專利名稱：低互調(diào)印制電路板天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及天線，更具體的說，本實用新型涉及到用于蜂窩式無線
通訊的天線，尤其是指水平、垂直以及正負(fù)45度傾斜雙極化發(fā)射或接收天 線。在當(dāng)今這個頻繁使用手機(jī)通訊的時代，人們對這種具有良好極間回?fù)p與 隔離度的雙極化天線的需求不斷增長。而且這樣的天線必須制作簡單并具有 極低的互調(diào)產(chǎn)物(IMP)。
背景技術(shù)：
基站接收機(jī)在受到高出正常值水平的輸入電磁干擾時，工作處理能力會大 大降低(理論弓l用依據(jù)Manfred Lang, The Intermodulation Problem in Mobile Communications, Manfred Lang, Microwave Journal, May 1995)。在接受頻 帶內(nèi)，干擾是以互調(diào)產(chǎn)物形式存在，在發(fā)射頻帶內(nèi)，干擾是由于包括天線在內(nèi) 的微帶器件因頻帶內(nèi)不同信道間的相互作用而導(dǎo)致的非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的。而 當(dāng)饋線和接頭的互調(diào)被改善后，更重要的發(fā)現(xiàn)被證實天線所用印制電路板能夠 產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物(理論弓l用依據(jù)Passive intermodulation near-field measurements on microstrip lines, Hienonen S. ， Raisanen A. V., 13 October 2004， European Microwave Conference, 1041-1044)。因此，目前基站天線陣 列的輻射部分都是用金屬制造以減少互調(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生。
一些天線是用金屬片經(jīng)過沖壓和彎曲制成的，如專利US 6034649和US 6747606 B2中所述天線。這就要求輻射陣列必須擁有理想的對稱性以達(dá)到兩個 輸出端具有良好的隔離度。但是事實上很難做到精準(zhǔn)地彎曲金屬片，因此，這 種天線的缺點(diǎn)就是其輸出端隔離度的一致性不好。另一種天線是通過鑄模制造的，如專利EP0973231 A2和US 6333720 Bl中 所述天線。這種天線雖然輸出端隔離度的一致性較好，但是體積很大，而且， 制作該種天線需要昂貴而復(fù)雜的模具。
按照專利CHN 693684所述天線，該天線簡單、輕便，是采用印制電路板 (Printed circuit board, PCB)制作的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種雙極化天線制作 更加簡單，它的輻射陣列是采用一塊平板金屬或印制電路板(PCB)制成的。由 于印制電路技術(shù)能夠保證輻射陣列擁有一個理想的對稱性，所以依照該專利制 作的印制電路板天線其兩個輸出端隔離度具有非常好的一致性。而且該天線的 回?fù)p也得到了改善并具有非常好的一致性，其原因就是PCB板上包含有匹配電 路。
上面所提及的用PCB制作的輻射陣列具有的優(yōu)越性使其在制造基站陣列天 線時有很大的吸引力，然而用PCB制作的天線產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物達(dá)到-145dBc。因 此，基站用該P(yáng)CB天線還需要在以上基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。
有研究發(fā)現(xiàn)互調(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生是來源于沉積在介質(zhì)基底上的一層很薄的特殊 材料，該特殊材料薄層用于支撐沉積到基底上的銅層。而在PCB沉積銅之前通 常先采用鎳或者鎳合金沉積到PCB的介質(zhì)基底上。該工藝導(dǎo)致基底上生成了一 個非常薄的半導(dǎo)體層并介于銅層與介質(zhì)基底之間。從而沿著帶狀導(dǎo)體傳輸?shù)奈?波電流也會沿著這個半導(dǎo)體層傳輸并且該傳輸層會產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。
