专利名称：智能阵列天线的微带印刷振子及其天线阵单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种天线辐射单元以及天线阵单元，尤其是一种天线辐射单元为微带印刷振子并且振子与馈电网络一体化的天线阵单元。属于通信设备智能天线技术是第三代移动通讯的核心技术之一，它不同于常规的基站天线技术为了提高电磁波的利用率，该技术采用了多通道阵列天线，天线的方向性比常规天线更强、天线波束更窄，做到定向地发射和接收；而当用户方位位置改变时，天线的波束指向也应随之变化。智能天线技术给阵列天线的设计提出了更高的要求天线的一致性要好，容易实现，结构重量要轻，可大批量生产，低成本等。而现有的基站天线，主要以满足常规基站的需求为目的，其设计方法一般是采用金属结构的天线辐射振子，其天线馈电网络与辐射振子分开设计，馈电网络和辐射振子加工、安装较为复杂，如果以现有基站天线的设计方式应用到智能天线多通道阵列天线的设计中，势必天线的设计、加工、成本和重量等矛盾更为突出。
移动通讯基站天线从常规单通道、双通道双极化天线(适应现行的常规基站网络规划技术)，向多通道、多波束阵列天线方向发展(适应将来智能天线技术的网络规划)。作为基站阵列天线技术本身，它的构成主要为馈电网络和辐射振子。从检索的基站天线资料和基站天线实物及移动通讯基站天线市场分析来看，约80％的基站天线采用的是金属辐射振子，约20％采用微带辐射振子；馈电网络有空气带线馈电网络、同轴馈电网络、微带线馈电网络，采用前二者的市场份额较大，这是因为微带馈电网络的成本和损耗方面相对高一些的原因。随着智能天线技术研发的深入开展，使用金属辐射振子和金属馈电网络构成多通道阵列天线，在设计、加工和大量生产中的困难会明显增加；而采用微带馈电网络和微带印刷振子，其采用印刷电路的加工方式，使设计、加工和大量生产更加简便易行，成本和重量相对降低。特别需要指出的是，常用微带辐射振子(矩形微带贴片、缝隙微带振子)的带宽较小(只有3％-5％)，采用多层结构的微带辐射振子结构可显著改善带宽，但其结构复杂且成本高；而金属对称辐射振子的带宽较大，但其大量加工和与馈电网络的装配联调较费人力。
本实用新型的目的是这样实现的一种智能阵列天线的微带印刷振子，振子为微带对称辐射双振子(101)，一个振子(1011)与微带板地板相连，另一个振子(1012)与50欧姆微带线相连，振子分别在高频微带板材(102)的两层印制而成。
具体地，振子的总长度为设计频率自由空间波长的二分之一略短，阵子宽度为振子长度的10％-20％。平衡器(103)由上下两层组成；上层由50欧姆微带线和振子(1012)连接，连接处沿直线斜角连接；下层由微带地板渐变，呈三角形，顶部宽度为50欧姆微带线宽度，和振子(1011)连接，连接处沿直线斜角连接，底部和反射地板(104)直接相连。平衡器底部宽度为50欧姆微带线宽度的3-5倍。
反射地板(104)的边沿与振子中心距离为四分之一自由空间波长。
一种智能阵列天线的天线阵单元，它包括上述的振子和馈电网络；馈电网络由导体线条连接而成后与振子连接，并且振子和馈电网络可在一块双面高频微带板材(102)上一体化设置构成天线阵。
一种智能阵列天线，它包括上述的天线阵单元，天线阵单元为一个以上等间距排列，构成直线阵或圆环阵智能阵列天线。
根据上述技术方案分析可知，本实用新型克服了现有基站天线技术中馈电网络和辐射振子分体设计加工且组装调费时费力、成本高、一致性差的缺点，该微带印刷振子具有金属对称辐射振子的带宽(带宽15％)，同时具有微带印刷振子可使用印刷电路进行设计、加工且一致性好的特点，结构简单，特别适用和微带馈电网络一体化设计加工。
本实用新型提供的用于第三代移动通讯WCDMA智能天线阵微带辐射振子具体为A.微带对称辐射振子(101)为双振子，一个振子(1011)与微带板地板相连，另一个振子(1012)与50欧姆微带线相连，两个振子结构对称，分别在高频微带板材(102)的两层印制。微带对称辐射振子的总长度为设计频率自由空间波长的二分之一略短，阵子宽度为振子长度的10％-20％，其目的是实现自由空间和辐射振子的宽带匹配，高效实现微波射频信号与自由空间辐射。
B.平衡器(103)是实现微带对称辐射振子(101)和50欧姆馈线(104)之间的阻抗匹配，有上下两层组成上层由50欧姆微带线和振子(1012)连接，连接处由直线斜角实现；下层由微带地板渐变，呈三角形，顶部宽度为50欧姆微带线宽度，和振子(1011)连接，连接处由直线斜角实现，底部宽度为50欧姆微带线宽度的3-5倍，和反射地板(104)直接相连。
C.反射地板(104)的主要作用是反射和空间匹配，其边沿与振子中心距离为四分之一自由空间波长。
D.50欧姆馈线(105)，其作用是实现辐射振子的馈电，馈电可以选择多种微带方式。
