专利名称：宽带平面阵列定向天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉一种宽带平面阵列定向天线。
技术背景
随着移动通信的迅猛发展，电磁环境日益复杂，给适合远距离传输的定
向天线的设计提出了很高的要求。电气性能上要求增益高，传输距离远；要 求良好的方向性，不对周围信号造成干扰。结构上考虑到安装架设的实际需 要，以及对周围环境的协调形，要求体积小，重量轻，外形美观。而且成本 低才能满足市场竟争需求。
平面阵列定向天线是高增益定向天线的主要形式之一，目前市场上通常 采用的是双层微带贴片天线阵列的形式，这种天线结构相对比较复杂，要求 的天线材料多，成本高。有的采用普通矩形偶极子天线阵，这种天线带宽通 常比较窄。其他高增益定向天线，如抛物面天线，短背射天线等，具有优良 的电气性能指标，但天线体积大，重量大，架设要求空间大，而且成本高。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种具有低成本、高带宽、小 体积的宽带平面阵列定向天线。
为实现该目的，本发明采用如下技术方案
本发明一种宽带平面阵列定向天线，包括功分网络、反射板、衬底材料 和N个呈阵列式的半波振子，其中，N>=2,而且
所述功分网络由馈线对各半波振子进行并联馈电形成； 所述半波振子具有两个振子臂，所述振子臂呈框状结构； 所述功分网络和半波振子印刷在衬底材料的至少 一 面上； 所述反射板与衬底材料之间通过介质支撑并相固定。较佳的，所述半波振子的振子臂呈矩形框状结构。
所述各半波振子的第 一侧的振子臂印刷在衬底材料的第 一 面，而第二侧 的振子臂则印刷在衬底材料的第二面。
所述功分网络所釆用的馈线为平行双线，分别印刷于所述衬底材料的所 述两个面上以与各半波振子的各个振子臂电性连接。
所述衬底材料为PCB (介质)板。
所述各半波振子所组成的阵列，其行宽与列宽均为0.5-1倍工作波长。 所述衬底材料两面上分别印刷有彼此相连接用于短路的馈线，分别与该 两面上的功分网络的馈线电性连接。
所述用于短路的馈线为1/4工作波长。
作为可替换的实例，所述半波振子的振子臂也可呈规则多边形框状结构 或者呈圆形或椭圆形框状结构。
与现有技术相比，本发明具备如下优点通过将振子臂的独特设计应用 于传统的印刷天线中，保证了天线加工的一致性，便于调试安装，适合批量 生产，且厚度薄，质量轻，成本低。
图1为本发明宽带平面阵列定向天线的一个实施例的结构示意图2为图1的一个侧面结构示意图3为本发明采用的半波振子的结构示意图4为本发明的天线工作在2450MHz的水平面方向图5为本发明的天线工作在2450MHz的垂直面方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明
请结合图1，本发明的宽带平面阵列定向天线包括金属材料制作的反射 板1、采用PCB(介质)板作为衬底材料2、作为辐射单元的16副半波振子3, 以及对各个半波振子3进行并联馈电的功分网络4。
图l所示的衬底材料2具有两个面，即面向读者的上表面和其相反的下 表面，图1所示的实线部分代表上表面上印刷的部件，而虚线部分则代表在下表面上印刷的部件，由于功分网络4采用了平行双线，故其处于下表面的 馈线无法在图上用虚线表示。
结合图1和图3可知，本实施例所采用的半波振子3具有两个振子臂31, 32,两个振子臂31, 32通过功分网络4的馈线进行馈电，与图l同理，图3 中实线所示为村底材料2上表面的部件，而虚线则为下表面的部件，因而， 在本发明中，所述半波振子3的两个振子臂31， 32分别置于衬底材料2的两 个面上，且图1中，同一侧(如图3中左侧)的振子臂31均印刷于衬底材料 2的同一个面(下表面)，另一侧(如图3中的右侧)的振子臂32则均印刷 于衬底材料2的另一个面(上表面)。所述的功分网络4釆用平行双线与每一 个半波振子3相连接，其表现在图3的衬底材料2上是在衬底材料2的两个 面上相重叠的馈线40， 40，，但下表面的馈线40，被上表面的馈线40覆盖 而未显示。
图3中半波振子3的振子臂31， 32呈矩形框状结构，其由一呈矩形的金 属片去除一个中部区域形成框状，且其靠近功分网络馈线处做适当的变形而 形成，以适合具体的电气要求。尽管本发明未给出具体的参数，但是，本领 域内普通技术人员在通读本发明之后，应可知晓，将振子臂31， 32的形状替 换为多边形框状结构或者圓形框状结构或者椭圓形框状结构，在进行适当的 优化的前提下，也可达到本实施例相同或相类似的效果。
请再参阅图l，基于上述原则，图1中的阵列天线基于16个半波振子3 组成，16个半波振子3的第一侧(图中左上侧)的振子臂31印刷于衬底材 料2的下表面上，另一侧(图中右下侧)的振子臂32则印刷于村底材料2 的上表面上面向读者。16个半波振子3组成4 x 4的阵列，其具有行宽和列 宽，对行宽、列宽的约束为0. 5-l倍工作波长。
