專利名稱：微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線裝置，特別是一種微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，屬于移動通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一批批新的熱點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)生， 如移動互聯(lián)網(wǎng)、無線寬帶局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)運(yùn)而生，迫切需要采用多天線技術(shù)(即多輸入多輸出MIMO技術(shù))來提高無線通信信道傳輸信息的容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。而目前所有傳統(tǒng)的微波低波段微帶陣列天線均由單極化微帶天線單元組成線性陣列，存在著工作效率低、體形龐大笨重、安裝維護(hù)困難的缺點(diǎn)，遠(yuǎn)不能適應(yīng)移動通信技術(shù)的發(fā)展對天線技術(shù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服傳統(tǒng)的微波低波段微帶天線的缺點(diǎn)，提供一種工作頻帶寬、增益高、交叉極化隔離度好的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是天線罩內(nèi)自上而下依次具有第一空氣介質(zhì)層、第一金屬輻射片、第二空氣介質(zhì)層、接地金屬片、第一介質(zhì)基片、雙極微帶激勵線、第三空氣介質(zhì)層、金屬反射底板，所述第一金屬輻射片通過螺桿與天線罩連接，所述接地金屬片的下端面與第一介質(zhì)基片的上端面貼合成一體，并與固定在金屬反射底板上的空心金屬支座固定連接，所述第一介質(zhì)基片的下端面設(shè)有前端相互正交且不接觸的雙極微帶激勵線，所述接地金屬片的上端面開有兩個相互正交且不接觸的受激輻射微槽，所述兩個受激輻射微槽與雙極微帶激勵線的前端分別正交對應(yīng)。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案如下
1)、具有位于第二空氣介質(zhì)層中的第二金屬輻射片和第二介質(zhì)基片，所述第二金屬輻射片的下端面與第二介質(zhì)基片的上端面貼合成一體，并與固定在金屬反射底板上的空心金屬支座固定連接，在第二介質(zhì)基片的下方形成第四空氣介質(zhì)層。該技術(shù)方案有利于進(jìn)一步展寬天線的工作頻帶寬度特性。2)、具有位于第二空氣介質(zhì)層中的第二金屬輻射片和介質(zhì)基片座，所述第二金屬輻射片固定在介質(zhì)基片座上，介質(zhì)基片座固定在空心金屬支座上，在第二金屬輻射片的下方形成第四空氣介質(zhì)層。該技術(shù)方案同樣有利于進(jìn)一步增大天線的工作頻帶寬度。3)、所述螺桿與第一金屬輻射片中心固定連接，并通過天線罩中心的內(nèi)螺紋孔與天線罩螺紋連接。該技術(shù)方案有利于在天線罩外面通過旋轉(zhuǎn)螺桿微調(diào)第一金屬輻射片與受激輻射微槽之間的高度，方便調(diào)節(jié)天線輸入輸出端口電壓駐波比，與微帶激勵線阻抗匹配， 提高天線增益。
4)、所述第二金屬輻射片與第一金屬輻射片之間還具有平行于第一金屬輻射片的第三金屬輻射片，所述第三金屬輻射片與第二金屬輻射片、空心金屬支座絕緣，第三金屬輻射片與第二金屬輻射片之間形成第五空氣介質(zhì)層。5)、所述雙極化天線單元具有與第三金屬輻射片下端面貼合的第三介質(zhì)基片，所述第三介質(zhì)基片通過絕緣支座固定于第二介質(zhì)基片上方。6)、所述第一金屬輻射片為圓形，方便調(diào)節(jié)天線輸輸入輸出端口電壓駐波比，與微帶激勵線阻抗匹配，提高天線增益。