图1给出了用1.5mm厚介电常数2.55微带双面覆铜高频板材实现本装置的具体尺寸，其设计频率为第三代移动通信WCDMA标准(1.920-2170MHz)，驻波小于1.4。图2为采用本实用新型装置构成的天线阵单元。
本实用新型与现有基站天线技术相比，克服了现有基站天线技术中馈电网络和辐射振子分体设计加工且组装调费时费力、成本高、一致性差的缺点，该微带印刷振子具有金属对称辐射振子的带宽(带宽15％)，同时微带印刷振子可使用印刷电路进行设计、加工且一致性好，结构简单，重量轻，特别适用和微带馈电网络一体化设计和印刷电路加工。
采用微带馈电网络(201)和本实用新型所述装置微带印刷振子(202)一体化设计天线阵单元(21)，可构成智能天线的阵元(31)，阵元高低方向图赋型(上副瓣抑制、下副瓣零点填充)可通过微带馈电网络(201)的不同幅度、相位实现，一个以上等间距(距离为半波长)排列多个阵元(31)可组成智能天线直线阵和圆环阵，用此高低方向赋型直线阵天线，可更好地抑制相邻基站的同频干扰，减少覆盖区域的盲点。采用本实用新型所述用方法和装置，可采用印刷电路加工方式，大大降低了生产调试智能天线天线阵成本，可迅速大批量生产满足第三代移动通讯标准(WCDMA和CDMA20000)的智能天线天线阵产品。第三代移动通讯核心技术——智能天线技术的试验和商用生产，可以更好地为用户提供高质量的语音、视频和高速数据服务。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于振子为微带对称辐射双振子(101)，一个振子(1011)与微带板地板相连，另一个振子(1012)与50欧姆微带线相连，振子(1011)和振子(1012)分别在双面高频微带板材(102)的两层分别印制而成，由微带板材(102)的介质层隔离，没有直流上的连接关系，两个振子缺一不可，共同实现50欧姆微带线与自由辐射空间的匹配。
2.根据权利要求1所述的智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于振子的总长度为设计频率自由空间波长的二分之一略短，阵子宽度为振子长度的10％-20％。
3.根据权利要求1所述的智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于平衡器(103)由上、下两层组成；上层由50欧姆微带线和振子(1012)连接；下层由微带地板渐变，呈三角形，顶部宽度为50欧姆微带线宽度，和振子(1011)连接，底部和反射地板(104)直接相连。
4.根据权利要求3所述的智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于所述的上层或下层的50欧姆微带线和振子(1012)连接处沿直线斜角连接。
5.根据权利要求3所述的智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于平衡器底部宽度为50欧姆微带线宽度的3-5倍。
6.根据权利要求1所述的智能阵列天线的微带印刷振子，其特征在于反射地板(104)的边沿与振子中心距离为四分之一自由空间波长。
7.一种智能阵列天线的天线阵单元，它包括如上述1-6权利要求所述的振子和馈电网络，其特征在于馈电网络由导体线条连接而成后与振子连接，并且振子和馈电网络可在一块双面高频微带板材(102)上一体化设置构成天线阵。
8.一种智能阵列天线，它包括如上述7权利要求所述的天线阵单元，其特征在于天线阵单元为一个以上等间距排列，构成直线阵或圆环阵智能阵列天线。
专利摘要一种智能阵列天线的微带印刷振子，振子为微带对称辐射双振子(101)，一个振子(1011)与微带板地板相连，另一个振子(1012)与50欧姆微带线相连，振子分别在高频微带板材(102)的两层印制而成。振子的总长度为设计频率自由空间波长的二分之一略短，阵子宽度为振子长度的10％－20％。平衡器(103)由上下两层组成；上层由50欧姆微带线和振子(1012)连接，连接处沿直线斜角连接；下层由微带地板渐变，呈三角形，顶部宽度为50欧姆微带线宽度，和振子(1011)连接，连接处沿直线斜角连接，底部和反射地板(104)直接相连。本实用新型结构简单易于加工和大量生产，最好和馈电网络实现一体化加工。
文档编号H01Q21/00GK2558102SQ0226517
公开日2003年6月25日 申请日期2002年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者郭险峰, 段斌, 郭绪斌, 陈天才, 李知新, 赵建平, 刘建利 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司上海第二研究所