf dem flachen planaren Substrat (1) ausgebildet wird.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Substrat eine erste und zweite Oberfläche aufweist, und wobei die Masseebene auf der ersten Oberfläche des Substrats (1) ausgebildet ist und der Rest des Versorgungsnetzwerks auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1) ausgebildet ist.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein leitfähiger Kasten (5) um das Versorgungsnetzwerk bereitgestellt ist.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, wobei der leitfähige Kasten (5) elektrisch mit der Masseebene des Versorgungsnetzwerks verbunden ist.

8. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längsgerichtete Abschnitt des Substrats (1) eine Vielzahl von Antennenelementempfangsoberflächen (2) umfasst, die mit dem längsgerichteten Abschnitt des Substrats (1) mittels Verbindungsstücken (3) verbunden sind, und wobei der Schritt zum Biegen des Substrats (1) ein Biegen nur des längsgerichteten Hauptabschnitts (1) und der Verbindungsstücke (3) umfasst.

9. Ein Verfahren zum Ausbilden einer dual polarisierten geneigten Antennenanordnung, umfassend die Schritte zum Ausbilden einer ersten Antennenanordnung in Übereinstimmung mit einem der vorhergehenden Ansprüche, und einer zweiten Antennenanordnung in Übereinstimmung mit einem der vorhergehenden Ansprüche, und weiter mit dem Schritt zum Plazieren der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung, so dass die Antennenelemente (4) der ersten Antennenanordnung nicht parallel zu den Antennenelementen (6) der zweiten Anordnung sind.

10. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen (4, 6), die sich allgemein parallel zueinander in einer allgemein planaren Anordnung erstrecken, wobei jedes Element in einem Winkel zur allgemein planaren Anordnung geneigt ist, wobei die Vielzahl von beabstandeten Antennenelementen (4, 6) auf einem flachen planaren Substrat (1) ausgebildet sind, das sich in einer längsgerichteten Richtung erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das planare Substrat (1) in der Querrichtung gebogen ist, um so eine im wesentlichen wellenförmige Form in der Längsrichtung auszubilden, mit einer Periode entsprechend der Beabstandung der Antennenelemente (4, 6), um die Antennenelemente (4, 6) mit einem vorgegebenen Winkel zu der allgemein planaren Anordnung auszurichten.

11. Eine geneigte polarisierten Antennenanordnung nach Anspruch 10, wobei das Substrat (1) eine allgemein serpentinenförmige Konfiguration aufweist.

12. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Substrat gebogen ist, so dass jedes der Antennenelemente (4, 6) einen Winkel von ungefähr 45° zur allgemein planaren Anordnung aufweist.

13. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter ein Versorgungsnetzwerk umfassend, einschließlich einer auf dem Substrat (1) bereitgestellten Masseebene.

14. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach Anspruch 13, wobei das Substrat eine erste und zweite Oberfläche aufweist, und wobei eine Masseebene auf der ersten Oberfläche des Substrats (1) bereitgestellt ist, und der Rest des Versorgungsnetzwerks auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1) bereitgestellt ist.

15. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, weiter einen leitfähigen Kasten (5) umfassend, der um das Versorgungsnetzwerk bereitgestellt ist.

16. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach Anspruch 15, wobei der leitfähige Kasten (5) elektrisch mit der Masseebene des Versorgungsnetzwerks verbunden ist.

17. Eine geneigte polarisierte Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 10 - 16, wobei der längsgerichtete Abschnitt des Substrats (1) eine Vielzahl von Antennenelementempfangsoberflächen (2) umfasst, die mit dem längsgerichteten Abschnitt (1) durch Verbindungsstücke (3) verbunden sind.

