CN101645536A - 多频带吸顶天线 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多频带天线，其工作在至少两个非谐波相关频带上。该天线包括用于至少两个非谐波相关频带的低频带上的低频天线和用于至少两个非谐波相关频带的相对高频带上的锥形的相对的高频天线，低频天线在近端从接地板沿主轴延伸并与接地板电隔离，所述锥形的相对的高频天线被布置在低频天线的近端上并与该近端电连接，使高频天线的顶点布置得临近接地板而与低频天线的近端重合，并使基座与主轴同轴地从接地板延伸开去。多频带天线还包括与主轴同轴地从接地板延伸的第一管状套筒和与主轴同轴地放置并从高频天线的基座边缘远离接地板延伸的第二管状套筒，第一管状套筒与接地板、低频天线和高频天线电隔离，第二管状套筒与高频天线和低频天线电隔离。

Description

多频带吸顶天线
技术领域
本发明的领域涉及射频天线，具体涉及工作在多个不同的非谐波相关频率的天线。
背景技术
诸如无线局域网之类的数字无线系统，或诸如蜂窝电话之类的蜂窝装置可以存在于多个不同频带上，而且均可以采用唯一的通信协议。例如，蜂窝和GSM电话可以工作在750-960MHz频带，PCS和UMTS可以工作在1700-2170MHz频带，WIFI可以工作在2.4-5.8GHz频带。
不过，蜂窝电话、PCS、UMTS和WIFI还经常与不同类型的装置一起使用，每种装置均具有不同的功能和数据处理能力。由于不同的功能，通常，服务提供商必须提供每一种不同协议下的同时的基础设施接入。
提供同时接入的一个复杂因素是在不同协议下的接入通常出现在多个不同的环境中。虽然环境也可以是户外的，但环境也可以涉及在餐馆、剧院或其他的用户场所内的使用。这种环境不能允许有损于该场所结构的大量天线或者天线结构的使用。
另一个复杂因素是蜂窝电话、PCS、UMTS和WIFI通常采用非谐波相关的频带。就这点而言，为一个频带设计的天线不能用于其他频带。
现有技术对多频带的问题的解决方案已经将单极天极与扼流圈和接线天线结合起来以产生多频带天线结构。该接线可以是传统的，或者包括一个或多个用于高频操作的狭槽。
尽管采用单极天线和接线天线在一些情况下有效，单极天线通常在高频会经历反相，这会导致发射信号的上升模式分裂。另外，在接线天线结构在高频带频率下超过了1/4波长的情况下，发射场具有显著的方位角模式失真。于是，需要更好的工作在多个非谐波相关频带的天线。
发明内容
提供了一种工作在至少两个非谐波相关频带的多频带天线。该天线包括低频天线和锥形的相对高频天线，该低频天线用于至少两个非谐波相关频带中的相对低的频带，该低频天线在近端从接地板沿主轴延伸并与接地板电隔离，该锥形的相对高频天线用于至少两个非谐波相关频带中的相对高的频带，其被布置在该低频天线的近端上并与该近端电连接，使得高频天线的顶点布置得临近接地板而与该低频天线的近端重合并使得高频天线的基座与主轴同轴地从接地板延伸开去。该多频带天线还包括与主轴同轴地从接地板延伸的第一管状套筒，所述管状套筒与接地板、低频天线和高频天线电隔离，并且该多频带天线还包括与主轴同轴地放置的并从高频天线的基座的边缘远离接地板延伸的第二管状套筒，所述第二管状套筒与该高频天线和低频天线电隔离。
另一方面，锥形高频天线还包括多个布置在低频天线周围的圆上的离散的天线元件，其中，多个天线元件的每一个均在顶点和基座之间延伸，而且其中，多个天线元件的每一个上的对应位置到主轴是等距离的。
在另一方面，第一管状套筒还包括多个布置在低频天线周围的圆上的离散的天线元件，其中，多个天线元件的每一个均平行于主轴在接地板间延伸。
在另一方面，第二管状套筒还包括多个布置在低频天线周围的圆上的离散的天线元件，其中，多个天线元件的每一个均平行于主轴在基座间延伸。
在另一方面，多频带天线包括一对印刷电路板，该印刷电路板沿主轴垂直交叉，使在每个电路板上布置低频天线、高频天线、第一管状套筒和第二管状套筒中的每一个的元件对。
在另一个方面，低频天线还包括发射器元件，该发射器元件与主轴同轴，并平行于接地板从低频天线的远端延伸出。
在另一个方面，发射器元件还包括布置在发射器元件和低频天线之间的电介质，来将发射器元件与低频天线电隔离。
附图说明
图1是根据本发明的说明性实施例的多频带吸顶天线；
图2是图1的天线的剖视图；
