一種電可調(diào)波束方向和波束寬度的微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應用前景廣泛的波束方向和波束寬度都 可以通過電壓調(diào)節(jié)的可重構(gòu)微帶天線，
【背景技術(shù)】
[0002] 天線作為通信系統(tǒng)中信息發(fā)送和接收的器件在通信系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用?；?站天線是天線在蜂窩移動通信網(wǎng)中的應用，它對天線的輻射特性有著特殊的要求。在電力 無線通信系統(tǒng)中，一般采用宏區(qū)覆蓋，而且絕大部分用戶處于靜止狀態(tài)，用戶和業(yè)務需求的 非均勻區(qū)域分布特性更為突出，而且這種非均勻特性長期存在，因此很難將熱點小區(qū)或扇 區(qū)中的用戶調(diào)度到其余小區(qū)或扇區(qū)。采用可以靈活調(diào)整波束寬度和下傾角方向的可重構(gòu)基 站天線，使業(yè)務負載得到均衡。
[0003] 可重構(gòu)天線波束方向和波束寬度的調(diào)節(jié)方式主要分為三種：機械調(diào)節(jié)、改變天線 的材料特性以及通過電方式調(diào)節(jié)。機械調(diào)節(jié)是指在天線上安裝機械臂，轉(zhuǎn)動機械臂來帶動 天線的傾斜，從而改變天線的下傾角，但是機械調(diào)節(jié)的安全性較低，成本較高，并且隨著機 械調(diào)節(jié)下傾角度的變大，天線的方向圖開始變形；改變天線的材料特性是指在天線輻射單 元或者饋電網(wǎng)絡上使用特異性材料來改變傳播常數(shù)從而實現(xiàn)天線方向圖的重構(gòu)。但是這個 方法加工和操作都非常復雜，具有很大的不可控性，成本也較高。電調(diào)方式是通過在天線上 加載電抗元件，通過電壓控制電抗元件的阻抗從而實現(xiàn)輻射方向圖的變化。電調(diào)方式操作 簡單，實現(xiàn)難度小，成本低，必將成為未來整個可重構(gòu)天線行業(yè)的發(fā)展趨勢。
[0004] 電調(diào)波束方向的方法有很多，最常見的使用相控陣給天線的陣元饋以不同相位的 電流從而實現(xiàn)波束方向的調(diào)節(jié)，但是這種方式對于陣元很多的天線需要復雜的饋電網(wǎng)絡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了使天線在兩個垂直面上分別實現(xiàn)波束方向和波 束寬度的連續(xù)可調(diào)，提供一種既能滿足通信系統(tǒng)中天線設(shè)計的需要、又易于將通信系統(tǒng)中 微波毫米波電路與微波毫米波天線集成在一起的電調(diào)波束方向和波束寬度的微帶天線。
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種技術(shù)方案：一種電可調(diào)波束方向和波束寬 度的微帶天線，包括介質(zhì)板、分布在介質(zhì)板同一面上的福射貼片以及分布在介質(zhì)板另一面 上的接地板，所述輻射貼片包括一個正方形驅(qū)動貼片和四個尺寸相同的正方形寄生貼片， 所述四個寄生貼片環(huán)繞驅(qū)動貼片四邊分布，任一寄生貼片與驅(qū)動貼片相鄰邊平行，在每個 寄生貼片上開有一個呈無端狀的縫隙，所述縫隙包圍的寄生貼片部分定義為寄生貼片的正 區(qū)域，所述縫隙之外的寄生貼片部分定義為寄生貼片的負區(qū)域，所述正區(qū)域通過變?nèi)荻O 管與負區(qū)域電氣相連，所述寄生貼片的負區(qū)域的外圍與接地板相連。
[0007] 進一步地，包括射頻饋電電路單元和四個直流饋電電路單元，所述射頻饋電電路 單元為第一同軸探針，第一同軸探針給驅(qū)動貼片射頻饋電，所述直流饋電電路單元包括第 二同軸探針，第二同軸探針給寄生貼片的正區(qū)域直流饋電。采取不同的饋電方式，從而實現(xiàn) 對變?nèi)荻O管的電壓的調(diào)節(jié)。
[0008] 進一步地，所述直流饋電電路單元還包括扼流圈，所述第二同軸探針與扼流圈相 連。扼流圈的作用是隔絕寄生貼片上的射頻信號通過第二同軸探針流入直流電源，燒毀直 流電源。
[0009] 進一步地，所述第一同軸探針和第二同軸探針從接地板穿過介質(zhì)板且與輻射貼片 相接。此結(jié)構(gòu)饋入方式簡單，輸入端阻抗匹配調(diào)節(jié)方式也很容易，結(jié)構(gòu)上也簡潔美觀。
