專利名稱：微波天線及其外罩的制作方法
技術領域：
微波天線及其外罩
技術領域：
本實用新型涉及通信天線領域，尤其涉及一種微波天線及其外罩。背景技術：
隨著微波通信需求的增長，由微波天線組成的點對點或點對多點的通信網(wǎng)絡越來 越密集，微波系統(tǒng)之間產(chǎn)生互相干擾的潛在風險越來越大。為此，各行政當局和網(wǎng)絡運營 商制定了嚴格的標準以限定微波天線的輻射方向圖包絡(Radiation Patterns Envelope, RPE)，再根據(jù)不同的網(wǎng)絡要求來選擇滿足不同標準等級的天線。在天線的電氣性能指標中， 輻射前后比(Front-to-BackRatio，F(xiàn)/B)尤為重要，是必須在天線的設計中著重考慮的。天線罩是微波天線系統(tǒng)中的重要組成部件，主要起兩重作用第一，保護天線免受 灰塵、雨雪、冰凍等自然環(huán)境的影響；第二，減小天線系統(tǒng)的風力負荷以減輕天線安裝系統(tǒng) 的機械性能要求。因此天線罩的工程設計目標通常包括1)在電氣性能上，天線罩不能惡化天線的增益、回波損耗、RPE以及F/B等性能指 標，最佳的設計目標是能改善天線的電氣性能；2)在機械性能上，天線罩需具有結構強度好、體積小、風荷小等特點；3)在成本方面，天線罩本身的成本以及配合到天線上的附加成本要低。天線罩對天線電氣性能的影響主要體現(xiàn)在1)損失天線增益，這主要由天線罩引入的插入損耗導致，因此要求天線罩設計時 不僅要選擇低損耗的介質(zhì)材料還要合理設計其厚度以達到最佳的透波性能；2)增加天線的回波損耗，即惡化天線的輸入電壓駐波比(VSWR)，這主要是由天線 罩導致的反射電磁波重新回到饋源所致；3)影響天線的RPE性能，這主要是由于天線罩使得天線口面電場的相位分布不再 均勻，從而抬高了天線的近副瓣或者遠副瓣電平；4)惡化天線的F/B性能，這主要是由于天線罩擾亂了天線口面邊緣的繞射場分布 所致，甚至天線罩對繞射場起后向“引導”作用，從而提高了天線的后向輻射。傳統(tǒng)的微波天線所用的天線罩方案主要有三種結構形式(參閱圖1. 1至圖1. 3) 平板形(圖1. 1)、外凸形(圖1. 2)以及內(nèi)凹形(圖1. 3)，天線罩的材質(zhì)一般選用質(zhì)地均勻、 介電常數(shù)穩(wěn)定和損耗低的介質(zhì)材料。傳統(tǒng)天線罩方案均不能完全滿足上述電氣性能設計目 標，抑或機械性能和成本無優(yōu)勢。平板形天線罩通常采用厚度約半個介質(zhì)波長以獲得較好 的透波性能，從而減小天線罩對增益和VSWR的影響。但是平板形天線罩存在以下不足1)頻帶寬度受限，因而不適用于寬頻帶天線系統(tǒng)；2)由于天線罩邊緣部分通常未經(jīng)特殊賦形，因此對天線的RPE尤其是F/B有較大 影響；3)平板形天線罩的機械強度較差。內(nèi)凹形天線罩雖然可以通過一定的錐角設計以獲得較寬的頻帶特性，但是往往未 考慮到對RPE尤其是F/B性能的影響；另外，內(nèi)凹形天線罩的機械強度和風荷性能不佳。[0017]外凸形天線罩可經(jīng)一定的賦形設計獲得較好的頻帶特性和F/B性能，而且機械強 度和風荷性能亦較好，但是在對RPE性能的影響上，外凸形天線罩至多是不產(chǎn)生惡化，難起 改善作用；另外，外凸形天線罩會增加天線的整體尺寸，從而增加包裝和運輸成本。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述天線罩方案之不足，提供一種微波天線及其外 罩，使外罩在微波天線中不僅具有較好的電氣性能和機械性能，而且成本亦較低。