带有有限接地平面的拼片天线制造技术

本发明专利技术提供了一种带有增强的波束宽度特性的微带拼片天线。该天线包括一个拼片振子，一个接地平面以及一个信号馈送线，该拼片振子与该接地平面通过第一介质衬底分开，该馈送线与接地平面通过第二介质衬底分开，该信号馈送线由该接地平面与拼片振子屏蔽开。信号馈送线通过接地平面上的横穿该信号馈送线的开口而耦合到拼片振子，接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。因而本发明专利技术提供了一个有效的方式来实现可调节的宽波束宽度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有有限接地平面的拼片天线本专利技术一般涉及天线的改进，尤其涉及带有有限接地平面的拼片天线的有利方面。在微带拼片天线中，辐射器一般是由金属拼片振子所提供，该拼片振子已经利用微带技术安装在接地平面之上的介质衬底上。由于它们的低折射率、低成本以及紧凑的尺寸，微带拼片天线适用于各种微波天线以及天线阵列应用中。例如，微带拼片天线用作基于微波集成电路(MIC)或者单片式微波集成电路(NMIC)设计的辐射单元，这些集成电路诸如用于飞机以及卫星通信，导弹以及火箭的天线系统，以及个人通信系统(PCS)的无线应用。然而，一个与微带拼片天线相关的问题在于，例如与使用偶极阵子的天线设计相比，它们一般具有有限的波束宽度。此外，当前的微带拼片天线设计并不提供用以调节天线波束宽度的紧凑、节省费用的机制。参照图1可以较好地理解现有技术，图1示出了根据现有技术的微带拼片天线10的剖视图。如图1所示，天线10包括一个方形的拼片振子12，一个接地平面14以及一个微带馈送线16，这些装置位于由一对介质衬底18和20的上、下表面所定义的平行平面上。拼片振子12安装在上层衬底18的上表面上，接地平面14安装在上层衬底18的下表面与下层衬底20的上表面之间，馈送线16安装在下层衬底20的下表面上。固定的金属板反射器22设置在天线10的下部，以反射射向天线10顶部的辐射。馈送线16和拼片振子12之间的耦合由接地平面14上小的长方形开口24提供，该开口横穿馈送线16。由于这种耦合技术，示于图1的设计被称作“开口耦合的拼片天线”。也使用了其他设计，即使用不同的技术将馈送线耦合到拼片振子。在当前的开口耦合的拼片天线设计中，接地平面14明显地大于开口24，以便从电磁的角度来看，接地平面14起到相对于开口24的有限表-->面的作用。这有助于馈送线16和拼片振子12的隔离。此外，有限接地平面的使用使得天线的分析更加容易，因为可以施加等效理论。天线的辐射图在天线应用中是非常重要的。它包括多个参数以特征化天线的性能，这些参数包括增益、3dB(半功率)波束宽度、旁瓣电平、前后(F/B)比，极化、交叉极化电平以及行(line)。3dB波束宽度参数是表示辐射能量覆盖范围的主要参数。常规拼片天线的波束宽度大约为60°到70°。由于它们的高度集成，拼片振子业已被成功地使用，以形成用于高方向性应用的大的阵列。然而，其他应用需要比当前可得到的60°到70°更大的波束宽度。例如，一般的三部分蜂窝系统需要覆盖120°的地理性区域。在一个时分多址(TDMA)系统中，基站要求105°到110°的3dB波束宽度，并且时分多址(CDMA)系统要求90°的3dB波束带宽。由于常规拼片振子的波束带宽限制，在这些应用中通常使用一个偶极振子。此外，在某些应用中需要可以调节天线的波束带宽。带有角反射器的偶极振子可以通过用机械方法调节反射器的角度，来提供波束宽度控制。然而，这种方法要求复杂的机械结构，这些机械结构可能费用很高，并且可能导致不希望的大的外壳尺寸以容纳这些结构。本专利技术的一个方面提供了一种带有增强的波束宽度特性的微带拼片天线。在第一实施例中，天线包括一个拼片振子以及一个接地平面，其中该拼片振子与该接地平面通过一个第一介质衬底分开。该天线还包括一个信号馈送线，该馈送线与接地平面通过一个第二介质衬底分开，该信号馈送线由该接地平面与拼片振子屏蔽开。信号馈送线通过一个接地平面上的横穿该信号馈送线的开口而耦合到拼片振子，该接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。根据本专利技术其他方面，通过调节信号馈送线后面的放射器的位置可以调节天线的波束宽度。因而，本专利技术提供了一个有效的方式来实现可调节的宽波束宽度，该宽度例如可以用于三扇区结构的无线系统中。本专利技术的其他特征以及优点可以通过下面的详细描述并参照附图而变得清楚。-->图1示出了根据现有技术的微带拼片天线的部分剖视图；图2示出了根据本专利技术微带拼片天线的第一实施例的部分剖视图；图3A到3D分别示出了根据本专利技术微带拼片天线的俯视图、侧视图、前视图和仰视图；图4示出了示于图3A到3D的天线的上衬底层的仰视图；图5A到5C分别示出了图3A到3D所示天线的下衬底层的俯视图、侧视图、前视图和仰视图。本专利技术提供了一种带有增强的波束宽度特性的微带拼片天线。该天线具有一个拼片振子以及一个接地平面，其中该拼片振子与该接地平面通过一个第一介质衬底分开，以及一个信号馈送线，该馈送线与接地平面通过一个第二介质衬底分开。该信号馈送线由该接地平面与拼片振子屏蔽开，并且信号馈送线通过一个接地平面上的横穿该信号馈送线的开口而耦合到拼片振子。