一種減少互調(diào)產(chǎn)物的方法就是研發(fā)和使用特殊的材料。例如Arlon公司降 低IMP是通過采用PCB碾壓技術(shù)制成編織玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯(PTFE)合 成材料。該材料已在工程上被應(yīng)用來減少基底碾壓層對無源互調(diào)的貢獻(xiàn)和包括 天線在內(nèi)的微波器件的信號失真。其降低的結(jié)果是因為銅與碾壓層之間的界面 得到了優(yōu)化，特別是除了可控制碾壓層結(jié)構(gòu)和工藝外，也可控制銅的表面粗糙 度和表面處理。但不幸的是，由于含有PTFE材料及制造技術(shù)上的復(fù)雜性使得該 種材料很昂貴。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實用新型的目的是提供一種低互調(diào)印制電路板天 線，包括雙極化和線極化天線，減少了互調(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生并且克服現(xiàn)有工藝的不 足。
本實用新型包含有采用PCB制作的輻射陣列并且通過支撐導(dǎo)體支撐在反射接 地板之上，這些支撐導(dǎo)體組成了兩個相互正交的平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器。輻射陣 列包含有相同的帶狀導(dǎo)體并且?guī)顚?dǎo)體被制作在PCB的上下表面的相對位置上。 對于雙極化天線的輻射陣列來說，這些帶狀導(dǎo)體其頂視圖具有四條軸對稱線。 正如專利CHN 693684中所述，輻射陣列可為任何形狀并且能夠?qū)崿F(xiàn)所要求天線 的波束寬度和極化。
支撐導(dǎo)體的上端被連接到PCB上的帶狀導(dǎo)體上，并且支撐導(dǎo)體的上端被十字 狹槽彼此分隔開。組成平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)體與制作在PCB雙面上的帶狀導(dǎo) 體形成連接。支撐導(dǎo)體的底端被連接到接地板上并彼此形成短路。支撐導(dǎo)體可 采用內(nèi)含饋電電纜的管子制成，或者也可采用其他形狀，例如橫截面為U形導(dǎo)體 管。饋電電纜的外導(dǎo)體也能夠作為支撐導(dǎo)體使用。
第一條饋電電纜被連接到位于第一條對稱線上的帶狀導(dǎo)體上，并且該對稱線 越過了第一個電橋附近帶狀導(dǎo)體間的十字狹槽，第二條饋電電纜被連接到位于 第二條對稱線上的帶狀導(dǎo)體上，并且該對稱線越過了第二個電橋附近帶狀導(dǎo)體 間的十字狹槽，兩條對稱線相互垂直。上述所描述的雙極化天線輻射出兩個相 互垂直的電場。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，如專利US 6034649， US 6747606 B2， EP0973231 A2和 US 6333720 Bl中所述天線，本實用新型的雙極化天線制作簡單并且輸出端口隔 離度的一致性較好，其原因是最佳輻射陣列可被精確地制作在一塊印制電路板 上。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，如專利CHN693684中所述天線，本實用新型的雙極化天 線具有較少的互調(diào)產(chǎn)物，其原因是相同的帶狀導(dǎo)體被制作在PCB雙面的相對位置 上從而減少了沿著產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的半導(dǎo)體層傳輸?shù)碾娏鳌ｐ侂婋娎|以相同的相位對PCB上下表面上的帶狀導(dǎo)體進(jìn)行饋電，所以，微波電流就會沿著上下面的帶狀導(dǎo)體以相同方向傳輸并且相互排斥。帶狀導(dǎo)體可作為一種傳輸線，則根據(jù)趨膚效應(yīng)原理微波電流會趨向于傳輸線的表面?zhèn)鬏?。