專利名稱：一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信設(shè)備，特別涉及微波天線，具體的是一種用階梯阻抗 線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束天線。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)形式，多見于采用并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)來控制天線單元的幅 度與相位，此方法可以方便地對(duì)陣列進(jìn)行控制，但是需要額外設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)， 這樣一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，另一方面并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)一般饋線較長，因此 帶來的饋線損耗也相對(duì)比較大。近十幾年來，串聯(lián)饋電的賦形波束天線也獲得 了比較廣泛的研究，即用一根饋線以串聯(lián)方式對(duì)所有的陣列輻射單元進(jìn)行饋 電，雖然節(jié)省了饋電功率分配網(wǎng)絡(luò)，但是每個(gè)單元上的饋電幅度和相位的控制 就變得相對(duì)復(fù)雜，必須依靠改變輻射單元的結(jié)構(gòu)，繼而改變其阻抗特性來實(shí)現(xiàn)， 這就大大增加了天線設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)難度與成本。比較常見的串聯(lián)饋電的賦形波 束天線，即所謂的"喜連川"天線，是由同軸線內(nèi)外導(dǎo)體交替相連構(gòu)成，此種結(jié) 構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較高的增益和全向的輻射特性，但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制作成本 比較高，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中很難精確的控制其方向圖，因此，其波束的賦形 特性往往不太好，僅能實(shí)現(xiàn)一定角度范圍內(nèi)的波束零點(diǎn)填充。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電 的微帶縫隙賦形波束天線，在不改變輻射單元的情況下，通過控制饋電微帶線 的特性阻抗，來改變饋電微帶線上的電壓電流分布，從而控制每個(gè)輻射單元上 的幅度與相位，以實(shí)現(xiàn)要求的賦形波束。本發(fā)明提供的天線由雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板構(gòu)成，微帶介質(zhì)板的一面 作為接地板，刻蝕有不少于3個(gè)等距離排列的相同的縫隙輻射單元；所述微 帶介質(zhì)板的另一面設(shè)有由兩種不同特性阻抗的微帶線交替串聯(lián)而成的微帶 線，所述兩種不同特性阻抗微帶線的阻抗比》1.6;所述兩種不同特性阻抗的微帶線的連接關(guān)系是在任意兩個(gè)所述縫隙輻射單元之間，在一種微帶線上 串聯(lián)另一種微帶線；所述微帶線伸出第一個(gè)縫隙輻射單元。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述天線的饋電點(diǎn)與所述最后一個(gè)縫隙輻射單 元之間串聯(lián)一段微帶線。所述天線的饋電點(diǎn)與所述最后一個(gè)縫隙輻射單元之間串聯(lián)的微帶線的長度為0.1~0.5A，特性阻抗為10^200歐姆，與所述最后一個(gè)縫隙輻射單元之間的距離是0.05 0.25A;其中A為天線工作的波長。所述縫隙輻射單元包括H形縫隙輻射單元或一字形縫隙輻射單元。 所述微帶介質(zhì)板是介電常數(shù)大于2,厚度大于0.5mm的雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板。所述天線的末端是與饋線連接的同軸接頭，或直接焊接電纜。 所述天線密封于天線罩內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)防水。 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明在一塊微帶介質(zhì)板上實(shí)現(xiàn)了用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙 賦形波束天線，這種設(shè)計(jì)方案，避免了使用功率分配網(wǎng)絡(luò)，僅通過調(diào)整串聯(lián) 饋電微帶線的特性阻抗就可實(shí)現(xiàn)天線方向圖的波束控制。天線整體制作在雙 面覆金屬的微帶介質(zhì)板上，使用機(jī)械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術(shù)均 可容易的制作。2、 由于天線為微帶結(jié)構(gòu)，重量輕、成本低、適合工業(yè)批量生產(chǎn)，因此天 線具備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)容易、制造成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。3、 天線具備良好的阻抗匹配特性與向雙側(cè)輻射的平方余割賦形波束方向 圖，因此，適合隧道、高速公路、長形建筑等狹長區(qū)域的信號(hào)覆蓋。


