CN103296388A - 一种小型超宽带全向天线 - Google Patents

Abstract

一种小型超宽带全向天线，其包括，一辐射地板；一绝缘介质，所述绝缘介质装设于所述辐射地板上；一馈电体，所述馈电体安装于所述绝缘介质上，且所述馈电体为锥形壳体；一辐射体，所述辐射体由所述馈电体上端向上延伸形成，且所述辐射体为锥形壳体，且所述辐射体锥角比所述馈电体的锥角大；至少一短路体，所述短路体两端分别与所述辐射体和辐射地板相连；一馈电接头，所述馈电接头设有金属内芯，且所述金属内芯与所述馈电体相连。其天线尺寸更小，并具有超宽带特性。

Description

一种小型超宽带全向天线

技术领域

本发明涉及一种小型超宽带全向天线，用于作为移动通信设备的小型天线终端。

技术背景

移动通信是现今被广泛应用的通信方式，在军事和民用领域都发挥着重要作用。目前，随着大规模集成电路技术的快速发展，电子设备的集成度越来越高，尺寸越来越小，不同功能和频段的无线通信模块可以被集成在很小的空间内，因此，通信设备也向着兼容多频段和体积小型化发展。目前，常用无线通信频段包括：GSM（880-960MHz）、DCS（1710-1880MHz、TD-SCDMA（2010-2035MHz）、TD-LTE（2.3-2.4GHz）、Bluetooth（2.4-2.48GHz）、WLAN（2.4-2.48GHz，5.15-5.35GHz）、WiMAX（5.725-5.825GHz），未来还会向更高的频段扩展以实现大容量数据的高速通信。通信设备为实现多频段工作，往往需要多副天线，使得天线所占用的空间大大增加，天线之间的不良影响也无法忽略，这就成为制约通信设备进一步提高集成度的瓶颈问题。为满足通信设备兼容多频段和体积小型化的需求，在减少天线数目和缩小天线尺寸上要突破关键技术。

全向天线是移动通信中广泛应用的天线形式，在固定基站和移动终端的应用中均可给出良好的天线解决方案。为了满足上述移动通信技术的发展需求，全向天线可以采用超宽带的技术方案，以覆盖多频段；另外，采用电小天线技术可以显著缩小天线尺寸。但全向天线在采用超宽带技术时，通常要同时兼顾不同频段的谐振长度，使得天线尺寸难以缩小，甚至还更大；而电小天线技术通常会使天线的工作频带变窄，因此，在同时解决全向天线的宽带化和小型化问题上存在着矛盾。

单极子天线是典型的全向天线，但其工作频带窄、天线尺寸高，无法满足目前的发展需求。单锥天线是在单极子天线基础上发展而来的超宽带全向天线，目前大多移动通信天线即采用单锥天线或其改进形式，如用于室内基站的吸顶天线，该类天线在一定程度上可以满足工作频带的需求，但天线尺寸都较大，天线高度约为1/5～1/4个低频波长，天线直径约为1/3～1/2个低频波长。

发明内容

本发明提供了一种小型超宽带全向天线，其包括，一辐射地板；一绝缘介质，所述绝缘介质装设于所述辐射地板上；一馈电体，所述馈电体安装于所述绝缘介质上，且所述馈电体为锥形壳体；一辐射体，所述辐射体由所述馈电体上端向上延伸形成，且所述辐射体为锥形壳体，且所述辐射体与所述馈电体的锥角不同；至少一短路体，所述短路体两端分别与所述辐射体和辐射地板相连；一馈电接头，所述馈电接头设有金属内芯，且所述金属内芯与所述馈电体相连。

在上述技术方案的基础上，所述辐射体为上底面大下底面小的金属材质空心锥台。

在上述技术方案的基础上，所述辐射体锥角为110°～140°，且所述辐射体的高度为辐射体和馈电体总高度的1/3～2/3。

在上述技术方案的基础上，馈电体为上底面大下底面小的金属材质空心锥台结构，且所述馈电体的下底面与所述金属内芯相连。

在上述技术方案的基础上，所述馈电体锥角为80°～110°，且所述馈电体的高度为辐射体和馈电体总高度的2/3～1/3。

在上述技术方案的基础上，所述辐射地板材质为金属，且所述辐射地板为柱体或椎体。

在上述技术方案的基础上，所述辐射地板上设有通孔，所述金属内芯穿过所述通孔，且所述绝缘介质位于所述通孔与所述金属内芯之间。

在上述技术方案的基础上，所述短路体为金属材质。

在上述技术方案的基础上，所述馈电体形状及所述辐射体形状为圆锥台。

在上述技术方案的基础上，所述馈电体形状及所述辐射体形状为三角锥台。

与现有技术相比较，本发明采用多个不同锥角的锥台结构以及多个短路体结构，可使全向天线具有超宽带特性，电压驻波比小于2的范围可以覆盖0.86～20GHz以上，这一频段包括了目前所有的移动通信频段以及未来潜在的通信频段，可以显著减少天线的数目，缩减天线所占空间，降低通信运营商的采购成本。

同时，本发明天线与其他具有超宽带特性的全向天线相比，天线尺寸更小，如具体实施例中，得到天线高度为0.08个低频波长，直径为0.2个低频波长。小尺寸的天线在生产阶段能耗更小，布站时更便于架设，易于安装在建筑物凹处或内部，可减少对建筑物美化的破坏。

