專利名稱：一種印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，屬于無線電設(shè)備中天線領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天線是無線電設(shè)備中的關(guān)鍵部件，它承擔(dān)著能量轉(zhuǎn)換功能和定向輻射(或接收)的功能，直接決定電磁能量在空間傳輸?shù)男?，影響整個(gè)無線系統(tǒng)工作效果。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對天線性能提出了許多特殊的和苛刻的要求。例如在遠(yuǎn)距離定向通訊中，要求天線要同時(shí)具備寬帶、高輻射增益、高前后比、低輻射旁瓣、調(diào)試簡單、容易大批量加工和制作等性能。傳統(tǒng)的天線類型很難同時(shí)滿足上述所有性能要求。
角反射天線是一類性能優(yōu)異的天線，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、易實(shí)現(xiàn)寬帶和較高輻射增益等特點(diǎn)，在現(xiàn)代通訊中有較廣泛的應(yīng)用。角反射天線結(jié)構(gòu)可大致分為兩部分天線反射面和饋電激勵(lì)的輻射單元。角反射天線多采用半波偶極振子作為天線的輻射單元，為了進(jìn)一步擴(kuò)展天線的輻射帶寬，也有部分角反射天線的輻射單元采用領(lǐng)結(jié)型振子等結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有的角反射天線存在著以下缺點(diǎn)1.天線為全金屬結(jié)構(gòu)，重量較重。
2.采用半波偶極振子的角反射天線帶寬較窄，難以滿足寬帶通訊的需要。采用領(lǐng)結(jié)型振子的角反射天線頻帶較寬，一般可達(dá)到2∶1的帶寬。但領(lǐng)結(jié)型振子的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬機(jī)械加工的難度和成本較高，也難以做到高精度加工，加工誤差對天線性能的影響較大。
3.天線系統(tǒng)絕大多數(shù)是采用50Ω的同軸線饋電。同軸線饋電屬于非平衡饋電，而角反射天線需要平衡饋電，需要非平衡到平衡饋電的轉(zhuǎn)換。許多角反射天線的輸入阻抗不為50Ω，特別是領(lǐng)結(jié)型振子角反射天線的輸入阻抗通常在200～300Ω，遠(yuǎn)高于50Ω，需要阻抗變換以實(shí)現(xiàn)天線饋電的阻抗匹配。因此，角反射天線在設(shè)計(jì)時(shí)還需要設(shè)計(jì)天線巴倫(Balun)，完成天線饋電的非平衡到平衡轉(zhuǎn)換和阻抗變換。在高頻和寬帶情況下，巴倫的設(shè)計(jì)有相當(dāng)?shù)碾y度。
4.角反射天線的輻射單元和巴倫通常是分離的兩個(gè)部分，它們之間的連接給天線設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試都帶有不小的麻煩。
5.角反射天線的增益與反射面的尺寸有關(guān)，當(dāng)反射面的尺寸已經(jīng)較大之后，再靠增大反射面的尺寸就很難進(jìn)一步提高天線增益，因此目前角反射天線的最大增益通常為13dBi～14dBi，難以進(jìn)一步提高天線的增益。
角反射天線是一類應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)天線。為提高角反射天線增益或?yàn)榱思訉捚涔ぷ黝l帶，人們對角反射天線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一些新的天線結(jié)構(gòu)形式。美國JohnD.Kraus撰寫的天線領(lǐng)域權(quán)威著作《AntennasFor All Applications》的第10章中，對半波偶極振子和領(lǐng)結(jié)型振子兩類角反射天線的設(shè)計(jì)和性能做了全面介紹和總結(jié)，列舉的半波偶極振子角反射天線在端射時(shí)的增益大約為12dBi，而領(lǐng)結(jié)型振子角反射天線的中心頻率增益為13dBi，工作頻帶可達(dá)到2∶1。但這些角反射天線都為全金屬結(jié)構(gòu)，重量較大，且增益較低(最大為13dBi)；《ELECTRONICS LETTERS》第32卷16期(1996年)論文“Triple corner reflector antenna and its performance in H-plane”在角反射天線的反射面邊緣增加了一個(gè)副反射面，從而提高端射增益3dBi，但該天線結(jié)構(gòu)上仍采用金屬結(jié)構(gòu)的半波偶極振子，重量較大且工作頻帶較窄。《IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION》1983年第3期上論文“Cylindrical and Three-Dimensional Corner Reflector Antennas”介紹一種改進(jìn)的半波偶極振子角反射天線，在反射面的夾角處增加了一個(gè)圓弧形檔板，從而提高天線增益約1dBi，但該天線的工作頻帶較窄，沒有同時(shí)兼顧高增益和寬頻帶的要求，此外為全金屬結(jié)構(gòu)，重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成機(jī)械加工成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線。
本發(fā)明由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線含有天線輻射單元和天線金屬反射面，天線輻射單元由印刷領(lǐng)結(jié)所在振子陣列，接地層，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格組成，印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列和接地層印刷在印刷電路板的一面金屬表層上，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格印刷在另一面金屬表層上，L形饋電分支分別對印刷領(lǐng)結(jié)振子進(jìn)行耦合饋電，通過微帶線和微帶線連接構(gòu)成T型微帶網(wǎng)絡(luò)，為印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列提供統(tǒng)一饋電和阻抗匹配。
天線輻射單元以微帶天線形式印刷在印刷電路板上，印刷電路板分為三層，上、下層為金屬表層，中間為介質(zhì)層，為實(shí)現(xiàn)寬工作頻帶。
印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列由兩組或兩組以上的印刷領(lǐng)結(jié)振子組成，為提高天線增益。
介質(zhì)層為聚四氟乙烯或者環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.天線輻射單元印刷在PCB板，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬輻射振子，減輕了天線重量。同時(shí)減少天線制作中的加械加工量，降低了天線制作時(shí)間和成本。
