CN101150223A - 一种宽带天线 - Google Patents

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CN101150223A CNA2007101519171A CN200710151917A CN101150223A CN 101150223 A CN101150223 A CN 101150223A CN A2007101519171 A CNA2007101519171 A CN A2007101519171A CN 200710151917 A CN200710151917 A CN 200710151917A CN 101150223 A CN101150223 A CN 101150223A
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塞尔日·佩罗特
帕特里斯·里戈兰德
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Abstract

本发明涉及一种天线，包括：至少一个中央纵向辐射元件；和至少一个外部元件，包括至少一个围绕该中央元件设置的卷起的导电片，该外部元件与该中央元件之间无电接触，所述外部元件的高度是严格减少的，或者，该高度沿卷绕而交替地增加和减小。

Description

一种宽带天线
技术领域
本发明涉及一种保持其辐射图案的宽带天线。
背景技术
在电压驻波比(VSWR)方面是宽带的天线的拓扑是各种各样的，而且该天线可以用于各种应用领域(商业、军事、工业、......)。
因而，举例来说，最广泛使用的拓扑如下：独立频率天线(螺旋的、对数周期的)；和宽带偶极天线(椭圆的、卷状的、平面的、......)。这些拓扑可以用于制造定向或全向天线的环境中。
在另一种形式中，通过增加可以结合若干离散的或伪集总的元件(电容、电感、电阻、变压器等)的匹配网络，通频带可以增加。
与使用匹配网络相联系的一个问题在于利用元件所产生的物理局限。因而，这种解决方案不可能以任何方式改变或形成单个辐射元件的辐射特性。而且，匹配网络降低了辐射元件内在的功率性能和效率。然而，不考虑特定的辐射形成性质，上述宽带拓扑的使用仍然不可能提供适合所有应用的结构。
因而，关于形状因数，这种天线需要提供接近波长的尺寸。另外，为获得全向覆盖，传统的形状因数(线天线)不能得到满足，从而使得在便携式或车辆型的应用中结合波束保持天线更加复杂。
随着利用分时信号的新通讯标准到来，这种天线还遇到了相对于相位中心位置分散的问题，使之难以甚至无法实现这种系统。
然而，已经开发出了几种结构旨在缓解上述问题。
美国专利No.6339409披露了一种天线，该天线通过卷起具有直角三角形形状的单个导电片而形成。
美国专利申请No.2006/0071873描述了一种连接到接地形成圆盘(ground-forming disk)的如上所述的天线。
美国专利No.4527163描述了一种具有由裁剪成Y形的片形成的外部元件的单频带天线(monostrip antenna)。
发明内容
本发明的目的具体是通过创新的结构克服与已知天线的上述缺陷。
因而本发明提供了一种天线，包括：
至少一个中央纵向辐射元件；和
至少一个外部元件，包括至少一个围绕该中央元件设置的卷起的导电片，该外部元件与该中央元件之间无电接触，所述外部元件的高度是严格减少的，或者，该高度沿卷绕而交替地增加和减小。
本发明的天线可以单独使用，或者可以作为同种或不同种天线的阵列中的天线元件使用，并且无论接地或不接地都适用。
在本发明的一个实施例中，形成外部元件的导电片具有第一边和第二边，该第一边限定所述外部元件的最大高度，该第二边具体为垂直于该第一边的边，该第二边限定了所述外部元件的底部。
作为例子，所述导电片可以呈直角三角形形状，或者其可以具有连接前两边并呈指数下降形状的第三边。
在一个变形例中，所述导电片可以具有连接所述第一和第二边并由一系列的钝锯齿形成的第三边。
所述外部元件的最小高度可以为零，或者，在一个变形例中，其可以不为零。
作为例子，所述导电片可以具有直角三角形形状，该三角形在顶点可以被随意地截去。
在本发明的一个实施例中，所述外部元件包括卷起的导电片，该导电片具有等腰三角形形状，同时该三角形的底边限定所述外部元件的最大高度。
所述外部元件可以被卷绕成螺旋形，具体为变螺距的螺旋形，特别地为对数螺旋形。
构成外部元件的所述片的侧面可以是连续的，或者，其可以由一系列的平面部分形成。
所述导电片可以从其一端或另一端卷起，并可以相对于中央辐射元件从内向外或从外向内卷绕。
该中央辐射元件可以为任何类型。
例如，该辐射元件可以是偶极型，具体来说，其可以是印刷偶极或圆柱偶极。
当被设置为不接地且纯粹通过电磁耦合工作时，外部元件可以被视作为阻抗变压器。该天线则被称为具有“连续剖面(continuous profile)”。
在本发明的另一个实施例中，外部元件被设置为在接地时工作，并且可以被视为地的延伸。该天线则被称为具有“匹配套管(matching sleeve)”。
所述辐射元件可以是单极、偶极、螺旋、椭圆、或者这些元件的组合。
例如，所述辐射元件可以是印刷偶极或者是圆柱偶极。
天线的所有元件都可以由导电金属制成，或者可以包括印刷电路板。
所述中央辐射元件和所述外部元件可以被绝缘材料包围，具体来说，至少部分地被嵌入到该绝缘材料中。在一个变形例中，可能使用绕中央辐射元件和外部元件卷绕的片状的绝缘材料。
无论外部元件是否接地，依据外部元件的周期性，本发明的天线可以是超宽带型或多频带型。
本发明天线的宽带宽和高效率使其能以大功率工作。
本发明还可以使天线小型化，利用达到十分之一波长量级的尺寸。
本发明的天线因而可以用于所有类型的应用中，尤其是用于便携或车载装置中。
本发明可以具体用于移动应用中，尤其是用于便携装置或车辆领域，或者在一个变形例中，其可以用于基本设施，例如用于基站领域。