7)、所述第二金屬輻射片為圓形或方形，方便調(diào)節(jié)天線輸入輸出端口電壓駐波比， 與微帶激勵線阻抗匹配，提高天線增益。8)、所述接地金屬片上的兩個受激輻射微槽尺寸相等，呈雙“H”形，雙“H”形的中間橫臂相互正交。該技術(shù)方案有利于將雙極化受激輻射微槽開在面積較小的接地金屬片上，用以實現(xiàn)天線的小型化。9)、所述雙“H”形受激輻射微槽的“H”形中間橫臂與接地金屬片的X軸或Y軸的夾角為正、負(fù)45度或正、負(fù)90度。本發(fā)明充分利用接地金屬片的有效面積，用以實現(xiàn)天線的小型化。小型化的關(guān)鍵在于2個微槽能公用一個金屬輻射片！此外，使用介質(zhì)基片縮小了體積。本發(fā)明的有益效果如下將多層輻射結(jié)構(gòu)的雙極化微帶天線設(shè)計在一個相對較小的體積內(nèi)，布局巧妙，結(jié)構(gòu)緊湊。實踐證明本發(fā)明天線工作頻相對帶寬可達(dá)20%以上，增益高9dBi，雙極化交叉隔離度好(30dB)，一對雙極化天線單元就能支持一個2X2的MIMO系統(tǒng)，由于體積小、重量輕，因此對天線安裝空間和承重要求低，加工制作和安裝、維護(hù)都比較方便，宜于組成天線陣列，可有效節(jié)省天線安裝成本和維護(hù)成本，在移動通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明實施例1剖視圖。圖2為本發(fā)明實施例1去掉天線罩后的俯視圖。圖3為本發(fā)明實施例2剖視圖。圖4為實施例1反射系數(shù)與隔離度測試曲線圖。圖5為實施例2反射系數(shù)與隔離度測試曲線圖。圖6本發(fā)明實施例3剖視圖。
具體實施例方式實施例1
本實施例的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線(為TD-SCDMA雙極化天線， TD-SCDMA頻段1880 1920 MHz,2010 2025 MHz)，如圖1、圖2所示，其天線罩1內(nèi)自上而下依次具有第一空氣介質(zhì)層2、第一金屬輻射片3、第二空氣介質(zhì)層4、接地金屬片5、第一介質(zhì)基片6、雙極微帶激勵線7、7丨、第三空氣介質(zhì)層8、金屬反射底板9，所述第一金屬輻射片3通過螺桿10與天線罩1連接，所述接地金屬片5鋪覆在第一介質(zhì)基片6的上端面，并與固定在金屬反射底板9上的空心金屬支座11固定連接，所述第一介質(zhì)基片6的下端面敷設(shè)有前端相互正交且不接觸的雙極微帶激勵線7，所述接地金屬片5的上端面開有兩個相互正交且不接觸的受激輻射微槽12、12 ‘，所述兩個受激輻射微槽12、12 ‘與雙極微帶激勵線7、7'的前端分別正交對應(yīng)。本例中，第一金屬輻射片3為圓形，螺桿10與第一金屬輻射片3中心固定連接，并通過天線罩1中心的內(nèi)螺紋孔與天線罩1螺紋連接。該技術(shù)方案有利于在天線罩外面通過旋轉(zhuǎn)螺桿微調(diào)第一金屬輻射片與受激輻射微槽之間的高度，方便調(diào)節(jié)天線輸入輸出端口電壓駐波比，與微帶激勵線阻抗匹配，提高天線增益。圓形的金屬輻射片在調(diào)節(jié)過程中只存在高度變化量，因此調(diào)節(jié)更方便。如圖2所示，接地金屬片5上的兩個受激輻射微槽12、12 ’尺寸相等，呈雙“H”形， 雙“H”形的中間橫臂相互正交。該技術(shù)方案有利于將雙極化受激輻射微槽開在面積較小的接地金屬片上，用以實現(xiàn)天線的小型化。雙“H”形受激輻射微槽12、12 ‘的“H”形中間橫臂與接地金屬片的X軸或Y軸的夾角為正、負(fù)45度。該技術(shù)方案有利于將雙極化受激輻射微槽開在面積較小的接地金屬片上，用以實現(xiàn)天線的小型化。如圖4所示，為天線實測的反射系數(shù)曲線圖，Sll為端口 1的反射系數(shù)，S22為端口 2的反射系數(shù)?？梢钥闯鲈赥D-SCDMA頻段內(nèi)雙極化工作的兩個端口的反射系數(shù)均小于-17dB，帶寬指標(biāo)均達(dá)到要求(相對帶寬大于8%)。圖中還給出了雙極化天線兩端口間的實測隔離度曲線圖，S21(S12)為端口 1和端口 2之間的隔離度，可以看出在帶寬范圍內(nèi)隔離度小于_32dB。測試結(jié)果表明，雙極化天線的兩個端口互相隔離效果理想，可以彼此獨(dú)立的工作。經(jīng)實測，天線增益在測試頻率1900MHz時的增益為8. 9dBi，theta面半功率波瓣寬度為83°。實施例2
