專利名稱：魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，特別是應(yīng)用于無線電通訊基地臺上的天線結(jié)構(gòu)，其做為基地臺與移動式終端裝置間的訊號收發(fā)端，以增加水平面輻射半功率波束寬度。
目前，移動電話已經(jīng)成為資訊生活中所不可缺少的一種通訊產(chǎn)品，且有越來越普及的趨勢。移動電話與一般的有線電話相似，使用移動電話的雙方可同時(shí)發(fā)送，且為保護(hù)個(gè)人隱私，每個(gè)移動電話用戶都有專門的電話號碼，而用戶則可經(jīng)基地臺以編碼信號呼叫所需的受話者。
然而，目前的基地臺不再使用高功率發(fā)射機(jī)以涵蓋全區(qū)域的廣播方式來操作，而是多使用細(xì)胞式(Cellular)通訊原理，改以應(yīng)用為數(shù)眾多的低功率發(fā)射機(jī)，分散用于小區(qū)域中，稱之為細(xì)胞，因此，便需要為數(shù)眾多的細(xì)胞，亦即基地臺來確保收訊的質(zhì)量與范圍，所以，基地臺的發(fā)送功率、水平角度范圍、垂直角度范圍亦成為相當(dāng)重要的參數(shù)，若能以較少的天線達(dá)到更廣泛的接收與傳送范圍，將會更符合經(jīng)濟(jì)效益的要求。
如

圖1所示，是公知的矩形平板天線結(jié)構(gòu)10的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包括一開槽耦合微帶平板天線20，該平板天線是一低損耗介質(zhì)所構(gòu)成的平板且其背面具有微帶線路21(Microstrip)，而正面具有隙縫或開槽22，且借由一導(dǎo)線40連接至訊號源(圖中未示)；一反射背板30，其為一金屬平板并以非電導(dǎo)通狀態(tài)置于開槽耦合微帶平板天線20之后，從而迫使向后輻射的電磁波朝前方輻射；以及一共振平板11，其是位于開槽耦合微帶平板天線20之前，且與開槽耦合微帶平板天線20為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加電磁波的指向性及工作頻寬。
借助上述的天線結(jié)構(gòu)所發(fā)送的訊號，其水平面半功率波束寬度θ僅能位于中心60°-70°的范圍內(nèi)，最大僅能達(dá)到80°，因此，若就矩形平板結(jié)構(gòu)來看，則無法達(dá)到較大訊號接收與傳送范圍的要求。
本實(shí)用新型的主要目的是提供一種魚骨形平板共振的天線結(jié)構(gòu)，其是應(yīng)用于無線電通訊基地臺上，做為基地臺與復(fù)數(shù)個(gè)移動式終端裝置之間的訊號收發(fā)端，而根據(jù)該天線結(jié)構(gòu)可以達(dá)到增大水平面輻射半功率寬度的目的。
根據(jù)本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其是應(yīng)用于無線電通訊基地臺上，做為該基地臺與復(fù)數(shù)個(gè)移動式終端裝置間的訊號收發(fā)端，該天線結(jié)構(gòu)包括一開槽耦合微帶平板天線，其連接至訊號源以輻射電磁波；一反射背板，其以非電導(dǎo)通狀態(tài)位于所述開槽耦合微帶平板天線的后方，從而迫使該電磁波朝前方輻射；以及一魚骨形共振平板，其遮擋于所述開槽耦合微帶平板天線的前方，該魚骨形共振平板為一平直板狀元件，在該平直板狀元件邊緣形成復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒，而該魚骨形共振平板與所述開槽耦合微帶平板天線為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加所述電磁波的輻射半功率波束寬度。
由上可知，本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其包括一開槽耦合微帶電路基板、一反射背板、及一魚骨形共振平板。該魚骨形共振平板位于開槽耦合微帶電路基板之前，且與開槽耦合微帶電路基板為非電導(dǎo)通狀態(tài)，用以增加電磁波的輻射半功率波束寬度。該魚骨形共振平板為平直板狀元件，在平直板狀元件邊緣形成復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒，因此，利用該魚骨形共振平板來取代傳統(tǒng)的基地臺內(nèi)的矩形共振平板的天線結(jié)構(gòu)，即可利用此鋸齒部將發(fā)射的角度變大，從而達(dá)到更廣泛接收與傳送訊號的目的。
