CN101938036A - 一种低剖面宽频全向吸顶天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低剖面宽频全向吸顶天线，包括底板、固定设置在底板上的阶梯状锥形振子、位于阶梯状锥形振子椎体顶部的金属平板振子、馈电同轴线以及设置在阶梯状锥形振子和金属平板振子之间并支撑金属平板振子的绝缘垫，该馈电同轴线穿过底板中心和阶梯状锥形振子轴线，并该馈电同轴线的外导体与阶梯状锥形振子锥顶部位保持电连接，而该馈电同轴线的内导体则穿过绝缘垫中心而与金属平板振子电连接。本发明具有体积小以及频带较宽的特点，从而能适用于不同城市的移动多媒体广播室内覆盖系统。

Description

一种低剖面宽频全向吸顶天线

技术领域

本发明涉及天线结构领域，更具体的说涉及一种低剖面宽频全向吸顶天线，其用于完成移动多媒体广播信号的室内覆盖，并具有频段宽、尺寸小以及美观的特点。

背景技术

近年来，随着中国移动多媒体广播CMMB(China Mobile Multi media Broadcasting)行业标准的制定，无线数字电视网络在全国得到广泛应用。目前，CMMB网络覆盖还是以室外覆盖为主，主要针对城市公交等移动车载电视，其在室内信号覆盖方面还处于初期阶段。在国内，CMMB移动多媒体广播大部分沿用UHF(470-800MHz)频段，在信号到达室内时会存在较大衰减，比如在大楼中心位置，信号已经无法穿透墙体。这一现象也广泛存在于移动通信系统中。

针对上述问题，通常需加装室内覆盖系统，而全向吸顶天线则是室内覆盖系统的重要组成部件。为了尽量不破坏原装修和影响视觉上的美观，吸顶天线体积需设置得较小，从而便于融入环境当中。目前，市面上采用的全向吸顶天线主要用于800-960/1710-2500MHz移动通信和WLAN(Wireless Local Area Networks)等民用网络，天线对应的波长较短，尺寸也较小。上述天线都存在一个共同特点：低频800-960MHz带宽较窄；天线高度约0.25波长，天线直径约0.5波长，对应尺寸普遍为直径160～180mm、高度80～100mm左右。

但是，按照天线理论，天线的尺寸和频率成反比，对应470-800MHz频段的天线，其直径为280～310mm、高度140～170mm左右，在室内覆盖中，这一体积很难融入室内环境当中。同时，CMMB网络覆盖不同城市采用不同的频率，470-800MHz全频段都会被使用，频率范围接近倍频。由此，目前的吸顶天线体积过大、不够美观；同时其无法保证宽频度工作，从而无法适应于不同城市的频率需求，即具有普遍适用性差的缺点。

有鉴于此，本发明人针对现有吸顶天线的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低剖面宽频全向吸顶天线，以解决现有吸顶天线体积大以及频段较窄的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种低剖面宽频全向吸顶天线，其中，包括底板、固定设置在底板上的阶梯状锥形振子、位于阶梯状锥形振子椎体顶部的金属平板振子、馈电同轴线以及设置在阶梯状锥形振子和金属平板振子之间并支撑金属平板振子的绝缘垫，该馈电同轴线穿过底板中心和阶梯状锥形振子轴线，并该馈电同轴线的外导体与阶梯状锥形振子锥顶部位保持电连接，而该馈电同轴线的内导体则穿过绝缘垫中心而与金属平板振子电连接。

进一步，该低剖面宽频全向吸顶天线还具有天线外罩，该天线外罩罩设在阶梯状锥形振子和金属平板振子的外部。

进一步，该馈电同轴线端部还连接有用于传输射频信号的射频连接器。

进一步，该阶梯状锥形振子与金属平板振子之间还设置有金属短路片，该金属短路片包括设置在阶梯状锥形振子两侧并呈相对设置的两片，且每一金属短路片两端分别与阶梯状锥形振子和金属平板振子电连接。

进一步，该金属平板振子还连接有金属引向器，该金属引向器亦包括设置在阶梯状锥形振子两侧的两个，且每一金属引向器与金属短路片呈正交状。

进一步，该阶梯状锥形振子的轴线与垂直于金属平板振子的中心线重合。

进一步，该阶梯状锥形振子由具有不同锥度的多个圆锥体级联构成，该多个圆锥体的锥度随与金属平板振子之间距离的缩短而逐渐变小。

进一步，该阶梯状锥形振子由多个圆锥体一体成型。

进一步，该阶梯状锥形振子由多个圆锥体分体成型并组合相连。

进一步，该多个圆锥体中锥度最大的圆锥体的底部还设置有圆环形金属带，该圆环形金属带与底板固定相连。

采用上述结构后，本发明涉及的一种低剖面宽频全向吸顶天线，射频信号通过馈电同轴线传递到金属平板振子与阶梯状锥形振子之间并形成激励，电流分别沿着金属平板振子和阶梯状锥形振子向外辐射；本发明由于设置有阶梯状振子，故使得整个吸顶天线具有宽带的工作频率，从而增加吸顶天线的适用范围；同时由于采用金属平板振子而取代了现有常见的圆锥体结构，从而能大大降低天线高度。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例另一个角度的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例的驻波图；

