专利名称：宽频带微带基站阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及天线技术领域，具体地说是一种宽频带微带基站阵列天线作为移动通信中的基站天线使用。
背景技术：
随着移动通信的迅速发展，用户需要开展的通信业务量越来越多，因而，对作为移动通信重要组成部分的基站天线的宽频带特性提出了更高的要求。目前，用宽带偶极子、带寄生贴片的各种微带天线，如口面耦合贴片天线等作为基本单元构成的高增益基站天线，带宽只能覆盖GSM和CDMA低端的824～960MHz频段或高端1710～1990MHz频段，其相对带宽只有15％。由于频段为1920～2170MHz第三代无线电通信业务即将开通，这就希望基站天线具有更宽的带宽，不仅适合当今数字通信系统DCS的1710～1880MHz频段、个人通信业务PCS的1850～1990MHz频段的用户使用，而且要适合TD-CDMA频段在1920～2170MHz的用户使用，其相对带宽为24％。所以开发研制宽频带的基站阵列天线是适应宽带通信业务开展之急需。
实用新型的内容本实用新型的目的在于克服上述已有天线频带窄的问题，提供一种宽频带微带高增益基站阵列天线，以适应多种无线电通信业务的带宽要求。
实现本实用新型的目的的技术方案是，采用将多个宽带辐射单元安装在U形接地板上构成阵列基站天线。每个宽带辐射单元采用由带寄生贴片用宽带探针激励的印刷平面矩形环构成。所述的印刷平面矩形环采用双面环氧覆铜板，一面是由∏形与T形串联而成的宽带探针及微带线的芯线，另一面是回字形金属圈；寄生贴片固定在矩形环的上方，矩形环的下方通过同轴线连接在U形接地板上。
所述的微带线的外导体与回字形金属圈共线，微带线芯线的输出端与T型探针相连，微带线芯线的输入端与同轴线的内导体相连。
本实用新型由于采用双面环氧覆铜板印刷电路制作印刷平面矩形环构成宽带高增益天线阵，解决了板状天线的低成本低效率的生产难题，在(1710～2170)MHz24％的宽频带范围内，实现了宽带高增益板状天线；同时由于本实用新型采用由∏形与T形串联而成的宽带探针结构激励印刷平面矩形环，具有电抗补偿特性，使它天线的阻抗带宽更宽；此外由于本实用新型采用在有源平面矩形环的上方，附加了一个寄生贴片，可进一步展宽天线的带宽，调整寄生贴片的大小及相对有源贴片的距离，使带宽最佳。经测量，在(1710～2170)MHz频段即24％的相对带宽内，天线的电气性能具有宽频带特性，其中，驻波比VSWR≤1.5；水平方向HPBWH＝65°；垂直方向HPBWL＝7.8°±0.5°；前后比F/B≥36dB。适合在DCS的1710～1880MHz频段、PCS的1850～1990MHz频段、TD-CDMA的1920～2170MHz频段作为基站板状天线使用。
图1是本实用新型的横截面结构图图2是本实用新型印刷平面矩形环结构示意图图3是本实用新型同轴电缆与微带线连接图图4是本实用新型实施例的整体结构图图5是本实用新型的实测VSWR～f特性曲线图图6是本实用新型实施例在f＝1710MHz的实测垂直面方向图图7是本实用新型实施例在f＝1940MHz的实测垂直面方向图图8是本实用新型实施例在f＝2170MHz的实测垂直面方向图图9是本实用新型实施例在f＝1710MHz的实测水平面方向图图10是本实用新型实施例在f＝1940MHz的实测水平面方向图图11是本实用新型实施例在f＝2170MHz的实测水平面方向图
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型作进一步详细描述参照图1，本实用新型宽带微带天线1由宽带探针激励的印刷平面矩形环2、寄生贴片3、微带馈线6、同轴馈线4和U型接地板5组成。寄生贴片3是由厚度h1＝1mm左右边长为a的方铝板组成，用绝缘棒7把寄生贴片3支撑在平面矩形环2上，调整寄生贴片3的边长a及到平面矩形环的距离H1、H2、h2不仅有展宽频带的功能，而且可增大天线增益。微带线6的特性阻抗为50Ω，同轴线4的特性阻抗也为50Ω，同轴线4与微带线6相连既作印刷平面矩形环天线2的馈线，又起到支撑平面矩形环天线2的作用。该U形接地板是由宽带为D的金属板23和带两个高度为H3的侧边24构成。U形接地板的作用是变印刷矩形环天线2的双向辐射为单向辐射，使天线增益增加。通过改变U形接地板的宽度D及侧边的高度H3，可控制天线的水平面波束宽度，使其达到基站所要求的宽度，例如为65°、90°等，让D＝0.9λ0，H3＝0.258λ0，在1710～2170MHz频段内，可实现65°±6°的水平面波束宽度。
