[发明专利]微带天线阵

说明书

本发明涉及一种平面型微带天线阵天线，具体地，涉及一种家用接收广播卫星电磁波的微带天线阵。

在这一技术领域，通常用抛物面天线来接收广播卫星传输的电磁波。抛物面天线架设在屋顶或阳台上，以便瞄准卫星。抛物面天线包括一个反射器，一个辐射元和一个转换器，后二者安装在反射器的焦点位置。因此，此种类型的天线结构复杂，大且笨重。遇到大风，如台风，此种抛物面天线极易损坏。在多雪地区，当过多的雪积压在天线上后，电磁波将被吸收掉。另外，安装抛物面天线也有损于建筑物的外观。

除了上述抛物面天线外，也使用一种平面型微带天线阵来接收广播卫星有效频带（例如约12GHz带宽）内的电磁波。由于此种平面型天线能够沿墙或与此类似地架设，所以大风对其影响比较小，并且对建筑物的外观影响也较小。

然而这种类型的普通平面型微带天线阵辐射出的波束的方向与该天线平面方向是垂直的。如图1所示，如果要将其对准卫星，平面型天线就得倾斜。这样一来，天线1也变得易受大风的影响，雪也可以积压其上对广播卫星传输的电磁波产生衰减。另外，如果平面型天线以此种方式倾斜架设，它也同样会破坏建筑物的外观。

为了避免这种不利的情况，最好平面天线具有一个波束倾斜功能或特性，即使从该天线辐射出来的波束偏离与天线平面垂直的方向。在日本的典型纬度区，通过给定天线一个波束向上的例如23°的倾斜量，就能够使平面天线1大致地沿建筑物2竖直架设，如图2所示。用这种方法安装天线1，能够减小大风的影响，避免天线上积雪，对建筑物2外观的影响也可减小。

上边提到的波束倾斜功能，可通过给定构成天线阵的多个辐射元的相位差而获得。图3和4是用于圆形极化波的先有技术的平面型微带天线阵的一部分，其结构如下。图3是该天线的部分平面图，图4是沿图3中4-4线剖开的剖视图。这种天线是通过在接地基板5上重叠放置第一和第二块印制板7和8，并在其间填以电介质层6而形成的。带有预定图案的馈电线9在第一块印制板7上形成，而在第二块印制板8上形成导电薄膜。去掉一部分导电薄膜而形成多个辐射槽10，每一个辐射槽在其中心留有部分导电薄膜，于是形成了馈电块11。槽10和块11构成多个辐射元13a～13d。馈电线9与辐射元的馈电块11以电磁方式耦合。相移部分12在馈电线的中部形成，在每两个相邻的辐射元之间产生相位延迟。此种相位延迟可调节到，例如传输电磁波的四分之一波长λg。在此种设置中，可向天线提供大约23°的波束倾斜量。

为获得以此种方式制造的平面型微带天线阵的最大效率，每两个相邻辐射元之间的距离必须设定在自由空间中电磁波波长λ₀的80%到90%之间。另外，在具有前述的波束倾斜功能的天线阵中，实际的电磁辐射成栅状波瓣不可避免地出现在并不需要的方向上。要避免这些栅状波瓣，每一对用来给出相差的辐射元之间的距离d就必须设定在例如0.64λ₀或更小一些。如果要将天线阵设计成最适合于广播卫星的12GHz带宽，考虑到这个要求，每一辐射元的辐射槽10的外径大约为14mm，距离d大约为16mm。相应地，每一对用来给出相差的辐射元的辐射槽的圆型外沿之间的间隙分别大约为2mm，这个间隙并不很大。另外，因为相移部分12形成在馈电线9端部的中间，所以馈电线的结构较为复杂。正象图3中符号A、B、C所指的这些部分，馈电线距辐射元如此接近以致于在其间产生不需要的电磁耦合，使天线的增益降低。如果将馈电线的宽度减小以增大馈线与辐射元之间的距离，从而避免这些不需要的电磁耦合，那么在馈电线上将会产生很大的损耗，因此天线增益也同样被降低。

如上所述，带有波束倾斜功能的通用平面型天线阵降低增益，而且如果馈电线的结构如此复杂，那么在分叉和弯曲部分相位是不对称的。因此，阻抗匹配困难，并且增益较低。

本发明旨在提供一种波束倾斜式微带天线阵，并且不降低天线的增益和性能。

为了实现上述目标，根据本发明，每一对圆形极化波的辐射元按预定的相互旋转角在平面型天线的平面内安放。馈电线的端头以分别配对地与辐射元对应的方式制成，因此，如从其分叉部分测量，它们的电长度是相等的。这种设置在配对的辐射元之间产生相移，可产生一种理想的波束倾斜。根据本发明，相移部分不必要在与辐射元对应的馈电线端中部形成，因此馈电线的总结构是简单的。并且，馈电线和辐射元之间的间隙能够做得足够宽以避免在馈电线与辐射元之间产生不需要的电磁耦合，因而保证了对天线增益和性能的改善。