根據(jù)本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，所述魚骨形共振平板的鋸齒于中間部分特別密，且可借助該鋸齒的密度來決定工作頻率。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的內(nèi)容及技術(shù)進(jìn)行更詳細(xì)地說明圖1是公知的矩形平板天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的魚骨形平板天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A-圖3C是公知的矩形平板天線于不同工作頻率時(shí)所測量到的指向性圖；以及圖4A-圖4C是本實(shí)用新型的魚骨形平板天線于不同工作頻率時(shí)所測量到的指向性圖。
一般來說，根據(jù)天線的應(yīng)用范圍所要求設(shè)計(jì)天線的參數(shù)包括有工作頻率的范圍、在發(fā)射的垂直面與水平面的輻射半功率波束寬度(HPBW，Half-power Beamwidth)、電壓駐波比值(VSWR，Voltage StandingWave Ratio)、以及天線增益值等，通過對這些參數(shù)數(shù)值的修改，即可設(shè)計(jì)得出符合要求的天線結(jié)構(gòu)。
根據(jù)前述所公知的平板天線的立體結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，欲達(dá)到較大的水平面輻射半功率波束寬度，我們可縮小共振平板11的寬度。但為了符合相關(guān)規(guī)格的要求，如工作頻寬、返回?fù)p耗與天線增益等的要求，并無法隨意縮小共振平板11的寬度，所以若欲增加水平面輻射半功率波束寬度且達(dá)到其他相關(guān)規(guī)格的要求，只想依靠縮小共振平板11的寬度是不可能的，亦即有其一定的極限。
首先，如圖2所示，是本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)10a的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其包括一開槽耦合微帶平板天線20a，該開槽耦合微帶平板天線為一平板且其背面具有微帶線路21a，而正面具有開槽22a，且其借助一導(dǎo)線40a連接至訊號源(圖中未示)以輻射電磁波；一反射背板30a，其可為一金屬平板，例如鋁板或鐵板，或?yàn)橐凰芰习?，但其上具有如銅箔等的金屬膜，并以非電導(dǎo)通狀態(tài)位于開槽耦合微帶平板天線20a的后方，從而迫使向后輻射的電磁波朝前方輻射；以及一魚骨形共振平板12，其作為共振板使用。公知的共振平板形狀為矩形，而魚骨形共振平板12為一平直板狀元件，其在垂直于共振的兩端邊緣形成有復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒。該魚骨形共振平板12可采用鋁或銅等導(dǎo)電性良好的材料制成。
如圖所示，將垂直共振軸的平板兩端邊緣的形狀作成鋸齒狀，可有效地使半功率波束寬度增大約5-10度，而魚骨形共振平板12兩側(cè)邊緣向內(nèi)剪成鋸齒部的不連續(xù)狀，其鋸齒部的大小與工作頻率有關(guān)，其密度都隨頻率而改變，所以鋸齒部并無固定尺寸。再者當(dāng)天線操作在共振頻率時(shí)，共振平板上的電流分布在中間部分的左右兩邊緣是最大的，而這兩邊緣的漏電流如果越向共振軸集中，就越可有效改善水平面輻射半功率波束寬度，所以魚骨形共振平板12的鋸齒于中間部分尤其設(shè)計(jì)得較密，且較接近魚骨形共振平板12的中心共振軸。
另外，根據(jù)開槽耦合微帶平板天線20a與反射背板30a組合所形成的結(jié)構(gòu)的工作原理，可以分成以下三種一、微帶天線，其是微帶線路21a的前端開路，微帶線路21a的介電質(zhì)基板的一面全部為導(dǎo)體，在另一面分布有傳輸線路。當(dāng)基板下面的導(dǎo)體面比線路寬度寬很多時(shí)，則此種導(dǎo)體具有和無線擴(kuò)大的導(dǎo)體相同的效果，而可利用開路端至隙縫間的微帶線段來產(chǎn)生虛部阻抗以供與天線阻抗相匹配；
二、隙縫天線，其在平板上開隙縫22a，取適當(dāng)長度把隙縫22a當(dāng)作天線，在隙縫22a的窄處連接高頻電流，由于產(chǎn)生電場駐波則隙縫22a會產(chǎn)生諧振。因此，隙縫22a的作用即將能量傳往其上的平板(如本實(shí)用新型的魚骨形共振平板12)產(chǎn)生耦合作用，使平板與接地板產(chǎn)生共振，即為本實(shí)用新型所利用的開槽耦合微帶平板天線20a的原理；以及三、附帶反射背板30a的天線，為了減少背向輻射及把電磁波的輻射集中在前方特定的方向，最簡單的方法是在天線的后部安置反射背板30a，若反射背板30a的大小比波長大很多時(shí)，即可得到較大的天線增益或較佳的指向性。當(dāng)反射背板30a的大小有限時(shí)，會有部分電磁波向后輻射，將對天線增益有不小的影響。
因此，借助上述三種原理，可以將訊號源所傳送的訊號透過該魚骨形共振平板12來向外發(fā)送，另外，借助調(diào)整該魚骨形共振平板12的鋸齒部形狀與對稱于共振軸兩側(cè)的幾何形狀，甚至可達(dá)到更好的水平面輻射半功率波束寬度效果。
