專利名稱：一種用于高速公路電子收費(fèi)天線陣的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一款圓極化螺旋天線陣列的設(shè)計(jì)。該天線可應(yīng)用于高速公路收費(fèi)站進(jìn)行自動(dòng)電子收費(fèi)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)天線的性能提出了更高的要求，圓極化螺旋天線由于其良好的圓極化特性，低成本，易于制造和良好的可調(diào)性而被應(yīng)用于各種通信終端。其主要優(yōu)點(diǎn)為1、圓極化。螺旋天線可以通過簡(jiǎn)單的螺旋結(jié)構(gòu)在主波束范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的圓極化，因此對(duì)圓極化要求較高的工作環(huán)境廣泛使用螺旋天線以實(shí)現(xiàn)通信可靠性以及減少交叉極化干擾的特性。2、良好的可調(diào)性。通過控制螺旋天線自身圈數(shù)，以及螺距、圈長(zhǎng)等參數(shù)可以有效控制波束寬度和增益以及圓極化等重要指標(biāo)。3、寬頻帶。螺旋天線作為一種行波天線可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)饋電匹配以及極化匹配。4、低成本且易于制造。螺旋天線由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且易于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)天線指標(biāo)，所以具有其他圓極化天線所沒有的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，并且工程實(shí)現(xiàn)較之其他圓極化天線也非常容
易ο5、良好的陣列特性。螺旋天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在結(jié)構(gòu)上易于組成陣列，并且螺旋天線陣列被廣泛應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)圓極化，高增益，銳化波束的目的。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)單個(gè)螺旋天線工作特性基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用螺旋天線組陣?yán)碚摬?duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了 8單元螺旋天線陣列的圓極化，高增益，銳化波束的特性。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該天線在要求的5. 5-6GHz的工作頻帶上具備良好的阻抗帶寬和軸比帶寬，具有銳化的波束(3dB波束寬度與第一零點(diǎn)波束寬度非常接近，均為士 18°左右)和大于17dB 的增益，天線懸掛在收費(fèi)站5. 5m-6m高的標(biāo)準(zhǔn)懸臂上，能夠?qū)β访嫔祥L(zhǎng)5. 5m和寬2. 5m的橢圓區(qū)域范圍形成有效的輻射，最大增益超過17dB，并且3dB波束寬度與第一零點(diǎn)波束寬度非常接近，從而使得區(qū)域之外天線的輻射很弱，以形成對(duì)輻射區(qū)域與外界區(qū)域的有效隔離，適合于高速公路電子收費(fèi)的尺寸約束非常嚴(yán)格的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所涉及的方案均針對(duì)高速公路收費(fèi)站電子收費(fèi)對(duì)天線的波束寬度，增益以及圓極化的要求。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案通過高速公路車道寬度以及前后車距等尺寸要求并考慮到相鄰車道以及前后車輛的隔離度，結(jié)合收費(fèi)天線懸掛位置計(jì)算得出所需要的天線波束覆蓋范圍。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果結(jié)合單個(gè)螺旋天線指標(biāo)以及螺旋天線陣列特點(diǎn)，將8個(gè)完全相同的螺旋天線組成圓形陣列，天線均采用繞制于固定尺寸的聚四氟乙烯介質(zhì)棒上的螺旋銅線，并將螺旋天線固定在設(shè)計(jì)好尺寸的鋁板上，通過鋁板背面固定位置的8個(gè)SMA接頭將天線饋電端引到鋁板背面，然后通過設(shè)計(jì)好的1分8的同軸功分器對(duì)8個(gè)螺旋天線實(shí)現(xiàn)等幅同相的饋電。


圖1為本螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)2為螺旋天線單元增益3為螺旋天線單元軸比4為本螺旋天線陣列的增益圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1為本螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)圖，圖1中的01圖為本螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)圖的左視圖，包括聚四氟乙烯介質(zhì)棒112，螺旋銅線114，設(shè)計(jì)好尺寸的鋁板116，SMA接頭118，圖1 中的02圖為本螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)圖的俯視圖，8單元的圓形陣列組成的螺旋天線。圖1 中的03圖為本螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)圖的三維立體圖。下面就具體實(shí)施例說明該發(fā)明技術(shù)。