参照图2和图3，印刷平面矩形环(2)是用厚度h2＝2mm大小为L1×L2的低成本双面环氧覆铜板(8)，用印刷电路技术加工而成。图中画斜线的就是回字形金属圈9，它是在双面环氧覆铜板的一面，例如背面，中间腐蚀出大小为L3×L1的缝隙10而成。另一面，例如正面，腐蚀出激励印刷平面矩形环的宽带探针11。该宽带探针由∏型探针12和T型探针13串联而成，具有电抗补偿功能，在展宽天线阻抗带宽中起着关键作用。微带馈线6的芯线14也位于双面覆铜板的正面，其线宽Wf与宽带探针11一次腐蚀加工而成。该微带馈线芯线14的输出端与T型探针16相连，输入端17与同轴馈线4的内导体18相连，位于双面覆铜板8背面的回字形金属圈9兼作微带线6的地线15。同轴馈线4的外导体19在连接处20与回字形金属圈9相连，同轴线4的另一端接同轴插座22或馈线相连，组阵时与相邻单元的馈线相连。印刷平面回字形金属圈9宽度W约为0.13λ0(λ0为中心工作波长)。宽带探针激励的平面矩形环离U形接地板5的高度H2也约为0.13λ0。U型接地板5不仅变平面矩形环天线的双向辐射为单向辐射，而且提高了天线的增益。U型接地板5由内宽为D的平金属板23和高度为H3的两个侧边24组成，调整U型接地板5的宽度D及侧边高度H3，还能控制由印刷平面矩形环2构成的板状天线的水平面半功率波束宽度，以满足基站所要求的宽度，如HPBWH＝65°；HPBWH＝90°；HPBWH＝120°。例如，D＝0.9λ0，H3＝0.258λ0。就能使天线阵的水平面HPBWH＝65°；为了提高板状天线的增益，只需要把本实用新型提供的带寄生贴片3用宽带探针11激励的印刷平面矩形环2作为基本单元在垂直面组阵，就可制作宽频带微带基站阵列天线。
参照图4，本实用新型的实施例是用8个带有寄生贴片的平面矩形环微带辐射单元组成的阵列天线。8个辐射单元垂直安装在U形接地板5上，辐射单元之间的间距d＝0.9λ0，等间距排列。调整U形接地板的宽度及侧边的高度，可控制天线的水平面波束宽度。为验证本实施例的性能，特作如下试验测试试验测试1对本实施例的电压驻波比频率特性曲线进行测试，结果如图5。由图5可看出，在1710～2170MHz的频段内，VSWR≤1.45。
试验测试2对本实施例的垂直面和水平面方向图分别在低、中、高三个频率，即fL＝1710MHz，f0＝1940MHz；fh＝2170MHz进行测试，其曲线分别如图6～图8、图9～图11。
图6表明本实施例在fL＝1710MHz频率点垂直面方向图，其3db波瓣宽度为7.7°，前后比为-32.02db。
图7表明本实施例在fL＝1940MHz频率点的垂直面方向图，其3db波瓣宽度为6.6°，前后比为-36.50db。
图8表明本实施例在fL＝2170MHz频率点的垂直面方向图，其3db波瓣宽度为6°，前后比为-35.48db。
图9表明本实施例在fL＝1710MHz频率点的水平面方向图，其3db波瓣宽度为66.7°，前后比为-28.14db。
图10表明本实施例在fL＝1940MHz频率点的水平面方向图，其3db波瓣宽度为62°，前后比为-30.65db。
图11表明本实施例在fL＝2170MHz频率点的水平面方向图，其3db波瓣宽度为59°，前后比为-31.77db。
从这些方向图可分别求出天线的半功率波束宽度和前后比(F/B)分别如下表所示
按基站天线标准，规定水平面半功率波束宽度为HPBWH＝65°±6°判断，实测水平面波束宽度完全满足要求。F/B比远远超过基站天线规定的F/B≥27dB的要求。用标准增益喇叭天线，实测了该天线阵在低、中、高三个频率上的增益分别为16.9dBi；18dBi和17.7dBi，考虑到增益有±0.5dB的测试误差，实测增益完全满足基站规定G＝17.5dBi的要求。
从以上实测的天线电指标看出，本实用新型主要由宽带探针11激励的平面矩形环天线构成的基站板状阵列天线的基本辐射单元，具有好的宽频带电气指标，不仅如此，也证实能用损耗相对较大的同轴线和损耗较大的双面环氧覆铜板能以低的成本，高效生产制造出一致性较好宽频带的基站天线产品。该天线可以在DCS、PCS、TD-CDMA多业务通信系统共用一副天线，具有广阔的应用前景。
权利要求1.一种宽频带微带基站阵列天线，包括多个辐射体、同轴线、U形接地板，其特征在于每个辐射体采用印刷平面矩形环一体结构，该矩形环(2)的一面是由∏形(12)与T形(13)串联而成的宽带探针(11)，及微带线(6)的芯线(14)，另一面是回字形金属圈(9)；该矩形环的上方固定有寄生贴片(3)，下方通过同轴线(4)连接在U形接地板(5)上。
2.根据权利要求1所述的微带基站阵列天线，其特征在于微带线(6)的外导体与回字形金属圈(9)共线，微带线芯线(14)的输出端与T型探针(16)相连，输入端(17)与同轴线(4)的内导体(18)相连。
3.根据权利要求1所述的微带基站天线，其特征在于印刷平面矩形环(2)的边宽W接近0.13λ0。
4.根据权利要求1所述的微带基站天线，其特征在于寄生贴片(3)的边长a小于半波长λ。
专利摘要本实用新型公开了一种宽频带微带基站阵列天线，以适应多种无线电通信业务的带宽要求。该阵列天线由多个天线单元垂直固定在U形接地板上组成，每个天线单元1采用印刷平面矩形环一体结构，该矩形环2的一面是由∏形12与T形13串联而成的宽带探针11，及微带线6的芯线14，另一面是回字形金属圈9，通过探针11来激励该回字形金属圈；矩形环2的上方固定有寄生贴片3，微带线6的外导体与回字形金属圈9共线，微带线芯线14的输出端与T型探针16相连，输入端17与同轴线4的内导体18相连。本实用新型可作为1710～2170MHz频段的中增益或高增益板状天线，同时满足DCS、PCS、TD－CDMA多业务使用。
文档编号H01Q21/00GK2727986SQ20042008588
公开日2005年9月21日 申请日期2004年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者任辉, 张培团, 李成恩, 刘军州, 张厚, 俱新德 申请人:西安海天天线科技股份有限公司