專利名稱：一種寬帶lte組合振子天線單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶LTE組合振子天線單元，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LTE (Long Term Evolution,長期演進)是第三代移動通信(3G)的演進技術(shù)，也是準(zhǔn)第四代移動通信(3. 9G)的代表性技術(shù)之一。LTE技術(shù)的可用頻段較多，目前我國將分配給 LTE 系統(tǒng)的頻段可能包括1. 92-2. 17GHz, 2. 3-2. 4GHz，2. 5-2. 7GHz 和 3. 4-3. 6GHz。常規(guī)移動通信基站中的扇區(qū)天線單元，通常都是半波振子天線的變形種類，也有少數(shù)為貼片天線的變形種類，這些天線的工作帶寬一般較窄，不能覆蓋如此寬的工作頻段。如果分別對這些頻段開發(fā)相應(yīng)的天線單元和陣列，LTE系統(tǒng)的收發(fā)天線將變得非常復(fù)雜，成本也將顯著上升，不利于系統(tǒng)實現(xiàn)與運營。因此，必須研制一種能同時覆蓋上述頻段、具有定向輻射特性的新型寬帶天線單元，不僅有助于進一步研制同樣頻段上的高性能雙極化室外/室內(nèi)扇區(qū)天線陣列，還有助于降低天線系統(tǒng)復(fù)雜度和制作成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是LTE天線單元的寬帶化設(shè)計，提出一種具有寬帶特性且便于制作實現(xiàn)的組合振子天線單元，該天線在1. 92-3. 6GHz頻段內(nèi)具有穩(wěn)定的定向輻射特性。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案
一種寬帶LTE組合振子天線單元，包括設(shè)置在介質(zhì)襯底上的組合振子單元和饋電器；其中所述組合振子單元由扇環(huán)形單元、一對振子單元和一對寄生枝節(jié)組成，其中所述一對振子單元、一對寄生枝節(jié)均分別通過一對饋電片與扇環(huán)形單元的兩端連接成一體，形成組合振子單元(2)的兩個端口 ；`
所述饋電器為傳輸線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由共面波導(dǎo)段、漸變過渡段和邊緣相切雙面帶線段組成；其中所述共面波導(dǎo)段包括第一屏蔽導(dǎo)體和第一中心導(dǎo)體；所述漸變過渡段包括第二屏蔽導(dǎo)體、第二中心導(dǎo)體、過渡連接段和底層Y型枝節(jié)；所述邊緣相切雙面帶線段包括頂層導(dǎo)體和底層導(dǎo)體；
其中，所述第一屏蔽導(dǎo)體與第二屏蔽導(dǎo)體連接，第一中心導(dǎo)體和第二中心導(dǎo)體的一端連接，所述漸變過渡段的過渡連接段將第二中心導(dǎo)體的另一端和所述邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體的一端連接在一起，所述邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體的一端與漸變過渡段的底層Y型枝節(jié)的集結(jié)點相連接；所述邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體的另一端與組合振子單元的一端連接，所述邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體的另一端通過金屬化過孔組合振子單元的另一端相連接。優(yōu)選的，本發(fā)明的一種寬帶LTE組合振子天線單元，扇環(huán)形單元的張角在90-180度范圍之內(nèi)。優(yōu)選的，本發(fā)明的一種寬帶LTE組合振子天線單元，饋電片水平線與扇環(huán)形單元一臂的夾角為120-175度范圍，饋電片之間的距離在O. 3-1. 5毫米范圍之內(nèi)。優(yōu)選的，本發(fā)明的一種寬帶LTE組合振子天線單元，饋電器的邊緣相切雙面帶線段與共面波導(dǎo)段的特性阻抗比在1.8:1-2.2 1范圍之內(nèi)。優(yōu)選的，本發(fā)明的一種寬帶LTE組合振子天線單元，漸變過渡段的Y型枝節(jié)與水平線的夾角(15)在15-30度范圍之內(nèi)。優(yōu)選的，本發(fā)明的一種寬帶LTE組合振子天線單元，介質(zhì)襯底的介電常數(shù)范圍為2-20。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果能完全覆蓋1.92-3. 6GHz的LTE頻段，具有穩(wěn)定的定向輻射特性和較高的增益；結(jié)構(gòu)簡單且便于制作，饋電器和輻射單元完全集成在一塊印刷板上，無需附加其他饋電部件和機械構(gòu)件。


圖1是寬帶LTE組合振子天線單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是組合振子單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是饋電器的整體與分層結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖3(a)是饋電器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)和圖3(c)分別是饋電器的頂層、底層結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是寬帶LTE組合振子天線單元與金屬反射板、同軸線接頭的連接示意圖。圖5是實測的寬帶LTE組合振子天線單元駐波比頻率特性曲線。

