專利名稱：寬帶印制陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于寬帶通信系統(tǒng)的收發(fā)天線，屬于微波通信收發(fā)天線制造的技術(shù)領(lǐng)域。
印制天線由于重量輕、體積小、低剖面、易于共形和集成等優(yōu)點而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。頻帶窄是普通印制天線的主要缺點。例如，普通微帶貼片天線，帶寬僅有1～5％。盡管目前已有多種途徑來展寬這類天線的頻帶，如降低微帶天線等效諧振電路的Q值，即增大基片厚度，降低基片相對介電常數(shù)等。但是，基片厚度增大會引起表面波的明顯激勵；降低介電常數(shù)的潛力也很有限，最小值1，即空氣介質(zhì)。又如，用鐵氧體材料作基片，可使頻帶明顯展寬，但由于損耗大，使得天線效率很低。此外，附加寄生貼片、采用電磁耦合饋電方式，采取多層微帶形式，利用行波陣或?qū)?shù)周期陣等結(jié)構(gòu)也可以展寬頻帶。但是這些微帶天線頻帶的展寬往往以體積和復(fù)雜性的增加以及效率的降低為代價。例如，附加寄生貼片，頻帶展寬有限；多層微帶天線采用多層基片制作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝繁瑣；行波陣或?qū)?shù)周期陣結(jié)構(gòu)面積明顯增大數(shù)倍。又如，U型槽印制天線，雖然頻帶性能好，但交叉極化嚴(yán)重，輻射特性受損。因此，能同時做到寬帶性能和簡單結(jié)構(gòu)的印制天線還很罕見。
本實用新型的發(fā)明目的是提供一種用于寬帶天線通信系統(tǒng)天線的小型化，集成化寬帶印制陣列天線。
本實用新型的寬帶印制陣列天線，4個雙偶極子單元天線排列在一條直線上所構(gòu)成，在雙偶極子單元天線下端的基片邊沿上，設(shè)置一片垂直于基片的金屬反射面，4個雙偶極子單元天線由饋線相連通。每個雙偶極子單元天線由一對鏡向?qū)ΨQ于基片的偶極子型振子所組成，偶極子振子的兩個臂分別與對稱于基片另一面的臂由金屬化孔連通。饋線也鏡向?qū)ΨQ于基片位于基片的正反兩面。
本實用新型的優(yōu)點在于1．寬頻帶特性BW＞15％(VSWR＜1．5)，BW＞25％(VSWR＜2．0)這種新型結(jié)構(gòu)的天線陣列由寬帶新型雙偶極子天線單元組成，因此帶寬比普通的印制天線帶寬寬得多。普通的印制天線頻帶很窄，例如，普通微帶矩形貼片天線帶寬BW僅有1～5％，帶線縫隙天線僅有1～2％。在相同的介質(zhì)基片上，雙偶極子型天線的帶寬是普通印制偶極子天線的帶寬的10倍，普通印制偶極子約為2．4％，雙偶極子型天線可達(dá)24％以上。
有些普通的印制天線對介質(zhì)基片的介電常數(shù)和厚度有一定的要求。普通印制偶極子一般要求介質(zhì)厚度在工作波長的十分之一以上，例如，頻率在3GHz時，要達(dá)到合適的帶寬，介質(zhì)基片厚度須為10mm以上，而這種雙偶極子型天線在0．8mm的基片上，帶寬就可達(dá)到25％以上。在0．8mm的基片上，帶寬僅有2％，而且此時效率已很低。
2．結(jié)構(gòu)簡單，性能一致性好，易批量一次印制成型，無須外加寄生電路和多層貼片，且饋電網(wǎng)絡(luò)平面集成化，簡單實用。
該新型偶極子天線陣列結(jié)構(gòu)很簡單，且陣列饋電網(wǎng)絡(luò)為平面集成化電路，性能一致性好。普通印制天線的頻帶的展寬往往以體積和復(fù)雜性的增加以及效率的降低為代價。例如，附加寄生貼片、采用電磁耦合饋電方式，采取多層微帶形式，利用地波陣或?qū)?shù)周期陣等結(jié)構(gòu)都可以展寬頻帶。但是附加寄生貼片，頻帶展寬有限；多層微帶天線采用多層基片制作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝繁瑣；行波陣或?qū)?shù)周期陣結(jié)構(gòu)面積明顯增大數(shù)倍。而本實用新型均克服了以上的缺陷，不僅頻帶寬，而且制作簡單。


圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中包括雙偶極子單元天線1、偶極子型振子11、基片2、饋線3、金屬反射面4、金屬化孔5。
圖2是圖1中A-A處剖視圖。其中包括偶極子振子11、金屬化孔5、基片2。
本實用新型的實施方案如下采用雙面印制線路板的制作工藝，在基片2的正反兩側(cè)制作天線的偶極子型振子11和饋線3，在每個雙偶極子單元天線的偶極子型振子11的內(nèi)側(cè)設(shè)有金屬化孔5。將基片正反兩側(cè)鏡向?qū)ΨQ的振子連通，基片正反兩側(cè)的雙偶極子單元天線與饋線均鏡向?qū)ΨQ，然后在基片的下方邊沿上，設(shè)有一條金屬反射面4，在該金屬反射面的中部設(shè)有一通孔，以便天線的饋線引出，這樣即可制成本實用新型的寬帶印制陣列天線。
以下以寬帶印制陣列天線在W-CDMA基站智能天線中的應(yīng)用為例具體說明。其具體的步驟與以上所述的步驟相同。
在W-CDMA頻段(1920-1980MHz，2110-2170MHz)，采用新型寬帶印刷天線作為陣列基本結(jié)構(gòu)單元，利用金屬圓柱作為反射面，構(gòu)成圓形陣列，形成適用于移動通信電磁環(huán)境的智能天線陣列。在微波暗室進(jìn)行駐波系數(shù)測試結(jié)果顯示由該新型寬帶印制陣列天線作為單元構(gòu)成的智能陣列天線可以很好地覆蓋W-CDMA通信收發(fā)寬頻段，從而滿足現(xiàn)代寬帶數(shù)據(jù)傳輸要求。
在W-CDMA頻段，此新型寬帶印制陣列天線尺寸每兩個單元天線的中心距=73mm天線振子到金屬反射面的距離=37mm單個天線振子的長度=22mm金屬化孔的孔徑=0．8mm單個天線振子的寬度=4mm測試結(jié)果在微波暗室中測得工作在2Ghz附近的該新型W-CDMA陣列天線實測帶寬為BW=2230-1695=535MHz=27．3％(VSWR＜2．0)BW=2095-1750=345MHz=17．9％(VSWR＜1．5)在微波暗室中，對工作頻率f=2GHz的寬帶印制陣列天線E面方向圖進(jìn)行測量，該天線增益為12．5dB，E面半功率寬度為23度。
權(quán)利要求1．一種寬帶印制陣列天線，由基片和導(dǎo)電層所組成，其特征在于該陣列天線由4個雙偶極子單元天線(1)排列在一條直線上所構(gòu)成，在雙偶極子單元天線(1)下端的基片(2)邊沿上，設(shè)置一片垂直于基片(2)的金屬反射面(4)，4個雙偶極子單元天線(1)由饋線(3)相連通。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶印制陣列天線，其特征在于每個雙偶極子單元天線(1)由一對鏡向?qū)ΨQ于基片(2)的偶極子型振子(11)所組成，偶極子振子(11)的兩個臂分別與對稱于基片(2)另一面的臂由金屬化孔(5)連通。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶印制陣列天線，其特征在于饋線(3)也鏡向?qū)ΨQ于基片(2)位于基片的正反兩面。
專利摘要寬帶印制陣列天線是一種用于寬帶通信系統(tǒng)的收發(fā)天線,該陣列天線由4個雙偶極子單元天線排列在一條直線上所構(gòu)成,在雙偶極子單元天線下端的基片邊沿上,設(shè)置一條垂直于基片的金屬反射面,4個雙偶極子單元天線由饋線相連通。每個雙偶極子單元天線由一對鏡向?qū)ΨQ于基片的偶極子型振子所組成,偶極子振子的兩個臂分別與對稱于基片另一面的臂由金屬化孔連通。饋線也鏡向?qū)ΨQ于基片位于基片的正反兩面。
文檔編號H01Q21/00GK2427894SQ00220229
公開日2001年4月25日 申請日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者洪偉, 蔣芹, 朱曉維, 周健義, 馮立民, 劉進(jìn) 申請人:東南大學(xué)