附图说明

图1为本发明一种小型超宽带全向天线整体结构图；

图2为本发明一种小型超宽带全向天线剖面图；

图3为本发明天线的电压驻波比曲线图；

图4是本发明天线在0.86GHz的E面方向图；

图5是本发明天线在3GHz的E面方向图；

图6是本发明天线在9GHz的E面方向图；

图7是本发明天线在20GHz的E面方向图；

图8是本发明天线在0.86GHz的H面方向图；

图9是本发明天线在3GHz的H面方向图；

图10是本发明天线在9GHz的H面方向图；

图11是本发明天线在20GHz的H面方向图。

具体实施方式

请参考图1及图2，本发明一种小型超宽带全向天线，其包括辐射地板4；辐射地板4上装有绝缘介质5；一馈电体2，且所述馈电体2为上底面大下底面小锥形壳体。馈电体2上端向上延伸形成辐射体1，且所述辐射体1为上底面大下底面小锥形壳体，且所述辐射体1与所述馈电体2的锥角不同。在本实施例中，辐射体1锥角为110°～140°，馈电体2锥角为80°～110°。辐射体1的高度为辐射体1和馈电体2总高度的1/3～2/3。馈电体2的高度为辐射体1和馈电体2总高度的2/3～1/3。四个短路体3，该短路体3为金属棒。所述短路体3两端分别与所述辐射体1和辐射地板4相连；一馈电接头6，馈电接头6设有金属内芯7，且所述金属内芯7与所述馈电体2相连。

辐射体1和馈电体2可以为圆锥台、三角锥台及其他形状锥台。

馈电体2的下底面与所述金属内芯7相连。辐射地板4材质为金属，且所述辐射地板4为柱体或锥体。辐射地板4上设有通孔，所述金属内芯7穿过所述通孔，且所述绝缘介质5位于所述通孔与所述金属内芯7之间。

将辐射体接地可以显著减小天线尺寸，但同时，由于天线的等效电路发生变化，会使天线在工作频带内的阻抗匹配恶化，如在工作频段的中频和高频，天线的电压驻波比超过2。因此，对辐射体锥台和馈电体锥台分别采用不同的锥角，可以改善整个频带的阻抗匹配，得到最佳的阻抗带宽。辐射体锥台采用较大的锥角可使低频电压驻波比最佳，馈电体锥台采用较小的锥角可使高频电压驻波比最佳，调节辐射体锥台和馈电体锥台高度的比例可以使中频电压驻波比最佳。

辐射地板的尺寸和形状会影响方向图的最大指向，需要较大的辐射仰角时，应选择尺寸较大的辐射地板，需要较小的辐射仰角时，应选择尺寸较小的辐射地板。

1、仿真内容

请参考图3至图11。利用仿真软件对上述实施例天线的电压驻波比、方向图进行了仿真。

2、仿真结果

图3是对实施例天线仿真得到的电压驻波比随工作频率变化的曲线。从图3可以看出，本发明天线在电压驻波比小于2的条件下，工作频率可以覆盖0.855GHz到20GHz，带宽达到23.4:1倍频，该频段几乎包括了目前所有移动通信频段：GSM（880-960MHz）、DCS（1710-1880MHz、TD-SCDMA（2010-2035MHz）、TD-LTE（2.3-2.4GHz）、Bluetooth（2.4-2.48GHz）、WLAN（2.4-2.48GHz，5.15-5.35GHz）、WiMAX（5.725-5.825GHz），以及未来移动通信可以采用的更高频段。

图4至图7是对实施例天线仿真得到E面方向图，包括0.86GHz、3GHz、9GHz和20GHz四个频点。从图中可以看出，在整个工作频带内，本发明天线的E面方向图具有与单极子天线类似的“8”字形方向图，可以在接近水平方向提供最大增益，频带内最大增益变化为3.8～8.7dB。说明本发明天线可以满足移动通信在接近水平方向上的通信需求。

图5至图11是对实施例天线仿真得到H面方向图，包括0.86GHz、3GHz、9GHz和20GHz四个频点。从图中可以看出，在整个工作频带内，本发明天线的H面方向图具有良好的全向辐射特性，可以满足在超宽带内天线收发信号的全向覆盖。

以上仅为本发明的最佳实施例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对本发明的结构和参数进行修改，进而得到本发明天线的小型化超宽带特性，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (10)

1.一种小型超宽带全向天线,其特征在于：其包括，

一辐射地板；

一绝缘介质，所述绝缘介质装设于所述辐射地板上；

一馈电体，所述馈电体安装于所述绝缘介质上，且所述馈电体为锥形壳体；

一辐射体，所述辐射体由所述馈电体上端向上延伸形成，且所述辐射体为锥形壳体，且所述辐射体锥角比所述馈电体的锥角大；

至少一短路体，所述短路体两端分别与所述辐射体和辐射地板相连；

一馈电接头，所述馈电接头设有金属内芯，且所述金属内芯与所述馈电体相连。

2.如权利要求1所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述辐射体为上底面大下底面小的金属材质空心锥台。

3.如权利要求2所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述辐射体锥角为110°～140°，且所述辐射体的高度为辐射体和馈电体总高度的1/3～2/3。

4.如权利要求1所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：馈电体为上底面大下底面小的金属材质空心锥台结构，且所述馈电体的下底面与所述金属内芯相连。

5.如权利要求1所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述馈电体锥角为80°～110°，且所述馈电体的高度为辐射体和馈电体总高度的2/3～1/3。

6.如权利要求1所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述辐射地板材质为金属，且所述辐射地板为柱体或椎体。

7.如权利要求1所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述辐射地板上设有通孔，所述金属内芯穿过所述通孔，且所述绝缘介质位于所述通孔与所述金属内芯之间。

8.如权利要求1所述的一种小型化超宽带全向天线，其特征在于：所述短路体为金属材质。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述馈电体形状及所述辐射体形状为圆锥台。

10.如权利要求1-8任一项所述的一种小型超宽带全向天线，其特征在于：所述馈电体形状及所述辐射体形状为三角锥台。

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