图4为本发明较佳实施例频带在470MHz的垂直面方向图；

图5为本发明较佳实施例频带在470MHz的水平面方向图；

图6为本发明较佳实施例频带在550MHz的垂直面方向图；

图7为本发明较佳实施例频带在550MHz的水平面方向图；

图8为本发明较佳实施例频带在650MHz的垂直面方向图；

图9为本发明较佳实施例频带在650MHz的水平面方向图；

图10为本发明较佳实施例频带在750MHz的垂直面方向图；

图11为本发明较佳实施例频带在750MHz的水平面方向图；

图12为本发明较佳实施例频带在800MHz的垂直面方向图；

图13为本发明较佳实施例频带在800MHz的水平面方向图。

图中：

吸顶天线          100  底板          1

阶梯状锥形振子    2    第一圆锥体    21

圆环形金属带      211  第二圆锥体    22

第三圆锥体        23   金属平板振子  3

馈电同轴线        4    绝缘垫        5

天线外罩          6    射频连接器    7

金属短路片        8    金属引向器    9

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1至图2所示，其示出的为本发明涉及的一种低剖面宽频全向吸顶天线100，其包括底板1、阶梯状锥形振子2、金属平板振子3、馈电同轴线4以及绝缘垫5；该底板1可以采用圆形或者多边形，并且该垂直于底板的中心线和阶梯状锥形振子2的轴线重合，该底板1可以采用绝缘材质，也可以采用金属材质，其主要是起到支撑的作用；该阶梯状锥形振子2固定设置在底板1上，该金属平板振子3则位于阶梯状锥形振子2的椎体顶部，并优选的，该阶梯状锥形振子2的轴线与垂直于金属平板振子3的中心线重合，该绝缘垫5则设置在该金属平板振子3与阶梯状锥形振子2之间，其用于支撑金属平板振子3，同时还可以通过选择不同厚度的绝缘垫5来实现对阶梯状锥形振子2与金属平板振子3之间距离的控制优化驻波比，具体的，该绝缘垫的厚度优选设置为1-10mm之间，更一步地该绝缘垫的厚度设置为4mm；该馈电同轴线4则穿过底板1中心和阶梯状锥形振子2轴线，并且，该馈电同轴线4的外导体与阶梯状锥形振子2锥顶部位保持电连接，而该馈电同轴线4的内导体则穿过绝缘垫5中心而与金属平板振子3电连接。

这样，本发明涉及的一种低剖面宽频全向吸顶天线100，射频信号通过馈电同轴线4传递到金属平板振子3与阶梯状锥形振子2之间，并形成激励，电流分别沿着金属平板振子3和阶梯状锥形振子2向外辐射；本发明由于设置有阶梯状振子，故使得整个吸顶天线100能通过不同锥度的椎体而向外发射，即具有较宽的工作频率，从而增加吸顶天线100的适用范围；同时本发明由于采用金属平板振子3而取代了现有常见的圆锥体结构，从而能大大降低天线高度。

为了让整个吸顶天线100具有外观美观的特点，该低剖面宽频全向吸顶天线100还具有天线外罩6，该天线外罩6罩设在阶梯状锥形振子2和金属平板振子3的外部，同时该天线外罩6还能阻挡外界杂质进入而保证整个吸顶天线100的使用寿命。

为了便于将馈电同轴线4接收射频信号，该馈电同轴线4端部还连接有射频连接器7，该射频连接器7用于接收射频信号，并将射频信号通过馈电同轴线4而往振子传输。

作为进一步的改进，该阶梯状锥形振子2与金属平板振子3之间还设置有金属短路片8，该金属短路片8包括两片，并且该两片金属短路片8设置在阶梯状锥形振子2的两侧且呈相对设置，同时，每一金属短路片8两端分别与阶梯状锥形振子2和金属平板振子3电连接。这样，辐射电流经过两相对对称排列的金属短路片8，从而可以大大提高本发明涉及吸顶天线100的低频性能；而且采用两金属短路片8后，还可以进一步降低天线的高度，同时还能起到直流接地的功效。另外，该金属平板振子3还连接有金属引向器9，该金属引向器9亦包括设置在阶梯状锥形振子2两侧的两个，通过金属引向器9的设置，能够提高整个吸顶天线100的高频性能，从而拓宽天线的带宽；优选的，每一金属引向器9与金属短路片8呈正交状，即上述两金属短路片8和两金属引向器9呈正交相对对称排列，其辐射电流相互抵消，从而能使得整个吸顶天线100的方向图在整个带宽内基本保持一致，其不圆度≤1.5dB，具有指标优良的功效。

