專(zhuān)利名稱(chēng)：一種寬頻帶天線(xiàn)單元的制作方法
專(zhuān)利說(shuō)明 本實(shí)用新型涉及一種寬頻帶天線(xiàn)單元，尤指用于移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的寬頻帶室內(nèi)壁掛天線(xiàn)。在今日的信息時(shí)代，通信的發(fā)展縮短了人與人之間的距離。移動(dòng)通信的發(fā)展更是一日千里，業(yè)務(wù)量和用戶(hù)數(shù)連年出現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)。就中國(guó)移動(dòng)通信目前的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，其兩個(gè)最大運(yùn)營(yíng)商——中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的要求，不斷地在擴(kuò)容和增加覆蓋的范圍。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(shù)目，另一方面，加大服務(wù)區(qū)內(nèi)“補(bǔ)盲”的力度。服務(wù)區(qū)內(nèi)存在許多“盲區(qū)”，諸如賓館、寫(xiě)字樓、地下商場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、隧道、地鐵、車(chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等等，比比皆是。由于系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)展，在城市中心密集區(qū)采用微蜂窩和微微蜂窩技術(shù)，使得室內(nèi)“盲區(qū)”的數(shù)量大量增加。運(yùn)營(yíng)商為改善室內(nèi)“盲區(qū)”的服務(wù)質(zhì)量，通常采用室內(nèi)覆蓋通信系統(tǒng)的形式，投入少，見(jiàn)效快。
“室內(nèi)天線(xiàn)”是移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，具有廣闊的應(yīng)用前景。壁掛天線(xiàn)就是其中的一種。
不同的運(yùn)營(yíng)商采用不同的通信頻帶，同一運(yùn)營(yíng)商為增加系統(tǒng)容量和提高服務(wù)質(zhì)量而采用多個(gè)通信頻帶。而現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的半波輻射單元的工作頻帶寬度大約為15％，這在類(lèi)似1710MHz到2500MHz的寬頻段的情況下，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的駐波和方向圖指標(biāo)有一定的難度，即使能夠兼顧1～2個(gè)波段但以犧牲部分性能指標(biāo)為代價(jià)。這樣，在需要多個(gè)波段同時(shí)工作時(shí)，規(guī)劃中需要采用多個(gè)天線(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將因此變得復(fù)雜和使用不便，同時(shí)成本上升。為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種用于移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的寬頻帶天線(xiàn)單元，可用于DCS1800MHz、DECT1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段的通信用途。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種用于移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的寬頻帶定向壁掛天線(xiàn)單元，其駐波比和方向圖等指標(biāo)性能優(yōu)良、且尺寸小巧，外形美觀(guān)，便宜和安裝使用方便。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的提供一種用于移動(dòng)通信的寬頻帶天線(xiàn)單元，可工作于1710-2500MHz(覆蓋DCS1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段)，其特征在于由如下各部分組成一個(gè)輻射單元部分；一個(gè)饋電轉(zhuǎn)換器部分；一個(gè)金屬反射器；所述的輻射單元的正面為一數(shù)學(xué)分形結(jié)構(gòu)，所述輻射單元在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結(jié)構(gòu)，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(guò)介質(zhì)支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉(zhuǎn)換器采用金屬薄片加工而成，所述的饋電轉(zhuǎn)換器的寬邊短路連接到所述的輻射單元上，所述的饋電轉(zhuǎn)換器的窄邊通過(guò)同軸轉(zhuǎn)換連接到同軸電纜上，并通過(guò)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(gè)正方形的數(shù)學(xué)分形結(jié)構(gòu)；其組成規(guī)律如下將一塊邊長(zhǎng)為a的正方形劃分成9塊同樣大小且邊長(zhǎng)為a/3的正方形，并將位于中心的邊長(zhǎng)為a/3的正方形抽走；再將余下的每個(gè)邊長(zhǎng)為a/3的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長(zhǎng)為a/9的正方形，并將每個(gè)位于中心的邊長(zhǎng)為a/9的正方形抽走；進(jìn)一步按此規(guī)則，再將余下的每個(gè)邊長(zhǎng)為a/9的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長(zhǎng)為a/27的正方形，并將每個(gè)位于中心的邊長(zhǎng)為a/27的正方形抽走；最后將余下的每個(gè)邊長(zhǎng)為a/27的正方形各自劃分成9塊同樣大小且邊長(zhǎng)為a/81的正方形，并將每個(gè)位于中心的邊長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為2a/3、寬度a/6，所述的輻射單元的反面的矩形的一長(zhǎng)度邊定位于所述輻射單元的正面的正方形的中線(xiàn)位置且左右對(duì)稱(chēng)布置，所述輻射單元的反面的矩形的另一長(zhǎng)度邊緣與所述的輻射單元的正面通過(guò)微波基片中的金屬過(guò)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(zhǎng)的六分之一左右；所述的輻射單元的正面的正方形的邊長(zhǎng)為中心工作頻率波長(zhǎng)的二分之一左右。
