專利名稱：移動(dòng)通信基站天線使用的寬帶天饋單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線技術(shù)，具體說是一種用于移動(dòng)通信基站天線使用的寬頻低成本基本天饋單元。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備的重要組成部分—基站天線的性能和帶寬提出了更高的要求，特別是隨著3G的到來，市場(chǎng)不僅需要3G頻段的天線，而且仍然需要2G、2.5G頻段的天線。在我國(guó)和周邊許多國(guó)家，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，都有可能是3G、2G、2.5G頻段共存。為了降低成本，3G、2G和2.5G基站天線必須共站架設(shè)，這就給天線的寬頻帶提出了更高的要求，使其既適用于CDMA，又適用于GSM，可覆蓋包括806-960MHz和1710-2180MHz，即806-896、820-896、870-960MHz和1710-1880、1850-1990、1920-2180MHz兩個(gè)頻段的CDMA/GSM及3G。為了更好地為用戶服務(wù)，運(yùn)營(yíng)商不僅要給用戶提供價(jià)廉物美的通信設(shè)備，而且要提供優(yōu)質(zhì)寬帶業(yè)務(wù)服務(wù)。為此，企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，就必須要考慮既要提供性能優(yōu)良的寬頻基站天線，又要降低天線的生產(chǎn)成本問題。
現(xiàn)有基站天線的基本天饋單元多用由同軸線直接給由紫銅制成的U型振子饋電，如圖1所示。該U型振子1由兩個(gè)對(duì)稱輻射臂2、3和支撐結(jié)構(gòu)4組成，用同軸線5饋電，且同軸線5的外導(dǎo)體6與對(duì)稱振子的右輻射臂3在焊接點(diǎn)9處焊接，并與支撐結(jié)構(gòu)4在焊接點(diǎn)8處焊接，同軸線5的內(nèi)導(dǎo)體7穿過對(duì)稱振子右輻射臂3上的小孔30與連接片10焊接，連接片10與對(duì)稱振子的左輻射臂2在焊接點(diǎn)11處相連。整個(gè)U型振子1用鉚釘12固定在鋁制接地板13上。這種結(jié)構(gòu)的天饋單元存在有明顯的不足一是由于該支撐結(jié)構(gòu)4不能全部抑制電纜外皮電流，且對(duì)稱振子的左右臂對(duì)地不對(duì)稱，因而導(dǎo)致對(duì)稱振子左右臂的電流不平衡，從而限制了對(duì)稱振子的阻抗和方向圖帶寬；二是由于U型對(duì)稱振子及同軸饋線均用銅材制造，不僅成本高，而且加工工藝復(fù)雜，焊點(diǎn)多；三是由于采用銅材制作的U型對(duì)稱振子與鋁制接地板相連接，這兩種不同金屬相互接觸，易產(chǎn)生無源三階互調(diào)；四是由于缺少有效調(diào)整天線阻抗匹配的措施，難以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配。雖然有的基站天線使用了串饋補(bǔ)償微帶耦合饋電的對(duì)稱振子，以避免對(duì)稱振子與饋線的焊接連接，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性仍然存在，因而仍然不能很好的解決對(duì)稱振子的阻抗和方向圖帶寬問題。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、電氣性能好、饋電阻抗可調(diào)的移動(dòng)通信基站天線使用的寬帶天饋單元，克服現(xiàn)有基站天線所用對(duì)稱振子及用同軸線饋電帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、不易實(shí)現(xiàn)寬頻帶的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，提供包括左右輻射臂和左右支撐板的對(duì)稱振子，其中在左、右支撐板之間設(shè)有饋電金屬導(dǎo)帶，該金屬導(dǎo)帶與左右輻射臂的任意一臂相連完成饋電。