18. Eine dual polarisierte geneigte Antennenanordnung mit einer ersten Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 - 17, und einer zweiten Antennenanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 - 17 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung, so dass die Antennenelemente (4) der ersten Antennenanordnung nicht parallel zu den Antennenelementen (6) der zweiten Antennenanordnung sind.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une antenne-réseau polarisée à éléments inclinés qui comprend une multiplicité d'éléments d'antenne s'étendant de façon générale parallèlement les uns aux autres dans un réseau de forme générale plane, avec chaque élément incliné sous un angle par rapport au réseau de forme générale plane, caractérisé par les étapes suivantes :

on forme une multiplicité d'éléments d'antenne (4, 6) espacés sur un substrat (1) plat, longitudinal et plan ; et

on courbe ensuite le substrat dans la direction transversale du substrat plan, pour produire une forme fondamentalement ondulée dans la direction longitudinale, avec une période correspohdant à l'écartement des éléments d'antenne, afin d'orienter les éléments d'antenne (4, 6) sous un angle prédéterminé par rapport au réseau de forme générale plane.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on courbe le substrat (1) pour lui donner une configuration générale en serpentin.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on courbe le substrat de façon que chacun des éléments d'antenne (4, 6) fasse un angle d'environ 45 degrés par rapport au réseau de forme générale plane.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un réseau d'excitation comprenant un plan de masse est formé sur le substrat (1) plat et plan.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le substrat a une première surface et une seconde surface, et où le plan de masse est formé sur la première surface du substrat (1), et le reste du réseau d'excitation est formé sur la seconde surface du substrat (1).

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel un boîtier conducteur (5) est placé autour du réseau d'excitation.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le boîtier conducteur (5) est connecté électriquement au plan de masse du réseau d'excitation.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie longitudinale du substrat (1) comprend une multiplicité de surfaces de réception d'éléments d'antenne (2) reliées à la partie longitudinale (1) par des éléments de liaison (3), et où l'étape de courbure du substrat (1) comprend l'opération consistant à courber seulement la partie longitudinale principale (1) et les éléments de liaison (3).

9. Procédé de formation d'une antenne-réseau à éléments inclinés à double polarisation, comprenant les étapes consistant à former une première antenne-réseau conformément à l'une quelconque des revendications précédentes et une seconde antenne-réseau conformément à l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant en outre l'étape consistant à placer dos à dos la première antenne-réseau et la seconde antenne-réseau, de façon que les éléments d'antenne (4) de la première antenne-réseau ne soient pas parallèles aux éléments d'antenne (6) de la seconde antenne-réseau.

10. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés comprenant une multiplicité d'éléments d'antenne (4, 6) s'étendant de façon générale parallèlement les uns aux autres dans un réseau de forme générale plane, avec chaque élément incliné sous un angle par rapport au réseau de forme générale plane, la multiplicité d'éléments d'antenne (4, 6) espacés étant formés sur un substrat (1) plat et plan s'étendant dans une direction longitudinale, caractérisée en ce que le substrat plan (1) est courbé dans la direction transversale de façon à produire une forme fondamentalement ondulée dans la direction longitudinale, avec une période correspondant à l'écartement des éléments d'antenne (4, 6) afin d'orienter les éléments d'antenne (4, 6) sous un angle prédéterminé par rapport au réseau de forme générale plane.

11. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon la revendication 10, dans laquelle le substrat (1) a une configuration générale en serpentin.

12. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle le substrat est courbé de façon que chacun des éléments d'antenne (4, 6) fasse un angle d'environ 45 degrés par rapport au réseau de forme générale plane.

13. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un réseau d'excitation contenant un plan de masse formé sur le substrat (1).

14. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon la revendication 13, dans laquelle le substrat a une première surface et une seconde surface, et où le plan de masse est formé sur la première surface du substrat (1), et le reste du réseau d'excitation est formé sur la seconde surface du substrat (1).

15. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon la revendication 13 ou 14, comprenant en outre un boîtier conducteur (5) formé autour du réseau d'excitation.

16. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon la revendication 15, dans laquelle le boîtier conducteur (5) est connecté électriquement au plan de masse du réseau d'excitation.

17. Antenne-réseau polarisée à éléments inclinés selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, dans laquelle la partie longitudinale du substrat (1) comprend une multiplicité de surfaces de réception d'éléments d'antenne (2) reliées à la partie longitudinale (1) par des éléments de liaison (3).

18. Antenne-réseau à éléments inclinés à double polarisation comprenant une première antenne-réseau conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 17, et une seconde antenne-réseau conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 17, dans une relation dos à dos, de façon que les éléments d'antenne (4) de la première antenne-réseau ne soient pas parallèles aux éléments d'antenne (6) de la seconde antenne-réseau.

Drawing