本實施例的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線(覆蓋TD-SCDMA頻段和 WCDMA 頻段，WCDMA 頻段 1920 1980 MHz,2110 2170 MHz, TD-SCDMA 頻段 1880 1920 MHz、2010 2025 MHz。)，如圖3所示，其以實施例1的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，還設(shè)有位于第二空氣介質(zhì)層4中的第二金屬輻射片13和第二介質(zhì)基片14，所述第二金屬輻射片13的下端面與第二介質(zhì)基片14的上端面貼合成一體，并與固定在金屬反射底板9上的空心金屬支座11固定連接，在第二介質(zhì)基片14的下方形成第四空氣介質(zhì)層15。該技術(shù)方案有利于進(jìn)一步增大天線的工作頻帶寬度。所述第二金屬輻射片13為圓形，方便調(diào)節(jié)天線輸入輸出端口的電壓駐波比，與微帶激勵線阻抗匹配，提高天線增益。如圖5所示，圖中給出天線實測的反射系數(shù)曲線圖，可以看出在TD-SCDMA和WCDMA 頻段內(nèi)雙極化工作的兩個端口的反射系數(shù)均小于_17dB，帶寬指標(biāo)均達(dá)到要求?？芍捎诘诙椛淦募尤耄乖撎炀€在原有單片輻射片帶寬效果及各項性能指標(biāo)不變的基礎(chǔ)上有效展寬了天線的工作頻帶寬度特性，相對帶寬達(dá)到22. 5%。圖中還給出了雙極化天線兩端口間的實測隔離度曲線圖，可以看出在帶寬范圍內(nèi)隔離度小于_32dB。測試結(jié)果表明，雙極化天線的兩個端口互相隔離效果理想，可以彼此獨(dú)立的工作。此外，還有一種于本例方案等同的技術(shù)方案，即第二空氣介質(zhì)層中設(shè)置第二金屬輻射片和介質(zhì)基片座，第二金屬輻射片固定在介質(zhì)基片座上，介質(zhì)基片座固定在空心金屬支座上，在第二金屬輻射片的下方形成第四空氣介質(zhì)層。該技術(shù)方案同樣有利于進(jìn)一步增大天線的工作頻帶寬度。實施例3
如圖6所示，其以實施例2的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在第二金屬輻射片13與第一金屬輻射片3 之間還設(shè)有第三金屬輻射片18和第三介質(zhì)基片17，第三金屬輻射片18平行于第一金屬輻射片3，所述第三金屬輻射片18與第二金屬輻射片13、空心金屬支座11絕緣，第三金屬輻射片18的下端面與第三介質(zhì)基片17的上端面貼合成一體，并與固定在第二介質(zhì)基片上14 的絕緣支座19固定連接，在第三介質(zhì)基片17的下方形成第五空氣介質(zhì)層16。測試結(jié)果表明，實施例3在實施例2中天線原有電氣性能指標(biāo)不變的前提下工作帶寬進(jìn)一步展寬，相對帶寬可達(dá)40%左右。此外，還有一種與本例方案等同的技術(shù)方案，即第二金屬輻射片與第一金屬輻射片之間設(shè)有平行于第一金屬輻射片的第三金屬輻射片，所述第三金屬輻射片與第二金屬輻射片、空心金屬支座絕緣，第三金屬輻射片與第二金屬輻射片之間形成第五空氣介質(zhì)層。該技術(shù)方案同樣有利于進(jìn)一步增大天線的工作頻帶寬度。