所述的金屬導(dǎo)帶位于左、右支撐板的中心，且左右輻射臂與左右支撐板結(jié)構(gòu)對(duì)稱，形成輻射、巴倫、傳輸線，三位一體的天饋單元結(jié)構(gòu)，即將用作輻射功能的輻射臂、用作扼制不對(duì)稱傳輸線外皮電流的巴倫、用作向輻射臂饋電的帶狀傳輸線，三功能于一體，按對(duì)稱結(jié)構(gòu)合成為一個(gè)基本天饋單元。
所述的左右支撐板與接地板垂直連接，饋電金屬導(dǎo)帶的下端與同軸線或微帶線相連，該左右支撐板與饋電金屬導(dǎo)帶既構(gòu)成帶狀線，完成向?qū)ΨQ振子饋電，又與接地板構(gòu)成板式巴倫，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱振子兩臂電流的完全平衡。該饋電金屬導(dǎo)帶與同軸線的連接，是將該饋電金屬導(dǎo)帶的下端與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體連接，形成“同軸線-帶狀線-對(duì)稱振子”天饋結(jié)構(gòu)。該饋電金屬導(dǎo)帶與微帶線連接，采用將該微帶線折彎延伸，在支撐板之間平行延長(zhǎng)，再?gòu)澱壑苯永T與輻射臂相連，或與微帶線端頭鉚接連接，形成“微帶線-帶狀線-對(duì)稱振子”天饋結(jié)構(gòu)。
所述的對(duì)稱振子每個(gè)輻射臂的寬度W1和每個(gè)支撐板的寬度W2及金屬導(dǎo)帶的寬度W3均為可調(diào)；左右兩個(gè)輻射臂之間的間隔也可調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配。該三者的調(diào)節(jié)關(guān)系為W1＝W2＝W3或W1＝W2≠W3或W1≠W2＝W3或W1≠W2≠W3。
所述的輻射臂、支撐板、金屬導(dǎo)帶、接地板，均采用重量輕的低成本鋁材制作，以利于減小無源三階互調(diào)。
本發(fā)明由于構(gòu)建了傳輸線——帶狀線——對(duì)稱振子的饋電結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)了振子兩臂電流平衡；同時(shí)由于本發(fā)明采用位于對(duì)稱振子支撐結(jié)構(gòu)中心與對(duì)稱振子一臂拉鉚連接的鋁金屬導(dǎo)帶饋電，且所有部件均用鋁金屬帶制作，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，而且有利于降低無源三階互調(diào)；此外由于具有調(diào)節(jié)寬帶阻抗匹配的措施，實(shí)現(xiàn)了寬頻帶。
實(shí)測(cè)表明本發(fā)明的天饋單元寬帶電氣性能好，其VSWR≤1.4的相對(duì)帶寬達(dá)到23.7％。在阻抗帶寬內(nèi)，水平面半功率波束寬度為65°±6°，增益達(dá)到9dB。如果再調(diào)整反射板的尺寸，也可得到90°±8°，105°±10°，120°±10°等水平面半功率波束寬度。用本發(fā)明作為寬帶基站天線的基本天饋單元組陣，不僅寬帶電氣性能好、成本低，而且無源三階互調(diào)小于-107dBm的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖作如下進(jìn)一步的說明。


圖1是現(xiàn)有基站天線使用的基本天饋單元及饋電結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明對(duì)稱振子及用同軸線饋電的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明對(duì)稱振子及用微帶線饋電的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是用本發(fā)明對(duì)稱振子制作三頻天線的實(shí)測(cè)VSWR-f特性曲線圖；圖5是用本發(fā)明對(duì)稱振子制作三頻天線的實(shí)測(cè)H面方向圖；其中圖5(a)是在f＝1710MHz的實(shí)測(cè)H面方向圖；圖5(b)是在f＝1880的實(shí)測(cè)H面方向圖；圖5(c)是在f＝2170MHz的實(shí)測(cè)H面方向圖；圖6是用本發(fā)明組成的8單元陣基站天線的VSWR-f特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，本發(fā)明用同軸線給對(duì)稱振子饋電的結(jié)構(gòu)，是將用作輻射功能的對(duì)稱振子、用作扼制不對(duì)稱傳輸線外皮電流的巴倫、用作向?qū)ΨQ振子饋電的帶狀傳輸線，三功能于一體，按對(duì)稱結(jié)構(gòu)合成為一個(gè)基本天饋單元。