專利名稱：裂縫波導(dǎo)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信號傳輸領(lǐng)域，特別涉及一種能實(shí)現(xiàn)電磁波信號均勻覆蓋的裂縫 波導(dǎo)天線。
背景技術(shù)：
隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線通信技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，在無線通信系統(tǒng) 中，最常用的信號傳輸方法是直接利用自由空間傳輸信號，這種方法具有天線安裝方便、靈 活性強(qiáng)、性價(jià)比高等特性。但由于信號直接在自由空間傳輸，因此非常容易受到外界信號的 干擾。受環(huán)境和多徑效應(yīng)的影響，信號在空間的分布還呈現(xiàn)出極大的不均勻性(即不平穩(wěn))， 同時(shí)也存在信息安全方面的問題。在對無線信號傳輸可靠性和安全性有較高要求的場合，使用泄露電纜是一種較為 有效的方法。泄露電纜是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的同軸電纜，其外導(dǎo)體上沿長度方向周期性地 開有一定形狀的槽孔，可將電磁波能量沿線路均勻的輻射及接收，屬于一種分布式天線系 統(tǒng)。泄露電纜鋪設(shè)比較方便，信號的遮擋和干擾也較小，而且屬于寬帶系統(tǒng)，可對多種頻段 的通信服務(wù)同時(shí)提供覆蓋。但泄露電纜最大的缺點(diǎn)是傳輸高頻信號時(shí)損耗很大，例如常用 的11/4 "規(guī)格泄露電纜對2. 4GHz射頻信號的傳輸損耗約為O. 06dB/m,因此目前一般只有 載波頻率3GHz以下的系統(tǒng)才會采用。另一種實(shí)現(xiàn)無線信號可靠、安全、雙向傳輸?shù)拿浇槭橇芽p波導(dǎo)天線。裂縫波導(dǎo)天線 是在普通的波導(dǎo)管管壁上開縫，使得波導(dǎo)管中傳輸?shù)碾姶挪ㄐ盘柺芸氐剌椛涑鋈?，?shí)現(xiàn)信 號的分布式覆蓋。除具有傳輸頻帶寬、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，還具有傳輸損耗 小的優(yōu)點(diǎn)，特別是對于高頻信號傳輸，裂縫波導(dǎo)天線相對于其他傳輸媒介的傳輸損耗優(yōu)勢 十分明顯。例如，典型的矩形裂縫波導(dǎo)天線對2. 4GHz射頻信號的傳輸損耗僅為O. 02dB/m, 更低的傳輸損耗意味著同樣的設(shè)備可以有更大的覆蓋范圍，因此目前越來越多的系統(tǒng)開始 使用裂縫波導(dǎo)天線作為信號傳輸介質(zhì)?，F(xiàn)有的裂縫波導(dǎo)天線應(yīng)用方式都是在矩形波導(dǎo)管一側(cè)按一定間距開有若干相同 形狀和尺寸的縫隙，再將若干根這樣的裂縫波導(dǎo)管連接在一起，形成一個(gè)裂縫波導(dǎo)天線區(qū) 段。裂縫波導(dǎo)天線存在一定的傳輸損耗，因此裂縫波導(dǎo)天線區(qū)段輸入端和終端的信號輻射 強(qiáng)度必然存在差異，當(dāng)這一差異超出整個(gè)通信系統(tǒng)所能容忍的動態(tài)范圍后，系統(tǒng)將無法正 常工作。特別是在高頻傳輸系統(tǒng)中，裂縫波導(dǎo)天線損耗相對增大，經(jīng)較長距離傳輸后，區(qū)段 輸入端和終端的信號輻射強(qiáng)度將呈現(xiàn)明顯的不均勻性。圖8是按常規(guī)方法設(shè)計(jì)的裂縫波導(dǎo)天線上方的信號輻射強(qiáng)度示意圖；如圖8所 示，當(dāng)選用鋁制R48標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管進(jìn)行開縫，工作范圍為5700ΜΗζ 5900ΜΗζ時(shí)，根據(jù)理論計(jì)算， 350m長的R48波導(dǎo)管其輸入端和終端的信號輻射強(qiáng)度差異在20dB以上，在大多數(shù)通信系統(tǒng) 中，終端信號強(qiáng)度可能已低于接收機(jī)所能接收到的最小信號強(qiáng)度，從而可能造成信息丟失， 由此可見，信號在常規(guī)方法設(shè)計(jì)的裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布不均勻，并可能造成通信 系統(tǒng)無法正常工作。