因此，微波電流主要沿著上帶狀?dǎo)體的上表面和下帶狀導(dǎo)體的下表面?zhèn)鬏?，從而使可產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物并介于帶狀導(dǎo)體與介質(zhì)基底之間的半導(dǎo)體薄膜上的微波電流幾乎為零。其結(jié)果是本實用新型的雙極化天線具有比專利CHN 693684所述天線更少的互調(diào)產(chǎn)物。所以， 一個可行的解決方案就是使用比Arlon公司材料更便宜的FR4材料，并且達(dá)到互調(diào)產(chǎn)物低于-150dBc的水平。
本實用新型的線性極化天線與本實用新型的雙極化天線一樣可減少互調(diào)產(chǎn)物的生成。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)制作的雙極化天線的側(cè)視繪制圖，其中輻射陣列中的帶狀導(dǎo)體被制作在PCB的下表面。
圖2是圖1中所示雙極化天線的頂視圖。
圖3是本實用新型的雙極化天線的側(cè)視繪制圖，其中輻射陣列中的相同帶狀導(dǎo)體被制作在PCB雙面的相對位置上。
圖4是本實用新型的雙極化天線在圖3中由C-C方向觀察到的截面圖。
圖5是圖3中所示本實用新型的雙極化天線的頂視圖。
圖6是圖2中由A-A方向觀察到的局部放大截面圖以及輻射陣列中帶狀導(dǎo)體上的微波電流分布。
圖7是圖5中由B-B方向觀察到的局部放大截面圖以及輻射陣列中帶狀導(dǎo)體上的微波電流分布。
圖8是本實用新型的雙極化天線另一個實施例的頂視圖。圖9是圖8中由D-D方向觀察到的截面圖。
圖10是本實用新型的雙極化天線另一個實施例的側(cè)視繪制圖，其中輻射陣列中的相同帶狀導(dǎo)體被制作在一塊介質(zhì)基底雙面的相對位置上。圖ll是本實用新型的線極化天線側(cè)視繪制圖，其中輻射陣列中的相同帶狀導(dǎo)體被制作在一塊介質(zhì)基底雙面的相對位置上。
具體實施方式
本實用新型的低互調(diào)印制電路板天線可為雙極化天線或線極化天線，現(xiàn)有
雙極化天線示例如圖l、 2和6中所示。
如圖1所示，現(xiàn)有的雙極化天線其輻射陣列由包含有基底la的PCB制成，其中帶狀導(dǎo)體2a被制作在基底la的底表面上。導(dǎo)體4a、 5a及電纜6a、 7a將輻射陣列支撐在反射接地板3a之上。導(dǎo)體4a、 5a及電纜6a、 7a組成了兩個正交的平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器。電橋8a和9a被安放在基底la的上表面上。它們的第一個末端穿過基底la分別被連接到導(dǎo)體4a和5a上，第二個末端穿過基底la分別被連接到電纜6a和7a的頂端13a和14a上。
請參閱圖2，其中帶狀導(dǎo)體呈十字交叉狀并且包含有十字狹槽12a。本實用新型的雙極化天線最佳實施例如圖3-圖5和圖7-圖10。如圖3所示，本實用新型的雙極化天線其輻射陣列由包含有基底lb的PCB制成，其中帶狀導(dǎo)體2c和2b分別被制作在基底lb的上表面和底表面上，帶狀導(dǎo)體2c與2b形狀相同并被分別制作在基底上下面的相對位置上。導(dǎo)體4b、 5b及電纜6b和7b將輻射陣列支撐在反射接地板3b之上，它們的底端與接地板3b連接從而它們組成了兩個正交的平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器。電橋8b與9b被安放在基底lb的上面，它們的第一個末端與帶狀導(dǎo)體2c連接并且穿過基底lb又分別連接到導(dǎo)體2b、4b及5b上，第二個末端分別與電纜6b的內(nèi)導(dǎo)體13b和電纜7b的內(nèi)導(dǎo)體14b相連接。塑料隔離墊圈10b和llb是被安放在電橋8b、 9b與帶狀導(dǎo)體2c之間。
請參閱圖4，導(dǎo)體4b被連接到電橋8b，帶狀導(dǎo)體2b和2c上，電纜6b的外導(dǎo)體與帶狀導(dǎo)體2b和2c相連接。