為實現(xiàn)該目的，本實用新型采用如下技術方案本實用新型的微波天線外罩，用于遮罩微波天線，為旋轉(zhuǎn)對稱件，該外罩包括如下 同心設置的多個部分補償部分，位于外罩中部，用于補償微波天線中由于饋源遮擋造成的天線口面中 部電場分布的相位延遲；主反射部分，位于補償部分的外圍，用于將來自微波天線饋源的電磁波反射到偏 離饋源的特定方向上；輔反射部分，位于主反射部分的外圍，用于對微波天線的邊緣繞射電磁波進行聚 束反射。所述補償部分朝外罩的遮罩側(cè)方向內(nèi)凹，呈高斯形、錐面形或球面形內(nèi)凹狀。所述主反射部分朝外罩的遮罩側(cè)方向內(nèi)凹，呈斜錐面形內(nèi)凹狀。所述輔反射部分朝外罩的外露側(cè)方向外凸。所述補償部分的厚度小于主反射部分的厚度。所述主反射部分將電磁波反射到的特定方向被定義為對應天線整體輻射方向圖 中屬于主瓣之外的區(qū)域。所述特定方向為天線整體輻射方向圖中的零點角度位置或遠旁瓣 角度位置。該外罩補償部分的直徑與該饋源的副反射面的直徑相等。本實用新型的微波天線，包括饋源、反射面以及前述的外罩，該反射面開口面設有 向外的翻邊；該外罩于緊鄰其輔反射部分設有與所述翻邊相配合的裙邊；所述翻邊與所述 裙邊相螺鎖。所述翻邊與所述裙邊之間以裝設在外罩遮罩側(cè)的面上的限位卡箍件卡固并限位。外罩于其外露側(cè)緊貼所述裙邊設有吸波材料，所述吸波材料為泡沫、海綿、橡膠中
任意一種。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點(1)在電氣性能上，能顯著提高微波天線的輻射F/B性能，能改善天線的口面電場 分布的相位特性進而提高天線增益和口徑效率，能改善RPE性能如副瓣電平，而對其它電 氣性能如輸入電壓駐波比、交叉極化鑒別率等影響較??；(2)在機械性能上，外罩部分的拱形結構同時起加強筋的作用，因此天線罩整體的 結構強度好，同時天線罩還具有體積小、重量輕、風荷小、外形美觀等特點；(3)在成本方面，本實用新型所述的外罩部分可通過模具注塑一次成型從而加工 成本低，同時天線罩整體的內(nèi)凹形狀也使與天線配合安裝后的總體尺寸增加不多，因而附 加的包裝和運輸成本較低。
圖1. 1至圖1. 3是幾種傳統(tǒng)的微波天線罩與反射面安裝后的剖面示意圖，其中圖 1. 1為平板形天線罩，圖1. 2為外凸形天線罩，圖1. 3為內(nèi)凹形天線罩。圖2是本實用新型微波天線外罩應用于微波天線時的剖面示意圖。圖3是圖2中外罩的俯視圖。圖4是圖2中外罩的仰視圖。圖5是圖2中外罩的剖面圖。圖6是圖2的微波天線的工作原理示意圖。圖7是本實用新型微波天線外罩應用時的典型口面電場相位分布曲線，其中實線 表示加外罩的口面相位分布曲線，虛線表示不加外罩的口面相位分布曲線。圖8是本實用新型微波天線外罩應用時的典型輸入電壓駐波比曲線，其中實線表 示加外罩的電壓駐波比曲線，虛線表示不加外罩的電壓駐波比曲線。圖9. 1至圖9. 3分別是本實用新型微波天線外罩的輔反射部分的三種實施例及原 理示意。圖10是本實用新型微波天線外罩應用時的典型輻射方向圖曲線。圖11是揭示本實用新型微波天線外罩與微波天線其它組件之間裝配關系的裝配 結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明請參閱圖2、圖3及圖4，應用了本實用新型的微波天線外罩的微波天線包括一結 構旋轉(zhuǎn)對稱的賦形介質(zhì)天線外罩1、若干安裝螺柱14及若干限位卡箍件15、以及吸波材料 4。外罩1通過附加螺釘5(參閱圖11)連接到微波天線反射面2的翻邊上，并由限位卡箍 件15定位。外罩1自其旋轉(zhuǎn)對稱軸向外依次分布有若干同心的構成部分位于中心區(qū)域的 補償部分11、延續(xù)自該補償部分構成該補償部分的外圍的主反射部分12、以及延續(xù)自該主 反射部分構成該主反射部分的外圍的輔反射部分13，每個構成部分均通過特殊賦形設計以 改善電氣性能。此外，外罩1在其輔反射部分13外圍還設置有垂直于外罩各構成部分的用 于裝配的裙邊18。