該天饋單元包括對(duì)稱振子14和同軸線22及接地板26，其中對(duì)稱振子14由左輻射臂15、右輻射臂16、左支撐板17、右支撐板18組成。左支撐板17與右支撐板18之間設(shè)有金屬導(dǎo)帶19，這兩個(gè)支撐板與接地板26垂直連接，對(duì)稱振子的輻射臂15、16與支撐板17、18及接地板26幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即左輻射臂15、支撐板17、接地板26的分布電容與右輻射臂16、支撐板18、接地板26的分布電容相同。該左右兩個(gè)支撐板17、18與饋電金屬導(dǎo)帶19一起既構(gòu)成板式巴倫，以抑制電纜外皮電流，同時(shí)又構(gòu)成帶狀線，完成向?qū)ΨQ振子饋電；該饋電導(dǎo)帶19的上端與對(duì)稱振子14的左邊或右邊任意一個(gè)輻射臂相連饋電，下端21與同軸線22的內(nèi)導(dǎo)體23連接，構(gòu)成“同軸線——帶狀線——對(duì)稱振子”的對(duì)稱饋電結(jié)構(gòu)。該饋電的幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱振子中線完全對(duì)稱，從而完成同軸線給對(duì)稱天線饋電所要求的“不平衡—平衡”變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱振子兩臂電流的完全平衡，以達(dá)到阻抗和方向圖寬頻帶性能。同軸線22的外導(dǎo)體管24用線卡25固定在接地板26上。位于左右支撐板中心位置的饋電金屬導(dǎo)帶19的上端折彎與對(duì)稱振子的右輻射臂16拉鉚固定，也可以與左輻射臂15拉鉚固定，下端用銅鉚釘與位于接地板之上或之下的同軸線內(nèi)導(dǎo)體焊接連接。
參見圖3，本發(fā)明用微帶線給對(duì)稱振子饋電的結(jié)構(gòu)，同樣也是將用作輻射功能的對(duì)稱振子、用作扼制不對(duì)稱傳輸線外皮電流的巴倫、用作向?qū)ΨQ振子饋電的帶狀傳輸線，三功能于一體，按對(duì)稱結(jié)構(gòu)合成為一個(gè)基本天饋單元。該單元包括對(duì)稱振子14和微帶線29及接地板26，其中對(duì)稱振子14由左輻射臂15、右輻射臂16、左支撐板17、右支撐板18組成。左支撐板17與右支撐板18的中間固定有饋電金屬導(dǎo)帶19。該左右支撐板與接地板26垂直連接；該左右支撐板與饋電金屬導(dǎo)帶19一起既構(gòu)成板式巴倫，以抑制電纜外皮電流，同時(shí)又構(gòu)成帶狀線，完成向?qū)ΨQ振子饋電。該饋電金屬導(dǎo)帶19的上端與對(duì)稱振子14的左邊或右邊任意一個(gè)輻射臂相連饋電，下端與位于接地板26下面的微帶線29連接，具體連接結(jié)構(gòu)是饋電金屬導(dǎo)帶19的下端21穿過接地板上的長(zhǎng)方形槽31用鉚釘拉鉚與微帶線連接，此時(shí)接地板就是微帶線的地。微帶線也可以直向上彎折與輻射臂拉鉚相連，形成“微帶線-帶狀線-對(duì)稱振子”的對(duì)稱饋電結(jié)構(gòu)。該饋電的幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱振子中線完全對(duì)稱，從而完成微帶線給對(duì)稱天線饋電所要求的“不平衡—平衡”變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱振子兩臂電流的完全平衡，以達(dá)到阻抗和方向圖寬頻帶性能。
