專利名稱：智能陣列天線的微帶印刷振子及其天線陣單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種天線輻射單元以及天線陣單元，尤其是一種天線輻射單元為微帶印刷振子并且振子與饋電網(wǎng)絡(luò)一體化的天線陣單元。屬于通信設(shè)備智能天線技術(shù)是第三代移動通訊的核心技術(shù)之一，它不同于常規(guī)的基站天線技術(shù)為了提高電磁波的利用率，該技術(shù)采用了多通道陣列天線，天線的方向性比常規(guī)天線更強、天線波束更窄，做到定向地發(fā)射和接收；而當用戶方位位置改變時，天線的波束指向也應(yīng)隨之變化。智能天線技術(shù)給陣列天線的設(shè)計提出了更高的要求天線的一致性要好，容易實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)重量要輕，可大批量生產(chǎn)，低成本等。而現(xiàn)有的基站天線，主要以滿足常規(guī)基站的需求為目的，其設(shè)計方法一般是采用金屬結(jié)構(gòu)的天線輻射振子，其天線饋電網(wǎng)絡(luò)與輻射振子分開設(shè)計，饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射振子加工、安裝較為復(fù)雜，如果以現(xiàn)有基站天線的設(shè)計方式應(yīng)用到智能天線多通道陣列天線的設(shè)計中，勢必天線的設(shè)計、加工、成本和重量等矛盾更為突出。
移動通訊基站天線從常規(guī)單通道、雙通道雙極化天線(適應(yīng)現(xiàn)行的常規(guī)基站網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù))，向多通道、多波束陣列天線方向發(fā)展(適應(yīng)將來智能天線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃)。作為基站陣列天線技術(shù)本身，它的構(gòu)成主要為饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射振子。從檢索的基站天線資料和基站天線實物及移動通訊基站天線市場分析來看，約80％的基站天線采用的是金屬輻射振子，約20％采用微帶輻射振子；饋電網(wǎng)絡(luò)有空氣帶線饋電網(wǎng)絡(luò)、同軸饋電網(wǎng)絡(luò)、微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)，采用前二者的市場份額較大，這是因為微帶饋電網(wǎng)絡(luò)的成本和損耗方面相對高一些的原因。隨著智能天線技術(shù)研發(fā)的深入開展，使用金屬輻射振子和金屬饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成多通道陣列天線，在設(shè)計、加工和大量生產(chǎn)中的困難會明顯增加；而采用微帶饋電網(wǎng)絡(luò)和微帶印刷振子，其采用印刷電路的加工方式，使設(shè)計、加工和大量生產(chǎn)更加簡便易行，成本和重量相對降低。特別需要指出的是，常用微帶輻射振子(矩形微帶貼片、縫隙微帶振子)的帶寬較小(只有3％-5％)，采用多層結(jié)構(gòu)的微帶輻射振子結(jié)構(gòu)可顯著改善帶寬，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高；而金屬對稱輻射振子的帶寬較大，但其大量加工和與饋電網(wǎng)絡(luò)的裝配聯(lián)調(diào)較費人力。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種智能陣列天線的微帶印刷振子，振子為微帶對稱輻射雙振子(101)，一個振子(1011)與微帶板地板相連，另一個振子(1012)與50歐姆微帶線相連，振子分別在高頻微帶板材(102)的兩層印制而成。
具體地，振子的總長度為設(shè)計頻率自由空間波長的二分之一略短，陣子寬度為振子長度的10％-20％。平衡器(103)由上下兩層組成；上層由50歐姆微帶線和振子(1012)連接，連接處沿直線斜角連接；下層由微帶地板漸變，呈三角形，頂部寬度為50歐姆微帶線寬度，和振子(1011)連接，連接處沿直線斜角連接，底部和反射地板(104)直接相連。平衡器底部寬度為50歐姆微帶線寬度的3-5倍。
反射地板(104)的邊沿與振子中心距離為四分之一自由空間波長。
一種智能陣列天線的天線陣單元，它包括上述的振子和饋電網(wǎng)絡(luò)；饋電網(wǎng)絡(luò)由導(dǎo)體線條連接而成后與振子連接，并且振子和饋電網(wǎng)絡(luò)可在一塊雙面高頻微帶板材(102)上一體化設(shè)置構(gòu)成天線陣。
一種智能陣列天線，它包括上述的天線陣單元，天線陣單元為一個以上等間距排列，構(gòu)成直線陣或圓環(huán)陣智能陣列天線。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本實用新型克服了現(xiàn)有基站天線技術(shù)中饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射振子分體設(shè)計加工且組裝調(diào)費時費力、成本高、一致性差的缺點，該微帶印刷振子具有金屬對稱輻射振子的帶寬(帶寬15％)，同時具有微帶印刷振子可使用印刷電路進行設(shè)計、加工且一致性好的特點，結(jié)構(gòu)簡單，特別適用和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計加工。
本實用新型提供的用于第三代移動通訊WCDMA智能天線陣微帶輻射振子具體為A.微帶對稱輻射振子(101)為雙振子，一個振子(1011)與微帶板地板相連，另一個振子(1012)與50歐姆微帶線相連，兩個振子結(jié)構(gòu)對稱，分別在高頻微帶板材(102)的兩層印制。微帶對稱輻射振子的總長度為設(shè)計頻率自由空間波長的二分之一略短，陣子寬度為振子長度的10％-20％，其目的是實現(xiàn)自由空間和輻射振子的寬帶匹配，高效實現(xiàn)微波射頻信號與自由空間輻射。
