专利名称：宽带印制阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于宽带通信系统的收发天线，属于微波通信收发天线制造的技术领域。
印制天线由于重量轻、体积小、低剖面、易于共形和集成等优点而得到了广泛的研究和应用。频带窄是普通印制天线的主要缺点。例如，普通微带贴片天线，带宽仅有1～5％。尽管目前已有多种途径来展宽这类天线的频带，如降低微带天线等效谐振电路的Q值，即增大基片厚度，降低基片相对介电常数等。但是，基片厚度增大会引起表面波的明显激励；降低介电常数的潜力也很有限，最小值1，即空气介质。又如，用铁氧体材料作基片，可使频带明显展宽，但由于损耗大，使得天线效率很低。此外，附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电方式，采取多层微带形式，利用行波阵或对数周期阵等结构也可以展宽频带。但是这些微带天线频带的展宽往往以体积和复杂性的增加以及效率的降低为代价。例如，附加寄生贴片，频带展宽有限；多层微带天线采用多层基片制作，结构复杂，制作工艺繁琐；行波阵或对数周期阵结构面积明显增大数倍。又如，U型槽印制天线，虽然频带性能好，但交叉极化严重，辐射特性受损。因此，能同时做到宽带性能和简单结构的印制天线还很罕见。
本实用新型的发明目的是提供一种用于宽带天线通信系统天线的小型化，集成化宽带印制阵列天线。
本实用新型的宽带印制阵列天线，4个双偶极子单元天线排列在一条直线上所构成，在双偶极子单元天线下端的基片边沿上，设置一片垂直于基片的金属反射面，4个双偶极子单元天线由馈线相连通。每个双偶极子单元天线由一对镜向对称于基片的偶极子型振子所组成，偶极子振子的两个臂分别与对称于基片另一面的臂由金属化孔连通。馈线也镜向对称于基片位于基片的正反两面。
本实用新型的优点在于1．宽频带特性BW＞15％(VSWR＜1．5)，BW＞25％(VSWR＜2．0)这种新型结构的天线阵列由宽带新型双偶极子天线单元组成，因此带宽比普通的印制天线带宽宽得多。普通的印制天线频带很窄，例如，普通微带矩形贴片天线带宽BW仅有1～5％，带线缝隙天线仅有1～2％。在相同的介质基片上，双偶极子型天线的带宽是普通印制偶极子天线的带宽的10倍，普通印制偶极子约为2．4％，双偶极子型天线可达24％以上。
有些普通的印制天线对介质基片的介电常数和厚度有一定的要求。普通印制偶极子一般要求介质厚度在工作波长的十分之一以上，例如，频率在3GHz时，要达到合适的带宽，介质基片厚度须为10mm以上，而这种双偶极子型天线在0．8mm的基片上，带宽就可达到25％以上。在0．8mm的基片上，带宽仅有2％，而且此时效率已很低。
2．结构简单，性能一致性好，易批量一次印制成型，无须外加寄生电路和多层贴片，且馈电网络平面集成化，简单实用。
该新型偶极子天线阵列结构很简单，且阵列馈电网络为平面集成化电路，性能一致性好。普通印制天线的频带的展宽往往以体积和复杂性的增加以及效率的降低为代价。例如，附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电方式，采取多层微带形式，利用地波阵或对数周期阵等结构都可以展宽频带。但是附加寄生贴片，频带展宽有限；多层微带天线采用多层基片制作，结构复杂，制作工艺繁琐；行波阵或对数周期阵结构面积明显增大数倍。而本实用新型均克服了以上的缺陷，不仅频带宽，而且制作简单。
图1是本实用新型的总体结构示意图。其中包括双偶极子单元天线1、偶极子型振子11、基片2、馈线3、金属反射面4、金属化孔5。
图2是图1中A-A处剖视图。其中包括偶极子振子11、金属化孔5、基片2。
本实用新型的实施方案如下采用双面印制线路板的制作工艺，在基片2的正反两侧制作天线的偶极子型振子11和馈线3，在每个双偶极子单元天线的偶极子型振子11的内侧设有金属化孔5。将基片正反两侧镜向对称的振子连通，基片正反两侧的双偶极子单元天线与馈线均镜向对称，然后在基片的下方边沿上，设有一条金属反射面4，在该金属反射面的中部设有一通孔，以便天线的馈线引出，这样即可制成本实用新型的宽带印制阵列天线。
以下以宽带印制阵列天线在W-CDMA基站智能天线中的应用为例具体说明。其具体的步骤与以上所述的步骤相同。
在W-CDMA频段(1920-1980MHz，2110-2170MHz)，采用新型宽带印刷天线作为阵列基本结构单元，利用金属圆柱作为反射面，构成圆形阵列，形成适用于移动通信电磁环境的智能天线阵列。在微波暗室进行驻波系数测试结果显示由该新型宽带印制阵列天线作为单元构成的智能阵列天线可以很好地覆盖W-CDMA通信收发宽频段，从而满足现代宽带数据传输要求。
在W-CDMA频段，此新型宽带印制阵列天线尺寸每两个单元天线的中心距=73mm天线振子到金属反射面的距离=37mm单个天线振子的长度=22mm金属化孔的孔径=0．8mm单个天线振子的宽度=4mm测试结果在微波暗室中测得工作在2Ghz附近的该新型W-CDMA阵列天线实测带宽为BW=2230-1695=535MHz=27．3％(VSWR＜2．0)BW=2095-1750=345MHz=17．9％(VSWR＜1．5)在微波暗室中，对工作频率f=2GHz的宽带印制阵列天线E面方向图进行测量，该天线增益为12．5dB，E面半功率宽度为23度。
权利要求1．一种宽带印制阵列天线，由基片和导电层所组成，其特征在于该阵列天线由4个双偶极子单元天线(1)排列在一条直线上所构成，在双偶极子单元天线(1)下端的基片(2)边沿上，设置一片垂直于基片(2)的金属反射面(4)，4个双偶极子单元天线(1)由馈线(3)相连通。
2．根据权利要求1所述的宽带印制阵列天线，其特征在于每个双偶极子单元天线(1)由一对镜向对称于基片(2)的偶极子型振子(11)所组成，偶极子振子(11)的两个臂分别与对称于基片(2)另一面的臂由金属化孔(5)连通。
3．根据权利要求1或2所述的宽带印制阵列天线，其特征在于馈线(3)也镜向对称于基片(2)位于基片的正反两面。
专利摘要宽带印制阵列天线是一种用于宽带通信系统的收发天线,该阵列天线由4个双偶极子单元天线排列在一条直线上所构成,在双偶极子单元天线下端的基片边沿上,设置一条垂直于基片的金属反射面,4个双偶极子单元天线由馈线相连通。每个双偶极子单元天线由一对镜向对称于基片的偶极子型振子所组成,偶极子振子的两个臂分别与对称于基片另一面的臂由金属化孔连通。馈线也镜向对称于基片位于基片的正反两面。
文档编号H01Q21/00GK2427894SQ00220229
公开日2001年4月25日 申请日期2000年5月11日 优先权日2000年5月11日
发明者洪伟, 蒋芹, 朱晓维, 周健义, 冯立民, 刘进 申请人:东南大学