請參閱圖5，可以看到帶狀導(dǎo)體2c呈十字交叉狀，并且十字交叉內(nèi)包含有十字狹槽12c。輻射陣列具有四條軸對稱線，其中兩條軸對稱線如圖5中點(diǎn)畫線所示。第一條對稱線為+ 45度傾斜，而第二條對稱線為一45度傾斜。帶狀導(dǎo)體2b被制作在基底lb的底面，位置與帶狀導(dǎo)體2c相對，但其形狀與2c相同。第一條饋電電纜6b被連接到帶狀導(dǎo)體2b和2c上并且位于第一條對稱線上。當(dāng)天線通過電饋電纜6b饋電后，天線就會沿著第一條+45度對稱線輻射定向的電場。同時第二條饋電電纜7b被連接到帶狀導(dǎo)體2b和2c上并且位于第二條對稱線上。當(dāng)天線通過電饋電纜7b饋電后，天線就會沿著第二條一45度對稱線輻射定向的電場。所以，通過上述方式饋電后，輻射陣列將會輻射出具有平行于兩條對角線的E矢量的相互正交的電場。
按照圖3-圖5所示，雖然本實用新型的輻射陣列所輻射的電場與圖1和圖2中的陣列相同，但是本實用新型的輻射陣列沿著帶狀導(dǎo)體具有不同的微波電流分布。
請參閱圖6，其呈現(xiàn)了沿著帶狀導(dǎo)體2a上的微波電流流向的分布，其中帶狀導(dǎo)體2a被狹槽12a分割成兩部分。根據(jù)電流趨膚效應(yīng)原理則導(dǎo)體2a上的微波電流
主要趨向于導(dǎo)體的表面分布，其結(jié)果是，大約一半的微波電流會沿著帶狀導(dǎo)體2a的上表面?zhèn)鬏?。因此，微波電流將會沿著位于?dǎo)體2a和介質(zhì)基底la之間的一
層半導(dǎo)體薄膜傳輸，由此導(dǎo)致這層薄膜可產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。
在最佳實施例中沿著帶狀導(dǎo)體具有不同的微波電流流向分布。請參閱圖7，其顯示了沿著帶狀導(dǎo)體2b微波電流流向的分布。其中帶狀導(dǎo)體2b和2c分別被狹槽12b和12c分割成兩部分。饋電電纜6b和7b對帶狀導(dǎo)體2b和2c以相同相位進(jìn)行饋電，從而微波電流沿著相互對立的帶狀導(dǎo)體2b和2c以相同方向傳輸，并且相互排斥。其結(jié)果導(dǎo)致微波電流主要分布于帶狀導(dǎo)體2c的上表面和2b的下表面，而只有很少的微波電流存在于位于帶狀導(dǎo)體和介質(zhì)基底lb之間的半導(dǎo)體薄膜上，從而使半導(dǎo)體薄膜將產(chǎn)生較少的互調(diào)產(chǎn)物。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新f的雙極化天線具有較少的互調(diào)產(chǎn)物。
請參閱圖8，該實施例中的雙極化天線具有穿過介質(zhì)基底ld的鍍銅通孔，這些鍍銅通孔使安放在介質(zhì)基底ld相對的兩面上的帶狀導(dǎo)體2d和2e形成短路。隔離塑料墊圈10d和lld被安放在電橋8d、 9d與帶狀導(dǎo)體2e之間。圖9顯示了從圖8中由D-D方向觀察到的交叉部分。饋電電纜6d和7d的外導(dǎo)體及導(dǎo)體4d、 5d都被焊
9接到底面上的帶狀導(dǎo)體2d上，所以，與圖3-圖5相比，該實施例的天線的制作方法更簡單，并且其回波損耗和隔離度均有較好的一致性。該雙極化天線半功率波束寬度為50-70度，工作頻帶為824-960MHz，而另一些具有相同半功率波束寬度的天線其工作頻帶在1710-2170MHz。輻射陣列所用PCB板采用FR4材料制作，其厚度為O. 76mm。本實用新型的天線產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物均小于-150dBc。兩極間隔離度優(yōu)于34dB，回?fù)p優(yōu)于20dB，并且本實用新型的天線可以被設(shè)計應(yīng)用于任何頻帶。
本實用新型技術(shù)可改善由PCB板制作的輻射陣列的IMP，例如圖10所示實施例，圖中為一雙極化天線的側(cè)視繪制圖。H形帶狀導(dǎo)體2h和2j包含有H形的狹槽12h和12j，并且分別被安放在基底lh的上下表面上。該線極化天線其半功率波束寬度為50-70度，饋電電纜6h通過電橋8h向輻射陣列饋電，電纜6h的外導(dǎo)體與支撐導(dǎo)體4h組成一個平衡與不平衡轉(zhuǎn)換器。
請參閱圖ll，在線極化天線中同樣可以應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)相同的功能。
