[发明专利]带倾角的宽带并馈全向天线阵

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种带倾角的宽频带全向天线阵，可用于未来无线通信测试网络的基站及移动台部分天线。

背景技术

天线是移动通信系统中的关键部件，它为无线电电波的辐射和接收提供了通道，提供了电路中的电磁信号和自由空间中的电磁波之间的转换途径。现代电磁学经历三百多年的发展，日臻成熟完善。天线作为实现无线电应用的关键设备，顺应通信，广播，雷达，制导等无线电应用系统在不同阶段的需要而不断发展，今昔对比，天线在功能，设计及制造工艺上都发生了巨大变化。

印制天线是一种用印刷电路制造工艺来设计天线的技术，而微带天线技术则是印制天线最普通的形式。早在上世纪五十年代，微带辐射器的概念就已经被提出，但是直到七十年代开始，随着对覆有金属的介质基片的光刻技术的发展，具有印制结构的微带天线才被实际地制造出来。微带贴片天线与其他天线相比，拥有体积小，重量轻，低剖面等特点，并且制造成本低，适合批量生产，天线的散射截面小，能够得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向；与微波单片集成电路(MMIC)和光电集成电路(OEIC)技术兼容；易于实现线极化和圆极化，容易实现双频段和双极化等优点。而印制偶极子天线解决了传统的对称振子天线制作复杂，并且不易与馈电网络集成的问题。

于此同时，微带贴片天线也存在着各种缺陷，包括相对带宽较窄，存在导体和介质损耗，功率容量小等等。其中最主要的问题就是相对带宽上的不足，近年来通过采用寄生耦合贴片，孔径层叠贴片，宽缝口径耦合贴片等带宽扩展技术得到了一定的改进，但是相应也增加了制作难度。近年来开始有研究人员采用一种双偶极子天线结构，即是在基片的上下里面都印制一对对称的偶极子的结构，能够起到有效地起到带宽扩展的作用。

在无线通信测试网络的天线设计中，需要尽量保证天线H面的全向性同时扩展带宽，提高增益。系统架构的主要解决的就是为众多固定的基站提供通信链路。为了给位于中央的固定基站和众多的子站点提供通信，中央基站一般采用全向天线，所以全向天线在移动通信组网的过程中具有重要的意义。

实际应用中同时还需要考虑到天线的增益问题，为了满足全向天线的增益要求，可以通过更加复杂的馈电网络以构建包含多个阵元的天线阵列。天线阵元之间的馈电系统可以是并联结构，也可以是串联结构。并联结构一般通过功分器，耦合器或者传输线，波导，微带线等结构来连接阵元组成，从馈电点到每个辐射单元的电长度都是相等的；而串联结构从馈电点到每个辐射单元相隔一个固定的电长度。但是如果要求的增益非常大，那么天线单元数量过多，馈电网络就会变得很复杂，传输线上的损耗就难以满足要求，这会直接降低天线的增益，所以通过增加微带贴片天线阵元个数的方法来提高增益是有一定极限的。在这种情况下可以考虑采用缝隙阵列天线，它可以满足高功率的要求，通过波导结构将能量分配给各个缝隙单元，波导传输线损耗低，但同时波导的设计也较为复杂，包括T型结和混合网络的设计，这会显著增加设计的复杂度和成本。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对上述现有技术的不足之处，提供一种能够实现宽频带、高增益以及任意方向的E面主瓣倾角的带倾角的宽频带全向天线阵列，该宽频带全向天线阵列可作为未来无线通信测试网络的基站及移动台部分天线。

技术方案：本发明所述的带倾角的宽带并馈全向天线阵，包括介质基片，所述介质基片上印制有2ⁿ(n为≥1的自然数)个天线阵元以及相适应的馈电网络；各个天线阵元为并联结构，不同天线阵元之间设置有一定的程差，以使得不同阵元之间产生相位差异从而产生主瓣倾角；所述馈电网络对称设置在介质基片的上、下表面上，由微带线和功率分配网络构成；信号输入端设置在介质基片的上表面，输入信号通过馈电网络分配到各个天线阵元进行辐射；微带地平面设置在介质基片的底部，通过渐变线实现不平衡到平衡的转换。

为了在一般的偶极子天线的基础上起到了带宽扩展的作用，所述天线阵元为双偶极子型阵元，对称印制在介质基片的上、下表面上，振子的两个振臂分别由位于介质基片上、下表面的金属条带构成，上、下表面的金属条带通过金属化通孔连接；馈电网络中的两条平行馈线构成的类平行宽边耦合线在基板的上、下表面分别与两个振臂相连构成平衡的馈电端口。

所述功率分配网络由若干个功率分配器构成，若干个功率分配器分别设置在两个相邻的天线阵元连接处和两个相邻的功率分配器连接处。两个相邻天线阵元之间通过功率分配器进行功率分配，两相邻功率分配器之间通过另一个功率分配器进行功率分配。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：