一種寬帶柵格天線陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶柵格天線陣列，包括反射地板以及豎立設(shè)置在反射地板上的多個(gè)輻射單元，所述反射地板的上層設(shè)有連接各個(gè)輻射單元的多條微帶傳輸線，所述多個(gè)輻射單元在反射地板上圍成柵格天線陣列；所述每個(gè)輻射單元的正反兩面均覆蓋有輻射貼片，且每個(gè)輻射單元的正反兩面下部均腐蝕掉一段輻射貼片露出介質(zhì)部分，該露出的介質(zhì)部分的左、右兩端分別貼有金屬片，所述金屬片分別與輻射貼片和微帶傳輸線連接；所述每個(gè)輻射單元的四周開有多個(gè)過孔，所述多個(gè)過孔貫穿輻射單元正反兩面的輻射貼片。本發(fā)明的天線陣列饋電網(wǎng)絡(luò)簡單，具有頻帶寬、加工容易、成本低等特點(diǎn)，能夠滿足寬帶通信系統(tǒng)的要求。
【專利說明】一種寬帶柵格天線陣列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線陣列，尤其是一種寬帶柵格天線陣列，屬于無線通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]天線是無線設(shè)備中用來發(fā)射和接受電磁波的設(shè)備，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信中傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓蕉?，對天線的要求也越來越高。天線正朝著寬頻帶、智能化、低剖面、低成本的方向發(fā)展。目前使用的天線陣列中大部分都需要加上饋電網(wǎng)絡(luò)來保證天線的性能，但這不僅會增加天線的回波損耗還會增加天線的成本，使天線的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜；而柵格天線是應(yīng)用在毫米波領(lǐng)域的高增益天線，它利用二分之一波長的傳輸線來連接各個(gè)輻射單元，使整個(gè)天線陣列只有一個(gè)輸入端口，饋線和天線連接為一個(gè)整體，但這種天線的帶寬不夠，無法滿足LTE頻段的帶寬要求。
[0003]據(jù)調(diào)查與了解，已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術(shù)如下:
[0004]I) 2010年，Xing Chen等人在 IEEE TRANSACT1NS ON ANTENNAS AND PROPAGAT1N上發(fā)表題為 “A Novel Wideband and Compact Microstrip Grid Array Antenna” 的文章中，作者提出了一種寬帶的結(jié)構(gòu)緊湊的微帶柵格天線，波浪形的傳輸線使結(jié)構(gòu)緊湊，輻射貼片做成橢圓形可以增加天線的輻射帶寬，分?jǐn)?shù)帶寬為25%。
[0005]2)2011 年，YueHui Cui 等人在 IEEE TRANSACT1NS ON ANTENNAS ANDPROPAGAT1N 上發(fā)表題為 “Novel Dual-Broadband Planar Antenna and Its Arrayfor2G/3G/LTE Base Stat1ns”的文章中提出了一種應(yīng)用于基站的天線陣列，該天線有低頻和高頻兩個(gè)輻射頻帶，能夠滿足2G/3G/LTE的頻段要求，但這種天線陣列需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，增加了天線的加工成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種寬帶柵格天線陣列，該天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)簡單，具有頻帶寬、加工容易、成本低等特點(diǎn)，能夠滿足寬帶通信系統(tǒng)的要求。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0008]一種寬帶柵格天線陣列，包括反射地板以及豎立設(shè)置在反射地板上的多個(gè)輻射單元，所述反射地板的上層設(shè)有連接各個(gè)輻射單元的多條微帶傳輸線，所述多個(gè)輻射單元在反射地板上圍成柵格天線陣列；所述每個(gè)輻射單元的正反兩面均覆蓋有輻射貼片，且每個(gè)輻射單元的正反兩面下部均腐蝕掉一段輻射貼片露出介質(zhì)部分，該露出的介質(zhì)部分的左、右兩端分別貼有金屬片，所述金屬片分別與輻射貼片和微帶傳輸線連接；所述每個(gè)輻射單元的四周開有多個(gè)過孔，所述多個(gè)過孔貫穿輻射單元正反兩面的輻射貼片。
[0009]作為一種實(shí)施方案，所述天線陣列還包括同軸線，所述反射地板的下層為金屬地板，所述同軸線的外導(dǎo)體與金屬地板連接，內(nèi)導(dǎo)體穿過反射地板的介質(zhì)后與其中一個(gè)輻射單元的金屬片連接。
[0010]作為一種實(shí)施方案，所述多個(gè)輻射單元包括縱向排列的輻射單元和橫向排列的輻射單元。
