專利名稱：寬帶定向微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶定向微帶貼片天線。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，并獲得了廣泛應(yīng)用。天線是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求低成本、易制作、易于與其他微波射頻平面電路集成的天線。目前低頻通信已經(jīng)趨向飽和，于是，高頻段、定向輻射、易制作、易集成的天線成為新的研究熱點(diǎn)之一。微帶貼片可以實(shí)現(xiàn)垂直極化或者水平極化的定向輻射，單個微帶貼片輻射增益有限，可以采用串饋陣列或者并饋陣列提高輻射增益。但是微帶貼片天線具有極窄的頻帶，串饋技術(shù)不利于調(diào)整陣元的相位從而難以實(shí)現(xiàn)天線的波束下傾。 H形縫隙饋電結(jié)構(gòu)能有效的展寬帶寬，其饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片由開縫金屬接地面隔開，饋線寄生輻射弱，交叉極化水平低。并聯(lián)縫隙饋電則可以靈活調(diào)整陣元的相位，實(shí)現(xiàn)天線的波束下傾?，F(xiàn)有的微帶貼片天線陣列多采用多層結(jié)構(gòu)，饋電網(wǎng)絡(luò)與開縫接地面之間用介質(zhì)板填充，而縫隙與輻射貼片間常用泡沫或者空氣作為填充以展寬帶寬，這種結(jié)構(gòu)增加了加工的復(fù)雜性，不利于天線的安裝固定。在應(yīng)用于基站天線等場合中，天線多安置在高處，為了加強(qiáng)覆蓋區(qū)域信號強(qiáng)度，現(xiàn)在多采用機(jī)械下傾的方式，這種方式增加了安裝的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種寬帶定向微帶貼片天線，加工簡單且易于安裝。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種寬帶定向微帶貼片天線，由下到上依次設(shè)有微帶饋線網(wǎng)絡(luò)、第一介質(zhì)層、金屬接地面、第二介質(zhì)層和輻射貼片陣列。進(jìn)一步地，所述金屬接地面上開有若干H形的縫隙。進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)層的背面還連接金屬反射板。更進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)層的背面與金屬反射板通過定距螺母相連。進(jìn)一步地，所述微帶饋線網(wǎng)絡(luò)包括開路微帶饋線，該開路微帶饋線通過第一阻抗變換器與第一饋線相連，第一饋線通過第二阻抗變換器連接第二饋線，第二饋線還連接第三饋線，該第三饋線延伸至所述第一介質(zhì)層的一端；開路微帶饋線通過開縫對福射貼片陣列耦合饋電。進(jìn)一步地，還包括設(shè)在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層一端的第一焊盤和第二焊盤，該第一焊盤、第二焊盤和金屬接地面的對應(yīng)位置設(shè)有若干金屬化通孔，第一焊盤和第二焊盤通過金屬化通孔與金屬接地面相連。
進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)波束下傾，所述第一饋線與第二阻抗變換器的連接點(diǎn)偏離第一饋線的中點(diǎn)，第二饋線與第三饋線的連接點(diǎn)偏離第二饋線的中點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料均相同。所述材料優(yōu)選泰康尼克。更優(yōu)選地，所述泰康尼克的介電常數(shù)為2. 55。有益效果本發(fā)明基于印刷PCB工藝，采用具有垂直極化和水平極化定向輻射特性的微帶貼片輻射陣列，通過H形縫隙并聯(lián)饋電，設(shè)計(jì)出帶15°傾角的垂直極化和水平極化寬帶定向微帶貼片天線?？p隙并饋微帶貼片陣列呈單板平面結(jié)構(gòu)，所用介質(zhì)層均為介電常數(shù)為2. 55的Taconic (泰康尼克)，易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝加工，加工精度高、成本低、安裝方便，易于批
量生產(chǎn)。 輻射貼片陣列與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)處于不同層，可以減小布板面積，易于靈活組陣；福射貼片陣列與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)之間的開縫的接地面的存在大大增加了輻射貼片陣列與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)之間的隔離度；H形縫隙饋電的方式有效的展寬了工作帶寬，改善了交叉極化性能；輻射貼片陣列與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)可以分開設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)步驟簡單。垂直極化定向微帶貼片天線和水平極化定向微帶貼片天線的分別實(shí)現(xiàn)有效保證了極化分集，在基站天線應(yīng)用中，該天線因具有15°波束下傾，可避免安裝機(jī)械下傾裝置而采用直接懸掛或張貼固定，使得安裝簡單方便。在高頻段，例如在C頻段，垂直極化和水平極化的寬帶定向微帶貼片天線具有良好的應(yīng)用前景。


