专利名称：利用条状金属单元结构天线罩的高指向天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无限通信领域的发射接收系统的天线，特别是涉及一种新 型结构高增益高方向性天线。
技术背景随着高新技术的飞速发展，电子技术在军事和民用中的核心支撑作用越来 越明显。特别是现代战争更加剧了电磁领域的对抗。战场态势瞬息万变，信息 交流更加频繁，必须随时保障通信畅通，因此拥有强有力的抗干扰通信和通信 干扰工具显得尤为重要。而在民用方面，移动通信是当今社会十分普及的技术 应用，移动电话已经成为了人们必备的通信工具。在各种移动通信和电子对抗系统中，由于电磁波在自由空间的扩散和传输 过程中的损耗，实际有用的能量很小，这就要求在输入功率相同的情况下，发 射接收的天线能够有较高的增益，以保证得到足够大的通信信号。天线增益的 高低是评价天线系统好坏的一个非常重要的指标。在很多无线传输系统中，都需要指向性高，能量汇聚好的天线，比如雷达 搜索目标，定向通信，目标定位等系统中，系统完成工作的好坏主要好取决于 发射天线波束的宽度，即天线的方向性。对于传统的天线，方向性一般较差，半功率波束宽度一般大于20。，而对于 透镜和反射面等传统高指向天线，不仅制作工艺复杂，成本高，重量大，而且 其口径也随着频率的降低而增加，而要实现高的方向性，更加要提高天线的口 径，这对天线的拆装和使用，都造成了很大不便。 发明内容本发明的目的在于提供一种利用条状金属单元结构天线罩的高指向天线， 克服现有的天线存在的缺陷，提供一种新型结构的高增益高指向的天线，使其 能够达到提高增益和方向性，降低天线尺寸的效果，用以解决传统天线在移动 通信中由行动不能自如、增益低、方向性差，能耗大，移动性能差，拆装不便， 成本高等问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括微带天线阵和3-6片天线罩，3-6片天线罩和微带天线阵平行等间距排 列固定在有机玻璃底座插槽上，微带天线阵平行正对安装在天线罩没有条状金属单元结构的一侧。所述微带天线阵它是一块基板为介电常数为2.65且厚度lmm的微波板， 由SMA接头馈电，通过微带线连接4x4的微带贴片天线阵，共有16片微带贴 片天线，每片微带贴片天线为11mmx9mm的金属片，相邻两片微带贴片天线之 间的中心距离相等，并在微带线与微带贴片天线连接处有凹槽，背面为接地金 属板，SMA接头由微带天线阵接地面穿过连接微带天线阵中心的微带线。所述条状金属单元结构条状金属单元结构为一条金属线，相邻条状金属 单元结构在水平和垂直方向上间隔排列，利用条状金属单元结构在水平和垂直 方向上周期排列在介电常数为4.6且厚度为lmm的FR4板，每片FR4板组成一 片天线罩。本发明与现有技术相比具有的有益效果是1) 微带天线阵辐射的无线电磁波经过等效折射率为零的条状金属单元结构 天线罩，能量集中在天线罩的法线方向。天线的方向性得到提高，实践证明， 在10GHz的工作频率，本发明天线的半功率波束宽度为6°，相应的增益为20dBi。 使用这种天线能够增大通讯距离，改善通讯质量，节约能耗，防止干扰。2) 在雷达定位系统中使用，可以有效的区分不同目标的位置，准确的定位 目标位置。3) 在定向传输系统中使用，本发明天线的指向性高，半功率波束宽度窄， 可以在定向传输中可以最大限度的降低能量随距离的衰减，并有效的防止于其 他通讯信号的干扰以及敌方的拦截。4改善传统天线增益过低而影响通讯距离的缺陷。由于本发明天线有汇聚波 束能量的效果，使主传输方向的天线增益大于一般的同种类的传统天线大大提 高了通讯距离，同时提高通讯质量，降低能耗及对他人的干扰。5)用于卫星等体积小，载重量少的高精度仪器中，可以较小仪器的负担， 降低能耗。综上所述，本发明提供一种新型结构的高指向高增益的利用条状金属单元 结构天线罩的天线，不论是在结构上或是功能上都有较大的改进，且在技术上 由较大的进步，并产生了实用的效果，确实具有增进的功效，从而更加适于实 用。
图1是利用条状金属单元结构天线罩天线整体结构。 图2是天线罩的条状金属单元结构。图3是条状金属单元结构天线罩的正视图。 图4是微带天线阵。图中1、 SMA接头，2、微带天线阵，3、利用条状金属单元结构天线，4、 条状金属单元结构，5、微带线，6、微带贴片天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，本发明包括微带天线阵2和3-6片天线罩3， 3-6片天线罩3 和微带天线阵2平行等间距排列固定在有机玻璃底座插槽上，微带天线阵2平 行正对安装在天线罩3没条状金属单元结构4的一侧，微带天线阵2与天线罩3 的距离为5mm。如图4所示，所述微带天线阵2:它是一块基板为介电常数为2.65且厚度 lmm的微波板，由SMA接头1馈电，通过微带线5连接4x4的微带贴片天线 阵2，共有16片微带贴片天线6，每片微带贴片天线为11mmx9mm的金属片， 相邻两片微带贴片天线之间的中心距离相等为21mm，并在微带线与微带贴片天 线连接处有lmm宽2mm深的凹槽，背面为接地金属板，SMA接头1由微带天 线阵接地面穿过连接微带天线阵中心的微带线5，每段并联的微带线宽度为 0.75mm，长度为21mm，在每一个过渡段微带线的宽度1.55mm，长度为9mm， 通过微带线5到每片微带贴片天线6的长度相同。