權(quán)利要求1、一種低互調(diào)印制電路板天線，包括由印制電路板構(gòu)成的輻射陣列，至少還包括一根饋電電纜、一個電橋和支撐導(dǎo)體，所述輻射陣列被安放在反射接地板之上，在印制電路板的介質(zhì)基底上設(shè)有帶狀導(dǎo)體，其特征在于所述帶狀導(dǎo)體被分別制作在印制電路板介質(zhì)基底的上、下表面，并通過支撐導(dǎo)體或/和饋電電纜的外導(dǎo)體以及安放在介質(zhì)基底上的其他導(dǎo)體相互形成連接；所述支撐導(dǎo)體的第一個末端被連接到帶狀導(dǎo)體上，第二個末端被連接到反射接地板上而組成了平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器并將輻射陣列支撐在反射接地板之上；所述電橋被安放在介質(zhì)基底的上面，其第一個末端被連接到饋電電纜的內(nèi)導(dǎo)體上，第二個末端被連接到介質(zhì)基底上下表面的帶狀導(dǎo)體上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述輻射 陣列包含有兩個電橋、兩根饋電電纜以及頂視圖具有四條對稱線的帶狀導(dǎo)體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述帶狀 導(dǎo)體具有軸對稱線并以這種方式彼此連接起來形成十字交叉狀，并且十字交叉 內(nèi)包含有一個十字狹槽，每個帶狀導(dǎo)體既是十字交叉的一個分支又是十字狹槽 的一個分支，兩根饋電電纜通過電橋被連接到帶狀導(dǎo)體上，電橋位于越過十字 狹槽的兩個相互垂直的軸對稱線上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述帶狀導(dǎo)體形成了兩個相互垂直的極化場。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述帶狀導(dǎo)體為三角形或鉆石狀導(dǎo)體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述輻射 陣列包含有一個電橋、 一根饋電電纜以及頂視圖具有四條對稱線的帶狀導(dǎo)體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述饋 電電纜被連接到帶狀導(dǎo)體上輻射出具有平行于兩條對角線的E矢量的相互正交 的電場。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于所述帶狀導(dǎo)體包含有H形導(dǎo)體環(huán)，該導(dǎo)體環(huán)包含有H形狹槽。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于在所述電橋與帶狀導(dǎo)體之間設(shè)有塑料隔離墊圈。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低互調(diào)印制電路板天線，其特征在于饋電電纜的外導(dǎo)體被連接到反射接地板上，并且與支撐導(dǎo)體組成平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實用新型公開了一種低互調(diào)印制電路板天線，它的帶狀導(dǎo)體被分別制作在印制電路板介質(zhì)基底的上、下表面，并通過支撐導(dǎo)體或/和饋電電纜的外導(dǎo)體以及安放在介質(zhì)基底上的其他導(dǎo)體相互形成連接；支撐導(dǎo)體的第一個末端被連接到帶狀導(dǎo)體上，第二個末端被連接到反射接地板上而組成了平衡與不平橫轉(zhuǎn)換器并將輻射陣列支撐在反射接地板之上；電橋被安放在介質(zhì)基底的上面，其第一個末端被連接到饋電電纜的內(nèi)導(dǎo)體上，第二個末端被連接到介質(zhì)基底上下表面的帶狀導(dǎo)體上。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的天線具有較少的互調(diào)產(chǎn)物。
文檔編號H01Q19/10GK201421887SQ200920049868
公開日2010年3月10日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者維克托·迪奧 申請人:廣州埃信電信設(shè)備有限公司