图3是图1的天线的可替换实施例的侧面透视图；
图4A-图4B是形成图3的天线的电路板的侧视图；以及
图5是图1-图4的天线的VSWR图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的说明性实施例通常所示出的超宽频带天线10。图2是图1的天线10的剖视图。
该天线10可以用于多个非谐波频带中的任何一个频带。示例包括750-900MHz/PCS/UMTS/2.3-2.7GHz WiFi-WiMAX/3.3-3.8GHzWiMAX/4.9-6GHz WiFi这些频带中的任何一个(或全部)。
在第一说明性实施例情况下，天线10包括具有主发射元件21的第一低频天线20，其近端临近接地板12，并使主发射元件21垂直地从接地板12沿纵轴26向远端延伸。该低频电线20与接地板12电隔离，并工作在一组非谐波相关频带的低频频带上。
为了减少高度，低频天线20可以包括一个或多个耦接到天线20的远端的辅助低频发射元件22、24。如图所示，低频发射元件22、24从远端与接地板12平行地延伸。次发射元件22、24的耦接可通过直接电连接或电容耦接。
形成在低频天线20的近端上的是高频锥形天线14。高频天线14工作在非谐波相关频带的相对的高频带。低频天线20和高频天线14均通过rf连接34(例如同轴电缆)电耦接至共用射频(rf)源。
锥形天线14的顶点30在低频天线20的近端直接临近接地板12并通过接地板12延伸的点处与低频天线20的近端重合并电连接至低频天线20的近端。锥形天线14的对着顶点30的远端(即，锥基座32)与低频天线20的纵轴同轴。
绕顶点30布置的是从临近接地板12延伸的第一导电套筒16。导电套筒16包括套筒元件42和套筒基座44。
导电套筒16与高频天线14和接地板12均是电隔离的(在直流方式下)。不过，导电套筒16电容性地耦接36至高频天线14，而且还电容性地耦接38至接地板12。
电容性耦接36由套筒元件42与锥形天线14之间的距离40以及布置在套筒元件42和锥形天线14之间的电介质类型所确定。第二电容38的电容性耦接由基座元件44的尺寸以及布置在基座元件44和接地板12之间的电介质46的厚度和类型所确定。
第二导电套筒18从锥形天线14的基座端32(并从接地板12)延伸开。套筒18的近端紧邻锥基座32的边缘，并由电介质隔离物28使之与基座32电隔离。套筒18的远端与辅助元件22的近端接合，并由电介质隔离物52使之与辅助元件22电隔离。
在一个特定的说明实施例中，低频天线20可以具有82mm的总高度，其中包括高度为69mm的主发射元件21，以及延伸了另外的13mm的一对次发射元件22、24。发射元件24的直径是206mm。
高频锥14沿纵轴26的高度为26.5mm，基座32的直径是21mm。第一导电套筒16高度为5.8mm，直径为15mm。在接地板12上支撑天线10的电介质46是在上表面上具有0.02mm厚度的聚酯薄膜带的6003玻璃纤维。
第二导电套筒18的直径为21mm，平行于主轴26的高度为41mm。将高频天线14和第二导电套筒18隔离开的电介质28的厚度为1.5mm。
在另一个实施例中，可以将天线10的元件14、16、18、20分成多个在从接地板12延伸开的方向上连续、但在绕主轴26的圆周方向上离散的多个离散元件。图3是天线10(在图3中标示为天线100)的侧面透视图，其中，元件14、16、18、20被分成从接地板12向上延伸的四个离散元件(例如，铜基线)。
图4A-图4B示出了两个电路板102、104的侧视图，这两个电路板可以被用来与电路板46一起构建天线100。如图4A-图4B所示，电路板102、104均具有狭槽106、108，狭槽106、108使得电路板102、104基本上以直角交叉。一旦电路板102、104已经被交叉，通过采用焊料桥将电路板102、104之间的结合点连接起来，该焊料桥电连接主发射元件110和112以及次发射元件114、116的铜迹线。
如图4A-图4B所示，发射元件110和112起到等同于图1和图2中所示的主发射元件21的作用，发射元件114和116起到等同于发射元件22和24的作用。相似地，图1和图2的锥形高频天线14现在已经被分成了离散发射元件126、128、130、132。
