專利名稱：一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，尤其涉及一種 應用于分米波波段的地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線。
背景技術：
天線與其饋電設備是收、發(fā)設備與空間無線電波連接的重要環(huán)節(jié)，是將發(fā)射機的 功率變換為電磁波，向遠處傳播的重要裝置。建立一個理想的小型電視差轉(zhuǎn)臺，除了具有高 質(zhì)量的電視差轉(zhuǎn)機外，還必須有性能良好的發(fā)射與接收天線。采用高質(zhì)量的天線，可以有效 地利用發(fā)射機的功率并降低對接收機的要求。隨著全球電視數(shù)字化和移動化步伐的不斷 加快，我國近幾年數(shù)字電視發(fā)展迅速，已在大多數(shù)大中城市開通了數(shù)字電視業(yè)務，在這場廣 播、電視數(shù)字化和移動化的革命中，研究開發(fā)適應高性能移動數(shù)字電視的發(fā)射與接收天線 是提高地面數(shù)字電視覆蓋率的重要環(huán)節(jié)。隨著地面數(shù)字電視的發(fā)展，需要寬頻帶、大功率、高增益、低成本的發(fā)射天線應用 于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)。目前，用于我國地面數(shù)字電視系統(tǒng)的發(fā)射天線有四偶極子天線、 縫隙天線、蝙蝠翼天線等，這些天線的加工和調(diào)試都比較復雜，因此成本較高。因平板天線 具有體積小、重量輕、低剖面、低成本和易共形等優(yōu)點，已得到廣泛應用。然而，在許多應用 中最主要的障礙是平板天線的有限帶寬和承受功率小，典型的平板天線駐波比小于1.1的 帶寬只有百分之零點幾量級，而且饋電網(wǎng)絡基本都是由微帶功分器組成，因此承受功率小。 由于這個原因，平板天線未能在廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中得到應用。所以必須提高平板天線的 阻抗帶寬和承受功率，才能滿足地面數(shù)字電視廣播發(fā)射系統(tǒng)的要求。有鑒于此，確有必要提出一種新型的地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)天線裝置，以降低地 面數(shù)字電視廣播發(fā)射系統(tǒng)的成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，研制了一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化 組陣天線，尤其是指應用于分米波波段的地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線。本 發(fā)明采用的技術原理為采用疊層平板輻射單元1的結構，以提高普通平板天線的阻抗帶寬；采用以空氣 為介質(zhì)、特性阻抗為100歐姆的微帶線構成非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡，以增大疊層平板天 線陣的承受功率。為了提高疊層平板天線單元工作頻帶內(nèi)輸入阻抗的平整度，改善輸入阻 抗的頻帶特性，阻抗調(diào)節(jié)器安置在下層板的兩個矩形板連接中心附近，為下層板進行饋電， 上層板通過下層板耦合饋電。由于采用疊層結構，反射系數(shù)曲線呈現(xiàn)雙頻特性，通過在上層 板開槽，使之成為“凹”形板，可以改善反射系數(shù)曲線的對稱特性；在下層板增加一個小矩 形板，使之成為“凸”形板，不僅可以起微調(diào)頻率的作用，而且可以改善阻抗調(diào)節(jié)器附近的阻 抗特性，使之取得良好的匹配效果。為了便于設計饋電網(wǎng)絡，同時減小饋電網(wǎng)絡對疊層平板 輻射單元1輻射特性的影響，兩個疊層平板輻射單元1采用齊平、反相排列方式。非對稱寬
3帶反相饋電網(wǎng)絡呈非對稱的“S”形，采用以空氣為介質(zhì)基板、特性阻抗為100歐姆的微帶線 構成，這樣不僅加工方便、成本低廉、承受功率大，而且饋電網(wǎng)絡的長度不受四分之一波長 的限制，從而使得阻抗帶寬更寬。饋電方式采用能承受大功率的L27型接頭，接頭的內(nèi)導體 偏向于非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡的某一端口，使其兩輸出端的相位相差180度，從而使得 兩個疊層平板輻射單元1的輻射特性完全相同。輸入連接器的外導體固定在地層板上，內(nèi) 導體穿透地層板與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡連接。非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、上層板、下層 板、地層板通過固定螺絲固定在一起，其中疊層平板輻射單元1中心處采用金屬螺絲，四周 采用塑料螺絲固定。本發(fā)明采用的技術手段如下—種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特征在于其特征在于包 括疊層平板輻射單元、垂直極化天線陣、非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、阻抗調(diào)節(jié)器、輸入連接 器和固定螺絲；所述疊層平板輻射單元的結構自上而下依次為上層板、下層板和地層板； 所述垂直極化天線陣由兩個疊層平板輻射單元構成，通過非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡相連 接；所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡位于疊層平板輻射單元的下層板和地層板之間，呈非對 稱“S”形；所述阻抗調(diào)節(jié)器的一端與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡連接，另一端與下層板連接； 所述輸入連接器的外導體固定在地層板上，內(nèi)導體穿透地層板與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡 連接；所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、上層板、下層板和地層板通過固定螺絲進行固定。