圖1是本發(fā)明用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的賦形波束天線的結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖2是本發(fā)明用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的賦形波束天線的方向圖特性測試 結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明所要求保 護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所涉及的范圍。本發(fā)明提供的天線結(jié)構(gòu)如圖1所示,天線以印刷電路板的方式制作在雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板1上，所述微帶介質(zhì)板1的一面是覆金屬的接地板，刻蝕有3個(gè)以上的縫隙輻射單元2，縫隙輻射單元2的形狀可以是H形也可以 是一字形。在微帶板介質(zhì)板1的另一面是由兩種不同特性阻抗的微帶線3和 微帶線4串聯(lián)而成的微帶線。在每兩個(gè)縫隙輻射單元2之間，有且只有一段 微帶線3，其他微帶線均為微帶線4。微帶線3與微帶線4的特性阻抗比大于 或等于1.6，例如微帶線3的特性阻抗為50歐姆，則微帶線4的特性阻抗可 采用25歐姆或90歐姆。通過調(diào)整每兩個(gè)縫隙輻射單元2之間微帶線3的長 度與位置即可控制天線的輻射方向圖，達(dá)到要求的賦形波束。微帶線4伸出第 一個(gè)縫隙輻射單元2，以實(shí)現(xiàn)對(duì)第一個(gè)縫隙輻射單元2的短路饋電。在天線的 饋電點(diǎn)與最后一個(gè)縫隙輻射單元2之間，使用一段長度為0.U 0.5A、特性阻 抗為10~200歐姆的微帶線6來實(shí)現(xiàn)天線的阻抗匹配，微帶線6與最后一個(gè)縫 隙輻射單元2的距離為0.05 0.25A，其中A為天線工作的波長。天線整體制 作在雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板上，可使用機(jī)械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等 技術(shù)來制作。天線的末端5可通過SMA同軸接頭與饋線連接，也可以直接焊 接饋電電纜。應(yīng)用本天線的一個(gè)實(shí)例為不失一般性，此實(shí)例的所有尺寸均對(duì)天線工作 的波長A歸一化為電長度。如圖1，微帶介質(zhì)板1上共刻蝕有8個(gè)H形縫隙 輻射單元2，從右至左依次稱為S1至S8，相鄰兩個(gè)縫隙輻射單元2的距離是 0.64A;微帶介質(zhì)板1的另一面設(shè)有具備階梯阻抗特性的串聯(lián)饋電微帶線，微 帶線由特性阻抗50歐姆與25歐姆的微帶線交替串聯(lián)而成，即每兩個(gè)縫隙輻 射單元2之間，在50歐姆的微帶線4上串聯(lián)一段25歐姆的微帶線3。 50歐 姆的微帶線4伸出第一個(gè)縫隙輻射單元S1的長度為0.25A,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一 個(gè)縫隙輻射單元S1的短路饋電。在本實(shí)施例中，所串連的25歐姆微帶線3的位置與長度如下縫隙輻 射單元S1與S2之間，在50歐姆微帶線4上串聯(lián)25歐姆微帶線3的長度 是0.16A，距離縫隙輻射單元S2的長度是0.34A;縫隙輻射單元S2與S3 之間，在50歐姆微帶線4上串聯(lián)的25歐姆微帶線3的長度是0.09A，距離 縫隙輻射單元S3的長度是0.37A;縫隙輻射單元S3與S4之間，在50歐姆 微帶線4上串聯(lián)25歐姆微帶線3的長度是0.13A，距離縫隙輻射單元S4的 長度是0.34A;縫隙輻射單元S4與S5之間，在50歐姆微帶線4上串聯(lián)25 歐姆微帶線3的長度是0.34A，距離縫隙輻射單元S5的長度是0.41A;縫隙輻射單元S5與S6之間，在50歐姆微帶線4上串聯(lián)25歐姆微帶線3的長 度是0.19A，距離縫隙輻射單元S6的長度是縫隙輻射單元S6與S7 之間，在50歐姆微帶線4上串聯(lián)25歐姆微帶線3的長度是0.3A，距離縫隙 輻射單元S7的長度是0.3A;縫隙輻射單元S7與S8之間，在50歐姆微帶 線4上串聯(lián)25歐姆微帶線3的長度是0.17A，距離縫隙輻射單元S8的長度 是0.41A。匹配微帶線6的特性阻抗為100歐姆，長度為0.3\，距離縫隙S8 的長度是0.23A。