如下所述，该接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。图2示出了根据本专利技术微带拼片天线的第一实施例的部分剖视图。图2的拼片天线30包括一个拼片振子32，一个有限接地平面34，以及一个微带馈送线36，这些装置位于由上衬底38和下衬底40所定义的平行平面上。反射器42用于向天线30的顶部反射辐射。拼片振子32通过有限接地平面34上的长方形开口44耦合到微带馈送线36。有限接地平面34的大小是这样选择的，即它起到相对于开口44的有限表面的作用。接地平面宽度的上限是由边缘饶射情况所控制的，在本专利技术的实施例中，该边缘饶射情况是从接地平面的边缘到辐射焦散线，即拼片振子32的距离来得到的。因此，在本专利技术的实施例中，“有限”接地平面34的定义是这样的，即接地平面34的宽度小于工作频率(0.5入)波长的一半，以便可以测量由于变化的反射器位置造成的波束宽度的变化。而且，接地平面34的宽度大于拼片振子32宽度的1.5倍，以实现良好的电压驻波比(VSWR)性能。尽管有限接地平面的使用使天线30的分析变得复杂，但是业已发现该有限接地平面34明显地增强了天线30的波束宽度。如下文将进一步-->描述的，业已发现通过使用适当大小的有限接地平面，可以将天线的波束宽度增加到85°。业已发现天线30的波束宽度能力可以通过修改拼片振子32的形状而得到改善。在当前的拼片天线中，拼片振子一般是方形的。然而，业已发现对于有限接地平面34而言，使用一个长方形拼片振子是非常有利的，其中拼片振子34的宽度为其长度的60％或者更窄。(应该注意的是，在宽波束宽度的应用中，60％的宽度满足了有限接地平面的上述准则。)结合有限接地平面34的长方形拼片振子34的使用使得天线30波束宽度增加到90°。而且，图2的天线30提供了一种用于调节天线波束宽度的系统。利用有限接地平面34，业已发现可以通过调节反射器相对于微带馈送线36的位置，来调节天线30的波束宽度。使反射器42离开馈送线36将增加围绕反射器的辐射的“溢出”，从而导致波束宽度的增加。通过仔细地调节反射器的高度，波束宽度可以在80°到110°的范围内调节，而不会失谐天线的阻抗匹配。在示于图2的本专利技术实施例中，反射器的调节是通过将反射器安装到数字步进电动机来实现的，该步进电动机由一个微处理器控制器48来操作。应该认识的是，其他间隔控制调节器也可以被设计出，并且被适当地使用。因此，本专利技术提供了一种有效方式来实现三扇区配置的各种无线系统的可调节的宽波束宽度，这些无线系统需要覆盖120°的地理性区域。它不仅将常规拼片天线的波束宽度从60°-70°扩展到9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线，包括：一个拼片振子；一个接地平面，其通过一个第一介质衬底与该拼片振子分开；一个信号馈送线，其通过一个第二介质衬底与接地平面分开，并且该信号馈送线由接地平面与拼片振子屏蔽开；该信号馈送线通过一个接地平面上的开口电磁耦 合到拼片振子，其中信号馈送线穿过该开口，该接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2000-2-29 09/515,9501．一种天线，包括：一个拼片振子；一个接地平面，其通过一个第一介质衬底与该拼片振子分开；一个信号馈送线，其通过一个第二介质衬底与接地平面分开，并且该信号馈送线由接地平面与拼片振子屏蔽开；该信号馈送线通过一个接地平面上的开口电磁耦合到拼片振子，其中信号馈送线穿过该开口，该接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。2．根据权利要求1的天线，其中接平面的宽度小于工作频率波长的一半，从而可以测量由于变化的反射器位置而造成的波束宽度变化。3．根据权利要求1的天线，其中该拼片振子为长方形，该长方形的宽度是其长度的60％或更小。4．根据权利要求1的天线，还包括：一个贴近该信号馈送线的反射器，用以反射来自该信号馈送线的辐射，该反射器被这样设置，即信号馈送线位于接地平面和反射器之间。5．根据权利要求4的天线，其中反射器的位置是可调节的，反射器位置的调节产生天线波束宽度中的变化。6．根据权利要求5的天线，其中反射器的位置是由一个步进电动机调节的。7．根据权利要求6的天线，其中步进电动机是由一个基于微处理器的控制器操作的。8．根据权利要求1的天线，还包括一个同轴馈送线，其外导体连接外接地平面，其内导体连接到信号馈送线。9．一种天线，包括：一个拼片振子，其安装在第一衬底的上表面上；一个接地平面，其安装在第一衬底的下表面与第二衬底的上表面之间；-->一个信号馈送线，其安装在第二衬底的下表面上；该信号馈送线通过一个接地平面上的开口耦合到拼片振子，其中信号馈送线穿过该开口，接地平面起到相对于该开口的有限表面的作用。10．根据权利要求9的天线，其中接地平面的宽度小于工作频率波长的一半，从而可以测量由于变化的反射器位置而造成的波束宽度变化。11．根据权利要求9的天线，其中该拼片振子为长方形，该长...

【专利技术属性】
技术研发人员：常立春音译，詹姆斯A豪瑟尔，蔡明儒，
申请(专利权)人：朗迅科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]