[0010] 進一步地，所述變?nèi)荻O管的個數(shù)大于2,且以并聯(lián)的方式加載在正區(qū)域和負區(qū)域 之間。通過多個變?nèi)荻O管并聯(lián)，可以增加電容范圍，以滿足電調(diào)要求。
[0011] 進一步地，所述縫隙呈正方形。此結(jié)構(gòu)方便調(diào)節(jié)縫隙的寬度。
[0012] 進一步地，所述寄生貼片的負區(qū)域外圍通過微帶短路線與接地板相連，所述微帶 段路線包括長度為i人的微帶線和金屬柱，所述微帶線一端與寄生貼片的負區(qū)域外圍相 4 ' 連，其另一端連接金屬柱，所述金屬柱貫穿介質(zhì)板與接地板相連，其中，1'其中C 為光速，fc為工作頻率，ε1^為介質(zhì)板的相對介電常數(shù)。該接地方式簡單，成本低。
[0013] 進一步地，所述寄生貼片的邊長尺寸與驅(qū)動貼片的邊長尺寸相同，寄生貼片與驅(qū) 動貼片的相鄰邊剛好正對。寄生貼片的邊長尺寸越接近于驅(qū)動貼片的尺寸，寄生貼片耦合 的電流越大，輻射就越大，但是寄生貼片的尺寸過大或者過小，耦合到的電流都比較小。
[0014] 進一步地，所述寄生貼片與驅(qū)動貼片的相鄰邊的間隔約為驅(qū)動貼片的邊長的十分 之一。此間距有利于增強寄生貼片耦合的電流，輻射就越大。
[0015] 與現(xiàn)有的天線相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0016] 1)該天線功能較多，分別調(diào)節(jié)相對的兩個寄生貼片上變?nèi)荻O管的控制電壓可以 實現(xiàn)波束方向在y〇z面和χοζ面-20°到20°的連續(xù)變化；同時調(diào)節(jié)相對的兩個寄生貼片 上變?nèi)荻O管的控制電壓可以實現(xiàn)波束寬度在y〇z面和xoz面90°到120°的連續(xù)變化。
[0017] 2)該天線的結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。
[0018] 3)該天線的饋電網(wǎng)絡非常簡單，不需要額外的功分器或者移相器。
[0019] 4)該天線設(shè)計成本低廉，應用范圍廣。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的輻射貼片之間的分布圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明的寄生貼片上的電容值和寄生貼片等效電尺寸的關(guān)系圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明的寄生貼片等效電尺寸和主波束方向偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明的回波損耗隨頻率變化的示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明的不同電容值對應的波束帶寬變化圖；
[0025] 圖6為本發(fā)明的不同電容值下的波束方向變化圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0027] 實施例1如圖1所示，一種電可調(diào)波束方向和波束寬度的微帶天線，包括介質(zhì)板、 分布在介質(zhì)板同一面上的輻射貼片以及分布在介質(zhì)板另一面上的接地板，所述輻射貼片包 括一個正方形驅(qū)動貼片和四個尺寸相同的正方形寄生貼片，所述四個寄生貼片環(huán)繞驅(qū)動貼 片四邊分布，任一寄生貼片與驅(qū)動貼片相鄰邊平行，具在每個寄生貼片上開有一個呈無端 狀的縫隙，優(yōu)選的，所述縫隙呈正方形，所述縫隙包圍的寄生貼片部分定義為寄生貼片的正 區(qū)域，所述縫隙之外的寄生貼片部分定義為寄生貼片的負區(qū)域，所述正區(qū)域通過變?nèi)荻O 管與負區(qū)域電氣相連，所述寄生貼片的負區(qū)域的外圍與接地板相連，具體的接地方式為，所 述寄生貼片的負區(qū)域外圍通過微帶短路線與接地板相連，所述微帶段路線包括長度為{人 4 ? 的微帶線和金屬柱，所述微帶線一端與寄生貼片的負區(qū)域外圍相連，其另一端連接金屬柱， 所述金屬柱貫穿介質(zhì)板與接地板相連，其中，' 其中C為光速，fc為工作頻率，ε^ 為介質(zhì)板的相對介電常數(shù)。
[0028] 為了采取不同的饋電方式，從而實現(xiàn)對變?nèi)荻O管的電壓的調(diào)節(jié)，一種電可調(diào)波 束方向和波束寬度的微帶天線，還包括射頻饋電電路單元和四個直流饋電電路單元，所述 射頻饋電電路單元為第一同軸探針，第一同軸探針給驅(qū)動貼片射頻饋電，所述直流饋電電 路單元包括第二同軸探針，第二同軸探針給