圖3和圖4實(shí)施例中對(duì)稱振子14的左輻射臂15、右輻射臂16、左支撐板17、右支撐板18、饋電金屬導(dǎo)帶19、接地板26均采用低成本的鋁材制造。對(duì)稱振子的輻射臂通過支撐板與接地板采用鉚釘拉鉚相連，即將左支撐板17通過左鉚釘27、右支撐板18通過右鉚釘28固定在接地板上。由于是同一種金屬緊接觸，有利于減小無源三階互調(diào)，同時(shí)由于對(duì)稱振子的兩個(gè)輻射臂與支撐板為一體結(jié)構(gòu)，用窄的鋁板極容易加工，拉鉚固定后，也不容易變形。該對(duì)稱振子14的兩臂長(zhǎng)度2L接近0.5λ0，離地板的高度H接近0.25λ0，λ0為中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配，本發(fā)明將對(duì)稱振子的每個(gè)輻射臂的寬度W1和每個(gè)支撐板的寬度W2及饋電導(dǎo)帶的寬度W3，以及對(duì)稱振子的左輻射臂15與右輻射臂16之間的間隔均設(shè)為可以調(diào)整結(jié)構(gòu)。該三者的調(diào)節(jié)關(guān)系可以有幾種不同的情況第一種調(diào)節(jié)關(guān)系是W1＝W2＝W3；第二種調(diào)節(jié)關(guān)系是W1＝W2≠W3；第三種調(diào)節(jié)關(guān)系是W1≠W2＝W3；第四種調(diào)節(jié)關(guān)系是W1≠W2≠W3；一般為W1＝W2＝0.06-0.08λ0，W3≤W2。
兩個(gè)輻射臂對(duì)地及對(duì)兩個(gè)支撐板對(duì)稱，左輻射臂15與左支撐板17垂直，右輻射臂16與右支撐板18垂直，也可以使輻射臂與支撐板不垂直。所述的帶狀線也可用同軸線或其他傳輸線代替，只要能實(shí)現(xiàn)寬度匹配即可。
用本發(fā)明的天饋單元可以組成不同陣列的單極化和雙極化基站天線，具有明顯優(yōu)于現(xiàn)有同類天線的電氣性能和帶寬。
圖4是用本發(fā)明制作的三頻板狀天線基本天饋單元的實(shí)測(cè)VSWR——f特性曲線，同時(shí)還實(shí)測(cè)了三頻天線在1710-2180MHz頻段內(nèi)的增益E面和H面方向圖，主要實(shí)測(cè)電性能如表一。由圖4和表一可看出，在1710-2170MHz頻段內(nèi)，VSWR≤1.4的相對(duì)帶寬達(dá)到23.7％，在1710MHz、1990MHz、2170MHz頻點(diǎn)，增益分別為9.51dBi、9.46dBi、8.74dBi。
表一

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)分別是f＝1710、1880、2170MHz的實(shí)測(cè)H面方向圖。
由圖5(a)可見，在頻率f＝1710MHz，水平面波束寬度為73.00°由圖5(b)可見，在頻率f＝1880MHz，水平面波束寬度為66.24°由圖5(c)可見，在頻率f＝2170MHz，水平面波束寬度為60.46°。
圖6是用本發(fā)明寬帶天饋單元組成的8單元陣基站天線的VSWR-f特性曲線圖。由曲線可以看出，在806-960MHz頻段， VSWR≤1.4。實(shí)測(cè)的無源三階互調(diào)達(dá)到-120dBm，優(yōu)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)小于-107dBm的要求。
可見，用本發(fā)明的基本天饋單元可構(gòu)造全頻段的寬帶基站天線，即只要根據(jù)天線設(shè)計(jì)的縮比原理，只需用兩種尺寸的天饋單元就可覆蓋包括806-960MHz和1710-2180MHz兩個(gè)頻段，即分別覆蓋806-896、820-896、870-960MHz和1710-1880、1850-1990、1920-2180MHz兩個(gè)頻段的CDMA/GSM及3G的全部國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)通信基站天線使用的寬帶天饋單元，包括左、右輻射臂和左、右支撐板，其特征在于左支撐板(17)與右支撐板(18)之間設(shè)有饋電金屬導(dǎo)帶(19)，該饋電金屬導(dǎo)帶與左右輻射臂的任意一臂相連完成饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天饋單元，其特征在于饋電金屬導(dǎo)帶(19)位于左、右支撐板的中心，且左、右輻射臂與左、右支撐板結(jié)構(gòu)對(duì)稱，形成輻射、巴倫、傳輸線，三位一體的天饋單元結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天饋單元，其特征在于左、右支撐板(17、18)與接地板(26)垂直連接；饋電金屬導(dǎo)帶(19)的上端與左輻射臂(15)或右輻射臂(16)連接，下端與同軸線或微帶線相連