一種寬頻帶天線單元的製作方法
2023-08-06 07:53:51 1
專利名稱：一種寬頻帶天線單元的製作方法
專利說明 本實用新型涉及一種寬頻帶天線單元，尤指用於移動通信室內覆蓋系統的寬頻帶室內壁掛天線。在今日的資訊時代，通信的發展縮短了人與人之間的距離。移動通信的發展更是一日千裡，業務量和用戶數連年出現爆炸式的增長。就中國移動通信目前的現狀來說，其兩個最大運營商——中國移動和中國聯通根據業務發展的要求，不斷地在擴容和增加覆蓋的範圍。其措施是一方面增加已有基站的容量和在室外增加基站和直放站的數目，另一方面，加大服務區內「補盲」的力度。服務區內存在許多「盲區」，諸如賓館、寫字樓、地下商場、停車場、隧道、地鐵、車站、碼頭、機場等等，比比皆是。由於系統容量的不斷擴展，在城市中心密集區採用微蜂窩和微微蜂窩技術，使得室內「盲區」的數量大量增加。運營商為改善室內「盲區」的服務質量，通常採用室內覆蓋通信系統的形式，投入少，見效快。
「室內天線」是移動通信室內覆蓋系統的關鍵部件，具有廣闊的應用前景。壁掛天線就是其中的一種。
不同的運營商採用不同的通信頻帶，同一運營商為增加系統容量和提高服務質量而採用多個通信頻帶。而現有技術中，常規的半波輻射單元的工作頻帶寬度大約為15％，這在類似1710MHz到2500MHz的寬頻段的情況下，要同時實現天線的駐波和方向圖指標有一定的難度，即使能夠兼顧1～2個波段但以犧牲部分性能指標為代價。這樣，在需要多個波段同時工作時，規劃中需要採用多個天線，系統設計將因此變得複雜和使用不便，同時成本上升。為了改進現有技術的缺點，本實用新型的一個目的是提供一種用於移動通信室內覆蓋系統的寬頻帶天線單元，可用於DCS1800MHz、DECT1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段的通信用途。
本實用新型的另一個目的是提供一種用於移動通信室內覆蓋系統的寬頻帶定向壁掛天線單元，其駐波比和方向圖等指標性能優良、且尺寸小巧，外形美觀，便宜和安裝使用方便。
為了達到上述目的，本實用新型是這樣實現的提供一種用於移動通信的寬頻帶天線單元，可工作於1710-2500MHz(覆蓋DCS1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段)，其特徵在於由如下各部分組成一個輻射單元部分；一個饋電轉換器部分；一個金屬反射器；所述的輻射單元的正面為一數學分形結構，所述輻射單元在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結構，所述的輻射單元印刷在微波基片的上下表面，所述的輻射單元通過介質支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉換器採用金屬薄片加工而成，所述的饋電轉換器的寬邊短路連接到所述的輻射單元上，所述的饋電轉換器的窄邊通過同軸轉換連接到同軸電纜上，並通過帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連。
所述的輻射單元在微帶基片的正面的金屬部分為一個正方形的數學分形結構；其組成規律如下將一塊邊長為a的正方形劃分成9塊同樣大小且邊長為a/3的正方形，並將位於中心的邊長為a/3的正方形抽走；再將餘下的每個邊長為a/3的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長為a/9的正方形，並將每個位於中心的邊長為a/9的正方形抽走；進一步按此規則，再將餘下的每個邊長為a/9的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長為a/27的正方形，並將每個位於中心的邊長為a/27的正方形抽走；最後將餘下的每個邊長為a/27的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長為a/81的正方形，並將每個位於中心的邊長為a/81的正方形抽走；所述輻射單元在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結構，其長度為2a/3、寬度a/6，所述的輻射單元的反面的矩形的一長度邊定位於所述輻射單元的正面的正方形的中線位置且左右對稱布置，所述輻射單元的反面的矩形的另一長度邊緣與所述的輻射單元的正面通過微波基片中的金屬過孔短路連接。
所述的輻射單元與金屬反射器的距離為中心工作頻率波長的六分之一左右；所述的輻射單元的正面的正方形的邊長為中心工作頻率波長的二分之一左右。