所述的饋電轉(zhuǎn)換器為兩段階梯金屬片，其較寬一段的寬度為a/2左右、長(zhǎng)度2a/3左右，較窄一段的寬度為a/10左右、長(zhǎng)度為a/10左右；所述的饋電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的較窄一段的寬度邊緣通過(guò)同軸轉(zhuǎn)換連接到同軸接頭上，并通過(guò)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(zhuǎn)換器的金屬片厚度相對(duì)于天線(xiàn)的工作波長(zhǎng)可以忽略不計(jì)，為了連接方便，所述的饋電轉(zhuǎn)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(zhǎng)、寬大約為中心工作頻率的1個(gè)波長(zhǎng)，金屬板的厚度相對(duì)于天線(xiàn)的工作波長(zhǎng)可以忽略不計(jì)。
所述的饋電轉(zhuǎn)換器的階梯數(shù)、各階梯的寬度、長(zhǎng)度與所述的輻射單元的連接方式可以調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器和同軸接頭之間可以附加匹配網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)最佳的匹配效果。
本實(shí)用新型提供了一種用于移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的寬頻帶壁掛式天線(xiàn)，可用于DCS、PCS、DECT、UMTS、IMT-2000、WLAN等多個(gè)不同的運(yùn)營(yíng)頻帶的通信用途，且具有駐波比和方向圖等指標(biāo)性能優(yōu)良，尺寸小巧、外形美觀(guān)、便宜和安裝使用方便的特點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的側(cè)視圖。
圖3為本實(shí)用新型的輻射單元正面圖。
圖4為本實(shí)用新型的輻射單元反面圖。
圖5為本實(shí)用新型饋電轉(zhuǎn)換部分三維示意圖圖。
應(yīng)注意在附圖中使用的相同參照數(shù)字和符號(hào)表示相同的構(gòu)成元件。請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例采用以下步驟予以實(shí)現(xiàn)02為天線(xiàn)輻射單元；12為天線(xiàn)輻射單元正面；22為天線(xiàn)輻射單元反面；03為饋電轉(zhuǎn)換器；天線(xiàn)輻射單元印刷在微波介質(zhì)基片02上下表面；微波介質(zhì)基片02通過(guò)介質(zhì)支撐棒04支撐于金屬反射器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(zhì)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(guò)微波基片中的金屬過(guò)孔32連接在一起。饋電轉(zhuǎn)換器03的一端焊接在輻射單元的反面上，另一端與同軸轉(zhuǎn)換頭05的內(nèi)導(dǎo)體連接。
輻射單元與金屬反射器的距離H2設(shè)計(jì)為中心工作頻率波長(zhǎng)的六分之一左右；輻射單元正面的正方形的寬度W1設(shè)計(jì)為中心工作頻率波長(zhǎng)的二分之一左右；金屬反射器的寬度W0和長(zhǎng)度L0設(shè)計(jì)為中心工作頻率的一個(gè)波長(zhǎng)左右；輻射單元反面的矩形22的長(zhǎng)度L2設(shè)計(jì)為W1的六分之一左右；其寬度W2設(shè)計(jì)為W1的三分之二左右。輻射單元反面的矩形22的長(zhǎng)度L2和寬度W2可以通過(guò)微波CAD軟件進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，最終以實(shí)現(xiàn)最佳的寬帶阻抗匹配效果為目的。
饋電轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為兩段階梯變化的金屬片，為了便于焊接，在兩節(jié)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(zhuǎn)換頭05的內(nèi)導(dǎo)體連接。饋電轉(zhuǎn)換器的金屬片的厚度設(shè)計(jì)為0.5mm的銅片。饋電轉(zhuǎn)換器各段的長(zhǎng)度L3、L4和各段的寬度W3、W4以及階梯的個(gè)數(shù)可以通過(guò)微波CAD軟件進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，最終以實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)度L0設(shè)計(jì)為中心工作頻率波長(zhǎng)的二分之一左右；金屬反射器01四周的翻邊設(shè)計(jì)為對(duì)邊相等，高度小于中心工作頻率波長(zhǎng)的五分之一；金屬反射器01的厚度設(shè)計(jì)為1.5mm；金屬反射板的長(zhǎng)度L0和寬度W0以及其四周翻邊的高度和形狀可以通過(guò)微波CAD軟件進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，最終以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)原則，通過(guò)調(diào)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(zhǎng)，調(diào)整輻射單元反面的矩形的長(zhǎng)度和寬度，調(diào)整饋電轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度和寬度，調(diào)整微帶饋電線(xiàn)的長(zhǎng)度、寬度、段數(shù)，調(diào)整金屬反射器的長(zhǎng)度、寬度和四周翻邊的高度和形狀，最終可實(shí)現(xiàn)最佳的寬帶阻抗匹配效果。