圖6是實測的寬帶LTE組合振子天線單元在三個頻點上的方向圖。其中圖6-a、圖6-b、圖6-c分別為頻點1. 98GHz,2. 3GHz和2. 6GHz的H面方向圖，圖6_d、圖6_e、圖6_f■分別為頻點1. 98GHz、2. 3GHz和2. 6GHz的E面方向圖。圖中標(biāo)號1是介質(zhì)襯底，2是組合振子單元，3是饋電器，31是金屬化過孔，4是扇環(huán)形單元，5是振子單元，6是寄生枝節(jié)，7是饋電片，8是扇環(huán)形單元的張角，9是饋電片之間的距離，10是饋電片水平線與扇環(huán)形單元一臂的夾角，11是饋電器的共面波導(dǎo)段，111是共面波導(dǎo)段的屏蔽導(dǎo)體，112是共面波導(dǎo)段的中心導(dǎo)體，12是饋電器的漸變過渡段，121是漸變過渡段的屏蔽導(dǎo)體，122是漸變過渡段的中心導(dǎo)體，123是漸變過渡段的過渡連接段，13是饋電器的邊緣相切雙面帶線段，131是邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體，132是邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體，14是饋電器的漸變過渡段的Y型枝節(jié)，15是漸變過渡段的Y型枝節(jié)與水平線的夾角，16是金屬反射板，17是同軸線接頭的外導(dǎo)體，18是同軸線接頭的內(nèi)導(dǎo)體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明
如圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是寬帶LTE組合振子天線制作在介質(zhì)襯底I的頂層和底層上，由組合振子單元2和饋電器3構(gòu)成。組合振子天線單元最終安裝在金屬反射板上，通過同軸線接頭實現(xiàn)與其他電路部件的互連。如圖2所示，組合振子單元2由扇環(huán)形單元4、一對振子單元5和一對寄生枝節(jié)6組成，通過一對饋電片7連接成一體。根據(jù)電磁場基本理論，振子單元和寄生枝節(jié)等效為電偶極子天線單元，扇環(huán)形單元等效為磁偶極子天線單元，兩者電磁特性的互補組合，將有助于顯著增加天線的阻抗帶寬；通過控制扇環(huán)形單元的張角8、一對饋電片之間的距離9和饋電片水平線與扇環(huán)形單元一臂的夾角10，可以實現(xiàn)組合振子單元輸入阻抗的調(diào)整。如圖3(a)所示，饋電器為共面波導(dǎo)到邊緣相切雙面帶線的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；饋電器3包括饋電器的共面波導(dǎo)段11、饋電器的漸變過渡段12和饋電器的邊緣相切雙面帶線段13。如圖3 (b)及圖3(c)所示，其中饋電器的共面波導(dǎo)段11包括共面波導(dǎo)段的屏蔽導(dǎo)體111和共面波導(dǎo)段的中心導(dǎo)體112，饋電器的漸變過渡段12包括漸變過渡段的屏蔽導(dǎo)體121、漸變過渡段的中心導(dǎo)體122、漸變過渡段的過渡連接段123和饋電器的漸變過渡段的Y型枝節(jié)14，饋電器的邊緣相切雙面帶線段13包括邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體131和邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體132 ;所述的共面波導(dǎo)段的屏蔽導(dǎo)體111和共面波導(dǎo)段的中心導(dǎo)體112，分別與漸變過渡段的屏蔽導(dǎo)體121和漸變過渡段的中心導(dǎo)體122直接連接，漸變過渡段的過渡連接段123將漸變過渡段的中心導(dǎo)體122和邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體131連接在一起，饋電器的漸變過渡段的Y型枝節(jié)14與邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體132連接在一起，Y型枝節(jié)與水平線之間構(gòu)成漸變過渡段的Y型枝節(jié)與水平線的夾角15。結(jié)合圖1所示，邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體131與組合振子單元2的一端直接連接，邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體132則通過金屬化過孔31與組合振子單元2的另一端連接在一起。如圖4所示，最終的寬帶LTE組合振子天線需要安裝在金屬反射板16上，金屬反射板16與饋電器3的共面波導(dǎo)段的屏蔽導(dǎo)體111連接在一起，同時也與同軸線接頭的外導(dǎo)體17連接在一起，同軸線接頭的內(nèi)導(dǎo)體18則與饋電器3的共面波導(dǎo)段的中心導(dǎo)體112連接在一起。金屬反射板16的形狀可以為任意平面或立體形狀。對照附圖1 一 4，附圖5給出了介質(zhì)襯底I按照相對介電常數(shù)為3. 