类似地分开图1和图2的套筒16和18。例如，套筒元件118、120、122、124现在基本上起到与图1的套筒18相同的作用。类似地，套筒元件134、136、138、140现在基本上起到与图1的套筒16相同的作用。与套筒元件16、18一样，电介质材料142、144使套筒元件134、136、138、140与图3的高频天线14隔开。
图5提供了天线10、100在一组相对大的频带上的VSWR。从图5中可以看到，天线10、100在蜂窝频带以及较高频带中具有相对低的VSWR。
天线10、100在较宽范围的非谐波相关频带上性能良好。高频锥形天线14工作为覆盖高频带的套筒单极天线。一个差异是高频带天线14的锥形特性起到对高频带频率的宽带扼流作用，其本质上防止高频分量向上传播经过锥部进入低频天线20。
高频锥形天线14的高频特性可以由电路板46、102、104上的铜迹线42、44的尺寸确定。例如，通过增大铜迹线42(图4中的134、136、138、140)的尺寸，增大了电容性耦接36，从而使第一套筒16变成某些频率范围上的发射器。类似地，增大铜迹线44的尺寸增大了与接地板12的电容性耦接38，从而减小了第一套筒16的发射能力。
低频天线20是较低频带的主发射器。低频天线20周围的第二套筒18抑制中频带频率(例如，大约是1/4波长)，而且还起到低频带发射器的作用。低频带天线20和扼流圈18没有连接。
顶部(次发射器22、24)提供了用于低频带正常工作的负载。较大的次发射器22、24会使频率向更低的频率偏移。如果谐振频率等于该低频带(800MHz)的LC扼流圈(并联谐振电路)被添加到顶部发射器24上来隔离该低频带，则可以实现一个更低的频带(400MHz或更低)(例如装载了1/8波长单极天线的线圈)。作为另一个可替换实施例，UHF呼啦圈(hula hoop)天线可以用于更低的频率范围组合。
出于说明制造本发明和采用本发明的方式的目的，已经说明了多频带吸顶天线的一个具体实施例。应当理解的是，本发明的其他变型或改进的实施方式以及它的各个方面对本领域技术人员而言是很清楚的，而且本发明并不局限于所说明的具体实施例。从而，意图是覆盖本发明以及落在本文所公开和主张的潜在基本原理的真实精神和范围内的任何一个和所有改进、变型或等同物。

Claims (18)

1.一种多频带天线，其工作在至少两个非谐波相关频带上，这种天线包括：
低频天线，其用于所述至少两个非谐波相关频带的一个相对的低频带，所述低频天线在近端从接地板沿主轴延伸，并与所述接地板电隔离；
锥形的相对的高频天线，其用于所述至少两个非谐波相关频带的一个相对的高频带，所述锥形的相对的高频天线布置在所述低频天线的近端上并与该近端电连接，使所述高频天线的顶点布置得临近所述接地板而与低频天线的近端重合，并使基座与主轴同轴地从所述接地板延伸开去；
第一管状套筒，其与主轴同轴地从所述接地板延伸，该管状套筒与所述接地板、低频天线和高频天线电隔离；以及
第二管状套筒，其与主轴同轴地放置，并从所述高频天线的基座的边缘远离所述接地板延伸，该第二管状套筒与高频天线和低频天线电隔离。
2.如权利要求1所述的多频带天线，其中，所述锥形的高频天线还包括布置在所述低频天线周围的圆上的多个离散的天线元件，其中，所述多个天线元件的每一个均在顶点和基座之间延伸，以及其中，所述多个天线元件的每一个的相应位置距离主轴均是等距离的。
3.如权利要求2所述的多频带天线，其中，所述第一管状套筒还包括布置在所述低频天线周围的圆上的多个离散的天线元件，其中，所述多个天线元件的每一个均平行于主轴在所述接地板之间延伸。
4.如权利要求3所述的多频带天线，其中，所述第二管状套筒还包括布置在所述低频天线周围的圆上的多个离散的天线元件，其中，所述多个天线元件的每一个均平行于主轴在基座之间延伸。
5.如权利要求4所述的多频带天线，其还包括一对印刷电路板，这对印刷电路板沿主轴垂直交叉，使所述低频天线、高频天线、第一管状套筒和第二管状套筒中的每一个的元件对被布置在每个所述印刷电路版上。
6.如权利要求1所述的多频带天线，其中，所述低频天线还包括发射器元件，所述发射器元件与主轴同轴，并平行于所述接地板从所述低频天线的远端延伸出。
7.如权利要求6所述的多频带天线，其中，所述发射器元件还包括布置在所述发射器元件与低频天线之间的电介质，来使所述发射器元件与所述低频天线电隔离。