綜上所述，現(xiàn)有裂縫波導(dǎo)天線的應(yīng)用方式不僅無法解決信號均勻覆蓋的問題，而 且當(dāng)無線通信系統(tǒng)工作在更高頻率時(shí)(如無線通信協(xié)議IEEE 802. 11a所分配的5. 8GHz頻 段)，信號的不均勻性極大地限制了裂縫波導(dǎo)天線區(qū)段的覆蓋范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對裂縫波導(dǎo)天線的輸入端信號和終端信號強(qiáng)度差異較大的問題，提出了 一種能實(shí)現(xiàn)電磁波均勻覆蓋的裂縫波導(dǎo)天線。該裂縫波導(dǎo)天線，具有至少一根用于傳輸特 定頻率范圍電磁波信號的裂縫波導(dǎo)管，裂縫波導(dǎo)管的表面設(shè)有使得信號在裂縫波導(dǎo)管與外 部空間之間相互傳輸?shù)膹?fù)數(shù)個(gè)裂縫，其特征在于裂縫是根據(jù)多個(gè)開縫參數(shù)而形成的，開縫 參數(shù)沿信號的傳輸方向變化。進(jìn)一步，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征多個(gè)開縫參數(shù)包括裂 縫的尺寸、形狀、在裂縫波導(dǎo)管表面上的位置以及相鄰兩裂縫的間距，變化是根據(jù)多個(gè)開縫 參數(shù)中的至少一種而產(chǎn)生的。進(jìn)一步，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征開縫參數(shù)中的尺寸沿 信號的傳輸方向漸變，或在裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得信號在裂縫波導(dǎo)天線上方 的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。進(jìn)一步，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征開縫參數(shù)中的形狀沿 信號的傳輸方向變化，或在裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得信號在裂縫波導(dǎo)天線上方 的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。進(jìn)一步，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征開縫參數(shù)中的位置沿 信號的所述傳輸方向相對于裂縫波導(dǎo)管開縫表面的中心線漸變，或在裂縫波導(dǎo)天線的不同 區(qū)段變化，使得信號在裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。進(jìn)一步，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征開縫參數(shù)中的間距沿 信號的傳輸方向漸變，或在裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得信號在裂縫波導(dǎo)天線上方 的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。另外，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線還可以有這樣的特征裂縫波導(dǎo)天線具有至少 一層能透波的防護(hù)層，防護(hù)層覆蓋復(fù)數(shù)個(gè)裂縫。發(fā)明作用與效果根據(jù)本發(fā)明的裂縫波導(dǎo)天線，通過改變不同裂縫波導(dǎo)天線區(qū)段里裂縫的一個(gè)或多 個(gè)參數(shù)，可將各區(qū)段中裂縫波導(dǎo)管的信號輻射強(qiáng)度控制在一定范圍內(nèi)，從而使整個(gè)裂縫波 導(dǎo)天線的信號輻射強(qiáng)度比較均勻，特別是使天線輸入端附近和終端附近的信號輻射強(qiáng)度不 至于差異過大而超出通信系統(tǒng)的接收信號動態(tài)范圍，因此，本發(fā)明提供了一種能實(shí)現(xiàn)電磁 波信號均勻覆蓋的裂縫波導(dǎo)天線。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中的裂縫波導(dǎo)天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線中波導(dǎo)管的參數(shù)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例三中裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖；〔0021〕圖5是本發(fā)明實(shí)施例四中裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意〔0022〕圖6是本發(fā)明實(shí)施例五中裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意〔0023〕圖7是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線包含防護(hù)層的組成示意〔0024〕圖8是按常規(guī)方法設(shè)計(jì)的裂縫波導(dǎo)天線上方的信號輻射強(qiáng)度示意〔0025〕圖9是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線上方的信號輻射強(qiáng)度示意圖。