圖I為垂直極化寬帶微帶貼片天線整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為垂直極化寬帶微帶貼片天線各層平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為水平極化寬帶微帶貼片天線整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為水平極化寬帶微帶貼片天線各層平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實(shí)施例中工作在6-6. 5GHz的垂直極化寬帶微帶貼片天線的輸入端口反射系數(shù)測試結(jié)果圖；圖6為實(shí)施例中工作在6-6. 5GHz的垂直極化寬帶微帶貼片天線的E面及H面輻射方向圖測試結(jié)果圖；圖7為實(shí)施例中工作在6-6. 5GHz的水平極化寬帶微帶貼片天線的輸入端口反射系數(shù)測試結(jié)果圖；圖8為實(shí)施例中工作在6-6. 5GHz的水平極化寬帶微帶貼片天線的E面及H面輻射方向圖測試結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明中的微帶貼片天線，分別具有垂直極化和水平極化定向輻射特性。
如圖I所示，垂直極化微帶貼片天線的輻射部分包括第一介質(zhì)層100和設(shè)在第一介質(zhì)層100上表面的輻射貼片陣列I、位于第一介質(zhì)層100下方的開有H形縫隙9的金屬接地面2、位于金屬接地面2下方的第二介質(zhì)板300，該第二介質(zhì)板300的背表面設(shè)有微帶饋線網(wǎng)絡(luò)3。如圖2所示，開路微帶饋線10通過H形縫隙9對輻射貼片陣列I耦合饋電，此饋電方式可以有效的展寬工作帶寬并改善交叉極化性能。開路微帶饋線10交匯處通過四分之一阻抗變換線11與100歐姆饋線12相連接，饋線12交匯處通過四分之一阻抗變換線13與100歐姆饋線14相連接，連接點(diǎn)偏離饋線12的中點(diǎn)以引入貼片單元間的均勻相位差，饋線14交匯處與50歐姆微帶線15相連接，連接點(diǎn)偏離饋線14的中點(diǎn)以引入貼片單元間的均勻相位差，上述兩處引入的相位差使得貼片單元的相位呈等差分布，從而實(shí)現(xiàn)了 15°的波束下傾角。饋線15延伸至介質(zhì)層一端，焊盤16通過接地金屬化通孔17與金屬接地面2相連接，外接50歐姆SMA接頭(未圖示)與饋線15和焊盤16可以構(gòu)成匹配連接。天線的輻射部分與金屬反射板4通過定距螺母相連接以減小天線的背向輻射。
如圖3所示，水平極化微帶貼片天線的輻射部分包括第三介質(zhì)層500和設(shè)在第三介質(zhì)層500上表面的輻射貼片陣列5、位于第三介質(zhì)層500下方的開有H形縫隙18的金屬接地面6、位于金屬接地面6下方的第四介質(zhì)板700，該第四介質(zhì)板300的背表面設(shè)有微帶饋線網(wǎng)絡(luò)7。如圖4所示，開路微帶饋線19通過H形縫隙18對貼片單元耦合饋電，此饋電方式可以有效的展寬工作帶寬并改善交叉極化性能。饋線19交匯處通過四分之一阻抗變換線20與100歐姆饋線21相連接，饋線21交匯處通過四分之一阻抗變換線22與100歐姆饋線23相連接，連接點(diǎn)偏離饋線23的中點(diǎn)以引入貼片單元間的均勻相位差，饋線23交匯處與50歐姆微帶線24相連接，連接點(diǎn)偏離饋線23的中點(diǎn)以引入貼片單元間的均勻相位差，上述兩處引入的相位差使得貼片單元間的相位呈等差分布，從而實(shí)現(xiàn)了 15°的波束下傾角。饋線24延伸至介質(zhì)層一端，焊盤25通過接地金屬化通孔26與金屬接地板6相連接，外接50歐姆SMA接頭(未圖示)與饋線24和焊盤25可以構(gòu)成匹配連接。天線的輻射部分與金屬反射板8通過定距螺母相連接以減小天線的背向輻射。實(shí)施例I :帶15°傾角的垂直極化寬帶微帶貼片天線天線結(jié)構(gòu)如圖I所示，各層結(jié)構(gòu)如圖2所示。帶金屬反射板4的天線總尺寸為105mmX59mmX 15. 5mm(LXWXH)。輻射貼片陣列I與金屬接地面2之間的介質(zhì)層厚度為2mm,金屬接地面2與微帶饋線網(wǎng)絡(luò)3之間的介質(zhì)層厚度為1_，作為介質(zhì)層的介質(zhì)基片的介電常數(shù)均為2.55的Taconic (泰康尼克)。貼片單兀橫向間距為25mm,縱向間距為24mm。金屬接地面2上開有5. 5mmX 5mm的H形縫隙9，縫寬為1mm。開路微帶線10縱向尺寸為9. 5mm，橫向尺寸等同于貼片單元橫向間距為25mm，線寬為1mm。四分之一阻抗變換線11、四分之一阻抗變換線13的尺寸分別為7. 5mmX I. 8mm和8. 