所述的饋電轉換器為兩段階梯金屬片，其較寬一段的寬度為a/2左右、長度2a/3左右，較窄一段的寬度為a/10左右、長度為a/10左右；所述的饋電轉換器的較寬一段的寬度邊緣短路連接到所述輻射單元的反面，所述的饋電轉換器的較窄一段的寬度邊緣通過同軸轉換連接到同軸接頭上，並通過帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連，所述的饋電轉換器的金屬片厚度相對於天線的工作波長可以忽略不計，為了連接方便，所述的饋電轉換器的兩端可以有一定的附加折彎。
所述的金屬反射器為一金屬板，其長、寬大約為中心工作頻率的1個波長，金屬板的厚度相對於天線的工作波長可以忽略不計。
所述的饋電轉換器的階梯數、各階梯的寬度、長度與所述的輻射單元的連接方式可以調整和優化，以實現最佳的寬帶阻抗匹配效果。
所述的金屬反射器的四周允許有一定的翻邊，且四周的翻邊高度和形狀可以不一樣。
所述的饋電轉換器和同軸接頭之間可以附加匹配網絡以實現最佳的匹配效果。
本實用新型提供了一種用於移動通信室內覆蓋系統的寬頻帶壁掛式天線，可用於DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000、WLAN等多個不同的運營頻帶的通信用途，且具有駐波比和方向圖等指標性能優良，尺寸小巧、外形美觀、便宜和安裝使用方便的特點。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型再作進一步詳細的說明
圖1為本實用新型的三維結構示意圖。
圖2為本實用新型的側視圖。
圖3為本實用新型的輻射單元正面圖。
圖4為本實用新型的輻射單元反面圖。
圖5為本實用新型饋電轉換部分三維示意圖圖。
應注意在附圖中使用的相同參照數字和符號表示相同的構成元件。請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實用新型的一個優選實施例採用以下步驟予以實現02為天線輻射單元；12為天線輻射單元正面；22為天線輻射單元反面；03為饋電轉換器；天線輻射單元印刷在微波介質基片02上下表面；微波介質基片02通過介質支撐棒04支撐於金屬反射器01的前方。
輻射單元的正面12和反面22分別印刷在同一塊微波介質基片02的上下表面，上表面的金屬部分為輻射單元的正面，下表面的金屬部分為輻射單元的反面，上下表面通過微波基片中的金屬過孔32連接在一起。饋電轉換器03的一端焊接在輻射單元的反面上，另一端與同軸轉換頭05的內導體連接。
輻射單元與金屬反射器的距離H2設計為中心工作頻率波長的六分之一左右；輻射單元正面的正方形的寬度W1設計為中心工作頻率波長的二分之一左右；金屬反射器的寬度W0和長度L0設計為中心工作頻率的一個波長左右；輻射單元反面的矩形22的長度L2設計為W1的六分之一左右；其寬度W2設計為W1的三分之二左右。輻射單元反面的矩形22的長度L2和寬度W2可以通過微波CAD軟體進行了調整和優化，最終以實現最佳的寬帶阻抗匹配效果為目的。
饋電轉換器設計為兩段階梯變化的金屬片，為了便於焊接，在兩節階梯銅片的兩端有一小段附加的45度折彎邊13為較寬一段的附加折彎，23為較窄一段的附加折彎，其較寬的一段的附加折彎13焊接在輻射單元的反面，較窄一段的附加折彎23與同軸轉換頭05的內導體連接。饋電轉換器的金屬片的厚度設計為0.5mm的銅片。饋電轉換器各段的長度L3、L4和各段的寬度W3、W4以及階梯的個數可以通過微波CAD軟體進行了調整和優化，最終以實現最佳的寬帶阻抗匹配效果為目的。
金屬反射器01寬度W0和長度L0設計為中心工作頻率波長的二分之一左右；金屬反射器01四周的翻邊設計為對邊相等，高度小於中心工作頻率波長的五分之一；金屬反射器01的厚度設計為1.5mm；金屬反射板的長度L0和寬度W0以及其四周翻邊的高度和形狀可以通過微波CAD軟體進行了調整和優化，最終以實現最佳的寬帶方向圖和阻抗匹配效果為目的。
如此，按照上述設計原則，通過調整輻射單元與金屬反射器的距離、輻射單元正面的正方形的邊長，調整輻射單元反面的矩形的長度和寬度，調整饋電轉換器的長度和寬度，調整微帶饋電線的長度、寬度、段數，調整金屬反射器的長度、寬度和四周翻邊的高度和形狀，最終可實現最佳的寬帶阻抗匹配效果。
由該實施例構成的室內壁掛天線樣品，在多個波段內形成定向輻射的方向圖特性，其實測增益約為6dBi前空域的覆蓋特性很好，且相應的最大駐波比小於1.4。該實施例能夠很好地滿足移動通信系統的要求。
容易看出，按照本實用新型製造的該天線將具有結構簡單緊湊和高性能的優點，且易於製造、便宜和方便安裝使用。
如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和描述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制，本領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求定義的本實用新型的精神和範圍的前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。所附的權利要求書覆蓋了本實用新型精神和範圍內的所有這些改變和修改。