具體實(shí)施例方式
〔0026〕 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
〔0027〕 本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例中，都是將本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線應(yīng)用于軌道交通車地通信系 統(tǒng)，工作頻率范圍都為5700 5900冊12，顯然，本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線還可以使用于其他需要 無線信號覆蓋的場合和其他工作頻率范圍。
〔0028〕 由于裂縫波導(dǎo)天線接收和發(fā)射信號是互易的，因此實(shí)施例中僅以發(fā)射模式為例對 其工作原理進(jìn)行說明。當(dāng)裂縫波導(dǎo)天線接收信號時(shí)，其工作原理與之相同。
〔0029〕 實(shí)施例一
〔0030〕 圖1是本發(fā)明在實(shí)施例一中的裂縫波導(dǎo)天線的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示該裂縫 波導(dǎo)天線10由波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換101、波導(dǎo)負(fù)載105和三種外形尺寸相同但開縫參數(shù)不同的裂 縫波導(dǎo)管102、103、104構(gòu)成，其中裂縫波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)組成相同，以裂縫波導(dǎo)管102為例進(jìn)行 說明裂縫波導(dǎo)管102由波導(dǎo)管1023和兩端的法蘭1026組成，波導(dǎo)管102&由管道201和 復(fù)數(shù)個(gè)裂縫202組成，裂縫202位于管道201的一側(cè)寬邊上，其開縫形狀為長腰形；裂縫波 導(dǎo)管102有10 12根，裂縫波導(dǎo)管103有『10根，裂縫波導(dǎo)管103共有6 8根。相同開縫 參數(shù)的若干根裂縫波導(dǎo)管構(gòu)成一個(gè)區(qū)段，整個(gè)裂縫波導(dǎo)天線共分為三個(gè)區(qū)段，其總長度超 過300111，發(fā)射模式下，信號沿著八端(波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換端)至8端(波導(dǎo)負(fù)載端〉方向傳輸。 〔0031〕 圖2是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線中波導(dǎo)管的開縫參數(shù)示意圖。如圖2所示，開縫形狀 為長腰形，縫長匕縫寬I，縫間距山裂縫偏離開縫表面中心線的距離III。管道寬邊內(nèi)尺寸用 3表示，窄邊內(nèi)尺寸用6表示。
〔0032〕 在裂縫波導(dǎo)管102中，縫長為匕，縫寬為I，縫間距為屯，裂縫偏離開縫表面中心 線的距離為叫，管道201寬邊內(nèi)尺寸為士，窄邊內(nèi)尺寸為、；在裂縫波導(dǎo)管103中，縫長 為縫寬為12，縫間距為士，裂縫偏離開縫表面中心線的距離為1112，管道301寬邊內(nèi)尺寸 為窄邊內(nèi)尺寸為、；在裂縫波導(dǎo)管104中，縫長為13、縫寬為13、縫間距為屯，裂縫偏離 開縫表面中心線的距離為叫，管道401寬邊內(nèi)尺寸為如窄邊內(nèi)尺寸為當(dāng)叫^廣叫坤，
^ 549臟，^22^ 149臟，(^二士二屯二〗。 30臟時(shí)，1^=8 11臟，5 2臟； 12二11 14臟，胃2二2 3111111山3二14 17臟，胃3二3 411皿，即由此可見，裂縫是根據(jù) 多個(gè)開縫參數(shù)而形成，并且開縫參數(shù)隨信號的傳輸方向逐漸變化。
〔0033〕 實(shí)施例二