本发明还使得获得可被选择为定向的、扇形的(阵列中的天线)或全向的辐射图案成为可能。
具体来说，本发明能够实现以下优点：
·无论是定向的还是其它形式，在偶极模式下得到覆盖其工作频带的大体上恒定的辐射图；
·由于天线拓扑的高效率；
·在广泛变化的综合环境中，尤其是在利用接地平面的环境中，保持其宽带特性；以及
·在给定其宽带特性下的紧凑性。
附图说明
通过阅读以下本发明的非限制性实施例的具体描述，并通过查阅附图，可以更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明具有偶极辐射元件的天线的局部示意图；
图2是图1中的天线的平面示意图；
图3是示出用于形成图1中天线的外部元件的导电片的局部示意图；
图4至7是示出可以用于形成本发明天线的外部元件的片的其它示例的局部示意图；以及
图8是构成本发明的实施例的单极天线的局部示意图。
具体实施方式
图1示出一种通常所称的“连续剖面”天线1，该天线1包括具有纵向轴线X的偶极型中央辐射元件2和由虚线画出的围绕辐射元件2的外部元件3，该外部元件3可以被称为是部分寄生的。
所示的天线1具有绝缘材料4，辐射元件2和外部元件3至少部分地被嵌入到其中。
在一个变形中，辐射元件2和外部元件3可以由空气隔开。
辐射元件2可以为任何类型，例如为印刷偶极或圆柱偶极，并且其可以为杆状。
外部元件3可以被视为自适应负载，且其不连接到任何地。
在所示的示例中，外部元件3由卷起的导电片5形成，该导电片5具有等腰三角形形状，如图3所示。在一个变形例中，该三角形的形状可以是任意的。
片5可以被卷成螺旋形，例如变螺距的螺旋形，如在图2中可见到的。
沿轴线X测量得到的外部元件3的最大高度H对应于片5的等腰三角形的底边的长度H。
在所描述的示例中，外部元件3沿卷绕轴线的最小高度为零，该最小高度对应于等腰三角形中与底边相对的顶点S。
天线1可以为呈超宽带型的。
外部元件3可以为其他形状。
例如，如图4所示，外部元件3可以由直角三角形形状的导电片5形成。
在一个变形例中，导电片5可以为截去顶端的直角三角形形状，从而外部元件3沿卷绕轴线的最小高度不为零。
在一个变形例中，如图6所示，导电片5具有两个垂直的边和形状为为指数下降型曲线的第三边。
如图7所示，导电片5可以具有由一系列的钝锯齿而形成的边，同时外部元件的高度沿卷轴交替增加减少地变化。
图8示出了构成本发明另一实施例的通常所称的“匹配套管”型天线10。
这种天线10是单极型，包括中央辐射元件11、卷绕在辐射元件11周围的外部元件12以及外部元件12与之连接的接地元件(ground element)13。外部元件可以与接地元件一体制成。
元件11和12可以由导电材料制成，或者，在一个变形例中，它们可以利用印刷电路板制成。
在另一个变形中，辐射元件11可以为偶极型。
外部元件12可以被视为接地元件13的延伸。
在所描述的示例中，外部元件12通过卷起具有直角三角形形状的片构成。
当然，外部元件12可以是上面所描述的其他形状中的一种。
天线10使得获得超宽的带宽成为可能。
通过本发明，接地元件13在天线工作中的影响可以被控制得非常小。
辐射元件11可以是一体式的，或者，其可以是多个元件的组装而成。
在所示的示例中，中央辐射元件和外部元件是同心的。
在一个变形例中，中央辐射元件相对于外部元件可以是偏心的。

Claims (13)

1.一种天线，包括：
至少一个中央纵向辐射元件；和
至少一个外部元件，包括至少一个围绕该中央元件设置的卷起的导电片，该外部元件与该中央元件之间无电接触，其特征在于，所述外部元件的高度是严格减少的，或者，该高度沿卷绕而交替地增加和减小。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述导电片具有第一边和第二边，该第一边限定所述外部元件的最大高度，该第二边具体为垂直于该第一边的边，该第二边限定了所述外部元件的底部。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述导电片呈直角三角形形状。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述导电片具有连接前两边并呈指数下降形状的第三边。
5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述导电片具有连接所述第一和第二边并由一系列的钝锯齿形成的第三边。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述外部元件的最小高度不为零。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述外部元件包括卷起的导电片，该导电片具有等腰三角形形状，该等腰三角形的底边限定所述外部元件的最大高度。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述外部元件被卷成螺旋形，具体为变螺距的螺旋形。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述外部元件被设置为不接地工作。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述中央辐射元件为偶极的。
11.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述外部元件被设置为接地工作。
12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述中央辐射元件为单极的。
13.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，包括围绕所述中央辐射元件和所述外部元件绝缘材料。
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