再者，圖3A-圖3C是公知的矩形平板于不同工作頻率時(shí)所測量到的天線指向性圖，其中，如圖3A所示在操作頻率1850MHz下，測量到其-3dB的頻寬為68度，增益為11.7dBi；如圖3B所示，在操作頻率1920MHz下，測量到其-3dB的頻寬為67度，增益為11.5dBi；而如圖3C所示在操作頻率1990MHz下，測量到其-3dB的頻寬為70度，增益為11.2dBi。
而圖4A-圖4C是本實(shí)用新型的魚骨形通訊天線結(jié)構(gòu)于不同工作頻率時(shí)所測量到的天線指向性圖，其中，如圖4A所示，在操作頻率1850MHz下，所測量到其-3dB的頻寬為83.9度，增益為10.2dBi；如圖4B所示，在操作頻率1920MHz下，測量到其-3dB的頻寬為85.2度，增益為10dBi；而如圖4C所示，在操作頻率1990MHz下，測量到其-3dB的頻寬為87.5度，增益為10.1dBi。
將上述圖3A-圖3C與圖4A-圖4C的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)值進(jìn)行比較，在同一工作頻率下可以明顯地看出本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)與公知使用的矩形平板相比約增大約15至18度的范圍，故其有明顯增大水平面輻射半功率寬度的功效。
根據(jù)本實(shí)用新型的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其效果為提供一種基地臺天線，其可增加水平面輻射半功率波束寬度，從而有更廣的接收與發(fā)射角，該魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)不僅能應(yīng)用于移動電話的通訊天線，而且能適用于所有的無線電通訊系統(tǒng)中。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用以限定本實(shí)用新型的專利范圍，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，所做的任何更動與潤飾，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該天線結(jié)構(gòu)包括一開槽耦合微帶平板天線，其連接至訊號源；一反射背板，其以非電導(dǎo)通狀態(tài)位于所述開槽耦合微帶平板天線的后方；以及一魚骨形共振平板，其遮擋于所述開槽耦合微帶平板天線的前方，該魚骨形共振平板為一平直板狀元件，在該平直板狀元件邊緣形成復(fù)數(shù)個(gè)鋸齒，而該魚骨形共振平板與所述開槽耦合微帶平板天線為非電導(dǎo)通狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射背板具有金屬膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬膜為銅箔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射背板為金屬板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射背板為鋁板。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反射背板為鐵板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述魚骨形共振平板的鋸齒于中間部分特別密。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述魚骨形共振平板的鋸齒于中間部分較接近該魚骨形共振平板的中心軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述魚骨形共振平板的材質(zhì)為鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的魚骨形平板天線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述魚骨形共振平板的材質(zhì)為銅。
專利摘要一種魚骨形平板天線結(jié)構(gòu),其是用以增大包含有限接地板與有限反射背板的開槽耦合微帶平板天線的水平面輻射半功率波束寬度,本實(shí)用新型將共振矩形平板垂直于共振軸的兩端邊緣的形狀改變成一鋸齒狀,從而借此達(dá)到增大水平面半功率波束寬度的目的。
文檔編號H01Q13/00GK2494042SQ0023207
公開日2002年5月29日 申請日期2000年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者宋家駒, 吳泓昌 申請人:寰波科技股份有限公司