一种电可调波束方向和波束宽度的微带天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种应用前景广泛的波束方向和波束宽度都 可以通过电压调节的可重构微带天线，
【背景技术】
[0002] 天线作为通信系统中信息发送和接收的器件在通信系统中发挥了重要的作用。基 站天线是天线在蜂窝移动通信网中的应用，它对天线的辐射特性有着特殊的要求。在电力 无线通信系统中，一般采用宏区覆盖，而且绝大部分用户处于静止状态，用户和业务需求的 非均匀区域分布特性更为突出，而且这种非均匀特性长期存在，因此很难将热点小区或扇 区中的用户调度到其余小区或扇区。采用可以灵活调整波束宽度和下倾角方向的可重构基 站天线，使业务负载得到均衡。
[0003] 可重构天线波束方向和波束宽度的调节方式主要分为三种：机械调节、改变天线 的材料特性以及通过电方式调节。机械调节是指在天线上安装机械臂，转动机械臂来带动 天线的倾斜，从而改变天线的下倾角，但是机械调节的安全性较低，成本较高，并且随着机 械调节下倾角度的变大，天线的方向图开始变形；改变天线的材料特性是指在天线辐射单 元或者馈电网络上使用特异性材料来改变传播常数从而实现天线方向图的重构。但是这个 方法加工和操作都非常复杂，具有很大的不可控性，成本也较高。电调方式是通过在天线上 加载电抗元件，通过电压控制电抗元件的阻抗从而实现辐射方向图的变化。电调方式操作 简单，实现难度小，成本低，必将成为未来整个可重构天线行业的发展趋势。
[0004] 电调波束方向的方法有很多，最常见的使用相控阵给天线的阵元馈以不同相位的 电流从而实现波束方向的调节，但是这种方式对于阵元很多的天线需要复杂的馈电网络。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：为了使天线在两个垂直面上分别实现波束方向和波 束宽度的连续可调，提供一种既能满足通信系统中天线设计的需要、又易于将通信系统中 微波毫米波电路与微波毫米波天线集成在一起的电调波束方向和波束宽度的微带天线。
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：一种电可调波束方向和波束宽 度的微带天线，包括介质板、分布在介质板同一面上的福射贴片以及分布在介质板另一面 上的接地板，所述辐射贴片包括一个正方形驱动贴片和四个尺寸相同的正方形寄生贴片， 所述四个寄生贴片环绕驱动贴片四边分布，任一寄生贴片与驱动贴片相邻边平行，在每个 寄生贴片上开有一个呈无端状的缝隙，所述缝隙包围的寄生贴片部分定义为寄生贴片的正 区域，所述缝隙之外的寄生贴片部分定义为寄生贴片的负区域，所述正区域通过变容二极 管与负区域电气相连，所述寄生贴片的负区域的外围与接地板相连。
[0007] 进一步地，包括射频馈电电路单元和四个直流馈电电路单元，所述射频馈电电路 单元为第一同轴探针，第一同轴探针给驱动贴片射频馈电，所述直流馈电电路单元包括第 二同轴探针，第二同轴探针给寄生贴片的正区域直流馈电。采取不同的馈电方式，从而实现 对变容二极管的电压的调节。
[0008] 进一步地，所述直流馈电电路单元还包括扼流圈，所述第二同轴探针与扼流圈相 连。扼流圈的作用是隔绝寄生贴片上的射频信号通过第二同轴探针流入直流电源，烧毁直 流电源。
[0009] 进一步地，所述第一同轴探针和第二同轴探针从接地板穿过介质板且与辐射贴片 相接。此结构馈入方式简单，输入端阻抗匹配调节方式也很容易，结构上也简洁美观。
[0010] 进一步地，所述变容二极管的个数大于2,且以并联的方式加载在正区域和负区域 之间。通过多个变容二极管并联，可以增加电容范围，以满足电调要求。
[0011] 进一步地，所述缝隙呈正方形。此结构方便调节缝隙的宽度。
[0012] 进一步地，所述寄生贴片的负区域外围通过微带短路线与接地板相连，所述微带 段路线包括长度为i人的微带线和金属柱，所述微带线一端与寄生贴片的负区域外围相 4 ' 连，其另一端连接金属柱，所述金属柱贯穿介质板与接地板相连，其中，1'其中C 为光速，fc为工作频率，ε1^为介质板的相对介电常数。该接地方式简单，成本低。
[0013] 进一步地，所述寄生贴片的边长尺寸与驱动贴片的边长尺寸相同，寄生贴片与驱 动贴片的相邻边刚好正对。寄生贴片的边长尺寸越接近于驱动贴片的尺寸，寄生贴片耦合 的电流越大，辐射就越大，但是寄生贴片的尺寸过大或者过小，耦合到的电流都比较小。
[0014] 进一步地，所述寄生贴片与驱动贴片的相邻边的间隔约为驱动贴片的边长的十分 之一。此间距有利于增强寄生贴片耦合的电流，辐射就越大。
[0015] 与现有的天线相比，本发明具有如下优点：
[0016] 1)该天线功能较多，分别调节相对的两个寄生贴片上变容二极管的控制电压可以 实现波束方向在y〇z面和χοζ面-20°到20°的连续变化；同时调节相对的两个寄生贴片 上变容二极管的控制电压可以实现波束宽度在y〇z面和xoz面90°到120°的连续变化。
[0017] 2)该天线的结构简单，易于加工。
[0018] 3)该天线的馈电网络非常简单，不需要额外的功分器或者移相器。
[0019] 4)该天线设计成本低廉，应用范围广。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的辐射贴片之间的分布图；
[0021] 图2为本发明的寄生贴片上的电容值和寄生贴片等效电尺寸的关系图；
[0022] 图3为本发明的寄生贴片等效电尺寸和主波束方向偏转角度的关系图；
[0023] 图4为本发明的回波损耗随频率变化的示意图；
[0024] 图5为本发明的不同电容值对应的波束带宽变化图；
[0025] 图6为本发明的不同电容值下的波束方向变化图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0027] 实施例1如图1所示，一种电可调波束方向和波束宽度的微带天线，包括介质板、 分布在介质板同一面上的辐射贴片以及分布在介质板另一面上的接地板，所述辐射贴片包 括一个正方形驱动贴片和四个尺寸相同的正方形寄生贴片，所述四个寄生贴片环绕驱动贴 片四边分布，任一寄生贴片与驱动贴片相邻边平行，具在每个寄生贴片上开有一个呈无端 状的缝隙，优选的，所述缝隙呈正方形，所述缝隙包围的寄生贴片部分定义为寄生贴片的正 区域，所述缝隙之外的寄生贴片部分定义为寄生贴片的负区域，所述正区域通过变容二极 管与负区域电气相连，所述寄生贴片的负区域的外围与接地板相连，具体的接地方式为，所 述寄生贴片的负区域外围通过微带短路线与接地板相连，所述微带段路线包括长度为{人 4 ? 的微带线和金属柱，所述微带线一端与寄生贴片的负区域外围相连，其另一端连接金属柱， 所述金属柱贯穿介质板与接地板相连，其中，' 其中C为光速，fc为工作频率，ε^ 为介质板的相对介电常数。
[0028] 为了采取不同的馈电方式，从而实现对变容二极管的电压的调节，一种电可调波 束方向和波束宽度的微带天线，还包括射频馈电电路单元和四个直流馈电电路单元，所述 射频馈电电路单元为第一同轴探针，第一同轴探针给驱动贴片射频馈电，所述直流馈电电 路单元包括第二同轴探针，第二同轴探针给