B.平衡器(103)是實現(xiàn)微帶對稱輻射振子(101)和50歐姆饋線(104)之間的阻抗匹配，有上下兩層組成上層由50歐姆微帶線和振子(1012)連接，連接處由直線斜角實現(xiàn)；下層由微帶地板漸變，呈三角形，頂部寬度為50歐姆微帶線寬度，和振子(1011)連接，連接處由直線斜角實現(xiàn)，底部寬度為50歐姆微帶線寬度的3-5倍，和反射地板(104)直接相連。
C.反射地板(104)的主要作用是反射和空間匹配，其邊沿與振子中心距離為四分之一自由空間波長。
D.50歐姆饋線(105)，其作用是實現(xiàn)輻射振子的饋電，饋電可以選擇多種微帶方式。


圖1給出了用1.5mm厚介電常數(shù)2.55微帶雙面覆銅高頻板材實現(xiàn)本裝置的具體尺寸，其設(shè)計頻率為第三代移動通信WCDMA標準(1.920-2170MHz)，駐波小于1.4。圖2為采用本實用新型裝置構(gòu)成的天線陣單元。
本實用新型與現(xiàn)有基站天線技術(shù)相比，克服了現(xiàn)有基站天線技術(shù)中饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射振子分體設(shè)計加工且組裝調(diào)費時費力、成本高、一致性差的缺點，該微帶印刷振子具有金屬對稱輻射振子的帶寬(帶寬15％)，同時微帶印刷振子可使用印刷電路進行設(shè)計、加工且一致性好，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，特別適用和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計和印刷電路加工。
采用微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(201)和本實用新型所述裝置微帶印刷振子(202)一體化設(shè)計天線陣單元(21)，可構(gòu)成智能天線的陣元(31)，陣元高低方向圖賦型(上副瓣抑制、下副瓣零點填充)可通過微帶饋電網(wǎng)絡(luò)(201)的不同幅度、相位實現(xiàn)，一個以上等間距(距離為半波長)排列多個陣元(31)可組成智能天線直線陣和圓環(huán)陣，用此高低方向賦型直線陣天線，可更好地抑制相鄰基站的同頻干擾，減少覆蓋區(qū)域的盲點。采用本實用新型所述用方法和裝置，可采用印刷電路加工方式，大大降低了生產(chǎn)調(diào)試智能天線天線陣成本，可迅速大批量生產(chǎn)滿足第三代移動通訊標準(WCDMA和CDMA20000)的智能天線天線陣產(chǎn)品。第三代移動通訊核心技術(shù)——智能天線技術(shù)的試驗和商用生產(chǎn)，可以更好地為用戶提供高質(zhì)量的語音、視頻和高速數(shù)據(jù)服務(wù)。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于振子為微帶對稱輻射雙振子(101)，一個振子(1011)與微帶板地板相連，另一個振子(1012)與50歐姆微帶線相連，振子(1011)和振子(1012)分別在雙面高頻微帶板材(102)的兩層分別印制而成，由微帶板材(102)的介質(zhì)層隔離，沒有直流上的連接關(guān)系，兩個振子缺一不可，共同實現(xiàn)50歐姆微帶線與自由輻射空間的匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于振子的總長度為設(shè)計頻率自由空間波長的二分之一略短，陣子寬度為振子長度的10％-20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于平衡器(103)由上、下兩層組成；上層由50歐姆微帶線和振子(1012)連接；下層由微帶地板漸變，呈三角形，頂部寬度為50歐姆微帶線寬度，和振子(1011)連接，底部和反射地板(104)直接相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于所述的上層或下層的50歐姆微帶線和振子(1012)連接處沿直線斜角連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于平衡器底部寬度為50歐姆微帶線寬度的3-5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能陣列天線的微帶印刷振子，其特征在于反射地板(104)的邊沿與振子中心距離為四分之一自由空間波長。
7.一種智能陣列天線的天線陣單元，它包括如上述1-6權(quán)利要求所述的振子和饋電網(wǎng)絡(luò)，其特征在于饋電網(wǎng)絡(luò)由導(dǎo)體線條連接而成后與振子連接，并且振子和饋電網(wǎng)絡(luò)可在一塊雙面高頻微帶板材(102)上一體化設(shè)置構(gòu)成天線陣。
8.一種智能陣列天線，它包括如上述7權(quán)利要求所述的天線陣單元，其特征在于天線陣單元為一個以上等間距排列，構(gòu)成直線陣或圓環(huán)陣智能陣列天線。
專利摘要一種智能陣列天線的微帶印刷振子，振子為微帶對稱輻射雙振子(101)，一個振子(1011)與微帶板地板相連，另一個振子(1012)與50歐姆微帶線相連，振子分別在高頻微帶板材(102)的兩層印制而成。振子的總長度為設(shè)計頻率自由空間波長的二分之一略短，陣子寬度為振子長度的10％－20％。平衡器(103)由上下兩層組成；上層由50歐姆微帶線和振子(1012)連接，連接處沿直線斜角連接；下層由微帶地板漸變，呈三角形，頂部寬度為50歐姆微帶線寬度，和振子(1011)連接，連接處沿直線斜角連接，底部和反射地板(104)直接相連。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單易于加工和大量生產(chǎn)，最好和饋電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一體化加工。
文檔編號H01Q21/00GK2558102SQ0226517
公開日2003年6月25日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者郭險峰, 段斌, 郭緒斌, 陳天才, 李知新, 趙建平, 劉建利 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所