由图l可以看出，在同一面上，相邻的4个半波振子3采用两段馈线401， 402两两相连后，再通过另一馈线403连接该两段馈线401， 402，即可形成 工字形的功分网络4馈电结构，4个由这样的基本工字形馈电结构组成基本 单元，继而通过两级工字形结构使其组成本实施例中的阵列天线，构思精妙， 布图得当。而实际上，不管是图1中的同一行(列)的半波振子3组合，还 是由工字形馈电结构组成的所述基本单元，以及诸如此类灵活组合的若干个 半波振子3组成的阵列，均可组成一个独立的天线。只是对于单行(列)的 天线而言，功分网络4的布图方式将有所变化，除此之外，均可为本领域内普通技术人员灵活组合。
图1中，还示出了位于中部位置的用于短路的馈线5, 5，，其同理采用 平行双线，即包括印刷在衬底材料2下表面的第二段5'和印刷在衬底材料2 上表面的第一段5，均分别与功分网络4的平行双线40， 40，电性连接，两段 短路用的馈线5, 5'相互短接，起到直流接地告警的作用，因而，在不需要 直流接地告警的场合，也可去除该两段短路用馈线5, 5，。该两段短路用馈 线5, 5'适宜采用1/4工作波长的长度。
请参阅图2,图2示出了金属反射板1与衬底材料2之间的结构关系， 彼此处于相平行的两个面上，通过介质件6支撑并相固定，中间部分便形成 空气层7，如此，本发明宽带平面阵列定向天线的整体结构便已完整呈现。 以图中标号为8处为天线信号输入接口，便可发挥天线的整体功能。
由该实施例构成的平面阵列天线样品，在室内室外不同环境下测试，全 频段具有良好的方向图。2400 2500MHz频段，电压驻波比小于1.5,实测 增益大于18dBi。参阅图4和图5，水平面3dB波束宽度为17度，垂直面波 束宽度为19度。环境试验合格，能够很好地满足移动通信系统的要求。
容易看出，按照本发明制造的该天线将具有结构简单紧凑和高性能的优 点，且易于制造，方便安装使用。而且与当前同类产品的主要形式相比，本 发明带宽宽，成本极低，具有非常可观的经济价值。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组 合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种宽带平面阵列定向天线，包括功分网络、反射板、衬底材料和N个呈阵列式的半波振子，其中，N>＝2，其特征在于所述功分网络由馈线对各半波振子进行并联馈电形成；所述半波振子具有两个振子臂，所述振子臂呈框状结构；所述功分网络和半波振子印刷在衬底材料的至少一面上；所述反射板与衬底材料之间通过介质支撑并相固定。
2、 根据权利要求1所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 半波振子的振子臂呈矩形框状结构。
3、 根据权利要求2所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 各半波振子的第 一侧的振子臂印刷在衬底材料的第 一面，而第二侧的振子臂 则印刷在衬底材料的第二面。
4、 根据权利要求3所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 功分网络所采用的馈线为平行双线，分别印刷于所述衬底材料的所述两个面 上以与各半波振子的各个振子臂电性连接。
5、 根据权利要求4所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 村底材料为PCB (介质)板
6、 根据权利要求1至5中任意一项所述的宽带平面阵列定向天线，其 特征在于所述各半波振子所组成的阵列，其行宽与列宽均为0.5-1倍工作 波长。
7、 根据权利要求1至5中任意一项所述的宽带平面阵列定向天线，其 特征在于所述衬底材料两面上分别印刷有彼此相连接用于短路的馈线，分别与该两面上的功分网络的馈线电性连接。
8、 根据权利要求7所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 用于短路的馈线为1/4工作波长。
9、 根据权利要求1所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 半波振子的振子臂呈规则多边形框状结构。
10、 根据权利要求1所述的宽带平面阵列定向天线，其特征在于所述 半波振子的振子臂呈圆形或椭圆形框状结构。
全文摘要
本发明公开一种宽带平面阵列定向天线，包括功分网络、反射板、衬底材料和N个呈阵列式的半波振子，其中，N≥2，所述功分网络由馈线对各半波振子进行并联馈电形成；所述半波振子具有两个振子臂，所述振子臂呈框状结构；所述功分网络和半波振子印刷在衬底材料的至少一面上；所述反射板与衬底材料之间通过介质支撑并相固定。与现有技术相比，本发明具备如下优点通过将振子臂的独特设计应用于传统的印刷天线中，保证了天线加工的一致性，便于调试安装，适合批量生产，且厚度薄，质量轻，成本低。
文档编号H01Q19/10GK101533964SQ20091003657
公开日2009年9月16日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者刘良涛 申请人:京信通信系统(中国)有限公司