如图2、图3所示，所述条状金属单元结构4:条状金属单元结构4为一条 宽度lmm、长度9mm的金属线，相邻条状金属单元结构4的水平间隔为lmm，水 平方向共排列150个条状金属单元结构4，共300mm，垂直间隔lmm，垂直方向 共排列15个条状金属单元结构4，共150mm。条状金属单元结构4在水平和垂 直方向上周期排列在介电常数为4. 6且厚度为lmm的FR4板，每片FR4板组成 一片天线罩3，相邻两片天线罩3之间的距离为5mm， 一共有5层天线罩3。由于条状金属的单元结构小于工作波长，可以将条状金属单元结构组成的 天线罩等效于均匀介质，条状金属的单元结构在电磁波的激励下产生电谐振， 使天线罩的等效均匀介质的介电常数产生谐振，等效均匀介质为色散介质，即 介电常数随着频率的变化由负数变为正数，其中包括介电常数为零的频率点。 通过测量条状金属单元结构S参数，可以得到它的等效节点常数为O。由公式这里n为折射率，c是光速，//是条状金属单元结构构成的等效均匀介质的磁导 率，s是条状金属单元结构构成的等效均匀介质的介电常数，得到这种由条状金属单元结构组成的天线罩的等效折射率为0，由于<formula>formula see original document page 6</formula>
",.，",分别是入射介质和出射介质的折射率，《，《分别是入射角和出射角，在 这里，即为条状金属单元结构构成的等效均匀介质的折射率，因为",为零，，所以从天线罩3出射的能量的出射角《为零，因此由该天线罩出射的能量集 中在天线罩的法线方向，得到较高的方向性，同时天线罩的汇聚作用使法线的 主出射方向的增益提高。本发明的工作频率为10GHz，如果要工作在其他频率，需要根据工作波长 比例调整微带天线阵、微带线以及条状金属单元结构的尺寸。以上所述，仅是本发明的在10GHz特定频率的较佳实例而已，并非对本发 明作任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术 内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本发明技术方案 内容，依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修 饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种利用条状金属单元结构天线罩的高指向天线，其特征在于，包括微带天线阵(2)和3-6片天线罩(3)，3-6片天线罩(3)和微带天线阵(3)平行等间距排列固定在有机玻璃底座插槽上，微带天线阵(2)平行正对安装在天线罩(3)没有条状金属单元结构(4)的一侧。
2. 根据权利要求1所述的一种利用条状金属单元结构天线罩的高指向天 线，其特征在于，所述微带天线阵(2):基板为介电常数为2.65厚度lmm的微 波板，由SMA接头(1)馈电，通过微带线(5)连接4x4的微带贴片天线阵(2)， 共有16片微带贴片天线(6)，每片微带贴片天线为11mmx9mm的金属片，相邻 每片微带贴片天线之间的相等，并在微带线与微带贴片天线连接处有凹槽，背 面为接地金属板，SMA接头(1)由微带天线阵接地面穿过连接微带天线阵中心 的微带线(5)。
3. 根据权利要求1所述的一种利用条状金属单元结构天线罩的高指向天线， 其特征在于，所述条状金属单元结构(4):条状金属单元结构(4)为一条金属线， 相邻条状金属单元结构(4)在水平和垂直方向上间隔排列，利用条状金属单元 结构(4)在水平和垂直方向上周期排列在介电常数为4.6且厚度为1 mm的FR4 板，每片FR4板组成一片天线罩(3)。
全文摘要
本发明公开了一种利用条状金属单元结构天线罩的高指向天线。包括微带天线阵和3-6片天线罩，3-6片天线罩和微带天线阵平行等间距排列固定在有机玻璃底座插槽上，微带天线阵平行正对安装在天线罩没有条状金属单元结构的一侧。制作在FR4印刷电路板的条状金属单元结构作为微带天线阵的天线罩，其等效的介电常数通过改变印刷电路板之间的距离调整为零，得到相应的等效折射率为零。微带天线阵发射的电磁波通过该天线罩时能量集中在天线罩的法线方向，达到汇聚能量的效果，提高了天线整体的方向性和增益。本发明具有结构简单小巧，拆装方便，成本低廉，方向性好，增益高等优点。可用于通信、雷达等各种无线传输和定向通信及干扰的发射接收系统中。
文档编号H01Q21/00GK101404356SQ20081012207
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者冉立新, 涛 姜, 崔万照, 亮 彭, 王志宇, 皇甫江涛, 伟 马 申请人:浙江大学;中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所