專利名稱：高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于移動互聯(lián)接入(尤其是WiMAX系統(tǒng))的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用于移動通信的中高增益扇區(qū)天線大多由單元為帶接地板的半波振子或其變型結(jié)構(gòu)，通過組陣構(gòu)成一個扇區(qū)天線，并通過調(diào)節(jié)接地板的形狀來調(diào)整水平面波瓣的寬度，從而實現(xiàn)某個扇區(qū)的通信覆蓋，利用多個扇區(qū)天線完成整個區(qū)域內(nèi)的通信覆蓋。 但通過組陣方式構(gòu)成的扇區(qū)天線須要饋線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)各單元的饋電。因此天線的饋線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其次，為實現(xiàn)高增益及彌補由饋線網(wǎng)絡(luò)引起的衰減通常需要較多單元進行縱向組陣，因而使得天線的縱向尺寸較大。另外，在采用印刷貼片單元進行組陣的方案時，通過選用較高介電常數(shù)的介質(zhì)基片材料雖然可以一定程度的降低天線的縱向尺寸，但成本較尚ο

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，無需任何附加的饋電網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)高增益，并應(yīng)用于移動互聯(lián)接入尤其是WiMAX系統(tǒng)的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于移動互聯(lián)接入尤其是 WiMAX系統(tǒng)的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，包括饋源、諧振腔。諧振腔的上部為刻蝕縫隙陣的金屬板構(gòu)成的部分反射表面，下部為接地板；部分反射表面與接地板之間的四周由金屬板連接，在部分反射表面、接地板之間形成間隙；饋源位于諧振腔中；在部分反射表面上設(shè)有矩形縫隙陣列；所述饋源采用微帶貼片或半波振子或其變型結(jié)構(gòu)；且饋源的極化方向與矩形縫隙的長邊方向垂直。所述矩形縫隙陣列，由多個矩形縫隙分別沿縫隙的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成，且沿縫隙的長邊和短邊方向的周期長度不等，短邊方向的周期長度小于長邊方向的周期長度；且沿長邊方向的周期數(shù)遠小于沿短邊方向的周期數(shù)。所述部分反射表面與接地板之間的距離近似滿足 d = (1/2+ )Λ ,的諧振條件，其中岑為中心頻率電磁波的自由空間波長，η為整數(shù)。有益效果與已有的扇區(qū)天線相比，本發(fā)明的可用于移動互聯(lián)接入的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，縱向尺寸小，結(jié)構(gòu)更加簡單；其次與傳統(tǒng)的以單元為半波振子或其變型結(jié)構(gòu)、微帶貼片，通過組陣方式構(gòu)成的扇區(qū)天線相比不需要采用陣列結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)高增益，高隔離的要求。本發(fā)明通過接地板、與接地板平行的部分反射表面及連接兩者之間的金屬板共同構(gòu)成諧振腔，利用諧振特性使得不需采用陣列結(jié)構(gòu)、不需復(fù)雜的饋線網(wǎng)絡(luò)、在較小的縱向尺寸下、天線的增益即可得到顯著的提高。最后，傳統(tǒng)的以單元為半波振子或其變型結(jié)構(gòu)、微帶貼片，通過組陣方式構(gòu)成的扇區(qū)天線其調(diào)整水平面波瓣寬度的方式通常是調(diào)節(jié)接地板的形狀和高度，而在本發(fā)明的高增益的扇區(qū)天線中，可以通過合理的增加或減少沿矩形縫隙長邊方向的矩形縫隙的個數(shù)實現(xiàn)不同的水平面波瓣寬度。


圖1是本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的總體結(jié)構(gòu)立體示意圖； 圖2是本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的總體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖3是本發(fā)明的圖1、圖2中部分反射表面的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的圖1、圖2、圖3中部分反射表面周期單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的圖1、圖2、圖3中饋源相對于接地板的位置示意圖； 圖6是本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線在設(shè)計頻率上的垂直面面方向
圖7是本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線在設(shè)計頻率上水平面方向圖； 圖8是本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的端口回波損耗曲線圖； 以上的圖中有饋源1、諧振腔2、部分反射表面21、接地板22、金屬板23、間隙對。其中所述部分反射表面21由矩形縫隙陣列25構(gòu)成；PX為矩形縫隙陣列周期單元沿X方向的周期長度，Λ為矩形縫隙陣列周期單元沿y方向的周期長度。人為矩形矩形縫隙的寬度，Λ為矩形矩形縫隙的長度。
具體實施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明進行說明。本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線包括饋源1、諧振腔2。諧振腔2包括上部、下部和將上部與下部連接的連接部。饋源1位于諧振腔2中。諧振腔2的上部為刻蝕縫隙陣的金屬板構(gòu)成的部分反射表面21，下部為接地板 22 ；諧振腔2的四周為金屬板23 ；部分反射表面21與接地板22之間設(shè)有間隙Μ。所述部分反射表面21由矩形縫隙陣列25構(gòu)成。所述矩形縫隙陣列25，由矩形縫隙分別沿縫隙的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成， 且沿縫隙的長邊和短邊方向的周期長度不等，短邊方向的周期長度小于長邊方向的周期長度，且沿長邊方向的周期數(shù)遠小于沿短邊方向的周期數(shù)。所述饋源1采用微帶貼片或半波振子或其變型結(jié)構(gòu)。所述饋源1的極化方向與矩形縫隙25的長邊方向垂直。所述部分反射表面21與接地板22之間的距離近似滿足d = (1/2+ H ,的諧振條