圖2顯示了本天線在俯仰面(即圖1中沿微帶介質(zhì)板1縱向，且與微帶 介質(zhì)板1相垂直的面)歸一化方向圖在微波暗室中的測試結(jié)果。結(jié)果顯示，在 要求的賦形區(qū)域，天線方向圖在[95°,130°]俯仰角區(qū)域符合賦形要求，這對(duì)于 改善信號(hào)覆蓋區(qū)域的通信質(zhì)量、減小通訊盲區(qū)是非常有效的。其上半空間副瓣 電平壓低至-19dB，可利用減小干擾，合理分配發(fā)射機(jī)能量。實(shí)測結(jié)果顯示， 天線在中心頻率上回波損耗小于-20dB，增益達(dá)10.9dBi，可獲得比較理想的 覆蓋面積。
如上所述便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明并不僅限于上述給出的實(shí)施方 案，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的構(gòu)思下，可作出不同的變形，例如使用其他兩 種特性阻抗的微帶線的搭配，如微帶線4和微帶線3的特性阻抗還可取為其 他特性阻抗，只要滿足阻抗比^1.6即可；或者采用一字形的縫隙輻射單元； 或者匹配微帶線6采用長度為0.U 0.5;u特性阻抗為10~200歐姆、距離最 后一個(gè)縫隙輻射單元2的長度在0.05 0.25A (其中A為天線工作的波長)之 間的其它數(shù)值等等，都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1. 一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束天線，其特征是，由雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板(1)構(gòu)成，所述微帶介質(zhì)板(1)的一面作為接地板，刻蝕有不少于3個(gè)等距離排列的相同的縫隙輻射單元(2)；所述微帶介質(zhì)板(1)的另一面設(shè)有由兩種不同特性阻抗的微帶線(4)和微帶線(3)交替串聯(lián)而成的微帶線，所述兩種不同特性阻抗微帶線的阻抗比≥1.6；所述微帶線(4)和微帶線(3)的連接關(guān)系是在任意兩個(gè)所述縫隙輻射單元(2)之間，在微帶線(4)上串聯(lián)微帶線(3)；所述微帶線(4)伸出第一個(gè)縫隙輻射單元(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束 天線，其特征是，所述天線的饋電點(diǎn)與所述最后一個(gè)縫隙輻射單元(2)之間 串聯(lián)一段微帶線(6)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束 天線，其特征是，所述微帶線(6)的長度為0.卜0.5A，特性阻抗為10~200 歐姆，與所述最后一個(gè)縫隙輻射單元(2)的距離是0.05~0.25A;其中入為 天線工作的波長。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束天線，其特征是，所述縫隙輻射單元(2)包括H形縫隙輻射單元或一 字形輻射單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形 波束天線，其特征是，所述微帶介質(zhì)板(1 )是介電常數(shù)大于2,厚度大于0.5mm 的雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦 形波束天線，其特征是，所述天線的末端(5)是與饋線連接的同軸接頭，或 直接焊接電纜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦 形波束天線，其特征是，所述天線密封于天線罩內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用階梯阻抗線串聯(lián)饋電的微帶縫隙賦形波束天線，它由雙面覆金屬的微帶介質(zhì)板構(gòu)成，微帶介質(zhì)板作為接地板的一面上刻蝕有不少于3個(gè)等距離排列的相同的縫隙輻射單元，另一面設(shè)有由兩種不同特性阻抗的微帶線交替串聯(lián)而成的微帶線，兩種不同特性阻抗微帶線的阻抗比≥1.6；兩種微帶線的連接關(guān)系是在任意兩個(gè)所述縫隙輻射單元之間，在一種微帶線上串聯(lián)另一種微帶線；微帶線伸出第一個(gè)縫隙輻射單元，以實(shí)現(xiàn)對(duì)第一個(gè)縫隙輻射單元的短路饋電。該天線結(jié)構(gòu)簡單，重量輕、設(shè)計(jì)容易、制造成本低廉，適合隧道、高速公路、長形建筑等狹長區(qū)域的信號(hào)覆蓋。
文檔編號(hào)H01Q13/10GK101267061SQ20081002771
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者褚慶昕, 馬漢清 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)