平板双极化天线及复合天线的制作方法_3

文档序号:9868767阅读:来源:国知局
点相隔不同的距离,W使面积倾向沿X方向分布。
[0063] 另一方面,为提高天线增益,可进一步利用平板双极化天线10组成阵列天线。请 参考图6,图6为本发明实施例的一复合天线60的俯视示意图。类似于平板双极化天线 10,复合天线60也大致为走层架构,包含有一馈入传输线层600、H层介质层(图未示)、一 接地金属板620、下平板双极化天线层640 W及上平板双极化天线层660。不同之处在于, 接地金属板620可分为矩形区块SCI、SC2,且矩形区块SCI、SC2上分别包含有槽孔SL_la、 SL_化及SL_2a、SL_2b。馈入传输线层600的馈入传输线FTL_la、FTL_化、FTL_2a、FTL_2b 分别对应槽孔SL_la、SL_化、SL_2a、SL_^设置,W馈入(两种极化的)无线电信号。下平 板双极化天线层640包含有十字形的下微带金属片DPP_1、DPP_2,对应矩形区块SCI、SC2 设置,上平板双极化天线层660则包含有十字方形的上微带金属片UPP_1、UPP_2,分别对应 下微带金属片DPP_1、DPP_2设置。此外,上微带金属片UPP_1、UPP_2沿x、y方向的尺寸最 大值均为对应共振带宽的基准尺寸D,换言之,上微带金属片UPP_1、UPP_2的形状没有向X 方向或y方向缩放,而使比例值Ax、Ay均等于1,因而上微带金属片IW_1、UPP_2的尺寸直 接与天线的操作频段相关。在此情况下,几何中必与对称中必点相隔相等的距离,例如,上 微带金属片UPP_1的几何中必G_U6与上微带金属片UPP_1的对称中必点SCEN6相隔距离 DISJJ6,上微带金属片UPP_1的几何中必G_R6与对称中必点SCEN6相隔距离DIS_R6,而距 离DISJJ6等于距离DIS_R6。
[0064] 详细而言,由于长期演进无线通信系统的基站大致位于地表附近,并且基于基站 和接收者的距离,较佳地应将复合天线60的福射能量集中于垂直切面(yz平面)中相对 水平线(Z轴)上正负10度的仰角范围内,因此可藉由上下垂直排列下微带金属片DPP_1、 DPP_2来形成1x2阵列天线,W达到系统需求的天线增益值。并且,藉由使矩形区块SCUSC2 沿对称轴axis_y的长度Ll大于矩形区块SCl、SC2沿X方向的宽度Wl,可增加水平切面(XZ 平面)中的波束宽。表一为复合天线60的天线特性表,由表一可知,复合天线60仍可大致 满足长期演进无线通信系统对最大增益值、前后场型比(F/B)的要求,并且,当接地金属板 620的宽度Wl由IOOmm缩减为70mm时,水平方向的波束宽可增加至69. 5。-73.0°。
[0065](表一)
[0067] 为进一步提高复合天线60的同极化对正交极化值,可适当调整上微带金属片的 形状,W平衡接地金属板在长度与宽度上的不对称性。请参考图7,图7为本发明实施例的 一复合天线70的俯视示意图。复合天线70的架构大致与复合天线60相似,故相同组件 W相同符号表示,W求简洁。不同的是,上平板双极化天线层760的上微带金属片UPP_3、 UPP_4沿X方向的最大宽度Wmax大于沿y方向的最大长度Lmax, W平衡接地金属板620的 长度Ll大于宽度Wl带来的不对称性。换言之,依据宽度Wl及长度Ll的不对称性,上微带 金属片UPP_3、UPP_4的形状相较复合天线60的基准尺寸D向X方向或y方向缩放,而使 比例值Ax大于比例值Ay,且几何中必与对称中必点相隔不同的距离,例如,上微带金属片 UPP_3的几何中必G_U7与上微带金属片UPP_3的对称中必点SCEN相隔距离DISJJ7,上微 带金属片UPP_3的几何中必G_R7与对称中必点SCEN相隔的距离DIS_R7,而距离DISJJ7小 于距离DIS_R7。在此情况下,复合天线70为类似平板双极化天线10组成的阵列天线,但本 发明不W此为限,而可利用平板双极化天线30、40、50组成阵列天线来形成复合天线。
[0068] 换句话说,复合天线70藉由阵列天线结构而能增加天线增益值,并藉由缩短矩形 区块SCI、SC2的宽度Wl,W增加波束宽。而为了平衡长度Ll与宽度Wl的不对称性,上微 带金属片UPP_3、UPP_4的形状向X方向伸长,W改善同极化对正交极化值。由于本发明调 整上微带金属片UPP_3、UPP_4的形状,相比在接地金属板配置图案槽孔的作法,本发明的 接地金属板620具有封闭性,因此有源电路可设置于接地金属板620提供的屏蔽区域内,W 隔离复合天线70与有源电路。
