一种调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，具体是先将各天线单元在基板上分布成均匀/非均匀的线阵/面阵，然后在各所述天线单元之间加入介电常数不为1的介质，各所述介质的厚度分别为b1、b2…bn?1。本发明的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法通过在天线之间加入介质改变各天线单元接收信号的相位，从而减小或增加天线阵列的半功率波瓣宽度，且增加介质的方式实现起来较简单，易安装。
【专利说明】
一种调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无线通信中的天线阵列，尤其涉及一种调节天线阵列半功率波瓣 宽度的方法。
【背景技术】
[0002] 天线的半功率波瓣宽度是定向天线的一个很重要的参数，它是指低于天线最大增 益3dB处所成的夹角的宽度。半功率波瓣宽度越窄，无线电波的方向性越好，抗干扰能力越 强。目前主要是通过增加天线阵列的电尺寸来减小天线阵列半功率波瓣宽度，通常是通过 增加各天线单元之间的距离和增加天线阵列包含天线单元的个数，来增加天线阵列的电尺 寸。对于均匀线阵（均匀线阵是指相邻辐射元之间距离相等、所有辐射元的激励幅度相同、 相邻辐射元的激励相位恒定），波瓣宽度与天线阵列的电尺寸成反比（天线阵列包含n个天 线单元，天线单元之间的间距为d，则天线阵列的电尺寸为（￥)，.因此通过增加天线阵列 乂 的电尺寸可以减小天线阵列的半功率波瓣宽度。但是增加电尺寸要求的天线单元个数多、 单元之间的间距大，从而导致天线阵列的电尺寸大，成本高，且随着尺寸的增加必然带来不 易安装、成本增加等问题。
[0003] 有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新的调节天线阵 列半功率波瓣宽度的方法，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种在不增加天线阵列电尺寸的前提 下调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，以达到减小或增加天线阵列半功率波瓣宽度的目 的。
[0005] 本发明的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，先将各天线单元在基板上分布成 均匀/非均匀的线阵/面阵，然后在各所述天线单元之间加入介电常数不为1的介质。
[0006] 进一步的，还可通过改变各所述介质的厚度来调节所述天线阵列半功率波瓣宽 度。
[0007] 进一步的，在各所述天线单元之间加入介电常数大于1的介质来减小所述天线阵 列的半功率波瓣宽度。
[0008] 进一步的，在各所述天线单元之间加入介电常数小于1的介质来增加所述天线阵 列的半功率波瓣宽度。
[0009] 进一步的，各所述天线单元接收到的信号经过串联/并联馈电网络进行矢量合成 后得到所述天线阵列的接收信号。
[0010] 进一步的，所述串联馈电网络包括将各所述天线单元串联的传输线，以及与所述 传输线连接的耦合线，由功率分配器通过所述耦合线与传输线将功率以等幅同相\不等幅 同相\等幅不同相\不等幅不同相的方式分配给各所述天线单元。
[0011] 进一步的，所述并联馈电网络由若干并联的功率分配器以等幅同相\不等幅同相\ 等幅不同相\不等幅不同相的方式将功率分配给各所述天线单元。
[0012] 借由上述方案，本发明的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法通过在天线单元之 间加入介质改变天线单元接收信号的相位，从而减小或增加天线阵列的半功率波瓣宽度， 且增加介质的方式实现起来较简单，易安装;另外，改变介质的厚度也可以调节天线的半功 率波瓣宽度，简单易操作。
[0013]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0014] 图1是无线信号以与水平面成a角入射的示意图；
[0015] 图2是本发明在天线阵列中加入介质的示意图；
[0016] 图3是本发明具体实施时的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0018] 本发明通过在天线单元之间增加介质来调节天线阵列的半功率波瓣宽度。
[0019] 具体实施方法为：
[0020] 如图2所示，将各天线单元沿水平方向在基板上均匀分布成线阵，各天线单元的间 距为d，各天线单元由馈电网络馈电，在天线单元之间加入介质，介质的介电常数大于1，介 质厚度分别为bl、b2."bn一 1。
[0021] 如图1所示，当空气中的无线信号以与水平面成a角入射时，当天线单元之间没有 介质时，假设天线单元1接收到的信号相位为〇,则天线单元2、3~n接收到的信号的相位分 别为