8.如权利要求6所述的多频带天线，其中，所述发射器元件还包括布置在所述发射器元件与第二管状套筒之间的电介质，来使所述发射器元件与所述低频天线电隔离。
9.一种多频带天线，其工作在至少两个非谐波相关频带上，这种天线包括：
锥形的天线元件，其用于所述至少两个非谐波相关频带的一个相对的高频带，所述锥形的天线元件从接地板延伸，使所述锥形的天线元件的顶点端布置得临近在近端上的所述接地板，并使所述锥形的天线元件的基座从所述接地板延伸出，使得所述锥形的天线元件的主轴从顶点延伸通过所述基座的中心，所述锥形的天线元件与所述接地板电隔离；
第一多个导电次天线元件，其从所述接地板平行于所述锥形的天线元件的主轴延伸，并被布置成圆，使得所述多个次天线元件每一个均电容性地耦接至所述锥形的天线元件和接地板，所述耦接使第一多个次天线元件电悬浮在所述锥形的天线元件的电势与所述接地板的电势之间；
天线延伸，其工作在比所述高频带相对更低的频带上，所述天线延伸电耦接至所述基座和所述接地板，并沿主轴从所述基座和接地板延伸开去；以及
第二多个导电次天线元件，其平行于所述天线延伸从所述基座延伸开去，并被布置在天线延伸周围的圆上，使所述第二多个次天线元件的每一个均电容性地耦接至所述天线延伸和第一多个次天线元件，所述耦接使第二多个次天线元件电悬浮在所述第一多个次天线元件的电势与所述天线延伸的电势之间，而且其中，所述主轴布置在两个圆的中心。
10.如权利要求9所述的多频带天线，其中，所述第一多个次天线元件还包括管状套筒。
11.如权利要求9所述的多频带天线，其中，所述第二多个次天线元件还包括管状套筒。
12.如权利要求9所述的多频带天线，其还包括平行于所述接地板从所述天线延伸的远端延伸的交叉构件。
13.如权利要求9所述的多频带天线，其还包括平行于所述接地板从所述天线延伸的远端延伸的一对互相正交的交叉构件。
14.如权利要求9所述的多频带天线，其中，所述第一多个次天线元件还包括平行于主轴的基本上等于所述相对的高频带的1/4波长的长度。
15.如权利要求9所述的多频带天线，其中，所述第二多个次天线元件还包括平行于主轴的基本上等于所述中间频带的1/4波长的长度。
16.如权利要求9所述的多频带天线，其还包括布置在所述锥形的天线元件与每个所述第二多个次天线元件之间的电介质。
17.一种多频带天线，其工作在至少两个非谐波相关频带上，这种天线包括：
锥形的天线元件，其用于所述至少两个非谐波相关频带的一个相对的高频带，所述锥形的天线元件的顶点布置得临近接地板，所述锥形的天线元件沿主轴从所述顶点延伸至远端的基座端，所述锥形的天线元件与所述接地板电隔离；
第一多个次天线元件，其平行于所述主轴延伸，并被布置在所述锥形的天线元件周围的圆上，使多个次天线元件的每一个均电容性地耦接至所述锥形的天线元件和接地板，以便电悬浮在所述锥形的天线元件的电势与所述接地板的电势之间；
天线延伸，其工作在低于所述高频带的一个相对的低频带上，所述天线延伸电耦接到所述基座端和接地板，并沿所述主轴从所述基座端和接地板延伸开去；以及
第二多个次天线元件，其平行于所述天线延伸从所述基座延伸开去，并被布置在所述天线延伸周围的圆上，并且所述第二多个次天线元件每一个均电容性地耦接至所述天线延伸和第一多个次天线元件，以便电悬浮在所述第一多个次天线元件的电势和所述天线延伸的电势之间，以及其中，所述主轴被布置在这两个圆的中心上。
18.一种多频带天线，其工作在至少两个非谐波相关频带上，这种天线包括：
锥形的高频天线元件，锥形的顶点布置得临近接地板并且相对端上的基座沿锥的纵轴从接地板延伸开去；
离散元件的第一导电套筒，该第一导电套筒平行于纵轴从所述接地板延伸开去，第一导电套筒至少环绕所述锥形的天线元件的顶点，并且其中，所述导电套筒与所述接地板和高频天线元件是电隔离的；
天线延伸，其工作在低于所述高频带的中间频带上，所述天线延伸电耦接至所述基座端和接地板，并沿主轴从所述基座端和接地板延伸开去；以及
离散元件的第二导电套筒，该第二导电套筒平行于所述天线延伸从所述基座延伸开去，并被布置在所述天线延伸周围的圆上，每个所述第二导电套筒均电容地耦接以电悬浮在所述第一套筒的电势和所述天线延伸的电势之间，并且其中，主轴被布置在两个圆的中心上。
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