[0069] 通过仿真及测量可进一步判断复合天线70是否符合系统需求。详细来说,请参考 表二、表H及图8A至图10E。表二及表H为复合天线70对应不同尺寸1~15的上微带金 属片的仿真天线特性表,其中,接地金属板620的总长度L为200mm,宽度Wl为70mm。并且, 其中,如本领域技术人员所已知的,当馈入的电磁波在空间中遇到不连续时,部分能量会沿 原路径反射回去。Sll参数是指在空间中的同一点位置,其反射电磁波的强度对入射电磁 波的强度的比值,即,Sll =反射电磁波的强度/入射电磁波的强度。如表二及表H所示, 藉由适当调整复合天线70的上微带金属片的尺寸,可调整天线特性。其中,当比例值Ax增 加至1. 02时,或当比例值Ay减少至0. 97时,或当比例值Ax增加至1. Ol且比例值Ay减少 至0. 99时,能有效改善±30°的同极化对正交极化值。其中,由于比例值Ax、Ay均为接近 1的数值,因此可避免形状的缩放使共振频率偏移而影响共振带宽。
[0070](表二)
[007引(表S )
[0073]
[0074] 此外,图8A为复合天线70对应尺寸5 (比例值Ax为I. 02,比例值Ay为I)的天线 共振仿真结果示意图,其中,最大宽度Wmax及最大长度Lmax分别为52. 89mm及51. 85mm。 图9A为复合天线70对应尺寸13 (比例值Ax为1,比例值Ay为0. 97)的天线共振仿真结果 示意图,其中,最大宽度Wmax及最大长度Lmax分别为51. 85mm及50. 30mm。图IOA为复合 天线70对应尺寸15 (比例值Ax为1. 01,比例值Ay为0. 99)的天线共振仿真结果示意图, 其中,最大宽度Wmax及最大长度Lmax分别为52. 37mm及51. 34mm。在图8A、图9A、图IOA 中,点线代表复合天线70的45度极化倾斜的天线共振仿真结果,实线代表复合天线70的 135度极化倾斜的天线共振仿真结果,虚线代表复合天线70的45度极化倾斜与135度极化 倾斜的天线隔离度仿真结果。
[00巧]另外,图8B至图8E为复合天线70对应尺寸5应用于长期演进无线通信系统而 分别操作于2. 3GHz、2. 4GHz、2. 496GHz、2. 69GHz时的天线场型特性仿真结果示意图,图9B 至图9E为复合天线70对应尺寸13应用于长期演进无线通信系统而分别操作于2. 3GHz、 2. 4GHz、2. 496GHz、2. 69GHz时的天线场型特性仿真结果示意图,图IOB至图IOE为复合天 线70对应尺寸15应用于长期演进无线通信系统而分别操作于2. 3GHz、2. 4GHz、2. 496GHz、 2. 69GHz时的天线场型特性仿真结果示意图,其中,实线代表复合天线70的同极化在水平 切面(V = 0度角)的福射场型,点线代表复合天线70的同极化在垂直切面(¥ = 90度 角)的福射场型,长虚线代表复合天线70的正交极化在水平切面(¥ = 0度角)的福射场 型,短虚线代表复合天线70的正交极化在垂直切面(¥ =90度角)的福射场型。由图8A 至图IOE可知,复合天线70不但在水平方向具有较宽的波束宽,并可满足长期演进无线通 信系统对最大增益值、前后场型比的要求,而且可改善同极化对正交极化值。
[0076] 值得注意的是,平板双极化天线10、30、40、50及复合天线60、70为本发明的实施 例,本领域的普通技术人员应当可据W作不同的变化。举例来说,馈入传输线l〇2a、102b、 FTL_la、FTL_化、FTL_2a、FTL_2b 与槽孔 122a、122b、SL_la、SL_化、SL_2a、SL_2b 的分段折 弯情形可视不同设计考虑而适当变化,如调整角度而形成纯角或锐角,或调整各分段之间 的长度比例关系W及宽度比例关系,或调整分段的形状与分段段数。此外,"大致呈十字形" 是指下微带金属片140、DPP_1、DPP_2及上微带金属片160、360、460、560、UPP_1、UPP_2、 UPP_3、UPP_4的外观由两个四边形微带金属片重叠且交错组成,但不限于此,例如,微带金 属片可另延伸出四边形侧板、银齿状侧板或弧形侧板,或者,微带金属片的边缘为圆弧状。 四边形区块 364、464、564 的突出部分 364a、364b、564a、564b 及缺口 464c、464d、564c、564d 可为四边形,但不W此为限,而可为其他几何图形。介质层110、130、150可为各种电性隔离 材料,如空气,并且,介质层150可视带宽要求而选择性设置。此外,复合天线60、70为1x2 阵列天
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