平板天線的設(shè)計(jì)原理

1、細(xì)說平板天線楊慶增《衛(wèi)視周刊》近日刊登出一些有關(guān)平板天線的譯文資料，引起不少讀者的關(guān)注。其實(shí)平板天線在國外及國內(nèi)早已有所研究和開發(fā)，只是由于種種原因，尚未達(dá)到十分普及的程度，特別是成本價(jià)格下不來，技術(shù)指標(biāo)尚需改善。1998年底，國內(nèi)已有某廠家研制出來樣品，去年有線電視展會(huì)上，也曾有個(gè)國外廠商，拿來了樣品供展覽，試用的結(jié)果也不是令人很滿意。是什么原因制約著平板天線這么多年來，遲遲不見廣泛使用，我們不妨從其結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝技術(shù)等方面來談

2、談。應(yīng)該說，平板天線與我們現(xiàn)在已大量使用的拋物面式天線有很大的不同。拋物面天線是采用一次或二次反射式的接收天線，而平板天線是直接接收式天線，前者的天線面是起反射作用的，后者的天線面就是直接接收的天線，因此二者有本質(zhì)的不同。一、一、平板天線結(jié)構(gòu)的揭秘平板天線結(jié)構(gòu)的揭秘如果我們將平板天線的天線面縱向切開的話，我們就會(huì)見到這個(gè)天線面是由五層結(jié)構(gòu)組成。如圖一。第一層和第五層為天線保護(hù)層，又稱天線罩，是用耐腐蝕介質(zhì)做成。它起到防止氧化、衰減紫外線

3、對(duì)印刷板電路的影響、防雨、雪侵蝕的作用。圖一的結(jié)構(gòu)圖中未畫這二層。第二層為接收天線層。是一層印刷電路板金屬層，其上面印刷著許許多多排列整齊的單元振子天線陣，故可稱天線基板層。這一層決定著平板天線的技術(shù)質(zhì)量。單元振子天線可以是多樣的。第三層為印刷電路板的介質(zhì)層，它支撐著第二層。第四層為接地導(dǎo)體層，它是一層金屬箔板，既起到對(duì)天線陣的反射作用，又可以是饋線的另一導(dǎo)體，組成微帶傳輸線。天線陣的輸出，與裝在平板天線板后的高頻頭聯(lián)接。由此我們可以看

4、出，平板天線有一個(gè)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，又使用著微波技術(shù)中的微帶電路技術(shù)，對(duì)其要求的工藝又很高，特別是天線陣中的相位的同相性要求極其嚴(yán)格，它和反射式拋物面天線的結(jié)構(gòu)相差很大，因此設(shè)計(jì)與制造都有較大的難度。平板天線理論的提出已有十余年的歷史，至今未見質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的平板天線的大量出現(xiàn)于國內(nèi)市場(chǎng)，其原因恐怕就在如此。二、二、平板天線及其工作原理平板天線及其工作原理衛(wèi)星直播電視的出現(xiàn)，使頻率提高到12GHz，波長(zhǎng)變短達(dá)到2.5cm，這為平板天線的出現(xiàn)提供

5、了可能。實(shí)際長(zhǎng)度還要乘以縮短系數(shù)0.850.9，因此實(shí)際半波振子單元長(zhǎng)度為1.04551.107cm，取其平均值便是1.076cm。上面我們分析了平板天線中的基本單元或稱輻射單元是半波振子天線，但由于它僅能接收線極化波且形式單一，尺寸也不能縮小。所以在實(shí)際使用中，人們常用其它各種等效形式的輻射元來替代它。這樣生產(chǎn)出來的平板天線不僅面積、尺寸減少些，而且有的可以接收?qǐng)A極化波?，F(xiàn)讓我們認(rèn)識(shí)一下這些等效輻射元。1、片狀形：如圖六中1，依靠上、

6、下電極組成的極片作為輻射單元。片狀圖形種類較多，圖七為片狀形一例。此二例均為圓極化輻射單元。2、共用面電極形：如圖六中2，依靠電極與周圍的接地線構(gòu)成。同平面電極在其相鄰的縫隙處產(chǎn)生電場(chǎng)，來輻射電波。3、糟縫形：如圖六中3，由上下兩塊金屬板形成封閉波導(dǎo)，而上板開有許多糟縫，將空間電波導(dǎo)入并在內(nèi)部匯集由波導(dǎo)引出。4、線狀形：如圖六中4，沒有單元振子，而依靠傳輸線上各不同位置的電流分布產(chǎn)生同相輻射。因此將線作為矩形曲折，變拆部分為傳輸線，平直

7、部分為輻射振子。四、四、輻射單元間的饋電輻射單元間的饋電平板天線中的輻射單元的饋電是一個(gè)難度較高的技術(shù)性問題，必須保證各輻射單元間是同相饋電，才能使平板天線有較高的增益和較強(qiáng)的方向性。各輻射單元依靠微帶饋線來饋電，饋電線路要解決電路阻抗匹配和相位的聯(lián)接問題。由于各輻射單元振子是多個(gè)聯(lián)接使用，因此阻抗是不斷地并聯(lián)。每并聯(lián)一次阻抗便降低一半，所以饋線的特性阻抗也需要改變與之匹配。微帶傳輸線是做在同一基板上，不可能用改變帶間距離的方法來改變阻

8、抗，所以只有改變微帶寬度來控制阻抗變化。為了使不同線段間匹配，線上還做有許多λ4阻抗變換器。為了保證處于不同部位的單元振子都能得到同相位的饋電，因此布線時(shí)，各單元振子間的微帶線并非一樣長(zhǎng)度。另外，有時(shí)為了增大天線抗雨、雪能力，使電波波束不垂直于平板天線的平面，而故意上斜1520。這樣天線面安裝對(duì)可以垂直些，與墻面接近平行。這一點(diǎn)有些類似Ku波段常用的偏饋天線，在安裝時(shí)，天線反射面相對(duì)于正饋天線而言要向下斜一個(gè)角度一樣。平板天線在制作饋線

9、時(shí)，就故意讓上、下相鄰的兩排振子間饋線長(zhǎng)度不等，電流傳輸后相位相差一個(gè)角度θ。這樣電波只有傾斜地射向平板時(shí)，各振子電流相位才能同相，從而接收到信號(hào)。如圖八所示。由此，我們看到可以通過控制平板天線各單元振子即輻射單元之間饋電相位來改變波束與平板天線的夾角，就可以實(shí)行方位角和仰角的電氣調(diào)整。這是平板天線的一大特點(diǎn)，也是平板天線的一大技術(shù)難點(diǎn)，這也是拋物面天線無法比擬的。但調(diào)整的角度不能太大，否則天線的有效投影面積將減少，降低效率與增益。五、

10、五、平板天線與高頻頭的聯(lián)接平板天線與高頻頭的聯(lián)接由于平板天線各輻射單元是靠饋線聯(lián)接的，電波在振子處已變?yōu)楦袘?yīng)電流，各饋線集中匯總后可以直接以電流形式傳輸給高頻頭中下變頻器。既不需要饋源，也減少了由電波的電場(chǎng)形式轉(zhuǎn)換為電流形式的損失，有利于信號(hào)的接收。此時(shí)的高頻頭，可以是集中參數(shù)式，也可以是分布參數(shù)微帶式。而且還可以把高頻頭直接裝在平板天線后面，或者通過微帶式高頻頭直接做在平板天線里面，使得天線高頻頭一體化的新型結(jié)構(gòu)，既美觀也改善了可靠性