[0011 ] 作為一種實(shí)施方案,所述縱向排列的福射單兀有一列或多列，所述橫向排列的福射單元有一行或多行，且縱向排列的輻射單元的列數(shù)與橫向排列的輻射單元的行數(shù)相同。
[0012]作為一種實(shí)施方案，所述每條微帶傳輸線的長度為柵格天線陣列中心頻率所對應(yīng)波長的二分之一。
[0013]作為一種實(shí)施方案，所述每個(gè)輻射單元的多個(gè)過孔均勻分布在輻射單元的四周。
[0014]作為一種實(shí)施方案，所述反射地板和多個(gè)輻射單元的形狀均為矩形。
[0015]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0016]1、本發(fā)明的天線陣列在一塊反射地板上豎立設(shè)置多個(gè)輻射單元，使多個(gè)輻射單元圍成柵格天線陣列，這樣避免電磁場能量儲存在輻射單元和反射地板之間，增加了天線的輻射帶寬，解決了傳統(tǒng)柵格天線帶寬不夠的問題。
[0017]2、本發(fā)明的天線陣列由同軸線將能量饋入一個(gè)輻射單元，再通過微帶傳輸線饋入其它的輻射單元，整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)簡單，克服了傳統(tǒng)天線饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的問題，可以節(jié)省天線的制作成本。
[0018]3、本發(fā)明的天線陣列與常用的天線陣列相比具有更加簡單的饋電網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)天線陣列都設(shè)置在一塊反射地板上，加工容易，成本低，可以應(yīng)用于1.71GHz?2.69GHz的LTE頻段，能夠滿足寬帶通信系統(tǒng)的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列的立體圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列的主視圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列的左視圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列的俯視圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列的S參數(shù)仿真結(jié)果圖。
[0024]圖6a為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列在2GHz的Η面輻射方向圖。
[0025]圖6b為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列在2.2GHz的Η面輻射方向圖。
[0026]圖6c為本發(fā)明實(shí)施例1的寬帶柵格天線陣列在2.4GHz的Η面輻射方向圖
[0027]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的寬帶柵格天線陣列的立體圖。
[0028]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3的寬帶柵格天線陣列的立體圖。
[0029]其中，1-反射地板，2-同軸線，3-輻射單元，4-微帶傳輸線，5-輻射貼片，6_介質(zhì)部分，7-金屬片，8-過孔。

【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖1?圖4所示，本實(shí)施例的寬帶柵格天線陣列包括反射地板1、同軸線2以及豎立設(shè)置在反射地板1上的四個(gè)輻射單元3，反射地板1和四個(gè)輻射單元3均采用PCB板(介質(zhì)介電常數(shù)為2.55)，形狀均為矩形；所述反射地板1的上層設(shè)有連接各個(gè)輻射單元3的四條微帶傳輸線4，下層為金屬地板；所述四個(gè)輻射單元3中有兩個(gè)輻射單元3縱向排列，兩個(gè)輻射單元3橫向排列(也就是說縱向排列的輻射單元3有一列，橫向排列的輻射單元3有一行)，共同在反射地板1上圍成柵格天線陣列；所述每條微帶傳輸線4的長度為柵格天線陣列中心頻率所對應(yīng)波長的二分之一。
[0032]所述每個(gè)輻射單元3的正反兩面均覆蓋有輻射貼片5，且每個(gè)輻射單元3的正反兩面下部均腐蝕掉一段輻射貼片5露出介質(zhì)部分6，這個(gè)設(shè)計(jì)主要用來調(diào)節(jié)天線與反射地板之間的距離；該露出的介質(zhì)部分6的左、右兩端分別貼有金屬片7 (正反兩面，共有四塊，以下稱左端的金屬片7為左金屬片7，右端的金屬片7為右金屬片7)，柵格天線陣列左邊的輻射單元3的右金屬片7分別與輻射貼片5和微帶傳輸線4連接；柵格天線陣列右邊的輻射單元3的左金屬片7分別與輻射貼片5和微帶傳輸線4連接，柵格天線陣列前面和后面的輻射單元3的左金屬片7和右金屬片7都分別與輻射貼片5和微帶傳輸線4連接；所述每個(gè)輻射單元3的四周開有多個(gè)均勻分布的過孔8，所述多個(gè)過孔8貫穿輻射單元3正反兩面的輻射貼片5，使正反兩面的輻射貼片5連接在一起；所述同軸線2的外導(dǎo)體與金屬地板連接，內(nèi)導(dǎo)體穿過反射地板1的介質(zhì)后與柵格天線陣列左邊的輻射單元3的右金屬片7連接。