權利要求1.一種寬頻帶天線單元，可工作於1710-2500MHz(覆蓋DCS1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段)頻段，其特徵在於包括如下各部分一個輻射單元部分；一個饋電轉換器部分；一個金屬反射器；所述的輻射單元在微波基片的正面的金屬部分為一正方形結構，所述輻射單元在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結構，所述的輻射單元印刷在微波基片的上下表面，所述的輻射單元通過介質支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉換器採用金屬薄片加工而成，所述的饋電轉換器的寬邊短路連接到所述的輻射單元上，所述的饋電轉換器的窄邊通過同軸轉換連接到同軸電纜上，並通過帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連。
2.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的輻射單元在微帶基片的正面的正方形金屬部分，其中心設有1/9大小的孔，1/9大小的孔的周圍對稱均勻分布有8塊1/81大小的孔，每個1/81大小的孔的周圍對稱均勻分布有8塊1/729大小的孔，每個1/729大小的孔的周圍對稱均勻分布有8塊1/6561大小的孔，；所述輻射單元在微波基片的反面的矩形金屬部分，其長度為所述輻射單元在微帶基片的正面的正方形金屬部分邊長的2/3、寬度為所述邊長的1/6，所述的輻射單元的反面的矩形的一長度邊定位於所述輻射單元的正面的正方形的中線位置且左右對稱布置，所述輻射單元的反面的矩形的另一長度邊緣與所述的輻射單元的正面通過微波基片中的金屬過孔短路連接。
3.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的輻射單元與金屬反射器的距離為中心工作頻率波長的六分之一左右；所述的輻射單元的正面的正方形的邊長為中心工作頻率波長的二分之一左右。
4.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的饋電轉換器為兩段階梯金屬片，其較寬一段的寬度為所述輻射單元在微帶基片的正面的正方形金屬部分邊長的1/2左右、長度所述邊長的2/3左右，較窄一段的寬度為所述邊長的1/10左右、長度為所述邊長的1/10左右；所述的饋電轉換器的較寬一段的寬度邊緣短路連接到所述輻射單元的反面，所述的饋電轉換器的較窄一段的寬度邊緣通過同軸轉換連接到同軸接頭上，並通過帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連，所述的饋電轉換器的金屬片厚度相對於天線的工作波長可以忽略不計，為了連接方便，所述的饋電轉換器的兩端設有附加折彎。
5.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的金屬反射器為一金屬板，其長、寬大約為中心工作頻率的1個波長，金屬板的厚度相對於天線的工作波長可以忽略不計。
6.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的金屬反射器的四周允許有一定的翻邊，且四周的翻邊高度和形狀可以不一樣。
7.根據權利要求1所述的寬頻帶天線單元，其特徵在於所述的饋電轉換器和同軸接頭之間附加有匹配網絡以實現最佳的匹配效果。
專利摘要一種用於移動通信的寬頻帶天線單元，可工作於1710－2500MHz頻帶(覆蓋DCS 1800MHz、PCS 1900MHz、IMT－2000、2.4GHz WLAN等頻段)。包括一輻射單元部分，一饋電轉換器部分，一金屬反射器。所述的輻射單元的正面為一數學分形結構，在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結構，印刷在微波基片的上下表面，通過介質支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉換器採用金屬薄片加工而成，寬邊短路連接到所述的輻射單元上，窄邊通過同軸轉換連接到同軸電纜上，並通過帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連。本實用新型工作頻帶寬，具有尺寸小巧、外形美觀、便宜和安裝使用方便等特點。
文檔編號H01Q15/14GK2651948SQ0322648
公開日2004年10月27日 申請日期2003年5月28日 優先權日2003年5月28日
發明者薛鋒章, 歐陽傑 申請人:京信通信系統(廣州)有限公司