由該實(shí)施例構(gòu)成的室內(nèi)壁掛天線(xiàn)樣品，在多個(gè)波段內(nèi)形成定向輻射的方向圖特性，其實(shí)測(cè)增益約為6dBi前空域的覆蓋特性很好，且相應(yīng)的最大駐波比小于1.4。該實(shí)施例能夠很好地滿(mǎn)足移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求。
容易看出，按照本實(shí)用新型制造的該天線(xiàn)將具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊和高性能的優(yōu)點(diǎn)，且易于制造、便宜和方便安裝使用。
如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和描述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。所附的權(quán)利要求書(shū)覆蓋了本實(shí)用新型精神和范圍內(nèi)的所有這些改變和修改。
權(quán)利要求1.一種寬頻帶天線(xiàn)單元，可工作于1710-2500MHz(覆蓋DCS1800MHz、PCS1900MHz、IMT-2000、2.4GHz WLAN等頻段)頻段，其特征在于包括如下各部分一個(gè)輻射單元部分；一個(gè)饋電轉(zhuǎn)換器部分；一個(gè)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(jié)構(gòu)，所述輻射單元在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結(jié)構(gòu)，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(guò)介質(zhì)支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉(zhuǎn)換器采用金屬薄片加工而成，所述的饋電轉(zhuǎn)換器的寬邊短路連接到所述的輻射單元上，所述的饋電轉(zhuǎn)換器的窄邊通過(guò)同軸轉(zhuǎn)換連接到同軸電纜上，并通過(guò)帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于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(shè)有1/9大小的孔，1/9大小的孔的周?chē)鷮?duì)稱(chēng)均勻分布有8塊1/81大小的孔，每個(gè)1/81大小的孔的周?chē)鷮?duì)稱(chēng)均勻分布有8塊1/729大小的孔，每個(gè)1/729大小的孔的周?chē)鷮?duì)稱(chēng)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(zhǎng)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(zhǎng)的2/3、寬度為所述邊長(zhǎng)的1/6，所述的輻射單元的反面的矩形的一長(zhǎng)度邊定位于所述輻射單元的正面的正方形的中線(xiàn)位置且左右對(duì)稱(chēng)布置，所述輻射單元的反面的矩形的另一長(zhǎng)度邊緣與所述的輻射單元的正面通過(guò)微波基片中的金屬過(guò)孔短路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于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(zhǎng)的六分之一左右；所述的輻射單元的正面的正方形的邊長(zhǎng)為中心工作頻率波長(zhǎng)的二分之一左右。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于所述的饋電轉(zhuǎn)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(zhǎng)的1/2左右、長(zhǎng)度所述邊長(zhǎng)的2/3左右，較窄一段的寬度為所述邊長(zhǎng)的1/10左右、長(zhǎng)度為所述邊長(zhǎng)的1/10左右；所述的饋電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的較窄一段的寬度邊緣通過(guò)同軸轉(zhuǎn)換連接到同軸接頭上，并通過(guò)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(zhuǎn)換器的金屬片厚度相對(duì)于天線(xiàn)的工作波長(zhǎng)可以忽略不計(jì)，為了連接方便，所述的饋電轉(zhuǎn)換器的兩端設(shè)有附加折彎。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于所述的金屬反射器為一金屬板，其長(zhǎng)、寬大約為中心工作頻率的1個(gè)波長(zhǎng)，金屬板的厚度相對(duì)于天線(xiàn)的工作波長(zhǎng)可以忽略不計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶天線(xiàn)單元，其特征在于所述的饋電轉(zhuǎn)換器和同軸接頭之間附加有匹配網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)最佳的匹配效果。
專(zhuān)利摘要一種用于移動(dòng)通信的寬頻帶天線(xiàn)單元，可工作于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(zhuǎn)換器部分，一金屬反射器。所述的輻射單元的正面為一數(shù)學(xué)分形結(jié)構(gòu)，在微波基片的反面的金屬部分為一矩形結(jié)構(gòu)，印刷在微波基片的上下表面，通過(guò)介質(zhì)支撐棒與金屬反射器緊固在一起；所述的饋電轉(zhuǎn)換器采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(guò)同軸轉(zhuǎn)換連接到同軸電纜上，并通過(guò)帶同軸接頭的同軸電纜與外部通信部件相連。本實(shí)用新型工作頻帶寬，具有尺寸小巧、外形美觀(guān)、便宜和安裝使用方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q15/14GK2651948SQ0322648
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者薛鋒章, 歐陽(yáng)杰 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(廣州)有限公司