于所述疊層平板輻射單元的上層板上開有凹槽，為“凹”形板；下層板上設有凸起， 為“凸”形板。組成所述垂直極化天線陣的兩個疊層平板輻射單元呈齊平、反相排列。所述阻抗調(diào)節(jié)器為無尖的金屬圓錐結構或圓柱結構。所述下層板和非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡與阻抗調(diào)節(jié)器連接的部分分別加工成一 矩形槽，使阻抗調(diào)節(jié)器能夠在其中移動。所述阻抗調(diào)節(jié)器一端與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡的輸出相連接，另一端安置在下 層板上設有的凸起和下層板的的主體板連接中心附近為下層板進行饋電；所述上層板通過 下層板耦合饋電。所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、上層板、下層板、地層板通過固定螺絲固定在一 起，其中疊層平板輻射單元中心處采用金屬螺絲，四周采用塑料螺絲。所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡采用非對稱“S”形，以空氣為介質(zhì)、特性阻抗為100 歐姆的微帶線構成；所述輸入連接器偏向于非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡的一端，使其兩輸出 端的相位相差180度。由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提供的地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣 天線，通過提高組陣天線的阻抗帶寬和承受功率，從而滿足地面數(shù)字電視廣播發(fā)射系統(tǒng)中 的使用要求，并且該天線具有成本低、增益高、頻帶寬、功率大、體積小的特點。另外，由于其 結構簡單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于廣泛推廣。
圖1是本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線的頂視圖；圖2是本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線的側(cè)視圖；圖3是本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線的電壓駐波比圖；圖4是本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線的輻射特性 圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線包括 疊層平板輻射單元1、垂直極化天線陣2、非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡3、阻抗調(diào)節(jié)器4、輸入連 接器5和固定螺絲。疊層平板輻射單元1包括上層板11、下層板12和地層板13。由于采 用疊層結構，反射系數(shù)曲線呈現(xiàn)雙頻特性。在上層板11開槽，使之成為“凹”形板，通過調(diào) 節(jié)凹槽111的長度尺寸可以改善反射系數(shù)曲線的對稱特性；在下層板12設有凸起121，如 圖1所示，本實施例是在下層板上設置一個小矩形板，使之成為“凸”形板。通過調(diào)節(jié)凸起 121的長度尺寸，一方面可以起微調(diào)頻率的作用，另一方面可以改善阻抗調(diào)節(jié)器附近的阻抗 特性，使之取得良好的匹配效果。非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡3位于下層板12和地層板13 之間(如圖2所示)，呈非對稱的“S”形，采用以空氣為介質(zhì)基板、特性阻抗為100歐姆的 微帶線構成，這樣不僅加工方便、成本低廉、承受功率大，而且饋電網(wǎng)絡的長度不受四分之 一波長的限制，從而使得阻抗帶寬更寬。阻抗調(diào)節(jié)器4的一端連接在非對稱寬帶反相饋電 網(wǎng)絡2的一個輸出端口，另一端連接在下層板12的兩個矩形板(即下層板的主體板和設置 在下層板上的小矩形板)連接中心附近(如圖2所示)，再在下層板12和非對稱寬帶反相 饋電網(wǎng)絡3與阻抗調(diào)節(jié)器4連接的部分分別加工成一矩形槽，使阻抗調(diào)節(jié)器能夠在其中移 動，通過輕微的移動阻抗調(diào)節(jié)器4的位置，可以改變其附近的阻抗特性，從而獲得良好的阻 抗匹配效果。垂直極化天線陣2由兩個疊層平板輻射單元1齊平、反相排列(本實施例中 兩個疊層平板輻射單元共用一個地層板，這樣可以簡化工藝，節(jié)省成本，當然也可以將兩個 設有獨立地層板的疊層平板輻射單元組成，但需要配置單獨的饋電網(wǎng)絡)，一方面在疊層平 板輻射單元1的同一側(cè)設計饋電網(wǎng)絡比較容易，另一方面還減小饋電網(wǎng)絡對疊層平板輻射 單元1的輻射特性影響。饋電方式采用能承受大功率的L27型接頭，輸入連接器5偏向于 非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡3的某一端口，使其兩輸出端的相位相差180度，從而使得兩個疊 層平板輻射單元1的輻射特性完全相同。如圖2所示，輸入連接器5的外導體52固定在地層板上，內(nèi)導體51穿透地層板13 與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡3連接。上層板11、下層板12和地層板13之間通過固定螺絲 固定在一起，其中疊層平板天線單元1中心處采用金屬螺絲61，四周采用塑料螺絲62固定。 非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡3與地層板13之間采用塑料螺絲63進行固定。本發(fā)明所提供的天線可實現(xiàn)的技術指標如下頻率范圍470 870MHz工作帶寬彡56MHz極化方式垂直極化VSffR <1.1:1輸入功率彡l.OKw天線增益彡12. OdBi前后比彡20. OdB
