CN102610930A - 一种低成本宽频带天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本宽频带天线阵列，设置在箱体内，该天线阵列包括低频段天线、中频段天线和高频段天线，所述低频段天线采用带状平板结构，并铺设在箱体四周的内壁上；所述中频段天线和高频段天线采用平面双臂螺旋印刷天线，同样设置在箱体内壁上。所述天线均为双面介质覆铜板印刷天线。本发明采用双面印制板微带设计，通过改变天线接口背面印制板的面积和方向，使耦合分布参数发生变化，从而得到理想的频率范围和较好的接口特性阻抗。其结构简单，调试便捷，成本低廉，易于推广，适合大规模工业化生产。

Description

一种低成本宽频带天线阵列

 

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体是一种频带天线阵列。

背景技术

随着科技的日益发展，无线信号对带宽的要求越来越高，特别是射频功率部分问题更加突出。一般情况下，下行信号（即接收支路）天线带宽不足引起的增益损耗，可以在高增益、低噪声放大电路中得到补偿。而对于上行信号（即发送支路），不但功率组件带外增益极低，而且天线的带外功率损耗是难以用放大器增益加以补偿的。以50MHz～2500MHz常用通信频段为例，其信号源与功率放大器都受制于频带宽度。通常要求在超宽频带内，应尽可能地以分段宽带放大器进行无缝对接组合，以期达到宽带全覆盖的效果。对分段功率放大器而言，其相对带宽仍然是比较宽的，这就要求配合设计的天线具有较好的带内增益和良好的接口匹配。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺陷提供了一种频带天线阵列，其以低廉的成本解决了功率辐射与天线带宽相互制约的难题。

本发明所述一种低成本宽频带天线阵列，设置在箱体内，该天线阵列包括低频段天线、中频段天线和高频段天线，所述低频段天线采用带状平板结构，并铺设在箱体四周的内壁上；所述中频段天线和高频段天线采用平面双臂螺旋印刷天线，同样设置在箱体内壁上。

所述低频段天线、中频段天线和高频段天线均为双面介质覆铜板印刷天线。

所述中频段天线和高频段天线集成在同一平面上。

所述平面双臂螺旋印刷天线的接口馈线，其一端与平面双臂螺旋印刷天线的两臂尖端节点连接，同时接口馈线沿天线某一单臂中线延伸约λ/n长度，其中λ为波长，n为正整数。

本发明是基于50MHz～2500MHz常用通信频段内，配合功率放大器分段进行的天线设计，并在有限空间内集成化，解决了低成本的功率辐射问题。由于宽带天线的带宽与信号源带宽均受制于器件的频率特性，而本发明在有限的频带内通过优化的分段阵列设计，达到宽带覆盖的效果。采用双面印制板微带设计，通过改变天线接口背面印制板的面积和方向，使耦合分布参数发生变化，从而得到理想的频率范围和较好的接口特性阻抗。本发明结构简单，调试便捷，成本低廉，易于推广，加工制作简单易行，适合大规模工业化生产。印制板专业工厂生产，对环境无污染。

附图说明

图1是本发明天线阵列平面示意图，

图2是平面双臂螺旋印刷天线接口匹配示意图，

图3是本发明在100MHz的微波暗室实测水平方向图，

图4是本发明在300MHz的微波暗室实测水平方向图，

图5是本发明在400MHz的微波暗室实测水平方向图，

图6是本发明在680MHz的微波暗室实测水平方向图，

图7是本发明在1300MHz的微波暗室实测水平方向图，

图8是本发明在2000MHz的微波暗室实测水平方向图。

具体实施方式

本发明专供在常用通信频段内对一定范围的无线信号进行功率压制，以期达到净化频谱环境的效果。因此，其承受的平均功率一般不超过10W。采用6段频率微带线印制电路设计：50MHz～450MHz为第一段，主要针对对讲机频段的局部功率压制问题；400MHz～850MHz为第二段，主要针对P波段通信、雷达；第三段850MHz～1200MHz，对象是手机低端通信；第四段1100MHz～1600MHz，针对该频段的通信、雷达；1600MHz～2000MHz为第五段，对象为手机高频段通信和L频段雷达；2000MHz～2500MHz为第六段，其主要针对微波通信及其他无线信号源。

图1为天线阵列平面示意图，该天线阵列设置在产品的箱体内，包括低频段天线1、中频段天线2和高频段天线3，其中低频段天线1采用带状平板结构，并铺设在箱体四周的内壁上。低频段天线1利用产品箱体内壁形成嵌入式内置结构，其电性能接近半波阵子和共型天线。图3、图4、图5分别为100MHz、300MHz、400MHz的微波暗室实测水平方向图。

中频以上的频段天线采用平面双臂螺旋形式，其中400MHz--850MHz中频段天线2按设计要求采用较大尺寸螺旋印刷天线。图6为中频天线2在680MHz的微波暗室实测水平方向图。900MHz以上的高频段天线3均采用小尺寸设计。

本发明为双面介质覆铜板印刷天线。除低频天线附着箱体内壁外，其他天线均集成在同一平面上，构成微带天线阵。天线馈电就近连接电路模块6，以最大限度地减少功率损耗。图2为双臂螺旋天线接口匹配示意图，由于双螺旋天线接口为低特性阻抗，而设备输出相对较高，应进行必要的阻抗变换。本发明采用简单的巴伦阻抗变换方法，可达到接口阻抗匹配的效果。螺旋天线的接口引线5，除正常与两臂尖端节点4连接外，馈线外屏蔽层还应沿某一单臂中线焊接约λ/n(n为正整数)长度的馈线。

对于50MHz～2500MHz频率范围内的功率辐射器件，不但要求有足够宽的带宽，而且必须使带内有连续均匀的射频功率空间辐射通道。为此，本发明运用印制电路板的分布参数均匀，随温度变化小等特点，采用小面积加背面调谐板配合调整的设计方法，使阵列内的分段天线均可达到较理想的辐射方向图。本发明在同一平面上设置多套双臂螺旋微带天线，形成平面阵列。通常情况下，由于产品箱体内壁嵌入的低频天线和相邻天线的反射、互耦作用，各天线的水平及垂直方向图都会发生一定的变化，这就使得原本形成的单天线方向图盲区得到补偿，从而使天线阵列在一定距离范围内形成全覆盖，实际工程实践亦证明了其可行性。

    本发明的具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低成本宽频带天线阵列，设置在箱体内，其特征在于，该天线阵列包括低频段天线（1）、中频段天线（2）和高频段天线（3），所述低频段天线（1）采用带状平板结构，并铺设在箱体四周的内壁上；所述中频段天线（2）和高频段天线（3）采用平面双臂螺旋印刷天线，同样设置在箱体内壁上。

2.根据权利要求1所述的低成本宽频带天线阵列，其特征在于，低频段天线（1）、中频段天线（2）和高频段天线（3）均为双面介质覆铜板印刷天线。

3.根据权利要求1或2所述的低成本宽频带天线阵列，其特征在于，中频段天线（2）和高频段天线（3）集成在同一平面上。

4.根据权利要求1或2所述的低成本宽频带天线阵列，其特征在于，平面双臂螺旋印刷天线的接口馈线，其一端与平面双臂螺旋印刷天线的两臂尖端节点（4）连接，同时接口馈线（5）沿天线某一单臂中线延伸约λ/n长度，其中λ为波长，n为正整数。

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