件，其中I11為中心頻率電磁波的自由空間波長，η為整數(shù)。所述諧振腔2的連接部由金屬板構(gòu)成。部分反射表面與接地板之間設(shè)有間隙。矩形縫隙陣列，由矩形縫隙分別沿矩形的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成，且沿矩形的長邊和短邊方向的周期長度與Λ不等。短邊方向的周期長度Λ小于長邊方向的周期長度/V長邊方向的周期長度A為設(shè)計中心頻率的自由空間波長的0. 3 0. 4倍。接地板與部分反射表面之間的距離滿足3=(1/2+ )為，《 = 0丄2...,其中、為中心頻率電磁波的自由空間波長。所述饋源由微帶貼片或半波振子或其變型結(jié)構(gòu)構(gòu)成。參見圖1和圖2，本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線包括諧振腔包括上部、下部和將上部與下部連接的連接部。饋源位于諧振腔中。其中，諧振腔的上部為刻蝕縫隙陣的金屬板構(gòu)成的部分反射表面21，下部為接地板22 ；部分反射表面21與接地板22之間設(shè)有間隙24。部分反射表面與接地板之間設(shè)有間隙滿足^^仏口+一為力=。，!，〗...的諧振條件。參見圖3部分反射表面21由矩形縫隙25分別沿矩形的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成。且沿矩形的長邊和短邊方向的周期長度不等。短邊方向的周期長度小于長邊方向的周期長度。參見圖4部分反射表面21由矩形縫隙25分別沿矩形的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成。矩形縫隙25的長度為1 ，寬度為Ix -,P1為部分反射表面周期單元沿χ方向的周期長度，A為部分反射表面周期單元沿y方向的周期長度。參見圖5饋源相對于接地板的位置示意。參見圖6 圖8為本發(fā)明提供的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的性能曲線。圖 6，圖7分別為高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線在設(shè)計頻率垂直面和水平面內(nèi)主極化/交叉極化的方向圖；圖8為高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線的端口回波損耗曲線。上述曲線是在上述給定條件下得出的，若改變結(jié)構(gòu)參數(shù)等也可以與之相似的曲線。曲線通過計算機模擬仿真得到，可選用的仿真軟件有如Ansoft公司的HFSS、CST公司的Microwave Studio CST等高頻仿真軟件。本發(fā)明可延拓涵蓋當(dāng)水平面波瓣寬度要求發(fā)生變化時，可以通過合理的增加或減少沿矩形縫隙長邊方向的矩形縫隙的個數(shù)來實現(xiàn)不同的水平面波瓣寬度。當(dāng)部分反射表面采用非全金屬結(jié)構(gòu)，而是通過印刷工藝將類似結(jié)構(gòu)或其互補結(jié)構(gòu)印制于介質(zhì)基片構(gòu)成。當(dāng)饋源的極化取向水平極化時，通過選取與之相匹配的矩形縫隙結(jié)構(gòu)，矩形縫隙的長邊與極化方向垂直，此時部分反射表面由矩形縫隙分別沿矩形的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成，且沿矩形的長邊方向的周期長度大于沿短邊方向的周期長度，且沿長邊方向的周期數(shù)遠大于沿短邊方向的周期數(shù)；可以通過合理的增加或減少沿矩形縫隙短邊方向的矩形縫隙的個數(shù)實現(xiàn)不同的水平面波瓣寬度。便于說明各結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計過程，以下表述基于給定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，但這并不失一般性。給定參數(shù)矩形縫隙25的人=3. 0mm, Iy = 25mm,沿長邊χ方向的周期長度Λ=12πιπι， 沿短邊y方向的周期長度Λ = 30mm，。饋源位于諧振腔中。中心工作頻率/= 2. 4GHz。接
地板22與部分反射表面21之間的距離為65mm，滿足d .為，其中j為中心頻率電磁
波的自由空間波長。
權(quán)利要求
1.一種高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，包括饋源(1)、諧振腔O)，其特征在于諧振腔O)的上部為刻蝕縫隙陣的金屬板構(gòu)成的部分反射表面(21)，下部為接地板02)；部分反射表面與接地板02)之間的四周由金屬板03)連接，在部分反射表面(21)、接地板02)之間形成間隙04)；饋源⑴位于諧振腔(2)中；在部分反射表面上設(shè)有矩形縫隙陣列0 ；所述饋源(1)采用微帶貼片或半波振子或其變型結(jié)構(gòu)；且饋源的極化方向與矩形縫隙的長邊方向垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，其特征在于所述矩形縫隙陣列(25)，由多個矩形縫隙分別沿縫隙的長邊和短邊方向周期排列構(gòu)成，且沿縫隙的長邊和短邊方向的周期長度不等，短邊方向的周期長度小于長邊方向的周期長度；且沿長邊方向的周期數(shù)遠小于沿短邊方向的周期數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，其特征在于所述部分反射表面與接地板0 之間的距離近似滿足d=(丨/^+！^入…的諧振條件，其中\(zhòng)0為中心頻率電磁波的自由空間波長，η為整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高增益垂直極化全金屬扇區(qū)天線，其中，諧振腔(2)的上部為刻蝕縫隙陣的金屬板構(gòu)成的部分反射表面(21)，下部為接地板(22)；部分反射表面(21)與接地板(22)之間的四周由金屬板(23)連接，在部分反射表面(21)、接地板(22)之間形成間隙(24)；饋源(1)位于諧振腔(2)中；在部分反射表面(21)上設(shè)有矩形縫隙陣列(25)；所述饋源(1)采用微帶貼片或半波振子或其變型結(jié)構(gòu)；且饋源的極化方向與矩形縫隙的長邊方向垂直。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無需組陣即可實現(xiàn)高增益，并且水平面與垂直面內(nèi)的波瓣圖符合扇區(qū)天線的要求。
文檔編號H01Q19/10GK102394378SQ201110340648
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者劉震國 申請人:東南大學(xué)