外罩1的裙邊18用于與反射面2的翻邊觀相抵觸并螺鎖實現(xiàn)裝配，進 而形成一種整體封閉的天線結構，將微波天線的饋源3封裝其內(nèi)。由此，設有反射面2和饋 源3的一側(cè)相對于外罩1而言為遮罩側(cè)，外罩1面向自由空間的一側(cè)為外露側(cè)，定義外罩1 的遮罩側(cè)和外露側(cè)將有利于后述的進一步說明。天線外罩1需要選取質(zhì)地均勻、介電常數(shù)穩(wěn)定和損耗低的介質(zhì)材料，通常采用的 材料有ABS、ASA、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙稀、氧化鋁、高溫陶瓷、玻璃鋼以及一些復合材 料等。這些材料都有固定的相對介電常數(shù)、和損耗角正切tan δ，以表征材料的電氣性能屬性。請參閱圖5和圖6，外罩1的補償部分11的厚度小于主反射部分12的厚度，因此 補償部分11比主反射部分12略薄，用于補償由于饋源3遮擋造成的天線口面中心部分電 場分布的相位延遲，從而使得天線口面電場分布的相位更趨于一致，因而提高天線增益和
5效率；補償部分11由于外罩1的旋轉(zhuǎn)對稱特性而呈現(xiàn)圓形，其直徑與饋源直徑相等或相當； 補償部分11的剖面形狀可以設計成高斯形、錐形、球形等向外罩1的遮罩側(cè)方向(饋源方 向)內(nèi)凹的形狀，以使被補償部分反射回來的自饋源3發(fā)出的電磁波22不回到或極少量地 回到饋源3，從而減小對天線輸入電壓駐波比的影響。補償部分11，是電磁波正向入射的部分，所以要將形狀經(jīng)特殊賦形，將自饋源3發(fā) 出的電磁波21在補償部分11的遮罩側(cè)表面上反射的電磁場22，經(jīng)過反射面2 二次反射，使 反射的電磁波23不會回到或者極少量地回到饋源3內(nèi)而被饋源3再次接收，影響天線的整 體性能，尤其是輸入電壓駐波比性能。由于饋源3的副反射面對微波天線本身的輻射產(chǎn)生了一定的遮擋效益，使天線口 面電場分布的中心部分產(chǎn)生了一定的相位滯后，所以，就通過補償部分11的厚度調(diào)節(jié)，對 透射的電磁波進行相位補償，即設計補償部分11的厚度tl比環(huán)錐部分12的厚度to要薄 一些，使最后透過外罩1的口面電場分布的相位更趨于一致，因而提高天線增益和效率。這 個補償部分的直徑Φ與饋源3副反射面的直徑大小相等或相當。參考圖7所揭示的一種實施例的口面電場相位分布曲線，由于補償部分的口面相 位分布滯后了約60度，所以，補償部分11的厚度tl比環(huán)錐部分12的厚度t0要略薄一定 厚度，使口面電場分布的相位更趨于一致。請再結合圖5和圖6，外罩1的主反射部分12由厚度(t0)約為1/2介質(zhì)波長、向 遮罩側(cè)饋源3方向內(nèi)凹的斜錐面構成，其錐角經(jīng)特殊設計而成，使被主反射部分12反射回 來的自饋源3發(fā)出的電磁波25反射到特定的方向上，而不回到饋源3內(nèi)；主反射部分12的 錐角α設計的原則是使被主反射部分12反射回來的電磁波反射25到偏離饋源3的特定 方向上，該方向?qū)谖⒉ㄌ炀€整體輻射方向圖中不在輻射方向圖的主瓣區(qū)域內(nèi)，對應于 輻射方向圖中的零點角度位置或遠旁瓣角度位置尤佳。當電磁波通過介質(zhì)材料時，會產(chǎn)生多次反射和折射，而反射的能量勢必會影響微 波天線本身的性能，所以要降低這部分能量，這就要選取合適的主反射部分12的厚度t0來 實現(xiàn)當厚度t0滿足1/2介質(zhì)波長或其整數(shù)倍時，電磁波在介質(zhì)內(nèi)多次反射和折射產(chǎn)生的 路徑相位差是2 π的整數(shù)倍，使反射波相互抵消，而透射波實現(xiàn)了相互疊加，這樣主反射部 分12的反射系數(shù)最小。