无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线的制作方法

专利名称：无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型是一种主要用于无线局域网和宽带无线接入等无线通信系统中作为向空间发射电磁波或从空间接收电磁波的关键的电子部件，属于内置小天线和小阵列天线的技术领域。
二背景技术：
在内置小天线和小阵列天线的技术领域内，针对移动通信系统(如GSM和CDMA)中的手机、无线局域网和宽带无线接入系统中的无线局域网卡及宽带无线接入网卡中的内置小天线和小阵列天线，由于巨大的市场需求和潜力，吸引许多专业技术人员去研究开发具有成本低、体积小、重量轻、电性能优异、可靠性高、使用安装方便、可大批量生产及电性能批量一致性好的内置小天线和小阵列天线的产品。根据不同系统的具体情况，对这类小天线或小阵列天线人们希望达到的基本要求是(1)非常宽的工作频率带宽(希望达到多倍频程的带宽，以兼容不同频段和不同系统的应用需求)；(2)在所要求的工作频率带宽内有优良的匹配特性；(3)能满足不同频段和不同系统对天线辐射特性的要求；(4)损耗小，天线效率高；(5)制造成本低，工艺简单，可大批量生产；(6)可靠性高；(7)电性能批量一致性好；(8)体积小、重量轻和使用安装方便等。
同类产品由于对应的工作频率范围和系统不同，采用的天线形式和结构以及实现的工艺途径也不同，对相同的工作频率范围和系统其采用的天线形式和结构又不同，存在下列缺点(1)工作频率范围窄，不能同时兼容不同频段和系统；(2)采用的天线形式和结构及实现工艺复杂，如陶瓷天线、铁氧体天线等；(3)制造成本高；(4)由于陶瓷和铁氧体材料的损耗，天线效率较低；(5)对相同的工作频率范围和系统由于采用的天线形式和结构不同，其工作频率范围窄，不能兼容不同的频段和系统需求，无法同时满足多系统和多频段的应用。
三、技术内容1、发明目的本实用新型的发明目的就是提供一种具有多倍频程工作频率带宽，可同时满足多个系统和多个频段的应用需求，成本低，制造简单，电性能优良和使用方便的无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线。
2、技术方案
本实用新型的无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线由多个单元电路组合而成，即该多倍频程内置卡片天线由一个宽频带、低色散的共面波导阻抗变换电路、一个共面波导渐变线阻抗变换器、一个馈电连接段和径向传输的扇形辐射器组成一个天线单元，另一个完全相同的单元间隔一定距离，并行排列，间距中心处用矩形长条接地线段置于两个单元中间，构成一个抗多径干扰的空间分集二元阵天线。两个单元通过程控单刀双掷开关电路，按时分动态双工搜索自动智能选择模式工作，完成空间分集和抗多径干扰功能，共面波导阻抗变换电路由变换器G1构成，馈电连接段由金属导带L1构成，扇形辐射器由平面辐射器R1构成，其中变换器G1、变换器G2、金属导带L1、平面辐射器R1依次相串联连接组成一个单元，另一个完全相同的电路单元镜像对称，在该两个单元中间设有一个矩形长条接地段。
发射时，信号输入端P1(P3)的输入信号经低色散的共面波导阻抗变换电路、共面波导渐变线阻抗变换器、馈电连接段和扇形辐射器的输出端P2(P4)向空间辐射。接收时的空间信号经扇形辐射器、馈电连接段、共面波导渐变线阻抗变换器和共面波导阻抗变换电路由P1(P3)输出。
发射状态下，低色散的共面波导阻抗变换电路的一端P1(P3)为电磁波信号输入端，低色散的共面波导阻抗变换电路的另一端接共面波导渐变线阻抗变换器的输入端，共面波导渐变线阻抗变换器的输出端接馈电连接段的一端，馈电连接段的另一端接扇形辐射器的输入端(即扇形圆心一端)经端口P2(P4)电磁波信号由导行波变换成空间波向空间辐射传播。
接收状态下，信号走向与发射状态相反，来自空间P2(P4)的电磁波信号经扇形辐射器由扇形辐射器的扇形圆心一端输出，接馈电连接段的一端，馈电连接段的另一端接共面波导渐变线阻抗变换器的一端(即发射状态下的输出端)，共面波导渐变线阻抗变换器的另一端(即发射状态下的输入端)，接低色散的共面波导阻抗变换电路的一端，经低色散的共面波导阻抗变换电路的另一端由P1(P3)输出。
3、技术效果(1)由于采用了低色散的共面波导阻抗匹配和变换电路及径向传输的扇形辐射器，使该天线的工作频率范围被展宽到了多个倍频程，使得在多倍频程带宽内都具有优良的电性能指标和辐射特性，这样可使一种天线同时满足多种系统和多个频段的的应用需求，简化了产品结构，减低了产品造价，提高了产品的电性能和可靠性，并可在许多不同频段和系统中的便携式产品中广泛采用。
(2)由于采用了普通的双面印刷电路板材料和制造技术，使其成本低廉，制造简单，可靠性和成品率高。
(3)由于采用了超宽带的阻抗匹配和变换电路，以及超宽带的径向传输扇形辐射器，使其在多个倍频程频带内具备优异电性能的同时，结构上为卡片形式，而且体积小、重量轻、使用方便。
(4)由于采用了小二元阵天线，即保证了小的体积和重量又有效地利用空间分集方法较好的解决了因实际电磁波信号传输产生的多径干扰，提高了产品性能和使用效果。