；左、右支撐板(17、18)與饋電金屬導(dǎo)帶(19)既構(gòu)成帶狀線饋電，又與接地板(26)構(gòu)成板式巴倫，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱振子兩臂電流的完全平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天饋單元，其特征在于左、右支撐板(17、18)與接地板(26)通過鉚接連接，該左右支撐板之間的接地板上開有槽(31)，饋電金屬導(dǎo)帶(19)從該槽中穿下與接地板背面的同軸線內(nèi)導(dǎo)體或微帶線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天饋單元，其特征在于饋電金屬導(dǎo)帶(19)的下端與同軸線(22)連接，是將該饋電金屬導(dǎo)帶的下端與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體(23)連接，形成“同軸線-帶狀線-對(duì)稱振子”天饋結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天饋單元，其特征在于饋電金屬導(dǎo)帶(19)的下端與微帶線(29)連接，采用將該微帶線折彎延伸，通過槽(31)在支撐板之間平行延長(zhǎng)，再?gòu)澱壑苯永T與輻射臂相連，或用饋電金屬導(dǎo)帶(19)與微帶線(29)端頭鉚接連接，形成“微帶線-帶狀線-對(duì)稱振子”天饋結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天饋單元，其特征在于每個(gè)輻射臂的寬度W1和每個(gè)支撐板的寬度W2及饋電金屬導(dǎo)帶的寬度W3均為可調(diào)；左右兩個(gè)輻射臂之間的間隔也可調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天饋單元，其特征在于所述的輻射臂寬度W1、支撐板寬度W2、饋電金屬導(dǎo)帶寬度W3，三者的調(diào)節(jié)關(guān)系為W1＝W2＝W3或W1＝W2≠W3或W1≠W2＝W3或W1≠W2≠W3，一般為W1＝W2＝0.06-0.08λ0，W3≤W2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的天饋單元，其特征在于所述輻射臂、支撐板、金屬導(dǎo)帶、接地板，均采用重量輕的低成本鋁材制作，以利于減小無源三階互調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的天饋單元，其特征在于饋電金屬導(dǎo)帶(19)的上端與對(duì)稱振子任意一個(gè)輻射臂采用鉚釘拉鉚連接，饋電金屬導(dǎo)帶(19)的下端采用銅空心鉚釘與同軸線的內(nèi)導(dǎo)體(23)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動(dòng)通信基站天線的寬帶天饋單元。其特點(diǎn)是具有輻射功能的對(duì)稱振子、具有扼制不對(duì)稱傳輸線外皮電流的巴倫和向?qū)ΨQ振子饋電的帶狀傳輸線，三功能于一體合成一個(gè)基本天饋單元。該單元包括左、右輻射臂和左、右支撐板，左、右支撐板17、18之間設(shè)有饋電金屬導(dǎo)帶19，該金屬導(dǎo)帶與左右輻射臂的任意一臂相連完成饋電。該天饋單元與位于接地板下的主傳輸線相連，相對(duì)于對(duì)稱振子中心，輻射臂與支撐板及接地板幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱，可實(shí)現(xiàn)對(duì)稱振子兩臂電流的完全平衡，達(dá)到阻抗和方向圖寬頻帶性能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在23.7％的相對(duì)帶寬內(nèi)，VSWR≤1.4，G＝9dB
文檔編號(hào)H01Q9/04GK101051706SQ200710017809
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者肖良勇, 俱新德, 張建民, 劉軍州, 雷敏, 張培團(tuán), 趙玉軍 申請(qǐng)人:西安海天天線科技股份有限公司