主反射部分12的環(huán)錐面的錐角α經(jīng)特殊設計，可以使天線口面正向輻射的電磁 波M在錐環(huán)面反射的電磁波25固定的反射到180-2ci角度方向上一方面，使反射的電 磁波25通過反射面2 二次反射不會回到饋源3內(nèi)，從而減小對天線整體性能影響，尤其是 對較寬頻帶內(nèi)的輸入電壓駐波比性能的影響；另一方面，可以將這個反射的電磁波25反射 到的特定方向選擇性地對應于天線整體輻射方向圖中不在輻射方向圖的主瓣區(qū)域內(nèi)的位 置(輻射方向圖中屬于主瓣之外的區(qū)域)，以對應于輻射方向圖中的零點角度位置或遠旁 瓣角度位置尤佳，從而，降低天線罩對天線本身的輻射方向圖，尤其是主瓣區(qū)域的影響。參閱圖8所揭示的一種實施例的輸入電壓駐波比曲線，將該錐角α的角度選取為 3-10度左右，可以看到本實用新型的外罩1對微波天線整體的輸入電壓駐波比性能影響較 小。請繼續(xù)結合圖5和圖6，外罩1的輔反射部分13整體呈拱形，故朝外罩1的外露側(cè) 外凸，其賦形原則是使其內(nèi)表面16(參閱圖9)對邊緣繞射電磁波沈具有聚束反射的特性，即反射電磁波27可相對集中地聚集到外罩1內(nèi)某個區(qū)域。參考圖9. 1至圖9. 3所揭示的輔反射部分13的形狀的幾種實例，分別是其中圖 9. 1部分的折狀拱形、圖9. 2部分的弧狀拱形及圖9. 3部分的蓋狀拱形，此類拱形面16均有 聚束反射的特性外罩1的遮罩側(cè)，天線口面邊緣繞射的電磁波26在遮罩側(cè)拱形面16上反 射，而這個拱形面16將反射的電磁波27相對集中聚集到外罩1內(nèi)的某個區(qū)域。進一步，請再回顧圖5和圖6，在外罩1輔反射部分13對應的區(qū)域(于外罩遮罩 側(cè))緊靠外罩1的裙邊18裝設吸波材料4，吸波材料4的形狀一般為具有一定厚度的圓環(huán) 狀，其安裝位置可以與輔反射部分13的內(nèi)表面形狀協(xié)同設計，保證盡可能地將吸波材料置 于外罩1的裙邊18和輔反射部分13所共同定義的范圍的反射電磁波相對聚集的區(qū)域，從 而有效吸收反射電磁波27，減少向天線后向繞射的電磁波，進而提高微波天線的F/B性能。吸波材料4是可選部件，其在微波天線裝配后，被夾持在外罩1的裙邊18、輔反射 部分13與反射面2的翻邊觀之間，用于吸收被外罩1輔反射部分13內(nèi)表面16反射回來 的電磁波27以及部分繞射電磁波26 ；吸波材料可選用泡沫型、海綿型、橡膠型等材質(zhì)形式。如圖10所示，本實用新型的外罩顯著的提高了輻射F/B性能約10dB。參考圖11，本實用新型的微波天線外罩1與反射面2和饋源3裝配的示意圖中，作 為可選部件的吸波材料4可根據(jù)需要進行裝配，需要安裝時，先將吸波材料4固定在外罩1 遮罩側(cè)的表面的若干限位卡箍件15上；外罩1與反射面2的整體裝配是采用數(shù)個螺釘5將 反射面2的翻邊觀與螺柱14相聯(lián)接，同時通過限位卡箍件15進行定位，保證外罩1與反 射面2完全配合以形成緊湊結構。本實用新型的外罩可以采用模具注塑工藝一次加工成型，包括天線罩上的螺柱 14、限位卡箍15均一體成型，由此制備的產(chǎn)品一致性較好，加工成本低。在機械性能上，本實用新型與傳統(tǒng)的外凸或內(nèi)凹形天線罩相比，整體的體積較小， 同時拱形的輔反射部分13及裙邊觀又給外罩提供了較好的結構強度，外形也美觀。因此，本實用新型的微波天線外罩無論在電氣性能還是機械性能上均取得優(yōu)于傳 統(tǒng)技術的效果，由其裝配而得的微波天線自然優(yōu)于其它傳統(tǒng)同類天線。以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術方案；因 此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領域 的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離 本實用新型的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍 當中。
