專利名稱：基站天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電磁通信領域，更具體地說，涉及一種基站天線。
背景技術：
基站天線是保證移動通信終端實現(xiàn)無線接入的重要設備。隨著移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展，基站的分布越來越密集，對基站天線的方向性提出了更高的要求，以避免相互干擾，讓電磁波傳播的更遠。一般，我們用半功率角來表示基站天線的方向性。功率方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內，把相對最大輻射方向功率通量密度下降到一半處(或小于最大值3dB)的兩點之間的夾角稱為半功率角。場強方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內，把相對最大輻射方向場強下降到O. 707倍處的夾角也稱為半功率角。半功率角亦稱半功率帶寬(以下用此用語)。半功率帶寬包括水平面半功率帶寬和垂直面半功率帶寬。而基站天線的電磁波的傳播距離是由垂直面半功率帶寬決定的。垂直面半功率帶寬越小，基站天線的增益越大，電磁波的傳播距離就越遠，反之，基站天線的增益就越小，電磁波的傳播距離也就越近。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，提供一種半功率帶寬小、方向性好的基站天線。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基站天線，包括具有若干呈陣列排布的振子的天線模塊及正對這些振子設置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少一個超材料片層，每個超材料片層對應每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，每個折射率分布區(qū)以正對相應振子的中心 的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大。優(yōu)選地，每個超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個人工微結構，所述人工微結構排布于對應每一振子的折射率分布區(qū)內的折射率圓上，排布于同一折射率圓上各點的人工微結構的幾何尺寸相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構的幾何尺寸減小。優(yōu)選地，所述人工微結構的拓撲形狀相同。優(yōu)選地，所述人工微結構包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一金屬線和第二金屬線以及正交于所述第一金屬線和第二金屬線的第三金屬線，所述兩分支的第三金屬線相互正交。優(yōu)選地，所述人工微結構是由金屬絲構成的雪花形。一種基站天線，包括具有若干呈陣列排布的振子的天線模塊及正對這些振子設置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少兩個超材料片層，每個超材料片層對應每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，每個折射率分布區(qū)以正對相應振子的中心的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大，且各個超材料片層的對應同一振子的半徑相同的折射率圓上，各個超材料片層的折射率均相同。優(yōu)選地，每個超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個人工微結構，所述人工微結構排布于對應每一振子的折射率分布區(qū)內的折射率圓上，排布于同一折射率圓上各點的人工微結構的幾何尺寸相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構的幾何尺寸減小。優(yōu)選地，各個超材料片層的對應同一振子的半徑相同的折射率圓上，排布于其上的人工微結構的幾何尺寸均相同。優(yōu)選地，所述人工微結構的拓撲形狀相同。優(yōu)選地，所述人工微結構包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一金屬線和第二金屬線以及正交于所述第一金屬線和第二金屬線的第三金屬線，所述兩分支的第三金屬線相互正交。本發(fā)明的基站天線具有以下有益效果通過讓所述超材料模塊空間各點的折射率分布滿足一定的規(guī)律來控制電磁波的傳播，從而使由振子發(fā)射出的電磁波經(jīng)過所述超材料模塊后，半功率帶寬變小，電磁波即可傳播的更遠，提高了基站天線的方向性和增益。


下面將結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明的基站天線的結構示意圖；圖2是圖1中的天線模塊的平面放大圖；圖3是圖1中的超 材料模塊的超材料片層的平面放大圖；圖4是圖3所示的一個折射率分布區(qū)的放大圖；圖5是圖4中的人工微結構的分布規(guī)律圖；圖6是圖5中的人工微結構的示例圖；圖7是圖6中的人工微結構的分解圖。圖中各標號對應的名稱為10基站天線、12天線模塊、14底板、16振子、20超材料模塊、22超材料片層、222基材、223超材料單元、224人工微結構、226第一金屬線、227第二金屬線、228第三金屬線、24折射率分布區(qū)