38、厚度為O. 508毫米，扇環(huán)形單元的夾角8按照150度，饋電片水平線與扇環(huán)形單元一臂的夾角10按照150度，饋電片之間的距離9按照O. 6毫米，饋電器3的邊緣相切雙面帶線與共面波導(dǎo)的特性阻抗比為2 :1，金屬反射板16按 照直徑為150毫米的圓形實施時，實測所得的天線駐波比頻率特性曲線。在1. 92GHz-3. 6GHz頻段上，天線的駐波比低于1. 5，表明天線具有良好的匹配特性。附圖6給出了1. 98GHz,2. 3GHz和2. 6GHz三個頻點上測得的天線方向圖，其中圖6-a、圖 6-b、圖 6-c 分別為1. 98GHz、2. 3GHz 和 2. 6GHz 的 H 面方向圖，圖 6_d、圖 6_e、圖 6_f分別為1. 98GHz、2. 3GHz和2. 6GHz的E面方向圖。圖中的實線表示主極化分量，虛線表示交叉極化分量。從圖6可見，天線具有穩(wěn)定的定向輻射特性，方向圖主瓣內(nèi)的交叉極化電平低于-10dB。表I給出了對應(yīng)頻點上測得的天線增益，可見平均增益在SdBi以上。表I
權(quán)利要求
1.一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于包括設(shè)置在介質(zhì)襯底(1)上的組合振子單元(2)和饋電器(3);其中所述組合振子單元(2)由扇環(huán)形單元(4)、一對振子單元(5)和一對寄生枝節(jié)(6)組成,其中所述一對振子單元、一對寄生枝節(jié)均分別通過一對饋電片(7)與扇環(huán)形單元的兩端連接成一體，形成組合振子單元(2)的兩個端口 ； 所述饋電器(3)為傳輸線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由共面波導(dǎo)段(11)、漸變過渡段(12)和邊緣相切雙面帶線段(13)組成；其中所述共面波導(dǎo)段(11)包括第一屏蔽導(dǎo)體(111)和第一中心導(dǎo)體(112);所述漸變過渡段(12)包括第二屏蔽導(dǎo)體(121)、第二中心導(dǎo)體(122)、過渡連接段(123)和底層Y型枝節(jié)(14);所述邊緣相切雙面帶線段(13)包括頂層導(dǎo)體(131)和底層導(dǎo)體(132)； 其中，所述第一屏蔽導(dǎo)體(111)與第二屏蔽導(dǎo)體(121)連接，第一中心導(dǎo)體(112)和第二中心導(dǎo)體(122)的一端連接，所述漸變過渡段的過渡連接段(123)將第二中心導(dǎo)體(122)的另一端和所述邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體(131)的一端連接在一起，所述邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體(132)的一端與漸變過渡段的底層Y型枝節(jié)(14)的集結(jié)點相連接；所述邊緣相切雙面帶線段的頂層導(dǎo)體(131)的另一端與組合振子單元(2)的一端連接，所述邊緣相切雙面帶線段的底層導(dǎo)體(132)的另一端通過金屬化過孔(31)與組合振子單元(2)的另一端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于所述扇環(huán)形單元(4)的張角(8)在90-180度范圍之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于所述一對饋電片之間的距離(9)在O. 3-1. 5毫米范圍之內(nèi)，饋電片的水平線與扇環(huán)形單元一臂的夾角(10)在120-160度范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于所述饋電器(3)中的邊緣相切雙面帶線段與共面波導(dǎo)段的特性阻抗比在1.8:1至2. 2 1范圍之內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于所述漸變過渡段的Y型枝節(jié)與水平線之間構(gòu)成一個夾角(15)，所述夾角(15)在15-30度范圍之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶LTE組合振子天線單元，其特征在于所述介質(zhì)襯底(1)的介電常數(shù)范圍為2-20。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬帶LTE組合振子天線單元，在介電常數(shù)為2-20范圍內(nèi)的介質(zhì)襯底上，分別設(shè)計組合振子單元、饋電片和饋電器，其中的組合振子單元由振子單元、扇環(huán)形單元和寄生枝節(jié)構(gòu)成，饋電器為共面波導(dǎo)到邊緣相切雙面帶線的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，組合振子單元和饋電器通過饋電片和金屬化過孔連接在一起。最終使用時，寬帶LTE組合振子天線單元安裝在金屬反射板上，通過同軸線接頭與其他電路部件連接在一起。通過調(diào)整振子單元、扇環(huán)形單元、寄生枝節(jié)、饋電片和饋電器的尺寸參數(shù)，實現(xiàn)1.92-3.6GHz頻段的寬帶定向輻射特性；結(jié)構(gòu)簡單且便于制作，饋電器和輻射單元完全集成在一塊印刷板上，無需附加其他饋電部件和機械構(gòu)件。
文檔編號H01Q1/38GK103050770SQ20121035595
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者呂文俊, 劉桂梅, 薄亞明, 朱洪波 申請人:南京郵電大學(xué)