专利名称：一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信设备，特别涉及微波天线，具体的是一种用阶梯阻抗 线串联馈电的微带缝隙赋形波束天线。
背景技术：
传统的波束赋形实现形式，多见于采用并联馈电网络来控制天线单元的幅 度与相位，此方法可以方便地对阵列进行控制，但是需要额外设计馈电网络， 这样一方面增加了系统的复杂度，另一方面并联馈电网络一般馈线较长，因此 带来的馈线损耗也相对比较大。近十几年来，串联馈电的赋形波束天线也获得 了比较广泛的研究，即用一根馈线以串联方式对所有的阵列辐射单元进行馈 电，虽然节省了馈电功率分配网络，但是每个单元上的馈电幅度和相位的控制 就变得相对复杂，必须依靠改变辐射单元的结构，继而改变其阻抗特性来实现， 这就大大增加了天线设计时的技术难度与成本。比较常见的串联馈电的赋形波 束天线，即所谓的"喜连川"天线，是由同轴线内外导体交替相连构成，此种结 构可以实现较高的增益和全向的辐射特性，但是，其结构复杂，加工制作成本 比较高，同时，在设计过程中很难精确的控制其方向图，因此，其波束的赋形 特性往往不太好，仅能实现一定角度范围内的波束零点填充。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用阶梯阻抗线串联馈电 的微带缝隙赋形波束天线，在不改变辐射单元的情况下，通过控制馈电微带线 的特性阻抗，来改变馈电微带线上的电压电流分布，从而控制每个辐射单元上 的幅度与相位，以实现要求的赋形波束。本发明提供的天线由双面覆金属的微带介质板构成，微带介质板的一面 作为接地板，刻蚀有不少于3个等距离排列的相同的缝隙辐射单元；所述微 带介质板的另一面设有由两种不同特性阻抗的微带线交替串联而成的微带 线，所述两种不同特性阻抗微带线的阻抗比》1.6;所述两种不同特性阻抗的微带线的连接关系是在任意两个所述缝隙辐射单元之间，在一种微带线上 串联另一种微带线；所述微带线伸出第一个缝隙辐射单元。为了更好地实现本发明，所述天线的馈电点与所述最后一个缝隙辐射单 元之间串联一段微带线。所述天线的馈电点与所述最后一个缝隙辐射单元之间串联的微带线的长度为0.1~0.5A，特性阻抗为10^200欧姆，与所述最后一个缝隙辐射单元之间的距离是0.05 0.25A;其中A为天线工作的波长。所述缝隙辐射单元包括H形缝隙辐射单元或一字形缝隙辐射单元。 所述微带介质板是介电常数大于2,厚度大于0.5mm的双面覆金属的微带介质板。所述天线的末端是与馈线连接的同轴接头，或直接焊接电缆。 所述天线密封于天线罩内，以实现防水。 和现有技术相比，本发明的优点是1、本发明在一块微带介质板上实现了用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙 赋形波束天线，这种设计方案，避免了使用功率分配网络，仅通过调整串联 馈电微带线的特性阻抗就可实现天线方向图的波束控制。天线整体制作在双 面覆金属的微带介质板上，使用机械刻制、激光刻制、电路板腐蚀等技术均 可容易的制作。2、 由于天线为微带结构，重量轻、成本低、适合工业批量生产，因此天 线具备结构简单、设计容易、制造成本低廉的优点。3、 天线具备良好的阻抗匹配特性与向双侧辐射的平方余割赋形波束方向 图，因此，适合隧道、高速公路、长形建筑等狭长区域的信号覆盖。
图1是本发明用阶梯阻抗线串联馈电的赋形波束天线的结构俯视图。 图2是本发明用阶梯阻抗线串联馈电的赋形波束天线的方向图特性测试 结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明所要求保 护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。本发明提供的天线结构如图1所示,天线以印刷电路板的方式制作在双面覆金属的微带介质板1上，所述微带介质板1的一面是覆金属的接地板，刻蚀有3个以上的缝隙辐射单元2，缝隙辐射单元2的形状可以是H形也可以 是一字形。在微带板介质板1的另一面是由两种不同特性阻抗的微带线3和 微带线4串联而成的微带线。在每两个缝隙辐射单元2之间，有且只有一段 微带线3，其他微带线均为微带线4。微带线3与微带线4的特性阻抗比大于 或等于1.6，例如微带线3的特性阻抗为50欧姆，则微带线4的特性阻抗可 采用25欧姆或90欧姆。通过调整每两个缝隙辐射单元2之间微带线3的长 度与位置即可控制天线的辐射方向图，达到要求的赋形波束。微带线4伸出第 一个缝隙辐射单元2，以实现对第一个缝隙辐射单元2的短路馈电。在天线的 馈电点与最后一个缝隙辐射单元2之间，使用一段长度为0.U 0.5A、特性阻 抗为10~200欧姆的微带线6来实现天线的阻抗匹配，微带线6与最后一个缝 隙辐射单元2的距离为0.05 0.25A，其中A为天线工作的波长。天线整体制 作在双面覆金属的微带介质板上，可使用机械刻制、激光刻制、电路板腐蚀等 技术来制作。天线的末端5可通过SMA同轴接头与馈线连接，也可以直接焊 接馈电电缆。应用本天线的一个实例为不失一般性，此实例的所有尺寸均对天线工作 的波长A归一化为电长度。如图1，微带介质板1上共刻蚀有8个H形缝隙 辐射单元2，从右至左依次称为S1至S8，相邻两个缝隙辐射单元2的距离是 0.64A;微带介质板1的另一面设有具备阶梯阻抗特性的串联馈电微带线，微 带线由特性阻抗50欧姆与25欧姆的微带线交替串联而成，即每两个缝隙辐 射单元2之间，在50欧姆的微带线4上串联一段25欧姆的微带线3。 