四

图1是本实用新型的电路结构框图。其中包括两个完全相同的共面波导阻抗变换电路1、共面波导渐变线阻抗变换器2、馈电连接段3、扇形辐射器4，矩形长条接地段5。
图2是本实用新型的电原理图。
五、具体实施方法本实用新型的无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线由多个单元电路组合而成，即该多倍频程内置卡片天线由一个宽频带、低色散的共面波导阻抗变换电路、一个共面波导渐变线阻抗变换器、一个馈电连接段和径向传输的扇形辐射器组成一个天线单元，另一个完全相同的单元间隔一定距离，间距中心处用矩形长条接地线段置于两个单元中间，构成一个抗多径干扰的空间分集二元阵天线。以下对上述各部分的实施方案和工作原理分别进行描述。
(1)宽频带、低色散的共面波导阻抗变换电路1它由双面电路板构成，背面为接地面，正面有中心导体和两边对称的缝隙及接地面构成，正反两边的接地面有多个金属化通孔连接，中心导体的宽度和两边对称缝隙的宽度及双面电路板的厚度与双面电路板中间介质材料的介电常数决定了共面波导阻抗变换电路的阻抗，而共面波导阻抗变换电路的长度与工作频率(或波长)相对应，当传输信号由共面波导阻抗变换电路的一端向另一端传输时，相应的阻抗会从高阻抗变换到低阻抗或是从低阻抗变换到高阻抗，以实现阻抗匹配，保证信号的正常传输。
(2)共面波导渐变线阻抗变换器2与共面波导阻抗变换电路类似，它由双面电路板构成，背面为接地面，正面有中心导体和两边对称的缝隙及接地面构成，正反两边的接地面有多个金属化通孔连接，中心导体宽度随长度方向对称均匀变化，阻抗高的一端中心导体宽度窄，阻抗低的一端中心导体宽度宽，共面波导渐变线阻抗变换器中心导体宽度随长度方向由宽变窄，对应阻抗由低变高，当中心导体宽度随长度方向由窄变宽，对应阻抗由高变低，从而实现阻抗匹配，保证信号的正常传输。
(3)馈电连接段3在双面电路板的正面，由一段与共面波导渐变线阻抗变换器连接端宽度相同的金属导带构成，完成共面波导渐变线阻抗变换器和径向传输的扇形辐射器的连接。
(4)径向传输的扇形辐射器4在双面电路板的正反两面，具有相同扇角形状的图形，正反两面图形有多个金属化通孔连接，这种具有径向传输的扇形辐射器，依照径向传输线和宽带天线理论，这种辐射器具有非常好的宽带特性。
(5)二元阵天线的组成由一个宽频带、低色散的共面波导阻抗变换电路、一个共面波导渐变线阻抗变换器、一个馈电连接段和径向传输的扇形辐射器组成一个天线单元，另一个完全相同的单元间隔一定距离，间距中心处用矩形长条接地线段置于两个单元中间，构成一个抗多径干扰的空间分集二元阵天线，通常单元间隔取中心频率的四分之一波长，其原理是利用四分之一波长的开路和短路的传输特性来减小二元间的相互干扰，间距中心处的矩形长条接地线段，用于扩展频率带宽和宽带频率范围内减小二元间的相互干扰。
(6)空间分集二元阵天线和抗多径干扰的实现空间分集是利用二元天线的辐射特性互补来实现，而抗多径干扰是由于波的传输中多重反射和时延特性，以及波在空中是矢量迭加的原理，这样空间位置不同信号强弱也不同，同时利用两个天线按时分动态双工搜索自动智能选择的工作模式，可自动选定接收信号强的天线工作。
根据以上所述，按照图2的电原理图，采用相应的印刷电路板加工和制造工艺，便可实现本实用新型。
权利要求1.一种无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线，其特征在于该多倍频程内置卡片天线由共面波导阻抗变换电路(1)、共面波导渐变线阻抗变换器(2)、馈电连接段(3)和径向传输的扇形辐射器(4)依次相串联组成一个单元，另一个完全相同的单元间隔一定距离平行排列，在两个单元之间的纵向对称轴处用矩形长条接地线段(5)置于两个单元中间。
2.根据权利要求1所述的无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线，其特征在于共面波导阻抗变换电路(1)由变换器G1构成，馈电连接段(3)由金属导带L1构成，扇形辐射器(4)由平面辐射器R1构成，其中变换器G1、变换器G2、金属导带L1、平面辐射器R1依次相串联连接组成一个单元，另一个完全相同的电路单元镜像对称，在该两个单元中间设有一个矩形长条接地段(5)。
专利摘要无线局域网和宽带无线接入多倍频程内置卡片天线是一种主要用于无线局域网和宽带无线接入等无线通信系统，该天线由共面波导阻抗变换电路、共面波导渐变线阻抗变换器、馈电连接段和径向传输的扇形辐射器依次相串联组成一个单元，另一个完全相同的单元间隔一定距离平行排列，在两个单元之间的纵向对称轴处用矩形长条接地线段置于两个单元中间；共面波导阻抗变换电路由变换器G1构成，馈电连接段由金属导带L1构成，扇形辐射器由平面辐射器R1构成，其中变换器G1、变换器G2、金属导带L1、平面辐射器R1依次相串联连接组成一个单元，另一个完全相同的电路单元镜像对称，在该两个单元中间设有一个矩形长条接地段。
文档编号H01Q1/22GK2571001SQ0226296
公开日2003年9月3日 申请日期2002年7月8日 优先权日2002年7月8日
发明者戴永胜, 夏新球, 陈威, 陈建华, 高京华 申请人:南京智达康无线通信科技有限公司