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是天線罩內(nèi)自上而下依次具有第一空氣介質(zhì)層、第一金屬輻射片、第二空氣介質(zhì)層、接地金屬片、第一介質(zhì)基片、雙極微帶激勵線、第三空氣介質(zhì)層、金屬反射底板，所述第一金屬輻射片通過螺桿與天線罩連接，所述接地金屬片鋪覆在第一介質(zhì)基片的上端面，并與固定在金屬反射底板上的空心金屬支座固定連接，所述第一介質(zhì)基片的下端面設(shè)有前端相互正交且不接觸的雙極微帶激勵線，所述接地金屬片的上端面開有兩個相互正交且不接觸的受激輻射微槽，所述兩個受激輻射微槽與雙極微帶激勵線的前端分別正交對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 具有位于第二空氣介質(zhì)層中的第二金屬輻射片和第二介質(zhì)基片，所述第二金屬輻射片的下端面與第二介質(zhì)基片的上端面貼合成一體，并與固定在金屬反射底板上的空心金屬支座固定連接，在第二介質(zhì)基片的下方形成第四空氣介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 具有位于第二空氣介質(zhì)層中的第二金屬輻射片和介質(zhì)基片座，所述第二金屬輻射片固定在介質(zhì)基片座上，介質(zhì)基片座固定在空心金屬支座上，在第二金屬輻射片的下方形成第四空氣介質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 所述第二金屬輻射片與第一金屬輻射片之間還具有平行于第一金屬輻射片的第三金屬輻射片，所述第三金屬輻射片與第二金屬輻射片、空心金屬支座絕緣，第三金屬輻射片與第二金屬輻射片之間形成第五空氣介質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型雙極化微帶天線，其特征是所述雙極化天線單元具有與第三金屬輻射片下端面貼合的第三介質(zhì)基片，所述第三介質(zhì)基片通過絕緣支座固定于第二介質(zhì)基片上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 所述螺桿與第一金屬輻射片中心固定連接，并通過天線罩中心的內(nèi)螺紋孔與天線罩螺紋連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 所述第一金屬輻射片為圓形。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線， 其特征是所述第二金屬輻射片為圓形或正方形中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 所述接地金屬片上的兩個受激輻射微槽尺寸相等，呈雙“H”形，雙“H”形的中間橫臂相互正交，所述雙“H”形受激輻射微槽的“H”形中間橫臂與接地金屬片的X軸或Y軸的夾角為正、 負(fù)45度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，其特征是 所述接地金屬片上的兩個受激輻射微槽尺寸相等，呈雙“H”形，雙“H”形的中間橫臂相互正交，所述雙“H”形受激輻射微槽的“H”形中間橫臂與接地金屬片的X軸或Y軸的夾角為正、 負(fù)90度。
全文摘要
微波低波段多頻帶高增益雙極化小型微帶天線，天線罩內(nèi)自上而下依次具有第一空氣介質(zhì)層、第一金屬輻射片、第二空氣介質(zhì)層、接地金屬片、第一介質(zhì)基片、雙極微帶激勵線、第三空氣介質(zhì)層、金屬反射底板，第一金屬輻射片通過螺桿與天線罩連接，第一介質(zhì)基片的下端面設(shè)有前端相互正交且不接觸的雙極微帶激勵線，接地金屬片開有兩個相互正交且不接觸的受激輻射微槽，兩個受激輻射微槽與雙極微帶激勵線的前端分別正交對應(yīng)。將多層輻射結(jié)構(gòu)的雙極化微帶天線設(shè)計在一個相對較小的體積內(nèi)，布局巧妙，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎行Ч?jié)省天線安裝成本和維護(hù)成本，在移動通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號H01Q5/00GK102332635SQ20101052941
公開日2012年1月25日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者莊昆杰 申請人:莊昆杰