圖1螺旋天線陣列的結(jié)構(gòu)圖中，四氟乙烯介質(zhì)棒112高度的合理設(shè)計(jì)，螺旋銅線 114螺距、圈長(zhǎng)等參數(shù)的調(diào)節(jié)，組成的單個(gè)螺旋天線能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路收費(fèi)站電子收費(fèi)對(duì)天線增益以及圓極化的要求。繞制于四氟乙烯介質(zhì)棒112上的螺旋銅線114組成螺旋天線固定在設(shè)計(jì)好的鋁板116上，通過鋁板116背面固定位置的8個(gè)SMA接頭118將天線饋電端引到鋁板116背面，然后通過設(shè)計(jì)好的1分8的同軸功分器對(duì)8個(gè)螺旋天線實(shí)現(xiàn)等幅同相的饋電。繞制于四氟乙烯介質(zhì)棒112上的螺旋銅線114組成螺旋天線作為一種行波天線可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)饋電匹配以及極化匹配。四氟乙烯介質(zhì)棒112上繞制的螺旋銅線114組成的8個(gè)完全相同的螺旋天線，通過簡(jiǎn)單的螺旋結(jié)構(gòu)，在主波束范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的圓極化，實(shí)現(xiàn)了高速公路收費(fèi)站電子收費(fèi)對(duì)天線波束寬度，增益以及圓極化的要求。圖2為螺旋天線單元增益圖，繞制于四氟乙烯介質(zhì)棒112上的螺旋銅線114組成螺旋天線單元形成的在天線波束覆蓋范圍內(nèi)的波形，此波形在A點(diǎn)到B點(diǎn)之間迅速遞增，在 A點(diǎn)到C點(diǎn)之間又迅速衰減，較大提高隔離度，保證電子收費(fèi)的可靠性。圖3為螺旋天線單元軸比圖，繞制于四氟乙烯介質(zhì)棒112上的螺旋銅線114組成螺旋天線單元具備良好的阻抗帶寬和軸比帶寬，如螺旋天線單元軸比圖示E點(diǎn)與F點(diǎn)之間形成的軸比帶寬，保證了螺旋天線可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)饋電匹配以及極化匹配。圖4為本螺旋天線陣列的增益圖，高速公路電子收費(fèi)對(duì)相鄰車道以及同一車道前后車距的隔離度有嚴(yán)格要求，該發(fā)明例所設(shè)計(jì)的螺旋天線陣列能夠銳化波束，在長(zhǎng)5. 5米， 寬2. 5米的橢圓區(qū)域內(nèi)形成有效輻射，如圖4螺旋天線陣列的增益圖所示H點(diǎn)到J點(diǎn)形成的較快遞增，J點(diǎn)到K點(diǎn)形成迅速衰減在H點(diǎn)達(dá)到最高增益，而區(qū)域之外天線的輻射很弱， 形成了對(duì)輻射區(qū)域與外界區(qū)域的有效的隔離，實(shí)現(xiàn)了本螺旋天線針對(duì)高速公路收費(fèi)站電子收費(fèi)對(duì)天線的波束寬度，增益以及圓極化的要求。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于高速公路電子收費(fèi)天線陣的設(shè)計(jì)，該天線的工作頻段為5. 5-6GHZ，其特征在于，高速公路電子收費(fèi)對(duì)相鄰車道以及同一車道前后車距的隔離度有嚴(yán)格要求，所設(shè)計(jì)的螺旋天線陣列具有銳化的波束，在長(zhǎng)5. 5米，寬2. 5米的橢圓區(qū)域內(nèi)形成有效輻射，最高增益達(dá)到19dB，而在此橢圓區(qū)域之外增益迅速衰減以提高隔離度。為了提高電子收費(fèi)的可靠性，本天線也具有較好的圓極化特性，主波束范圍內(nèi)軸比在1.4(3dB)以下。本天線由上層的天線陣列和下層的饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中每個(gè)天線包括聚四氟乙烯介質(zhì)棒，繞制用銅線兩部分。饋電網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)1分8的同軸功分器在指定帶寬內(nèi)為所有螺旋天線單元實(shí)現(xiàn)等幅同相的饋電。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過合理設(shè)計(jì)天線陣列結(jié)構(gòu)及尺寸實(shí)現(xiàn)銳化波束和高增益的指標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋天線設(shè)計(jì)方法，通過1分8的同軸功分器實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)螺旋天線單元的等幅同相饋電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高速公路電子收費(fèi)天線陣的設(shè)計(jì)，該天線采用8單元螺旋天線的圓形陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作要求的銳化波束以及高增益指標(biāo)，具備緊湊的空間結(jié)構(gòu)。螺旋天線陣列采用同軸功分器實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)天線單元的等幅同相饋電，保證天線具有良好的阻抗帶寬和圓極化軸比帶寬。本發(fā)明在5.5-6GHz的頻帶范圍內(nèi)很好地實(shí)現(xiàn)了銳化波束，高增益和圓極化的輻射特性，可用于對(duì)波束寬度銳化程度以及增益有嚴(yán)格要求的高速公路車道環(huán)境。同時(shí)滿足對(duì)天線體積和重量的限制。具有良好的性能，易于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和低成本優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H01Q7/00GK102347530SQ20101024585
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者桂杰 申請(qǐng)人:北京聚利科技有限公司