權利要求1.一種微波天線外罩，用于遮罩微波天線，為旋轉(zhuǎn)對稱件，其特征在于，該外罩包括如 下同心設置的多個部分補償部分，位于外罩中部，用于補償微波天線中由于饋源遮擋造成的天線口面中部電 場分布的相位延遲；主反射部分，位于補償部分的外圍，用于將來自微波天線饋源的電磁波反射到偏離饋 源的特定方向上；輔反射部分，位于主反射部分的外圍，用于對微波天線的邊緣繞射電磁波進行聚束反射。
2.根據(jù)權利要求1所述的微波天線外罩，其特征在于，所述補償部分朝外罩的遮罩側(cè) 方向內(nèi)凹。
3.根據(jù)權利要求2所述的微波天線外罩，其特征在于，所述補償部分呈高斯形、錐面形 或球面形內(nèi)凹狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的微波天線外罩，其特征在于，所述主反射部分朝外罩的遮罩 側(cè)方向內(nèi)凹。
5.根據(jù)權利要求4所述的微波天線外罩，其特征在于，所述主反射部分呈斜錐面形內(nèi) 凹狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的微波天線外罩，其特征在于，所述輔反射部分朝外罩的外露 側(cè)方向外凸。
7.根據(jù)權利要求1至6中任意一項所述的微波天線外罩，其特征在于所述補償部分 的厚度小于主反射部分的厚度。
8.根據(jù)權利要求1至6中任意一項所述的微波天線外罩，其特征在于所述主反射部 分將電磁波反射到的特定方向被定義為對應天線整體輻射方向圖中屬于主瓣 之外的區(qū)域。
9.根據(jù)權利要求8所述的微波天線外罩，其特征在于所述特定方向為天線整體輻射 方向圖中的零點角度位置或遠旁瓣角度位置。
10.一種微波天線，包括饋源、反射面以及外罩，其特征在于該反射面開口面設有向外的翻邊；所述外罩為權利要求1至9中任意一項所述的外罩；該外罩于緊鄰其輔反射部分設有與所述翻邊相配合的裙邊；所述翻邊與所述裙邊相螺鎖。
11.根據(jù)權利要求10所述的微波天線，其特征在于，所述翻邊與所述裙邊之間以裝設 在外罩遮罩側(cè)的面上的限位卡箍件卡固并限位。
12.根據(jù)權利要求10所述的微波天線，其特征在于，外罩于其外露側(cè)緊貼所述裙邊設 有吸波材料。
13.根據(jù)權利要求12所述的微波天線，其特征在于，所述吸波材料為泡沫、海綿、橡膠 中任意一種。
14.根據(jù)權利要求10至13中任意一項所述的微波天線，其特征在于該外罩補償部分 的直徑與該饋源的副反射面的直徑相等。
專利摘要本實用新型公開一種微波天線及其外罩，其外罩為旋轉(zhuǎn)對稱件，包括如下同心設置的多個部分補償部分，位于外罩中部，用于補償微波天線中由于饋源遮擋造成的天線口面中部電場分布的相位延遲；主反射部分，位于補償部分的外圍，用于將來自微波天線饋源的電磁波反射到偏離饋源的特定方向上；輔反射部分，位于主反射部分的外圍，用于對微波天線的邊緣繞射電磁波進行聚束反射。外罩的各個部分均經(jīng)特殊賦形設計。由此形成的微波天線具有電氣性能優(yōu)良、結構穩(wěn)定、成本低廉等特點。
文檔編號H01Q1/42GK201859944SQ20102051987
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者劉素芹, 吳知航, 唐榮, 姜汝丹, 潘軍, 王勇, 王巖, 符道臨, 謝慶南 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司