[0033]本實(shí)施例的寬帶柵格天線陣列的工作原理是:同軸線2先將能量饋入到柵格天線陣列左邊的輻射單元3中，然后通過微帶傳輸線4饋入到其它的輻射單元3中，由于微帶傳輸線4長度為柵格天線陣列中心頻率所對應(yīng)波長的二分之一，所以在中心頻率附近每個(gè)福射單元3的電流方向都是一樣的，與傳統(tǒng)的柵格天線不同的是，本實(shí)施例將輻射單元3豎立起來，這樣避免電磁場能量儲存在輻射單元3和反射地板1之間，增加了天線的輻射帶寬；電流在輻射單元3上可以有很多路徑，不同的電流路徑可以在不同的頻率點(diǎn)產(chǎn)生輻射。
[0034]通過計(jì)算和電磁場仿真，對本實(shí)施例的寬帶柵格天線陣列進(jìn)行了驗(yàn)證仿真，如圖5所示，給出了該天線在1.4?2.7Ghz頻率范圍內(nèi)的S參數(shù)仿真結(jié)果的曲線，Sl，1曲線是指輸入回波損耗(反射系數(shù))，可以看到，在1.71GHz?2.41GHz的LTE頻段內(nèi)，Sl，l曲線的值小于-10dB，能夠滿足寬帶高速無線通訊系統(tǒng)的要求。本實(shí)施例的寬帶柵格天線陣列的Η面輻射方向圖如圖6a?6c所示(其中圖6a為在2GHz時(shí)的Η面輻射方向圖，圖6b為在2.2GHz時(shí)的Η面輻射方向圖，圖6c為在2.4GHz時(shí)的Η面輻射方向圖)，可以看到，Η面輻射方向圖在較寬的頻段內(nèi)保持穩(wěn)定，最大輻射點(diǎn)均朝Ζ軸(垂直于反射地板1的軸向)正方向。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]如圖7所示，在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)行橫向擴(kuò)展，在反射地板1上形成十個(gè)輻射單元3的柵格天線陣列，可看到縱向排列的輻射單元3有三列，橫向排列的輻射單元3
有三行。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]如圖8所示，在實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，同時(shí)進(jìn)行橫向和縱向擴(kuò)展，在反射地板1上形成十六個(gè)輻射單元3的柵格天線陣列，可看到縱向排列的輻射單元3有五列，橫向排列的輻射單元3有五行。
[0039]上述實(shí)施例中，所述反射板和每個(gè)輻射單元采用的PCB板可以由FR4、聚酰亞胺、聚四氟乙烯玻璃布和共燒陶瓷任意一種介質(zhì)材料構(gòu)成；所述金屬地板、輻射貼片和金屬片采用的金屬為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉬的任意一種，或?yàn)殇X、鐵、錫、銅、銀、金和鉬任意一種的合金。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:包括反射地板以及豎立設(shè)置在反射地板上的多個(gè)輻射單元，所述反射地板的上層設(shè)有連接各個(gè)輻射單元的多條微帶傳輸線，所述多個(gè)輻射單元在反射地板上圍成柵格天線陣列；所述每個(gè)輻射單元的正反兩面均覆蓋有輻射貼片，且每個(gè)輻射單元的正反兩面下部均腐蝕掉一段輻射貼片露出介質(zhì)部分，該露出的介質(zhì)部分的左、右兩端分別貼有金屬片，所述金屬片分別與輻射貼片和微帶傳輸線連接；所述每個(gè)輻射單元的四周開有多個(gè)過孔，所述多個(gè)過孔貫穿輻射單元正反兩面的輻射貼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述天線陣列還包括同軸線，所述反射地板的下層為金屬地板，所述同軸線的外導(dǎo)體與金屬地板連接，內(nèi)導(dǎo)體穿過反射地板的介質(zhì)后與其中一個(gè)輻射單元的金屬片連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述多個(gè)輻射單元包括縱向排列的輻射單元和橫向排列的輻射單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述縱向排列的輻射單元有一列或多列，所述橫向排列的輻射單元有一行或多行，且縱向排列的輻射單元的列數(shù)與橫向排列的輻射單元的行數(shù)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述每條微帶傳輸線的長度為柵格天線陣列中心頻率所對應(yīng)波長的二分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述每個(gè)輻射單元的多個(gè)過孔均勻分布在輻射單元的四周。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種寬帶柵格天線陣列，其特征在于:所述反射地板和多個(gè)輻射單元的形狀均為矩形。
【文檔編號】H01Q21/00GK104319491SQ201410564313
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】王世偉, 孫光華, 黃啟凱, 褚慶昕 申請人:華南理工大學(xué)