〔0034〕 圖3是本發(fā)明在實(shí)施例二中的裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖。如圖3所示， 在裂縫波導(dǎo)天線20的裂縫波導(dǎo)管201中，寬邊內(nèi)尺寸為^。，窄邊內(nèi)尺寸為、。。開縫形狀為 長腰形，開縫參數(shù)中，以每三個(gè)裂縫為一組，其中，縫間距4保持不變，裂縫偏離開縫表面中 心線的距離III保持不變，信號沿著八端(波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換端)至8端(波導(dǎo)負(fù)載端〉方向傳輸， 此時(shí)，121〈122〈123，121〈122〈123，由此可見，開縫參數(shù)中裂縫的尺寸沿所述信號的所述傳輸方向漸變。實(shí)施例三圖4是本發(fā)明在實(shí)施例三中的裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖。如圖4所示， 在裂縫波導(dǎo)天線30的裂縫波導(dǎo)管301中，寬邊內(nèi)尺寸為a3Q，窄邊內(nèi)尺寸為b3Q。開縫形狀為 長腰形，開縫參數(shù)中，以每三個(gè)裂縫為ー組，其中，縫間距d保持不變，縫長L保持不變，縫 寬W保持不變，信號沿著A端(波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換端)至B端(波導(dǎo)負(fù)載端)方向傳輸，此時(shí)，裂 縫偏離開縫表面中心線的距離m31>m32>m33，由此可見，開縫參數(shù)中裂縫的位置沿信號的所述 傳輸方向漸變。實(shí)施例四圖5是本發(fā)明在實(shí)施例四中的裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖。如圖5所示， 在裂縫波導(dǎo)天線40的裂縫波導(dǎo)管401中，寬邊內(nèi)尺寸為a4Q，窄邊內(nèi)尺寸為b4Q。開縫形狀為 長腰形，開縫參數(shù)中，以每三個(gè)裂縫為ー組，其中，裂縫偏離開縫表面中心線的距離m保持 不變，縫長L保持不變，縫寬W保持不變，信號沿著A端(波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換端)至B端(波導(dǎo)負(fù)載 端)方向傳輸，此時(shí)，縫間距d41>d42>d43，由此可見，開縫參數(shù)中裂縫的間距沿所述信號的所 述傳輸方向漸變。實(shí)施例五以上四個(gè)實(shí)施例中，裂縫波導(dǎo)天線中波導(dǎo)管的開縫形狀均為長腰形，但本發(fā)明中 波導(dǎo)管的開縫形狀并不僅限于長腰形，還可以是任何可加工出的形狀，如圓形、方形、菱形、 橢圓形等。圖6是本發(fā)明在本實(shí)施例中的裂縫波導(dǎo)天線的開縫參數(shù)變化示意圖。如圖6所 示，在裂縫波導(dǎo)天線50的裂縫波導(dǎo)管501中，寬邊內(nèi)尺寸為a5Q，窄邊內(nèi)尺寸為b5Q。開縫參數(shù) 中，縫間距d保持不變，前半段裂縫的開縫形狀為長腰形，縫長L，縫寬W，后半段裂縫的開縫 形狀為圓形，直徑小。在本實(shí)施例中，當(dāng)a5(l=47. 549mm,b50=22. 149mm,L=8 Ilmm,W=L 5 2mm, ￠=5飛mm時(shí)，長腰形裂縫的輻射量小于圓形裂縫的輻射量，信號沿著A端(波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換 端)至B端(波導(dǎo)負(fù)載端)方向傳輸。由此可見，開縫參數(shù)中裂縫的形狀沿所述信號的所述 傳輸方向變化。開縫參數(shù)的改變可以是ー個(gè)，也可以是多個(gè)；開縫參數(shù)可以是按區(qū)段變化的，也可 以是連續(xù)漸變的。以上列舉的五個(gè)實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。應(yīng)當(dāng)指出，在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明技術(shù) 原理的前提下，做出各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖7是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線包含防護(hù)層的組成示意圖。如圖7所示，本發(fā)明裂縫 波導(dǎo)天線10還具有至少ー層能透波的防護(hù)層106，防護(hù)層106覆蓋復(fù)數(shù)個(gè)裂縫202。該防 護(hù)層用于避免灰塵等異物從所述裂縫中進(jìn)入裂縫波導(dǎo)管102內(nèi)，若需要對裂縫波導(dǎo)天線的 防護(hù)有更高的要求，可采取更多層能透波的防護(hù)層。實(shí)施例作用與效果圖9是本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線上方的信號輻射強(qiáng)度示意圖。如圖9所示，當(dāng)同樣選 用350m長的鋁制R48標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管進(jìn)行開縫，工作頻率范圍為5700MHz 5900MHz時(shí)，將整個(gè) 裂縫波導(dǎo)天線分為三個(gè)區(qū)段，三個(gè)區(qū)段分別由三種開縫參數(shù)不同裂縫波導(dǎo)管組成。