半功率波束寬度水平面62°，垂直面25°輸入連接器L27型連接器如圖3所示本實施例列舉工作頻帶為737 814MHz進行說明，在該頻帶內(nèi)，輸入 端口的駐波比均小于1. 1，而且呈現(xiàn)雙頻特性，說明輸入端口匹配特性良好。通過輕微的調(diào) 節(jié)阻抗調(diào)節(jié)器4的位置，可以明顯的改善駐波比特性。如圖4所示，本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線在水平 方向的半功率輻射角度為62°，在垂直方向的半功率輻射角度為25°，最大增益為13dBi， 前后比為21dB。本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，由于采用了所提出 的“凹”形上層板、“凸”形下層板、疊層結構放置、非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、阻抗調(diào)節(jié)器、疊 層平板輻射單元1共軸、反相排列等技術，使得本發(fā)明一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的 垂直極化組陣天線具備工作頻帶寬、電壓駐波比小、承受功率大、增益高、尺寸小、成本低、 加工簡單、調(diào)試方便等特點，非常適合于分米波波段的地面數(shù)字電視發(fā)射天線系統(tǒng)的應用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其 發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特征在于其特征在于包 括疊層平板輻射單元、垂直極化天線陣、非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、阻抗調(diào)節(jié)器、輸入連 接器和固定螺絲；所述疊層平板輻射單元的結構自上而下依次為上層板、下層板和地層板； 所述垂直極化天線陣由兩個疊層平板輻射單元構成，通過非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡相連 接；所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡位于疊層平板輻射單元的下層板和地層板之間，呈非對 稱“S”形；所述阻抗調(diào)節(jié)器的一端與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡連接，另一端與下層板連接； 所述輸入連接器的外導體固定在地層板上，內(nèi)導體穿透地層板與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡 連接；所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、上層板、下層板和地層板通過固定螺絲進行固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特 征在于所述疊層平板輻射單元的上層板上開有凹槽，為“凹”形板；下層板上設有凸起，為 “凸”形板。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線， 其特征在于組成所述垂直極化天線陣的兩個疊層平板輻射單元呈齊平、反相排列。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特 征在于所述阻抗調(diào)節(jié)器為無尖的金屬圓錐結構或圓柱結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特 征在于所述下層板和非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡與阻抗調(diào)節(jié)器連接的部分分別加工成一矩 形槽，使阻抗調(diào)節(jié)器能夠在其中移動。
6.根據(jù)權利要求1、2或5所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天 線，其特征在于所述阻抗調(diào)節(jié)器一端與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡的輸出相連接，另一端安 置在下層板上設有的凸起和下層板的的主體板連接中心附近為下層板進行饋電；所述上層 板通過下層板耦合饋電。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特 征在于所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、上層板、下層板、地層板通過固定螺絲固定在一起， 其中疊層平板輻射單元中心處采用金屬螺絲，四周采用塑料螺絲。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，其特 征在于所述非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡采用非對稱“S”形，以空氣為介質(zhì)、特性阻抗為100歐 姆的微帶線構成；所述輸入連接器偏向于非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡的一端，使其兩輸出端 的相位相差180度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的垂直極化組陣天線，包括疊層平板輻射單元、垂直極化天線陣、非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡、阻抗調(diào)節(jié)器、輸入連接器和固定螺絲疊層平板輻射單元自上而下依次為上層板、下層板和地層板；垂直極化天線陣由兩個疊層平板輻射單元齊平、反相排列構成；非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡位于疊層平板輻射單元的下層板和地層板之間；阻抗調(diào)節(jié)器的一端與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡連接，另一端與下層板連接；所述輸入連接器的外導體固定在地層板上，內(nèi)導體穿透地層板與非對稱寬帶反相饋電網(wǎng)絡連接。該天線具有工作頻帶寬、輸入駐波比小、成本低、尺寸小等特點，適合于分米波波段的地面數(shù)字電視發(fā)射天線系統(tǒng)應用。
文檔編號H01Q21/00GK102110879SQ20111002670
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者房少軍, 王昊, 王鐘葆, 黃志強 申請人:大連海事大學