、各个天线单元接收到的 信号通过等幅同相馈电网络进行矢量合成后得到天线阵列的接收信号，由上面可知，当a = 〇时，天线阵列的接收信号最大，随着a角的增大，天线阵列的接收信号逐渐减小，当天线阵 列的接收信号降到最大值的一半时，即为天线阵列的半功率波瓣宽度。当在天线单元之间 加入厚度不等的介质时，因信号需先经过介质后再被天线单元接收，假设天线单元1 接收到的信号相位为〇，则天线单元2、3…n接收到的信号的相位分别为
其中k为介质的介电常数，A为空气波长。各个天线单元接收到的信号经过等幅同相馈电网 络进行矢量合成后得到天线阵列的接收信号。从图2中可以看出当a = 0时，信号在被天线单 元接收前不需要经过介质，因此，此时天线阵列接收到的信号与无介质情况下一样，且为天 线阵列的接收信号的最大值，随着a的增大，因为加入介质后，各天线单元接收到的信号的 相位差相对不加介质时发生变化，从而导致矢量合成后得到的信号有所改变，从而调节了 半功率波瓣宽度。
[0022]从上述可见，当各天线单元之间设置厚度不等的介质后，各天线单元接收到的信 号的相位差与介质的介电常数有关。当在各天线单元之间加入介电常数大于1的介质时，各 个天线单元接收到的信号的相位差比不加介质的时候大，从而可以减小天线阵列的半功率 波瓣宽度；当在各天线单元之间加入介电常数小于1的介质时，各个天线单元接收到的信号 的相位差比不加介质的时候小，从而可以增加天线阵列的半功率波瓣宽度。
[0023]另外，从上述可见，改变介质的厚度即的值，也可改变各天线单元接收 到的信号的相位差。因此，可以调节介质至相应的厚度，以得到想要的半功率波瓣宽度。
[0024]本发明中的馈电方式可采用串联馈电网络，也可采用并联馈电网络，使各天线单 元接收到的信号经过串联或并联馈电网络进行矢量合成后得到天线阵列的接收信号。具体 的，串联馈电即利用传输线将各天线单元串联，由传输线和耦合线组成阻抗变换器，功率分 配器通过阻抗变换器给各天线单元提供功率;并联馈电网络由若干并联的功率分配器将功 率分配给各所述天线单元。当然，无论是串联馈电还是并联馈电，功率分配器可采用等幅同 相\不等幅同相\等幅不同相\不等幅不同相的方式给各天线单元提供功率。馈电方式可根 据具体的天线阵列决定。
[0025]具体实施时，如图3所示为一个1x8的天线阵列，天线单元为patch天线，各个天线 单元采用等幅同相的馈电方式，天线单元中心间距40mm，从左边开始介质厚度分别为10mm、 15mm、20mm、25mm、20mm、15mm、10mm。当不加介质时，天线阵列的半功率波瓣宽度为8.5°，当 加上介质后天线阵列的半功率波瓣宽度为6.4度，减小了近25%。
[0026] 另外，上述实施例是以等幅同相馈电网络进行叙述的，对于各种形式的不等幅、不 同相的串联或并联馈电网络同样适用；同时对任何形式的天线同样适用，对天线单元的分 布不做要求，即各天线单元可以不均匀分布，也可分布成面阵。
[0027] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和 变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:先将各天线单元在基板上 分布成均匀/非均匀的线阵/面阵，然后在各所述天线单元之间加入介电常数不为1的介质。2. 根据权利要求1所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:还可通过 改变各所述介质的厚度来调节所述天线阵列半功率波瓣宽度。3. 根据权利要求1所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:在各所述 天线单元之间加入介电常数大于1的介质来减小所述天线阵列的半功率波瓣宽度。4. 根据权利要求1所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:在各所述 天线单元之间加入介电常数小于1的介质来增加所述天线阵列的半功率波瓣宽度。5. 根据权利要求1-4任一项所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于： 各所述天线单元接收到的信号经过串联/并联馈电网络进行矢量合成后得到所述天线阵列 的接收信号。6. 根据权利要求5所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:所述串联 馈电网络包括将各所述天线单元串联的传输线，以及与所述传输线连接的耦合线，由功率 分配器通过所述耦合线与传输线将功率以等幅同相\不等幅同相\等幅不同相\不等幅不同 相的方式分配给各所述天线单元。7. 根据权利要求5所述的调节天线阵列半功率波瓣宽度的方法，其特征在于:所述并联 馈电网络由若干并联的功率分配器以等幅同相\不等幅同相\等幅不同相\不等幅不同相的 方式将功率分配给各所述天线单元。
【文档编号】H01Q21/00GK105958213SQ201610301234
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】朱毛毛
【申请人】苏州集泰信息科技有限公司