2mmX I. 5mm。100歐姆微帶線12尺寸為8mmX0. 73mm,四分之一阻抗變換線13與100歐姆微帶線12的連接點(diǎn)偏離100歐姆微帶線12中點(diǎn)的長度為2_，50歐姆微帶線15與饋線14的連接點(diǎn)偏離饋線14中點(diǎn)的長度為4mm。焊盤16尺寸為8mmX 6mm,焊盤邊緣距離50歐姆微帶線15的距離為2mm,金屬化通孔17的直徑為0. 8_。實(shí)測天線工作于6-6. 5GHz，輸入端反射系數(shù)和方向圖測試結(jié)果分別示于圖5、圖6，其中，天線增益在工作頻段內(nèi)增益均大于12dB。實(shí)施例2 :帶15°傾角的水平極化寬帶微帶貼片天線天線結(jié)構(gòu)如圖3所示，各層結(jié)構(gòu)如圖4所示。帶金屬反射板8的天線總尺寸為lllmmX51mmX 15. 5mm(LXWXH)。福射貼片陣列5與金屬接地面6之間的介質(zhì)層厚度為2mm，金屬接地面6與微帶饋線網(wǎng)絡(luò)7之間的介質(zhì)層厚度為1mm，作為介質(zhì)層的介質(zhì)基片均為介電常數(shù)為2. 55的Taconic(泰康尼克)。貼片單兀橫向間距為22mm,縱向間距為25mm。金屬接地面6上開有5. 5mmX 4. 5mm的H形縫隙18，縫寬為1mm。開路微帶線19橫向尺寸為9mm，縱向尺寸等同于貼片單元縱向間距為25mm，線寬為1mm。四分之一阻抗變換線20、四分之一阻抗變換線22的尺寸分別為7mmX I. 6mm和7. 4mmX 2. 1mm。100歐姆微帶線21尺寸為7mmX0. 8mm,四分之一阻抗變換線20與100歐姆微帶線19的連接點(diǎn)偏離100歐姆微帶線19中點(diǎn)的長度為2mm，50歐姆微帶線24與饋線23的連接點(diǎn)偏離饋線23中點(diǎn)的長度為4mm。焊盤25尺寸為5mmX 4mm，焊盤邊緣距離50歐姆微帶線24的距離為2mm，金屬化通孔26的直徑為0. 8mm。實(shí)測天線工作于6_6. 5GHz，輸入端反射系數(shù)和方向圖測試結(jié)果分 別示于圖7、圖8，其中，天線增益在工作頻段內(nèi)增益均大于12dB。
權(quán)利要求
1.ー種寬帶定向微帶貼片天線，其特征在干由下到上依次設(shè)有微帶饋線網(wǎng)絡(luò)、第一介質(zhì)層、金屬接地面、第二介質(zhì)層和輻射貼片陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述金屬接地面上開有若干H形的縫隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述第一介質(zhì)層的背面還連接金屬反射板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述第一介質(zhì)層的背面與金屬反射板通過定距螺母相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述微帶饋線網(wǎng)絡(luò)包括開路微帶饋線，該開路微帶饋線通過第一阻抗變換器與第一饋線相連，第一饋線通過第二阻抗變換器連接第二饋線，第二饋線還連接第三饋線，該第三饋線延伸至所述第一介質(zhì)層的一端；開路微帶饋線通過開縫對輻射貼片陣列耦合饋電。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于還包括設(shè)在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層一端的第一焊盤和第二焊盤，該第一焊盤、第二焊盤和金屬接地面的對應(yīng)位置設(shè)有若干金屬化通孔，第一焊盤和第二焊盤通過金屬化通孔與金屬接地面相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述第一饋線與第二阻抗變換器的連接點(diǎn)偏離第一饋線的中點(diǎn)，第二饋線與第三饋線的連接點(diǎn)偏離第二饋線的中點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料均相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述材料為泰康尼克。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述寬帶定向微帶貼片天線，其特征在于所述泰康尼克的介電常數(shù)為2. 55。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬帶定向微帶貼片天線，從下到上依次設(shè)有第一介質(zhì)層和設(shè)在第一介質(zhì)層上的微帶饋線網(wǎng)絡(luò)、第二介質(zhì)層和設(shè)在第二介質(zhì)層上的開縫的接地面、第三介質(zhì)層和設(shè)在第三介質(zhì)層上的輻射貼片陣列。本發(fā)明寬帶定向微帶貼片天線，加工簡單且易于安裝。
文檔編號H01Q1/38GK102738572SQ201210184740
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者周健義, 楊汶汶 申請人:東南大學(xué)