作为该阶梯状锥形振子2的一种具体实施例，该阶梯状锥形振子2由具有不同锥度的多个圆锥体级联构成，该多个圆锥体的锥度随与金属平板振子3之间距离的缩短而逐渐变小(即从下到上逐渐变小)在本实施例中，该阶梯状锥形振子2是由不同锥度的第一圆锥体21、第二圆锥体22和第三圆锥体23级联组成，且从第一圆锥体21到第三圆锥体23，其锥度逐渐变小；上述多个圆锥体可以为一体成型，也可以为先分体成型后再组合在一起；优选的，该第一圆锥体21锥体角度优选为75-90度；该第二圆锥体的椎体角度优选为45-75度；该第三圆锥体的椎体角度优选为25-45度，上述不同椎体角度可以根据从下到上角度依次递减的原则自由组合，实现低剖面宽带工作；作为更优选的，其角度组合为30、60、80度；该第一圆锥体21为锥度最大的圆锥体，并其底部还设置有圆环形金属带211，通过该圆环形金属带211，能够将底板1和天线外罩6均固定在阶梯状锥形振子2上。

下面对本发明较佳实施例的优点进行如下总结：

本发明较佳实施例采用了上述阶梯状锥形振子2、金属平板振子3、金属短路片8以及金属引向器9，从而能使得整个吸顶天线100的高度从常规技术的1/4波长降低到1/8波长，从而能将体积整整缩小一倍。而且在缩小体积的同时，天线方向图在470-800MHz全频段基本保持一致，其电压驻波比亦＜1.6，不圆度≤±1.5dB；具体请参照图3至图13所示，其中图3中为驻波比的示意图，其在470-800MHz内均满足要求；图4中，天线参数如下：测试频率470Hz；极化模式：垂直；波束状态：垂直波束主极化；波半宽度：96.82°；最大电平：-32.52dB。

图5中，天线参数如下：测试频率470MHz；极化模式：垂直；波束状态：水平波束主极化；最大电平：-33.45dB；不圆度：±1.42。

图6中，天线参数如下：测试频率550MHz；极化模式：垂直；波束状态：垂直波束主极化；波半宽度：97.82°；最大电平：-33.99dB。

图7中，天线参数如下：测试频率550MHz；极化模式：垂直；波束状态：水平波束主极化；最大电平：-35.95dB；不圆度：±0.97。

图8中，天线参数如下：测试频率650MHz；极化模式：垂直；波束状态：垂直波束主极化；波半宽度：91.93°；最大电平：-38.83dB。

图9中，天线参数如下：测试频率650MHz；极化模式：垂直；波束状态：水平波束主极化；最大电平：-37.44dB；不圆度：±1.34。

图10中，天线参数如下：测试频率750MHz；极化模式：垂直；波束状态：垂直波束主极化；波半宽度：86.33°；最大电平：-42.66dB。

图11中，天线参数如下：测试频率750MHz；极化模式：垂直；波束状态：水平波束主极化；最大电平：-40.13dB；不圆度：±1.26。

图12中，天线参数如下：测试频率800MHz；极化模式：垂直；波束状态：垂直波束主极化；波半宽度：98.78°；最大电平：-44.23dB。

图13中，天线参数如下：测试频率800MHz；极化模式：垂直；波束状态：水平波束主极化；最大电平：-47.04dB；不圆度：±0.84。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，包括底板、固定设置在底板上的阶梯状锥形振子、位于阶梯状锥形振子椎体顶部的金属平板振子、馈电同轴线以及设置在阶梯状锥形振子和金属平板振子之间并支撑金属平板振子的绝缘垫，该馈电同轴线穿过底板中心和阶梯状锥形振子轴线，并该馈电同轴线的外导体与阶梯状锥形振子锥顶部位保持电连接，而该馈电同轴线的内导体则穿过绝缘垫中心而与金属平板振子电连接。

2.如权利要求1所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该低剖面宽频全向吸顶天线还具有天线外罩，该天线外罩罩设在阶梯状锥形振子和金属平板振子的外部。

3.如权利要求1所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该馈电同轴线端部还连接有用于传输射频信号的射频连接器。

4.如权利要求1所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该阶梯状锥形振子与金属平板振子之间还设置有金属短路片，该金属短路片包括设置在阶梯状锥形振子两侧并呈相对设置的两片，且每一金属短路片两端分别与阶梯状锥形振子和金属平板振子电连接。

5.如权利要求4所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该金属平板振子还连接有金属引向器，该金属引向器亦包括设置在阶梯状锥形振子两侧的两个，且每一金属引向器与金属短路片呈正交状。

6.如权利要求1所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该阶梯状锥形振子的轴线与垂直于金属平板振子的中心线重合。

7.如权利要求1所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该阶梯状锥形振子由具有不同锥度的多个圆锥体级联构成，该多个圆锥体的锥度随与金属平板振子之间距离的缩短而逐渐变小。

8.如权利要求7所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该阶梯状锥形振子由多个圆锥体一体成型。

9.如权利要求7所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该阶梯状锥形振子由多个圆锥体分体成型并组合相连。

10.如权利要求7所述的一种低剖面宽频全向吸顶天线，其特征在于，该多个圆锥体中锥度最大的圆锥体的底部还设置有圆环形金属带，该圆环形金属带与底板固定相连。

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