通過裂 縫的尺寸變化，調(diào)節(jié)裂縫波導(dǎo)管上方的信號輻射強(qiáng)度，使得當(dāng)前一區(qū)段的裂縫波導(dǎo)管傳輸 損耗達(dá)到6dB 7dB時(shí)，后續(xù)連接區(qū)段的裂縫波導(dǎo)管輻射強(qiáng)度増加6dB 7dB，以補(bǔ)償前一區(qū)段的傳輸損耗。經(jīng)實(shí)際測試，在該條件下，本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線上方信號強(qiáng)度的最大差異 在8dB以內(nèi)，很好地解決了傳統(tǒng)裂縫波導(dǎo)天線設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)。 顯然，本發(fā)明提供的裂縫波導(dǎo)天線上方的信號覆蓋更加平穩(wěn)均勻，同時(shí)，當(dāng)無線通 信系統(tǒng)工作在更高頻率時(shí)(如無線通信協(xié)議IEEE802. 11a所分配的5. 8GHz頻段)，本發(fā)明提 供的裂縫波導(dǎo)天線能夠安全地覆蓋更大的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裂縫波導(dǎo)天線，具有至少一根用于傳輸特定頻率范圍電磁波信號的裂縫波導(dǎo)管，所述裂縫波導(dǎo)管的表面設(shè)有使得所述信號在裂縫波導(dǎo)管與外部空間之間相互傳輸?shù)膹?fù)數(shù)個(gè)裂縫，其特征在于 所述裂縫是根據(jù)多個(gè)開縫參數(shù)而形成的，所述開縫參數(shù)沿信號的傳輸方向變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多個(gè)開縫參數(shù)包括裂縫的尺寸、形狀、在所述裂縫波導(dǎo)管表面上的位置以及相鄰兩裂縫的間距，所述變化是根據(jù)所述多個(gè)開縫參數(shù)中的至少一種而產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開縫參數(shù)，其特征在于 其中，所述尺寸沿所述信號的所述傳輸方向漸變，或在所述裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得所述信號在所述裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開縫參數(shù)，其特征在于 其中，所述形狀沿所述信號的所述傳輸方向變化，或在所述裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得所述信號在所述裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開縫參數(shù)，其特征在于 其中，所述位置沿所述信號的所述傳輸方向相對于所述裂縫波導(dǎo)管開縫表面的中心線漸變，或在所述裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得所述信號在所述裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開縫參數(shù)，其特征在于 其中，所述間距沿所述信號的所述傳輸方向漸變，或在所述裂縫波導(dǎo)天線的不同區(qū)段變化，使得所述信號在所述裂縫波導(dǎo)天線上方的場強(qiáng)分布平穩(wěn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裂縫波導(dǎo)天線，其特征在于 所述裂縫波導(dǎo)天線還具有至少一層能透波的防護(hù)層，所述防護(hù)層覆蓋所述復(fù)數(shù)個(gè)裂縫。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能實(shí)現(xiàn)電磁波信號均勻覆蓋的裂縫波導(dǎo)天線。該裂縫波導(dǎo)天線具有至少一根用于傳輸特定頻率范圍電磁波信號的裂縫波導(dǎo)管，裂縫波導(dǎo)管的表面設(shè)有使得信號在裂縫波導(dǎo)管與外部空間之間相互傳輸?shù)膹?fù)數(shù)個(gè)裂縫，其特征在于裂縫是根據(jù)多個(gè)開縫參數(shù)而形成的，所述開縫參數(shù)沿信號的傳輸方向變化，通過調(diào)整裂縫的開縫參數(shù)，本發(fā)明裂縫波導(dǎo)天線可以將電磁波信號控制在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)使得電磁波信號在傳輸過程中能夠均勻平穩(wěn)。
文檔編號H01Q13/22GK102664311SQ20121015502
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者倪文俊, 陳俊華 申請人:中電科微波通信(上海)有限公司