50欧 姆的微带线4伸出第一个缝隙辐射单元S1的长度为0.25A,从而实现对第一 个缝隙辐射单元S1的短路馈电。在本实施例中，所串连的25欧姆微带线3的位置与长度如下缝隙辐 射单元S1与S2之间，在50欧姆微带线4上串联25欧姆微带线3的长度 是0.16A，距离缝隙辐射单元S2的长度是0.34A;缝隙辐射单元S2与S3 之间，在50欧姆微带线4上串联的25欧姆微带线3的长度是0.09A，距离 缝隙辐射单元S3的长度是0.37A;缝隙辐射单元S3与S4之间，在50欧姆 微带线4上串联25欧姆微带线3的长度是0.13A，距离缝隙辐射单元S4的 长度是0.34A;缝隙辐射单元S4与S5之间，在50欧姆微带线4上串联25 欧姆微带线3的长度是0.34A，距离缝隙辐射单元S5的长度是0.41A;缝隙辐射单元S5与S6之间，在50欧姆微带线4上串联25欧姆微带线3的长 度是0.19A，距离缝隙辐射单元S6的长度是缝隙辐射单元S6与S7 之间，在50欧姆微带线4上串联25欧姆微带线3的长度是0.3A，距离缝隙 辐射单元S7的长度是0.3A;缝隙辐射单元S7与S8之间，在50欧姆微带 线4上串联25欧姆微带线3的长度是0.17A，距离缝隙辐射单元S8的长度 是0.41A。匹配微带线6的特性阻抗为100欧姆，长度为0.3\，距离缝隙S8 的长度是0.23A。
图2显示了本天线在俯仰面(即图1中沿微带介质板1纵向，且与微带 介质板1相垂直的面)归一化方向图在微波暗室中的测试结果。结果显示，在 要求的赋形区域，天线方向图在[95°,130°]俯仰角区域符合赋形要求，这对于 改善信号覆盖区域的通信质量、减小通讯盲区是非常有效的。其上半空间副瓣 电平压低至-19dB，可利用减小干扰，合理分配发射机能量。实测结果显示， 天线在中心频率上回波损耗小于-20dB，增益达10.9dBi，可获得比较理想的 覆盖面积。
如上所述便可较好的实现本发明。本发明并不仅限于上述给出的实施方 案，本领域技术人员在本发明的构思下，可作出不同的变形，例如使用其他两 种特性阻抗的微带线的搭配，如微带线4和微带线3的特性阻抗还可取为其 他特性阻抗，只要满足阻抗比^1.6即可；或者采用一字形的缝隙辐射单元； 或者匹配微带线6采用长度为0.U 0.5;u特性阻抗为10~200欧姆、距离最 后一个缝隙辐射单元2的长度在0.05 0.25A (其中A为天线工作的波长)之 间的其它数值等等，都可以实现本发明的目的。
权利要求
1. 一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束天线，其特征是，由双面覆金属的微带介质板(1)构成，所述微带介质板(1)的一面作为接地板，刻蚀有不少于3个等距离排列的相同的缝隙辐射单元(2)；所述微带介质板(1)的另一面设有由两种不同特性阻抗的微带线(4)和微带线(3)交替串联而成的微带线，所述两种不同特性阻抗微带线的阻抗比≥1.6；所述微带线(4)和微带线(3)的连接关系是在任意两个所述缝隙辐射单元(2)之间，在微带线(4)上串联微带线(3)；所述微带线(4)伸出第一个缝隙辐射单元(2)。
2、 根据权利要求1所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束 天线，其特征是，所述天线的馈电点与所述最后一个缝隙辐射单元(2)之间 串联一段微带线(6)。
3、 根据权利要求2所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束 天线，其特征是，所述微带线(6)的长度为0.卜0.5A，特性阻抗为10~200 欧姆，与所述最后一个缝隙辐射单元(2)的距离是0.05~0.25A;其中入为 天线工作的波长。
4、 根据权利要求1或2所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束天线，其特征是，所述缝隙辐射单元(2)包括H形缝隙辐射单元或一 字形辐射单元。
5、 根据权利要求1或2所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形 波束天线，其特征是，所述微带介质板(1 )是介电常数大于2,厚度大于0.5mm 的双面覆金属的微带介质板。
6、 根据权利要求1或2所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋 形波束天线，其特征是，所述天线的末端(5)是与馈线连接的同轴接头，或 直接焊接电缆。
7、 根据权利要求1或2所述一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋 形波束天线，其特征是，所述天线密封于天线罩内。
全文摘要
本发明公开了一种用阶梯阻抗线串联馈电的微带缝隙赋形波束天线，它由双面覆金属的微带介质板构成，微带介质板作为接地板的一面上刻蚀有不少于3个等距离排列的相同的缝隙辐射单元，另一面设有由两种不同特性阻抗的微带线交替串联而成的微带线，两种不同特性阻抗微带线的阻抗比≥1.6；两种微带线的连接关系是在任意两个所述缝隙辐射单元之间，在一种微带线上串联另一种微带线；微带线伸出第一个缝隙辐射单元，以实现对第一个缝隙辐射单元的短路馈电。该天线结构简单，重量轻、设计容易、制造成本低廉，适合隧道、高速公路、长形建筑等狭长区域的信号覆盖。
文档编号H01Q13/10GK101267061SQ20081002771
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者褚庆昕, 马汉清 申请人:华南理工大学