具體實施例方式本發(fā)明提供一種基站天線，通過在陣列天線的電磁波發(fā)射方向上設置一超材料模塊來使半功率帶寬變小，以提高其方向性和增益。我們知道，電磁波由一種均勻介質傳播進入另外一種均勻介質時會發(fā)生折射，這是由于兩種介質的折射率不同而導致的。而對于非均勻介質來說，電磁波在介質內部也會發(fā)生折射且向折射率比較大的位置偏折。而折射率等于#，也即介質的折射率取決于其介電常數(shù)和磁導率。超材料是一種以人工微結構為基本單元并以特定方式進行空間排布、具有特殊電磁響應的人工復合材料，人們常利用人工微結構的拓撲形狀和幾何尺寸來改變空間中各點的介電常數(shù)和磁導率，可見，我們可以利用人工微結構的拓撲形狀和/或幾何尺寸來調制空間各點的介電常數(shù)和磁導率，從而使空間各點的折射率以某種規(guī)律變化，以控制電磁波的傳播，并應用于具有特殊電磁響應需求的場合。且實驗證明，在人工微結構的拓撲形狀相同的情況下，單位體積上人工微結構的幾何尺寸越大，超材料空間各點的介電常數(shù)越大；反之，介電常數(shù)越小。也即，在人工微結構的拓撲形狀確定的情況下，可以通過讓超材料空間各點的人工微結構的幾何尺寸的大小滿足一定的規(guī)律而調制介電常數(shù)，以對超材料空間各點的折射率進行排制而達到改變電磁波的傳播路徑的目的。如圖1和圖2所示，所述基站天線10包括天線模塊12和超材料模塊20，所述天線模塊12包括底板14及陣列排布于所述底板14的振子16。圖中所示為相鄰兩排振子16相互交錯排列的4X9陣列，在其他的實施例中，可以為任何數(shù)量的振子16以任意方式排列，如矩陣排布。所述超材料模塊20包括多個沿垂直于片層表面的方向(也即基站天線的電磁波發(fā)射方向)疊加而成的超材料片層22。圖中所示為3層，具體實施時，所述超材料片層22的數(shù)目可依據(jù)需求來增減，并可在其兩側設置阻抗匹配層，以減少電磁波反射。由于每個超材料片層22的折射率分布規(guī)律均相同，故在下面僅選取一個超材料片層22作為示例進行描述。如圖3所示，每個超材料片層22包括基材222和附著在所述基材222上的多個人工微結構224。所述基材222可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。所述人工微結構224通常為金屬線如銅線或者銀線構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構，并通過一定的加工工藝附著在所述基材222上，例如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻等。由于所述人工微結構224過于微小，在圖3中將其近似畫作一個點。一般，從每一振子16發(fā)射出的電磁波可近似看作為球面波，而要遠距離傳播，需要將其轉變?yōu)槠矫娌?。也就是說，所述超材料模塊20要將球面波形式的電磁波轉變?yōu)槠矫娌ㄐ问降碾姶挪ā９?，所述超材料片?2空間各點的折射率分布應滿足如下規(guī)律以正對每一振子16的中心的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大，假設各個半徑增大的折射率圓的折射率為. . np,則有n1 > n2 > n3 > . . · > np,且(np1-np)>...> (n2-n3) > (n1-n2)，q為大于0的自然數(shù)。從而，所述超材料片層22對應每一振子16的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)24，如圖3中由虛線分隔形成的若干區(qū)域。且各個超材料片層22的對應同一振子16的半徑相同的折射率圓上，各個超材料片層22的折射率均相同。由前可知，我們可讓每個超材料片層22上的人工微結構224的拓撲形狀相同并排布于對應每一振子16的折射率分布區(qū)24內的折射率圓上，排布于同一折射率圓上各點的人工微結構224的幾何尺寸相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構224的幾何尺寸減小。且各個超材料片層22的對應同一振子16的半徑相同的折射率圓上，排布于其上的人工微結構224的幾何尺寸均相同。實際中，應該是讓所述人工微結構224排布于以正對每一振子16的中心的位置為圓心的若干同心圓上，排布于同一同心圓上各點的人工微結構224的幾何尺寸相同，而隨著同心圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構224的幾何尺寸減小，且各個超材料片層22的對應同一振子16的半徑相同的同心圓上，排布于其上的人工微結構224的幾何尺寸均相同。從而在各個超材料片層22上形成對應每一振子16的相同的折射率圓及相同的折射率排布區(qū)24。
如圖4所示，為選自圖3中的對應一個振子16的人工微結構224的排布放大圖。一般，我們將每個人工微結構224及其所附著的基材222部分人為定義為一個超材料單元223，且每個超材料單元223的尺寸應小于所需響應的電磁波波長的五分之一，優(yōu)選為十分之一，以使所述超材料片層22對電磁波產(chǎn)生連續(xù)響應。這樣，所述超材料片層22便可看作是由多個超材料單元223陣列排布而成的。我們知道，所述超材料單元223的尺寸一般都很微小，可以近似看作一個圓點，這樣，圓便可以看作是由若干超材料單元223沿圓周堆疊而成的，因此，我們可以將所述人工微結構224陣列排布于所述基材222上近似看作是所述人工微結構224排布于同心圓上。也即，正對振子16的中心的超材料單元223上設置幾何尺寸最大的人工微結構224，隨著距離所述正對振子16的中心的超材料單元223越遠，所述超材料單元223上依次設置幾何尺寸減小的人工微結構224，最遠處的人工微結構224的幾何尺寸最小，且距離所述正對振子16的中心的超材料單元223相同遠近處的超材料單元223上設置的人工微結構224的幾何尺寸相同，以使所述人工微結構224符合以上所述的以正對振子16的中心的位置為圓心的同心圓的排布規(guī)律，如圖5中虛線所示。圖4和圖5中所示的對應一個振子16的人工微結構224的陣列排布方式僅為一個示例，且所述人造微結構224是按比例縮小的，事實上，對應同一折射率分布規(guī)律的人工微結構的排布方式還有很多種，且我們可只縮小構成所述人造微結構224的金屬線的長度、保持金屬線的寬度不變(也即金屬線的寬度相等)，這樣可簡化制造工藝。如圖6和圖7所不，為本發(fā)明的人工微結構的一個實施例。