2.印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列可以采用光刻技術(shù)加工，加工精度高，可以大幅度降低加工誤差對天線性能的影響。
3.領(lǐng)結(jié)振子具有工作頻帶寬的特點(diǎn)，因此本發(fā)明的角反射天線有較寬的工作頻帶。
4.用與印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列制作在同一片PCB板上的微帶饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)天線輻射單元的饋電和阻抗匹配。天線結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且不需要額外的巴倫以完成阻抗變換，簡化了天線設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試。


圖1為本發(fā)明的角反射天線結(jié)構(gòu)2天線輻射單元的PCB板側(cè)視3天線輻射單元的PCB板正視圖之一圖4天線輻射單元的PCB板正視圖之二1.天線輻射單元，2.天線金屬反射面，3，5金屬表層，4.介質(zhì)層，6.印刷領(lǐng)結(jié)振子，7.金屬接地層，8.50Ω微帶線，9.100Ω微帶線，10.L型饋電分支具體實(shí)施例下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線的整體結(jié)構(gòu)如圖1～4所示，該角反射天線由天線輻射單元1和金屬反射面2組成。
天線輻射單元印刷在PCB板上，該P(yáng)CB板的結(jié)構(gòu)分為三層如圖2所示，上、下兩層分為金屬表層3和金屬表層5，中間為介質(zhì)層4，介質(zhì)層由微波損耗小的聚四氟乙烯或者環(huán)氧樹脂等材料組成，相對介電常數(shù)為4.4。
天線輻射單元1由領(lǐng)結(jié)振子陣列、接地層7、微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)三部分組成。其中領(lǐng)結(jié)振子陣列由兩組印刷領(lǐng)結(jié)振子6組成，領(lǐng)結(jié)振子陣列和接地層7印刷在PCB板的一面金屬表層3上如圖3所示，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)由50Ω微帶線8、100Ω微帶線9和L型饋電分支10組成，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)印刷在另一面金屬表層5上如圖4所示，兩支L形饋電分支分別對兩組領(lǐng)結(jié)振子進(jìn)行耦合饋電，再通過兩條100Ω微帶線9連接到50Ω微帶線8，100Ω微帶線9和50Ω微帶線8構(gòu)成一個(gè)T形微帶網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩組領(lǐng)結(jié)振子陣列的統(tǒng)一饋電。由于印刷領(lǐng)結(jié)振子的特征阻抗約90Ω，而天線饋電端口阻抗為50Ω，該T形微帶網(wǎng)絡(luò)同時(shí)完成了天線饋電的阻抗匹配。
經(jīng)數(shù)值仿真計(jì)算和天線測試，本例角反射天線的工作頻段可以從1.25GHz延伸到2.02GHz，具備超寬帶工作性能。在金屬反射面2尺寸為700mm×700mm和反射面夾角為90°情況下，其輻射增益為16dBi，遠(yuǎn)超過現(xiàn)有采用金屬輻射振子的角反射天線(約13dBi)。
權(quán)利要求
1.一種印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，含有天線輻射單元和天線金屬反射面，其特征在于天線輻射單元(1)由印刷領(lǐng)結(jié)組成振子陣列，接地層(7)，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格組成，印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列和接地層印刷在印刷電路板的一面金屬表層(3)上，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格印刷在另一面金屬表層(5)上，L形饋電分支(10)分別對印刷領(lǐng)結(jié)振子(6)進(jìn)行耦合饋電，通過微帶線(8)和微帶線(9)連接構(gòu)成T型微帶網(wǎng)絡(luò)，為印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列提供統(tǒng)一饋電和阻抗匹配。
2.如權(quán)利要求1所述印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，其特征在于天線輻射單元(1)以微帶天線形式印刷在印刷電路板上，印刷電路板分為三層，上、下層為金屬表層(3)和金屬表層(5)，中間為介質(zhì)層(4)，為實(shí)現(xiàn)寬工作頻帶。
3.如權(quán)利要求1所述印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，其特征在于印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列由兩組或兩組以上的印刷領(lǐng)結(jié)振子(6)組成，為提高天線增益。
4.如權(quán)利要求1所述印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，其特征在于介質(zhì)層(4)為聚四氟乙烯或者環(huán)氧樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列的角反射天線，其特點(diǎn)是含有天線輻射單元和天線金屬反射面，天線輻射單元(1)由印刷領(lǐng)結(jié)所在振子陣列，接地層(7)，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格組成，印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列和接地層印刷在印刷電路板的一面金屬表層(3)上，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)格印刷在另一面金屬表層(5)上，L形饋電分支(10)分別對印刷領(lǐng)結(jié)振子(6)進(jìn)行耦合饋電，通過微帶線(8)和微帶線(9)連接構(gòu)成T型微帶網(wǎng)絡(luò)，為印刷領(lǐng)結(jié)振子陣列提供統(tǒng)一饋電和阻抗匹配。
文檔編號H01Q1/38GK1996665SQ200610022689
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者陳星 , 黃卡瑪, 郭慶功, 劉長軍, 趙翔, 閆麗萍, 楊曉慶 申請人:四川大學(xué)