所述人工微結構224呈雪花狀，其包括相互正交的兩分支225，每一分支225包括相互平行的第一金屬線226和第二金屬線227以及正交于所述第一金屬線226和第二金屬線227的第三金屬線228。每一人工微結構224的兩分支225的第三金屬線228相互正交。本發(fā)明通過讓相同拓撲形狀的人工微結構按照一定的排布規(guī)律設置在各個超材料單元上，得以調制各個超材料單元的介電常數(shù)，進而形成了超材料片層的折射率分布規(guī)律，使得各個相鄰超材料單元的折射率的變化可讓電磁波向特定的方向偏折，即可使球面波形式的電磁波轉變?yōu)槠矫娌ㄐ问降碾姶挪ǎ员氵m于遠距離傳輸，而且本發(fā)明的折射率分布規(guī)律可使由振子發(fā)射出的電磁波匯聚，半功率帶寬變小，讓電磁波傳播的更遠，提高了基站天線的方向性和增益。 以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實施方式
和/或實施例，不應當構成對本發(fā)明的限制。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，而這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。比如，上述折射率分布規(guī)律及其變化量關系還可通過人工微結構的拓撲形狀或拓撲形狀結合幾何尺寸，或者構成人工微結構的金屬線的寬窄來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種基站天線，其特征在于，包括具有若干呈陣列排布的振子的天線模塊及正對這些振子設置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少一個超材料片層，每個超材料片層對應每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，每個折射率分布區(qū)以正對相應振子的中心的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大。
2.根據(jù)權利要求1所述的基站天線，其特征在于，每個超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個人工微結構，所述人工微結構排布于對應每一振子的折射率分布區(qū)內的折射率圓上，排布于同一折射率圓上各點的人工微結構的幾何尺寸相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構的幾何尺寸減小。
3.根據(jù)權利要求2所述的基站天線，其特征在于，所述人工微結構的拓撲形狀相同。
4.根據(jù)權利要求2所述的基站天線，其特征在于，所述人工微結構包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一金屬線和第二金屬線以及正交于所述第一金屬線和第二金屬線的第三金屬線，所述兩分支的第三金屬線相互正交。
5.根據(jù)權利要求2所述的基站天線，其特征在于，所述人工微結構是由金屬絲構成的雪花形。
6.一種基站天線，其特征在于，包括具有若干呈陣列排布的振子的天線模塊及正對這些振子設置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少兩個超材料片層，每個超材料片層對應每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，每個折射率分布區(qū)以正對相應振子的中心的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大，且各個超材料片層的對應同一振子的半徑相同的折射率圓上，各個超材料片層的折射率均相同。
7.根據(jù)權利要求6所述的基站天線，其特征在于，每個超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個人工微結構，所述人工微結構排布于對應每一振子的折射率分布區(qū)內的折射率圓上，排布于同一折射率圓上各點的人工微結構的幾何尺寸相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，排布于其上各點的人工微結構的幾何尺寸減小。
8.根據(jù)權利要求7所述的基站天線，其特征在于，各個超材料片層的對應同一振子的半徑相同的折射率圓上，排布于其上的人工微結構的幾何尺寸均相同。
9.根據(jù)權利要求7所述的基站天線，其特征在于，所述人工微結構的拓撲形狀相同。
10.根據(jù)權利要求7所述的基站天線，其特征在于，所述人工微結構包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一金屬線和第二金屬線以及正交于所述第一金屬線和第二金屬線的第三金屬線，所述兩分支的第三金屬線相互正交。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基站天線，包括具有若干呈陣列排布的振子的天線模塊及正對這些振子設置的超材料模塊，所述超材料模塊包括至少一個超材料片層，每個超材料片層對應每一振子的區(qū)域形成一折射率分布區(qū)，每個折射率分布區(qū)以正對相應振子的中心的位置為圓心形成若干同心的折射率圓，同一折射率圓上各點的折射率相同，而隨著折射率圓的半徑的增大，各個折射率圓的折射率減小且減小量增大，從而使由振子發(fā)射出的電磁波經(jīng)過所述超材料模塊后，半功率帶寬變小，電磁波即可傳播的更遠，提高了基站天線的方向性和增益。
文檔編號H01Q21/00GK103036041SQ20111021632
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2011年7月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 洪運南 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司